Operações Unitárias 2 - Condutividade Térmica e Calor Específico em Alimentos

Operações Unitárias 2 Engenharia de Alimentos Profa Kelly T Catelam IFSP Matão Tipos Condutividade Térmica k Calor Específico Cp Densidade ρ Início do Ponto de Congelamento IPC Elevação do Ponto de Ebulição EPE Necessários para Projeto dos trocadores de calor Condutividade Térmica k Medida da habilidade para conduzir calor Em alimentos k depende principalmente da COMPOSIÇÃO mas também de qualquer fator que possa afetar os caminhos do fluxo de calor pelo material como porcentagem de espaços vazios forma tamanho arranjo dos espaços vazios homogeneidade e orientação das fibras carnes congeladas Conduzir calor CONDUÇÃO Lei de Fourier Taxa de calor Fluxo de calor A área de troca de calor m2 cm2 in2 ft2 dTdx gradiente de temperatura Cm Fm Kcm Rft k condutividade térmica Jm2 kcalm h C Js m K Wm K BTUh ft F Métodos de determinação de k Tabelas Nomogramas Gráficos Equações empíricas Semelhança de produtos Estudaremos agoraEQUAÇÕES EMPÍRICAS Equações Empíricas k a Acima do ponto de congelamento i Equação de Sweat ii Equação de Choi Okos b Abaixo do ponto de congelamento i Equação de Jowitt ii Equação de Fikiin Equação de Sweat Frutas e vegetais exceto maçã in natura Comuns para alimentos acima de 60 água Onde k Wm K Xw fração de água do produto 0 a 1 Equação de Choi Okos Válida quando se conhece a composição do produto Geralmente usamos Tabela TACO Unicamp onde k Wm C xiV fração volumétrica xim fração mássica ρi densidade do componente i Equação de Jowitt onde k Wm K xw fração de água Tf temperatura de início de congelamento C T temperatura da amostra Equação de Fikiin Calor Específico Cp Indica o quanto calor é requerido para mudar a temperatura de um material Representa apenas o calor sensível Definição derivada total da entalpia em relação a temperatura absoluta Unidades de medida Cp Kcal kg C BTUlb F kJkg C Jkg C Etc Energia massa temperatura Métodos de obtenção de Cp Determinação experimental Valores da literatura Nomogramas Gráficos Equações empíricas Semelhança de produtos Estudaremos agoraEQUAÇÕES EMPÍRICAS Equações Empíricas Cp a Acima do ponto de congelamento i Equação de Siebel ii Equação de Charm iii Equação de Choi Okos b Abaixo do ponto de congelamento i Equação de Miles Equação de Siebel Onde Cp kJkgC Xw fração de água Xg fração mássica de gordura Xs fração mássica de sólidos Equação de Charm Equação de Choi Okos onde Cp kJkgC Cpi calor específico do componente i xim fração mássica do componente i Equação de Miles onde Cp Jkg C Xw fração mássica de água Densidade ou Massa Específica ρ Relação entre MASSA de uma amostra e seu VOLUME Densidade obtida por Dados da literatura Experimentalmente Equações empíricas Valores semelhantes entre produtos Equações Empíricas Equação de Choi Okos onde ρ kgm3 ρi massa específica de cada componente i xim fração mássica de cada componente i Início do Ponto de Congelamento IPC IPC onde começam a formação dos primeiros cristais de gelo Temperatura onde coexistem em equilíbrio cristais de gelo e água líquida Água pura T 0C Alimentos sólidos solúveis efeito dos sólidos faz decrescer o ponto de congelamento da água Ta de congelamento alimentos 0C Obtenção de IPC Experimentalmente Literatura Equações semiteóricas e empíricas Produtos semelhantes Estudaremos equações semiteóricas e empíricas Equações para determinar IPC a Equação de Gabas b Equação de Miles c Equação baseada na Lei de Raoult Equação de Gabas Para suco de laranja onde Tf temperatura do início do congelamento C Xw fração de água Equação de Miles onde Tf temperatura do início do congelamento C a b constantes a serem determinadas para cada produto Equação baseada na Lei de Raoult Onde Tok temperatura de congelamento da água pura C Lf calor latente do congelamento da água 6003 kJkg mol R constante dos gases ideais 8314 kJkmol K Xw fração molar da água mw massa de água Mw massa molecular de água mb massa de soluto Mb massa molecular de soluto Elevação do Ponto de Ebulição EPE Ta ebulição da água depende da pressão P P varia Ta ebulição também varia Soluções aquosas além de P quantidade de soluto também interfere na Ta ebulição EPE Importante no projeto de Evaporadores Aplicações indústrias de leite café gelatina açúcares etc Unidade de temperatura C K F R Modos de determinação de EPE Experimental Literatura Equações teóricas semiempíricas e empíricas Equações para determinar EPE Lei de Raoult soluções aquosas diluídas Regra de Duhring soluções reais Equação de LozanoCapriste soluções açucaradas Equação clássica de Antoine extrato de café Para soluções que cumpram a Lei de Raoult onde Ms massa molecular do soluto x relação kg solutokg solvente Ke constante de ebulição do solvente Soluções Reais Por intermédio da Regra de Duhring Estabelece que a Ta de ebulição da solução é função linear da Ta do solvente puro a mesma pressão Equação de LozanoCapriste Equação de LozanoCapriste onde C concentração em Brix P Pressão em mbar δ α β γ constantes empíricas dadas pela Tabela 1 Tabela 1 Constantes empíricas da equação de Lozano Capriste δ γ 102 β α 102 Produto 01054 3390 07489 13602 Suco de maçã 0119 3593 05880 22270 Açúcares redutores 01356 5329 00942 30612 Soluções de sacarose 01163 2570 09895 08474 Extrato de café 01113 2227 12851 04164 Suco de Grapefruit Obs 0013602 cuidado com a base 10 Equação clássica de Antoine onde P pressão Pa Ta temperatura de ebulição do produto K A B C constantes empíricas que dependem da concentração Tabela 2 Tabela 2 Parâmetros da equação de Antoine para extrato de café C B A Concentração Brix 254402 346292 14288 92 252490 362455 14375 126 251711 369660 14413 162 252408 364840 14382 224 252382 366331 14390 262 251741 374610 14431 332 252950 375060 14469 386 236461 528548 15222 462 244556 457195 14892 496 246101 445333 14824 524 OBRIGADA