Publicação: Otimização do Processo de Esterilização de Alimentos Enlatados: Monitoramento Computacional e Integração de Dados na Nuvem
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CNPQ::ENGENHARIAS, CNPQ::OUTROS
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Autores
Orientador
Coorientador
Sislian, Rodrigo
Resumo
A esterilização térmica de alimentos enlatados é essencial para garantir a segurança
microbiológica e a estabilidade dos produtos. Este estudo teve como objetivo simular o
comportamento térmico do patê de alcachofra durante a esterilização, validando os resultados
por meio de modelagem matemática e simulação computacional. O produto foi escolhido
devido à sua baixa acidez (pH > 4,5), tornando-se suscetível à contaminação por Clostridium
botulinum, cujos esporos apresentam elevada resistência térmica. A modelagem do processo
foi realizada pelo Método dos Volumes Finitos (MVF) com reconstrução de alta ordem,
assegurando maior precisão na simulação. A difusividade térmica foi considerada uma função
da temperatura, com parâmetros determinados por otimização, minimizando o erro entre os
resultados simulados e os dados experimentais. A equação diferencial da condução de calor foi
resolvida pelo Método de Euler Implícito, garantindo estabilidade numérica. A atualização da
solução no tempo exigiu o Método de Newton N-dimensional, possibilitando a resolução
simultânea das equações dos volumes de controle. Para a aproximação das derivadas, foi
utilizada a Matriz Jacobiana, assegurando a convergência das soluções numéricas. Além da
simulação, foi implementado um sistema de monitoramento remoto baseado em uma
arquitetura cliente-servidor via TCP/IP, permitindo a transmissão e análise em tempo real dos
dados de temperatura. A letalidade acumulada (F₀), parâmetro determinante para a eficácia do
processo, foi calculada pela Regra dos Trapézios, garantindo atualização contínua conforme os
dados eram adquiridos. Os resultados apresentaram boa correlação com os valores
experimentais reportados na literatura, validando com precisão satisfatória o modelo
desenvolvido. O cálculo da letalidade confirmou que os parâmetros térmicos foram suficientes
para a inativação de Clostridium botulinum, garantindo a segurança microbiológica do produto.
A integração entre modelagem matemática e monitoramento remoto oferece bom potencial para
a melhoria de desempenho do sistema de controle de temperatura da operação unitária de
processamento térmico tradicionalmente empregada na indústria de alimentos. Conclui-se que
a metodologia proposta neste estudo representa um avanço na modelagem computacional da
esterilização, contribuindo para a modernização e eficiência dos processos industriais.
Abstract
Thermal sterilization of canned foods is essential to ensure microbiological safety and product
stability. This study aimed to simulate the thermal behavior of artichoke pâté during
sterilization, validating the results through mathematical modeling and computational
simulation. The product was chosen due to its low acidity (pH > 4.5), making it susceptible to
contamination by Clostridium botulinum, whose spores have high thermal resistance. The
process modeling was performed using the Finite Volume Method (FVM) with high-order
reconstruction, ensuring greater simulation accuracy. Thermal diffusivity was considered a
function of temperature, with parameters determined by optimization, minimizing the error
between the simulated results and the experimental data. The differential equation of heat
conduction was solved by the Implicit Euler Method, ensuring numerical stability. The update
of the solution in time required the N-dimensional Newton Method, enabling the simultaneous
resolution of the control volume equations. The Jacobian Matrix was used to approximate the
derivatives, ensuring the convergence of the numerical solutions. In addition to the simulation,
a remote monitoring system based on a client-server architecture via TCP/IP was implemented,
allowing real-time transmission and analysis of temperature data. The accumulated lethality
(F₀), a determining parameter for the process effectiveness, was calculated by the Trapezoidal
Rule, ensuring continuous updating as the data were acquired. The results showed good
correlation with the experimental values reported in the literature, validating the developed
model with satisfactory accuracy. The lethality calculation confirmed that the thermal
parameters were sufficient for the inactivation of Clostridium botulinum, ensuring the
microbiological safety of the product. The integration between mathematical modeling and
remote monitoring offers good potential for improving the performance of the temperature
control system of the thermal processing unit operation traditionally used in the food industry.
It is concluded that the methodology proposed in this study represents an advance in the
computational modeling of sterilization, contributing to the modernization and efficiency of
industrial processes.
Palavras-chave
Esterilização térmica, Modelagem matemática, Integração de Dados na Nuvem, Monitoramento remoto, Indústria de alimentos, Thermal sterilization, Mathematical modeling, Cloud Data Integration, Remote monitoring, Food industry
Citação
LEAL, Laila. Otimização do Processo de Esterilização de Alimentos Enlatados: Monitoramento Computacional e Integração de Dados na Nuvem. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Alimentos) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. http://doi.org/10.14393/ufu.di.2025.106