Operaes Unitrias IAs linhas de processamento de alimentos (plantas) podem ser constitudas por uma sequncia de etapas diferentes, que tem princpios fundamentais similares, independentemente do alimento que est sendo processado. A operao de cada uma dessas etapas conhecida como Operao Unitria. As operaes unitrias compreendem a transferncia de massa, calor e/ou quantidade de movimento, podendo esses processos ocorrerem isoladamente ou em combinao entre eles. As operaes unitrias que podem ser encontradas nas indstrias de alimentos so:Transferencia de Impulso: Bombeamento de lquidos, escoamento gravitacional, ventilao e compresso (gases), decantao, centrifugao, agitao e mistura, atomizao, movimentao de fluidos atravs de meios porosos, fluidizao, transporte pneumtico e hidrulico, filtrao e ultrafiltrao, separao em ciclones, prensagem, fluxo a granel, peneiramento, moagem e triturao e compactao de slidos.Transferencia de Calor e/ou Massa: Branqueamento, cozimento e fritura, pasteurizao e esterilizao, evaporao e condensao, crio-concentrao, refrigerao, gerao de vapor, destilao, absoro gasosa, umidificao e desumidificao do ar, secagem, extrao lquido-lquido e slido-lquido, cristalizao, separao por membranas, desaerao.Funcionamento de uma operao unitria:

Pelo princpio da conservao da massa, o somatrio das matrias primas que entram no processo deve ser igual ao somatrio das massas do produto, das perdas, e do acumulo de massa no sistema. Da mesma forma, a energia inserida no processo deve ser igual energia que sai com o produto, com as perdas (ambiente e resduos) e a acumulada no sistema. A funo do profissional responsvel dimensionar, selecionar e operar adequadamente o equipamento requerido para cada operao, de maneira que o produto obtido tenha o mximo de qualidade com um mnimo de perdas.O estudo terico dos princpios fsicos e qumicos nas operaes e sua utilizao na prtica so complementares e necessrios para o entendimento de funcionamento tanto na operao unitria isolada, como de sua funo em toda a linha de produo.

Umidificao/DesumidificaoSo utilizados para controlar a umidade de um ambiente ou para resfriar a gua mediante o contato com o aro. Essas operaes envolvem a transferncia de massa e calor nas fases gasosa (ar) e lquida (gua), e a transferncia de massa de uma fase para a outra est envolvida com o calor latente associado condensao e/ou evaporao. Nesses processos, a temperatura da interface gs/lquido se ajusta, de maneira que no estado permanente, a taxa de transferncia de calor nas fases distintas compensa a taxa de transferncia de calor equivalente de transferncia de massa.O controle da temperatura e umidade do ar de um ambiente de particular importncia no armazenamento a frio de produtos biolgicos (carnes, pescado, frutas, legumes, etc) onde parte da umidade do ar ambiente condensada no sistema de refrigerao deixando o ar relativamente seco. Se esse ar no for umidificado artificialmente, retirar umidade do produto estocado causando perdas (peso ou qualidade) atravs do ressecamento das camadas externas do produto. Processos de Umidificao do arInjeo de vapor: Vapor superaquecido injetado no duto de ar recirculante ou diretamente na cmara. Precaues devem ser tomadas para a retirada de vapor que se condensa principalmente nos dutos. O controle da injeo de vapor pode ser feito atravs de uma vlvula operada com ar comprimido, controlada por um umidistato instalado na cmara ou no duto de ar. Quando esse ar est com uma umidade abaixo do valor pr-estabelecido, o umidistato fecha um circuito eltrico, acionando a vlvula de injeo de vapor.

Um exemplo comparativo de um sistema de umidificao por injeo de vapor pode ser um nebulizador domstico, onde um pequeno compressor impulsiona o ar ambiente atravs de uma soluo (soro), criando uma pequena nuvem de vapor, na temperatura ambiente, inalada pelo paciente.Injeo de gua lquidaO lquido dispensado na corrente de ar na forma de uma nvoa grossa. O fluxo de ar deve estar a uma baixa velocidade ou o duto deve ser suficientemente longo para permitir o tempo necessrio de contato ar-gua para a mudana de estado da fase lquida para a gasosa. Anteparos aproximados existentes na cmara de umidificao so utilizados para retirar as gotculas de gua que no se vaporizaram. Na mudana de estado, a gua retira calor do ar, que consequentemente resfriado. A contnua recirculao da gua lquida, sem adio ou retirada de calor para/ou do meio externo, leva essa gua sua temperatura de saturao adiabtica, atravs da evaporao. Como a quantidade de gua evaporada pequena comparada com o total de lquido em circulao a gua de reposio adicionada ao sistema praticamente no altera a temperatura de saturao adiabtica da agua em circulao.

Torre de umidificaoO processo de umidificao do ar em uma torre tem similaridades com o processo de injeo de gua lquida. Aqui a umidificao se d atravs do contato do ar com a gua na forma lquida, no nebulizada. A gua reciclada na torre e quando necessrio, gua de reposio introduzida no sistema. Esse contato ar-gua realizado em contra corrente, com a gua entrando na parte superior da torre, isto , materiais do interior da torre para aumentar a rea de troca de calor e massa ou ento por correntes transversais, com a gua descendo por gravidade, no mesmo princpio anterior, e o ar passando perpendicularmente ao fluxo do liquido. Aqui a gua tambm atinge sua temperatura de saturao adiabtica.

A rea interfacial a um termo difcil de ser calculado, uma vez que o lquido descendente no molha toda a rea de recheio, alm de variar com as vazes do liquido. Este termo combinado com o coeficiente de transferncia de massa, para formar um novo coeficiente, Kya, que pode ser determinado experimentalmente para uma torre especifica com vazes dos fluidos conhecidas.Torres de resfriamento de arEsse processo tem similaridades com o discutido anteriormente, onde uma quantidade de ar limitada era reciclada atravs da agua na forma liquida causando umidificao e abaixamento da temperatura do ar. Nas torres de resfriamento de gua, uma quantidade limitada de gua reciclada, entrando em contato com um fluxo de ar no reciclado. A vaporizao de uma parte da gua causa a diminuio da temperatura da gua remanescente, que utilizada para resfriamento de equipamentos em trocadores de calor na indstria.Essas torres so utilizadas para economizar gua por meio de sua reciclagem. A gua quente distribuda na parte superior da torre, escoando para baixo por gravidade, atravs do recheio da torre, entrando continuamente em contato com o ar, que escoa para cima ou transversalmente por conveco natural ou forada. O calor latente da gua que vaporizada causa a diminuio da sua temperatura. Nesse processo, a gua no atinge sua temperatura de saturao adiabtica, pois ocorre introduo de energia no sistema.

EvaporaoAs operaes de evaporao e cristalizao envolvem uma transferncia simultnea de calor e massa. Fornecendo calor ao sistema nas condies apropriadas parte do solvente evaporado e a soluo torna-se mais concentrada. Se o processo evaporativo conduzido at que a soluo se torne saturada pelo soluto, o prosseguimento da evaporao ou o resfriamento da mesma leva precipitao dos cristais slidos (cristalizao).Nos processos de evaporao (separao dos componentes volteis dos no volteis), usualmente o produto desejado a soluo concentrada e o solvente evaporado a gua. Em certos casos porm, o produto desejado o solvente evaporado (obteno de gua potvel a partir de gua salobra).Em processos industriais: Equipamentos de grande rea de troca trmica em funo da quantidade de produto, ebulio violenta e evoluo de vapor bastante rpida;=.Na indstria alimentcia: Pastas (doces e tomates), concentrao de sucos ctricos e leite, produo de acar, etc.Caractersticas do processo que influem diretamente no tipo de evaporador:Concentrao do lquido: Geralmente a alimentao lquida e bastante diluda ou seja, de baixa viscosidade. Conforme vai ocorrendo a evaporao, a soluo concentrada e sua viscosidade pode elevar-se bastante (alimentos contendo amido sob ao da temperatura do processo virando gelatina);Sensibilidade trmica: Certos produtos podem sofrer uma degradao de suas propriedades em funo da temperatura e tempo de exposio. Equipamentos sem reciclagem e curto perodo de residncia devem ser utilizados para tal.Formao de espuma: Sem o devido cuidado, a espuma formada por alguns alimentos como o leite durante sua ebulio podem ser arrastadas com o vapor que sai do evaporador, havendo perdas do produto.Presso e Temperatura: O ponto de ebulio da soluo est relacionado com a presso do sistema. Materiais termossensveis podem exigir equipamentos que trabalhem a vcuo para o abaixamento do ponto de ebulio da soluo (que est relacionada com a presso do sistema)Incrustaes: A diminuio da solubilidade da soluo devido a concentrao causa a deposio de material nas paredes do trocador de calor. Os equipamentos p/ alimentos devem ser projetados visando eliminar esse problema e facilitar a limpeza durante ou no final da operao;Material: deve-se evitar a corroso (que modifica o flavor dos alimentos) escolhendo um material adequado para o processo (ao inox);

Tipos de evaporadores:Tacho aberto: Sistema de aquecimento por camisa de vapor ou fogo direto, matria prima em seu interior agitada manualmente ou mecanicamente. Aplicao em fabricao de doces em pasta (concentrao e cozimento). Simples, de fcil manuseio e versatilidade. H um desperdcio do calor trocado com o ambiente e parede externa do equipamento.

Tubos Horizontais: O vapor de gua passa por dentro dos tubos, onde condensado e a mistura a ser concentrada carregada acima do feixe de tubos descendo por gravidade. Utilizado para fluidos de baixa viscosidade e que no formem incrustaes. Raramente usado na indstria alimentcia (limpeza externa difcil aos tubos).

Tubos verticais: Limpeza mais fcil do que o item anterior podendo ser feita por um feixe de escovas devidamente posicionado de maneira que cada escova entre em um tubo, limpando-os simultaneamente. O vapor de gua passa e condensado externamente aos tubos. A carga realizada na parte superior para os tubos curtos descendo pelo centro. Nos tubos longos, a carga realizada na parte inferior e descarregada a partir da parte superior. Devido a ebulio e diminuio da densidade, a soluo dentro dos tubos impulsionada para cima por circulao natural.

Circulao forada: o fato da mistura ser impulsionada mecanicamente atravs dos tubos neste tipo de equipamento, permite que o mesmo seja utilizado com fluidos de relativamente alta viscosidade. Parte da soluo recirculada, fato muito indesejvel para alimentos (degradao das propriedades alimentcias e/ou vitamnicas em alimentos termossensiveis) pela longa permanncia a altas temperaturas.

Filme lquido descendente (Flash): O fluido injetado na parte superior de tubos longos verticais de grande dimetro, escorrendo pelas paredes dos tubos, paralelamente com o vapor de aquecimento do lado externo. Na parte inferior a soluo concentrada retirada. Devido ao curto tempo de residncia da mistura dentro do equipamento e a inexistncia de recirculao, esse tipo de evaporador muito empregado na indstria de alimentos, sendo limitado apenas para solues de alta viscosidade.

Pelcula turbulenta: Alimentao feita atravs de bombeamento da mistura por um tubo de passagem e esborrifada nas paredes de um tubo de grande dimetro, com camisa externa de vapor. Este tubo de passagem e esborrifamento um sistema de rotor, onde as facas de raspagem so intercaladas aos esborrifadores. A soluo concentrada retirada da parte inferior. Por suas caractersticas de bombeamento e raspagem, este tipo de equipamento pode ser dimensionado e regulado para operar em diversos regimes, inclusive possibilitando a secagem propriamente dita da soluo.

Solar: A operao de dessalinizao de gua para obteno de gua potvel a partir de gua salobra um processo de evaporao, pois separa componentes volteis (gua) de no volteis (sais), e no um processo de destilao como comumente referenciada. Este difere dos anteriores por ser realizado a uma baixa taxa evaporativa, sem ebulio. O vapor de gua produzido pelo aquecimento da soluo pelos raios solares, ao atingir a cobertura, geralmente de vidro, que est mais fria, condensado e recolhido. A inconvenincia desse sistema a formao de incrustaes de sais, difceis de serem removidas, que diminuem o rendimento do evaporador, por refletirem a energia incidente.

Evaporadores de simples efeito So constitudos por uma nica unidade isolada onde o vapor produzido, ou seja, retirado da soluo que est sendo concentrada, sai do evaporador e perdido no ambiente, ou ento passa por um condensador para que o lquido quente seja utilizado em outro processo, ou ento ser conduzido caldeira. Esse mtodo produz grande quantidade de vapor a baixa presso e qualquer que seja o seu destino final, sempre haver grandes perdas de energia, mesmo que se reaproveite a gua quente. Nesse caso, a energia de condensao perdida.

Evaporadores de mltiplo efeito Equipamentos para utilizar o vapor produzido em um estgio, nos estgios subsequentes. Segundo o esquema abaixo, tanto o vapor produzido como o produto que sai do primeiro estgio, entram em um segundo estgio, onde o processo evaporativo continua. Como em processos evaporativos, o principal custo de operao o vapor consumido, este tipo de equipamento, apesar de ter um custo inicial maior do que o de simples efeito, pode ser mais econmico a mdio e longo prazo. Podem operar com fluxo de vapor e de produto em uma mesma direo, em correntes paralelas ou em direes opostas, em contra-corrente.

Em sistema de correntes paralelas, como mostrado abaixo, tem a vantagem de no precisar de bombas para a movimentao do produto do primeiro para o segundo estgio, e nem do segundo para o terceiro, pois P1>P2>P3, porm tem a desvantagem de que no h grandes diferenas e temperaturas entre o vapor e o produto, no segundo e terceiro estgios.

Quando o sistema opera em correntes opostas, como mostrado abaixo, h a necessidade de bombas entre os estgios, o que encarece o sistema, porm tem a grande vantagem da maior diferena de temperatura entre o vapor e o produto em todos os estgios, facilitando o fluxo de calor, logo, a taxa evaporativa.