Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Alimentos
TÍTULO: ESTUDO AVALIATIVO DA TRANSFERÊNCIA DE CALOR LONGITUDINAL EM MARGARINAS COM DIFERENTES PORCENTAGENS DE LIPÍDEOS.
AUTORES: Araújo de Paula, L. (UEG) ; Silvestre Faleiro, D. (UEG) ; M. da S. Evangelista, J. (UEG) ; N. de Morais, L. (UEG) ; de Sousa Oliveira, M. (UEG)
RESUMO: Margarina é considerada uma emulsão entre diferentes óleos vegetais e água
classificada pela ANVISA como um creme vegetal. A margarina é usada como um
substituto próximo da manteiga na alimentação humana, sendo comercializada com
diferentes porcentagens de lipídeos. Experimentalmente construiu-se um sistema
cilíndrico isolado termicamente e realizou-se ensaios de transferência de calor
por condução e propagação longitudinal, em regime transiente com margarinas de
diferentes porcentagens de lipídeos. Os resultados obtidos mostram que a
margarina não é um bom condutor térmico, pois apresentou significativa
resistência a transferência de calor ao longo do sistema. Deduziu-se através do
estudo que as margarinas com diferentes teores de lipídeos apresentam diferentes
sensibilidades térmicas.
PALAVRAS CHAVES: margarina; difusividade; resfriamento
INTRODUÇÃO: Na ANVISA, não há uma legislação específica para margarina e, portanto, essa se
enquadra na legislação de cremes vegetais. Assim de acordo com a Portaria 193 da
ANVISA, que creme vegetal é emulsão entre diferentes óleos vegetais comestíveis
e água (Brasil, 1999). As margarinas podem ser encontradas com concentrações de
lipídeos que variam de 20 a 80% e esta concentração influencia a temperatura que
a emulsão pode atingir quando aquecida. Margarinas com 20% de gordura demoram a
atingir as temperaturas adequadas, necessitando de evaporação de água. A
caracterização de margarinas do tipo light é feita através da maior concentração
de água e menor concentração de lipídeos (ARAUJO et al., 2008).
Propriedades térmicas são propriedades físicas encontradas nos fenômenos de
transferências de calor. Entre essas propriedades pode-se citar a difusividade
térmica, condutividade térmica, calor específico e massa específica. Essas
propriedades variam de acordo com a composição química, umidade e porosidade do
material (OLIVEIRA, 2009). O conhecimento das propriedades térmicas de
substâncias alimentícias é essencial para a eficiência e controle das operações
de processamento de alimentos que envolvem transferência de calor e para isso
torna-se necessária a presença dessas propriedades em cálculos de avaliação de
projetos e sistemas de engenharias de alimentos, bem como a aplicabilidade de
modelos equacionais termodinâmicos (ALVES et al., 2012).
As características de transferência de calor de um material sólido são medidas
por uma propriedade denominada condutividade térmica (k), medido em (W/m.K). O
valor de k é uma constante de proporcionalidade e mede a capacidade que a
substância possui de transferir calor (RAMOS et al. 2005).
MATERIAL E MÉTODOS: Em dois tubos cilíndricos de PVC, dotados de três furos para a acomodação de
cada termômetro, os quais estavam igualmente espaçados pelo tubo. O sistema foi
isolado termicamente com PVC e cortiça, pois apresentam resistência à
transferência de calor por condução com o ambiente devido ao seu baixo valor de
condutividade térmica (k) e papel laminado com o objetivo de eliminar a
transferência de calor por radiação proveniente do meio externo. Fechou-se a
base com uma chapa torneada soldada de alumínio e o topo fechado termicamente
com uma tampa de cortiça. (Figura 1).
Em um dos tubos encheu-se de margarina com 80% de lipídeos e no outro com
margarina de 30% de lipídeos. A transferência de calor foi verificada através da
aferição dos termômetros. Na realização do resfriamento, colocou-se cada tubo em
banho de gelo separadamente, e registrou-se inicialmente a leitura das
temperaturas a cada 2 minutos e depois a com intervalos de 5 minutos até o
sistema atingir o equilíbrio térmico com o meio. Em seguida realizou-se o
aquecimento, o qual se retirou o tubo do banho de gelo e deixou-se o sistema
exposto à temperatura ambiente até que o mesmo atingisse o equilíbrio térmico
com o meio e anotou-se as temperaturas conforme realizado no resfriamento.
Neste experimento realizado o escoamento do fluxo de calor ocorre em regime
transiente (dQc/dt≠ 0) e assim a distribuição de temperatura é dada através do
balanço de energia do corpo, de acordo com a equação da distribuição de
temperatura descrita na equação (1).
( 1)/r ∂/∂r (r ∂T/∂r)+ 1/r^2 (∂^2 T)/(∂ϕ^2 ) +(∂^2 T)/〖∂z〗^2 + q/k=1/α ∂T/∂t
Onde “r” representa o raio, “ϕ” o ângulo, “z” a altura, “T” a temperatura, “k” a
condutividade térmica, “α” a difusividade térmica e “t” (COSTA, 2012).
RESULTADOS E DISCUSSÃO: As distribuições de calor de forma longitudinal ao longo dos sistemas estudados
apresentaram características distintas para cada sistema especifico. De modo
geral observa-se que o calor foi melhor distribuído nos sistemas com menor
concentração de lipídios (30%).
Observa se que os pontos que compõe os gráficos de resfriamento (Figuras 2 e 3)
apresentam uma grande diferença entre as curvas T1 e T2 e uma diferença
relativamente baixa entre as curvas T2 e T3. O calor de um sistema flui de
regiões de maior temperatura para regiões de menor temperatura, dessa forma a
região do sistema mais próxima do banho de gelo perde calor de forma mais
rápida.
No gráfico de resfriamento para a margarina de 80% observa-se que os termômetros
2 e 3 mostraram pouca variação de temperatura em relação ao sistema contendo a
margarina de 30%, os quais foram mais sucintos a tal variação. Esses resultados
mostram que quanto maior a concentração de lipídios no sistema melhor a
tendência à resistência a perda de calor.
O experimento de aquecimento térmico foi realizado logo após o
experimento de resfriamento, ou seja, os três termômetros presentes em cada
sistema estavam a temperaturas diferentes. Para os sistemas de aquecimento
observa-se comportamento relativamente análogo (Figuras 4 e 5). Observa se que a
curva T1 em ambos os sistemas apresentaram um aumento de temperatura mais
intenso em relação às curvas T2 e T3, devido ao fato desta região estar mais
próxima com a fonte doadora de calor. Observa se que a margarina de 30% ao longo
do tempo de 120 a 140 minutos, tende a entrar em equilíbrio térmico de forma
significativamente mais rápida do que a margarina de 80%. Devido a sua maior
concentração de água que é melhor condutora de calor e devido a maior
difusividade térmica da margarina de 30%.
Figura 1
Sistema construído para a realização do experimento
de transferência de calor.
Figura 2
Gráfico de resfriamento para a margarina 30% de
lipídeos.
Figura 3
Gráfico de resfriamento para a margarina 80%.
Figura 4
Gráfico de aquecimento para a margarina 30% de
lipídeos.
Figura 5
Gráfico aquecimento a temperatura ambiente para a
margarina com 80% de lipídeos.
CONCLUSÕES: Os lipídeos são ótimos armazenadores de calor e como a margarina é um produto
derivado da emulsão de lipídeos é de se esperar o comportamento observado.
Observou-se que a porcentagem de lipídeos influencia na difusividade da margarina
de uma forma que pode ser observada tanto no aquecimento quanto no resfriamento.
Em geral observou-se que ambos os sistemas possuem uma alta resistência de entrar
em equilíbrio térmico. Também foi observado que ambas possuem uma condutividade e
difusividade térmica significativamente baixa, contudo esses valores são
superiores para a margarina de 30% em lipídeos.
AGRADECIMENTOS: Agradeço imensamente a minha orientadora Professora Orlene pelos grandes
ensinamentos, aos integrantes deste grupo e também a instituição UEG.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ALVES, D. dos S. et al. Avaliação da distribuição de temperatura em pasta comercial de pequi. Universidade Estadual de Goiás: Anais do X Seminário de Iniciação Científica, VII Jornada de Pesquisa, 17 a 19 de outubro de 2012.
ARAUJO, W. M. C. et al. Alquimia dos alimentos: alimentos e bebidas. Senac, v.2, 2008.
BRASIL. Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Portaria n.193 de 09 mar. 1999. Aprova o regulamento técnico referente a creme vegetal constante do anexo desta portaria. Disponível em: <http:// www.anvisa.gov.br/legis/portarias/193_99.htm>.Acesso em: 14 jan. 2004.
COSTA, O. S. da. Fenômenos de transporte II: Transferência de calor e massa. Anápolis, p.10, 2012.
OLIVEIRA, Edilma Pereira. Estimação da difusividade térmica de iogurtes comerciais – aplicação do método flash. 2009. 120 p. Dissertação ( Mestrado em Engenharia Mecânica) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa, 2009.
RAMOS, B. et al. Estudo experimental da transferência de calor axial através de pastas de pequi e buriti em um sistema cilíndrico. Universidade Estadual de Goiás, Anápolis. 2005.