Numerical study of treatment chambers for single and multistage pulsed electric field systems

Abstract

Os sistemas de campo elétrico pulsado (PEF) devem ser projetados para serem microbiologicamente e energeticamente eficientes para aplicações industriais aplicadas ao tratamento de diferentes tipos de alimentos líquidos. Um modelo numérico completo para o projeto de sistemas PEF é apresentado. Leva em consideração duas abordagens combinadas, uma avaliação de campo baseada em uma análise eletrotérmico-fluidodinâmica e um planejamento de experimento numérico considerando como variáveis a alta tensão aplicada e o raio interno do eletrodo de uma geometria coaxial. Em seguida, a taxa de sobrevivência e a energia específica são resolvidas como objetivos conflitantes para o projeto do PFE, utilizando o tempo de tratamento e a frequência de pulso da análise acoplada. A formulação é aplicada para sucos de uva e laranja com E. coli em sistemas de estágio único e múltiplo. As simulações com múltiplos estágios para o suco de uva mostraram que é possível atingir uma inativação microbiana de 3,1 (escala log10 de taxa de sobrevivência) com uma energia específica cerca de 450kJ/kg inferior em relação a um sistema de dois estágios. Significa uma redução energética de 92.421kJ/h para um sistema de tratamento com capacidade de 163 L/h.