Estudo da transferência de calor durante o congelamento de cortes de aves em caixas de papelão ondulado: [dissertação]

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-graduação em Engenharia de Alimentos

O congelamento de produtos alimentícios é um processo complexo que envolve transferência de calor com mudança de fase e ocorre em uma faixa de temperaturas. É realizado, predominantemente, em túneis com convecção forçada de ar, onde o escoamento de ar ocorre em regime turbulento e a transferência de calor do produto para o ar em regime transiente. Quando se trata de produtos cárneos in natura, o congelamento pode provocar alterações na qualidade final do produto, dentre elas, o ressecamento da superfície do mesmo. Por esse motivo, faz-se necessário o uso de embalagens apropriadas, que minimizem essas alterações e que mantenham a sua integridade, sem interferir em seu tempo de processamento. No caso de cortes de aves, são utilizadas comercialmente as caixas de papelão ondulado, que permitem, além da proteção, o transporte por todo o túnel. O papelão ondulado é conhecidamente um material de condutividade térmica relativamente baixa, o que pode prolongar o tempo de congelamento do produto. Por esse motivo, este trabalho teve como objetivo estudar a transferência de calor ocorrida do produto para o ar durante o congelamento de cortes de aves embalados em caixas de papelão ondulado. Como são envolvidos processos condutivos e convectivos de transferência de calor, este trabalho foi dividido em três estudos. Inicialmente foi estudada empiricamente a influência da resistência oferecida pela caixa de papelão no tempo de congelamento do produto, através da comparação com o congelamento em caixas metálicas totalmente perfuradas. Foram verificadas reduções de 18 a 45% no tempo de congelamento. Além disso, o platô definido pela perda de calor latente de solidificação, bem como a heterogeneidade de temperaturas finais dos produtos congelados em diferentes posições dos túneis, foram drasticamente reduzidos através da utilização da embalagem alternativa. Em um segundo momento, a distribuição espacial do ar ao redor dos produtos nos túneis foi estudada, com a finalidade de se verificar se o processo de transferência de calor convectivo variava com a posição do produto no túnel. Para tanto, foi desenvolvida uma metodologia para a determinação experimental dos coeficientes convectivos de transferência de calor ( ), através da confecção de dispositivos de aço galvanizado contendo uma solução anticongelante, cuja evolução temporal das temperaturas foi monitorada em diferentes posições nos túneis. Foi possível fazer um mapeamento dos túneis de congelamento. Foram obtidas variações de até 40 a 281 W/m2.°C em um mesmo túnel, o que permitiu inferir sobre as variações nas distribuições de velocidades do ar nos mesmos. A técnica desenvolvida mostrou-se uma alternativa ao uso de anemômetros quando se deseja obter o diagnóstico dos fluxos de ar em grandes plantas industriais. Em seguida, a mesma metodologia foi utilizada para a análise quantitativa da resistência térmica efetiva da embalagem de papelão. Para esse estudo, as taxas de transferência de calor durante o resfriamento da solução anticongelante nos tanques de aço foram comparadas àquelas em tanques recobertos com o papelão ondulado. Foram estimados valores de resistência térmica efetiva média da embalagem variando entre 0,226 e 0,328 °C/W, coerentes com aqueles calculados a partir de dados encontrados na literatura. Com todos esses resultados, foi possível avaliar globalmente o processo de transferência de calor do produto para o ar do túnel durante o congelamento de cortes de aves.