Consultar: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Título [PT]: Hidratação de grãos de soja : influência das condições de contorno e da variação de volume sobre modelos matemáticos
Título [EN]: Hydration of soybeans: investigation of influence of boundary conditions and changes in volume of mathematical models
Autor(es): Douglas Junior Nicolin
Palavras-chave [PT]:

Soja. Modelagem e simulação de grãos. Hidratação de grãos. Modelagem matemática. Simulação matemática. Brasil.

Luiz Mário de Matos Jorge [Orientador] - UEM Marcos Rogério Mafra - UFPR Mônica Ronobo Coutinho Regina Maria Matos Jorge - UFPR

Resumo: O processo de hidratação é uma etapa importante na produção de proteínas de soja. Estas proteínas são utilizadas para, principalmente, produção de alimentos à base de soja. Para a descrição do processo de hidratação de grãos de soja podem ser utilizados modelos matemáticos fenomenológicos de parâmetros distribuídos. Estes modelos consideram etapas elementares de transferência de massa e contemplam variações espaciais das propriedades. Na solução de tais modelos são geradas equações diferenciais parciais que necessitam de uma condição inicial e duas condições de contorno para serem resolvidas. As condições de contorno são normalmente fixadas no centro do grão e na superfície. Há diferentes abordagens do que acontece na superfície em termos de condição de contorno sendo que geralmente três são utilizadas: umidade de equilíbrio atingida imediatamente, umidade se comportando como um processo de primeira ordem em função do tempo e igualdade dos fluxos difusivo e convectivo. É interessante que se utilize a condição de contorno que descreva o que realmente está acontecendo na superfície para que haja um bom ajuste. Além da condição de contorno na superfície, a hipótese de que o volume e a difusividade variam durante a hidratação também foram exploradas. Há indícios de que a difusividade tenha uma dependência exponencial com a umidade na hidratação de soja e de que o volume do grão sofre uma variação de até 30% até o fim da hidratação. Neste contexto foram testadas três condições de contorno na superfície e foi avaliado qual fornece o melhor ajuste aos dados experimentais a volume constante, enquanto o modelo de Hsu foi resolvido para os casos de volume constante e variável. Todos os modelos consideraram a dependência exponencial da difusividade com a umidade. O melhor ajuste foi obtido para a condição de contorno de igualdade de fluxos na superfície a volume constante. A difusividade apresentou variações significativas com a posição, umidade e temperatura. Comparando-se os casos de volume constante e variável utilizando-se o modelo de Hsu, seus ajustes foram similares, porém as difusividades obtidas apresentaram ordens de grandeza de 10 vezes de diferença, sugerindo que a hipótese de volume constante conduz a estimativa de parâmetros sem realidade física. Abstract: The hydration process is an important step in the production of soybean protein. These proteins are used primarily to the production of soy-based foods. For the description of the hydration of soybeans phenomenological mathematical models of distributed parameters can be used. These models consider elementary steps of mass transfer and include spatial variations of the properties described. In the solution of such models partial differential equations are generated that require an initial condition and two boundary conditions to be solved. The boundary conditions are usually set in the center and at the surface of the grain. There are different approaches to what happens in terms of surface boundary condition and three of them are generally used: equilibrium moisture immediately reached, moisture behaving as a first order process with respect to time and equality of diffusive and convective flows. It is interesting to use the boundary condition that describes what is really happening on the surface so that there is a good fit. Beyond the boundary conditions, the hypothesis that the volume and diffusivity vary during hydration were also explored. There are indications that the diffusivity has an exponential dependence with moisture in soybean hydration and the volume of the grain undergoes a variation of up to 30% by the end of hydration. In this context, three boundary conditions on the surface were tested and it was assessed which gives the best fit to the experimental data at constant volume while Hsu's model was solved for the cases of constant and variable volume. All models considered the exponential dependence of diffusivity with moisture. The best fit was obtained for the boundary condition of equal flows on the surface at constant volume. The diffusivity showed significant changes with position, humidity and temperature. Comparing the cases of constant and variable volume using Hsu's model, the fits were similar, but the diffusivities obtained showed orders of magnitude of 10 times difference suggesting that the constant volume hypothesis leads to an estimation of parameters without physical reality.

Idioma: Português Data de Publicação: 2012 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Luiz Mário de Matos Jorge Co-orientador: Prof.ª Dr.ª Mônica Ronobo Coutinho Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Centro de Tecnologia . Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Nível: Dissertação (mestrado em Engenharia Química)/ UEM: Departamento de Engenharia Química

Responsavel: beth
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: Dissertação de Mestrado - Douglas Junior Nicolin - DIGITAL.pdf
Tamanho: 2309 Kb (2364724 bytes)
Criado: 09-09-2013 10:38
Atualizado: 16-09-2013 14:51
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