RESUMO
Em reaes qumicas, processos de separao, na cincia e na indstria, a temperatura um parmetro de significativa importncia, sendo necessrio realizar seumonitoramento em diversos processos. Para tal operao, faz-se uso de instrumentosdenominados termmetros, os quais se baseiam na comparao entre a variao depropriedades das substncias, como volume, presso, resistncia eltrica e cor, pararelacion-las com a variao de temperatura. Nesta prtica, foram avaliadosinstrumentos de medio de temperatura (termmetro de mercrio, termmetrobimetlico, termopar e termmetro de resistncia), bem como a medio decomprimento. Para isto, foram feitas medies de temperatura durante o aquecimento eresfriamento de um banho-maria com gua, estabelecendo um intervalo de tempo decinco minutos entre as medies. As leituras para cada medida foram realizadassimultaneamente nos instrumentos, a fim de fazer uma comparao entre eles. Foramobtidas as curvas de aquecimento e resfriamento do sistema, em relao ao tempo,observando no aquecimento uma resposta linear e no resfriamento, exponencial. Almdisso, na estufa de secagem, observou-se que aps 20 min a temperatura no seestabilizou, sendo o termmetro bimetlico o de pior resposta. As medies, em especialna batata, mostram resultados muitas vezes distintos em funo do mtodo. Osresultados da prtica indicam a importncia da escolha do instrumento mais indicadopara o tipo de medio que se deseja fazer e a necessidade de satisfazer as condiesoperacionais requeridas pelo mesmo, para que os dados obtidos sejam confiveis eprecisos.
http://www.leffa.pro.br/textos/abnt.htm
As propriedades fsico-qumicas dos alimentos so afetadas por alteraes em variveis como temperatura e presso
Os principais macroconstituintes dos alimentos, gua, carboidratos, protena e lipdeos, so substncias que possuem propriedades caractersticas e a
propriedade fsico-qumica do alimento ser dependente da sua composio, ou seja, da influncia de cada uma das substncias no produto
A necessidade do conhecimento da densidade do alimento est vinculada, por exemplo, deteco da sanidade e da qualidade da matria-prima ou
mesmo do produto final, alm de ser relevante para projetar e avaliar equipamentos de processamento como evaporadores, bombas, filtros e
misturadores (Alvarado & Romero, 1989).
Toda substncia possui uma propriedade fsica chamada de densidade
Material Densidade (kg/m3) Densidade bulk (kg/m3) Temperatura (oC)
Alumnio 2640 - 0
Cobre 8900 0
Ao inox 7950 20
Concreto 2000 20
Uvas 1067 368
Tomates 672
Limo/laranja 768
Fruta fresca 865 1067
Fruta congelada 625801
Peixe fresco 967
Peixe congelado 1056
gua (0C) 1000 0
Gelo (0C) 916 0
Gelo (-10C) 933 10
Gelo (-20C) 948 20
Gordura 900-950 20
Sal 2160 960
Acar (granulado) 1590 800
Acar (p) 480
Aveia 13501378 358511 -
Arroz 13581386 561591 -
Dixido de Carbono 1,98 0
Dixido de Carbono 1,46 100
Nitrognio 1,29 0
Ar 1,94 100Adapted from data of Earle (1983), Lewis (1990), Milson and Kirk (1980), Peleg (1983) and Mohsenin (1970
Densidade real ou verdadeira razo entre a massa e o volume real do
produto (Singh & Heldman, 2009). Usualmente os alimentos apresentam
densidades reais da ordem de 1400 a 1600 kg/m3, exceto aqueles com alto teor
de gordura (densidades menores) e sal (densidades maiores) (Peleg, 1993)
Densidade aparente densidade no levando em conta a porosidade do
material, ou seja, representa a massa da amostra por unidade de volume
aparente da amostra, incluindo o volume interno de poros (Mohsenin, 1978).
Este parmetro vital no projeto, modelagem e otimizao de processos da
indstria alimentcia, pois tem efeito direto nas propriedades fsicas do
alimento.
Densidade do leito ou bulk densidade do material quando o mesmo se
encontra em um leito (silo, armazenado) ou de alguma forma empacotada.
Esta densidade depende da geometria, do tamanho e das propriedades
superficiais individuais de cada partcula (Lewis, 1987), mas sempre ser
menor que a densidade da partcula, uma vez que considera o volume vazio.
A densidade de qualquer substncia no constante, variando em funo da temperatura e da presso. Com o aumento da temperatura, presso constante, o volume tende a aumentar (dilatao), diminuindo a densidade. J o aumento
da presso, temperatura constante, leva a uma diminuio no volume e consequente aumento de densidade
A variao da densidade em funo da temperatura um efeito comum, tambm observado nos constituintes dos alimentos. Choi & Okos (1986)
revisaram as densidades dos principais constituintes em funo da temperatura, apresentando as equaes na tabela abaixo
Tabela. Relao da densidade em funo da temperatura (40 a 150oC)
Composio do alimento Equao para clculo densidade (kg/m3) ( T em oC)
Protena 1239,9 0,51840. T
Gordura 925,59 - 0,41757.T
Carboidrato 1599,1 - 0,31046. T
Fibras 1311,5 - 0,36589.T
Cinzas 2423,8 - 0,28063.T
Fonte: Choi & Okos (1986) apud Fricke & Becker (2001)
alimentos com maior teor lipdico tendem a ter uma densidade mais baixa, enquanto protenas e fibras acabam que influenciando quase que igualitariamente no resultado da densidade. O contedo de matria inorgnica (cinzas) no alimento implicar em elevao da densidade.
A tabela abaixo apresenta a densidade de uma soluo de sacarose em diversas concentraes e temperaturas. possvel observar o aumento da densidade com o
aumento da concentrao (dados em colunas), uma vez que a densidade da sacarose pura maior do que o da gua. No entanto, em uma mesma concentrao, por
exemplo, 10% em peso, a densidade vai diminuindo com o aumento da temperatura (dados em linha), ou seja, de 1,04016 g/cm3 (10oC) a 1,00881 g/cm3 (90oC).
Tabela. Densidade de soluo de sacarose (g/cm3)
Medidas experimentais da densidade para lquidos ou solues pode ser realizada em densmetros como os hidrmetros, balana hidrosttica, balana
de Mohr, dentre outros. Os mtodos mais utilizados so o do tipo hidromtrico e picnomtrico (Valentas et al., 1997).
Os densmetros apresentam escala em massa especfica e variam de acordo com o tipode lcool analisado:
lcool anidro com escala de 0,7500 a 0,8500 g/mL lcool hidratado com escala 0,8000 a 0,8500 g/mL
Vale ressaltar que as especificaes estabelecidas para esses tipos de lcool expressam tais resultados em kg/m3. Logo, os valores lidos no densmetro devem ser
multiplicados por 1000 para converter o resultado nessa unidade. Uma vez que os valores da massa especifica devem ser referenciados a 20oC, faz-se necessrio
determinar a temperatura da medida devido influncia da temperatura
Pesar picnmetro vaziom1
Adicionar soluo, preenchendo
completamente
Pesar picnmetro com soluo
m2
12 mmmsoluo
A anlise da densidade via picnmetros feita em pequeno frasco de vidro com preciso volumtrica, para que o volume do fluido que contenha seja invarivel. Possui
abertura com tampa esmerilhada perfurada na forma de um fino tubo longitudinal. Muito utilizado para medir a densidade relativa (em relao gua) de um lquido.
Tpuraagua
liquido
em
md
Existem ainda densmetros digitais, como o da Anton Parr, que obedecem ao mesmo processo do densmetro comum. Nestes densmetros pode ser feito um controle mais
acurado da temperatura da amostra, alm de proporcionar um valor de densidade mais preciso e uma medida relativamente rpida com um volume menor de amostra (cerca
de 1 mL). Sua maior desvantagem parece ser o preo (muito alto em relao ao densmetro comum, de leitura direta).
ESCALAS DE HIDRMETROS escalas arbitrrias utilizadas em diferentes aplicaes industriais
Tipo de escala Definio Tipo de aplicao
Brix % em peso de sacarose (carboidratos) na gua Cerveja, fermentaes
Cloreto de clcio % em peso de CaCl2 em gua Fluido de sistemas frigorficos
Lactmetro Indstria do leite
Salmetro % da saturao de cloreto de sdio em gua
(100% =26,4% em massa de CaCl2 a 60F)
Solues salinas, indstria de
alimentos
Gay Lussac (Tralles) % volumtrica de lcool Indstria alcooleira
INPM % em massa de lcool Idem (Brasil)
Apesar de ser fundamentado para anlise da densidade de lquidos, inmeros produtos agrcolas e alimentcios tais como trigo, milho, cevada, arroz (Karimi, 2009), amido e
creme de leite (Moura et al., 2001; Cansee et al., 2008) foram determinados por esta tcnica, envolvendo deslocamento de diferentes lquidos em picnmetro, como, por exemplo, tolueno e gua. O mtodo parece no ser recomendado para produtos que
apresentem altas concentraes de slidos solveis (Queiroz, 2001).
A cincia que estuda a viscosidade dos lquidos, tambm chamada de reologia, a
parte da fsico-qumica que investiga as propriedades e o comportamento mecnico
de corpos que sofrem uma deformao (slidos elsticos) ou um escoamento
(fluido: lquido ou gs) devido ao de uma tenso de cisalhamento
Gases: na indstria de alimentos, usa-se ar, CO2, CH4,nitrognio e gases de refrigerao.
Lquidos: interessa conhecer os fenmenos fsicosassociados ao escoamento (deformaoplstica) de alimentos lquidos.
Exemplo: suco de fruta concentrado
Slidos: geralmente se estuda a deformao elsticado material.
Exemplo: elasticidade de queijos.
projeto e clculo de equipamentos (bombas e tubulaes, agitadores,
trocadores de calor, homogeneizadores, extrusoras, etc)
o controle de qualidade de produto, a exemplo de textura e
consistncia, tanto nas etapas intermedirias da fabricao como no
produto final
a avaliao do shelf-life do produto
Conhecer as propriedades reolgicas dos alimentos importante para:
O interesse est no comportamento e nas propriedades macroscpicas do fluido e, no, em seu comportamento molecular
As propriedades do fluido (v, P, ) so funes contnuas, isto , variam sem descontinuidade de ponto a ponto do material. Isto s no vlido para gases a
presses muito baixas (vcuo), pois o percurso livre mdio das molculas do gs pode superar uma dimenso caracterstica do sistema.
Condio de aderncia: todo fluido em contato com um slido, adquire avelocidade deste.
v fluido = v slido
O escoamento de um fluido corre em regime transiente at alcanar oequilbrio. Em regime laminar, existe aderncia das partculas parte mvel.
Para gases rarefeitos, a condio de aderncia parte do princpio que todas asmolculas percebem a existncia de uma parede (choques entre molculas).
Considere um elemento de volume de um fluido, com a forma de um cubo e a resposta
do fluido a uma fora externa aplicada.
Tenso normal Tenso de cisalhamento
Desenvolver-se- uma fora interna, agindo a partir dessa rea, que denominada tenso ( yx )
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Os conceitos de tenso de cisalhamento (fora aplicada) e taxa de deformao (gradiente de velocidade) so usados para descrever a
deformao e o escoamento do fluido.
h
v = 0
Fora de cisalhamento
v = velocidade constante da placa slida deslizante
h distncia curta Fluxo de tenso no lquido ( yx )
rea de ao da tenso
Camadas de velocidade diferente (vx)
y
x
yx = f (dvx /dy)
Perfil inicial de velocidades no lquido: v = 0
Deformao: o perfil de velocidades muda at atingir
um equilbrio
Placa slida mvel
Placa slida fixa
Fluido
O gradiente de velocidade entre as camadas laminares gera um fluxo de fora mecnica (tenso de cisalhamento).
No caso de lquidos, a maior parte das medidas reolgicas so feitas combase na aplicao de tenses de cisalhamento. A figura mostra o que ocorrequando uma tenso de cisalhamento simples ( ) aplicada a um lquido:
Fora
rea
Perfil de velocidades (regime permanente)
h
v = 0
v
Medio reolgica baseada no cisalhamento:
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A figura mostra um lquido viscoso mantido entre duas placas paralelas, sendo
que a placa superior se move a uma velocidade v relativa placa inferior.
A tenso de cisalhamento yx = Ft /A produz um gradiente de velocidade (dvx/dy)
no seio do fluido viscoso.
yx (dvx /dy) = (dvx /dy) =
Modelo geral = o + k . n
yx = .
Lei de Newton
= (F/A) / (L/T/L)=M/L.
= (kg/ms2) / (1/s) = kg/m.s
Existe uma proporcionalidade entre o gradiente de
velocidade (dvx /dy) e a tenso de cisalhamento ( yx)
Fora
rea
Perfil develocidades
h
v = 0
v
= taxa de deformao
Dimenso e unidade SI da viscosidade:
K = ndice de consistncia (Pa.sn )
n = ndice de comportamento do fluido
Taxas de deformao tpicas de processo:
SituaoTaxa de deformao
(s-1)Aplicao
Sedimentao de partculas em lquido
10-6-10-3Medicamentos, tintas,
molhos de saladas
Nivelamento devido tenso superficial
10-2-10-1Cobertura de bolo, tintas,
tintas de impressora
Drenagem sob gravidade
10-1-101Pequenos recipientes de
alimentos, tintura e cobertura
Extruso 100-103Snacks, comida de
cachorro, pasta de dente, massas
Calandrar 101 - 102 Estiramento do glten
Derramar de uma garrafa
101 - 102Alimentos, cosmticos,
artigos de toalete
Cortar alimentos 101 - 102 Mastigar
Recobrimento por imerso
101 - 102 Tintas, confeitaria
Mistura e agitao 101 - 103 Processamento geral
Escoamento em tubos
100 - 103Processamento de
alimentos
Esfregar 102 - 104 Aplicao de cremes
Escovar 103 - 104 Descascar, raspar
SituaoTaxa de deformao
(s-1)Aplicao
Fluidos lquidos
Independentes do tempo
Dependentes do tempo
Outros
Newtonianos
Pseudoplsticos
Bingham
Herschel-Bulkley
Tixotrpicos
Reopcticos
Viscoelsticos
onde: = tenso de cisalhamento (Pa) = viscosidade newtoniana (Pa.s) = taxa de deformao (s-1)
Fluido Newtoniano a viscosidade independente da taxa dedeformao a qual o fluido est submetido. Um fluido newtonianomostra um nico valor de viscosidade a uma dada temperatura.Exemplos: leos vegetais, gua, solues aucaradas.
= .
Os fluidos Newtonianos possuem uma viscosidade constante, ou seja, seguem a Lei de
Newton e no sofrem alterao quando aplicada uma fora.
Os fluidos no Newtonianos, como ketchup e o amido de milho, a viscosidade varia
conforme o grau de deformao aplicado no possuem viscosidade bem definida.
Os fluidos no-Newtonianos se classificam de acordo com a suaspropriedades fsicas, que podem:
ser independentes do tempo de cisalhamento
ser dependentes do tempo de cisalhamento
Exibir caractersticas de slido
Equao mais geral
= o + k . n
yx = (dvx/dy)
: Taxa de deformao
yx:
Ten
so
de
cisa
lha
men
to
n>1
n
Fenmenos que acontecem com o deslocamento do fluido:
a. Orientao de partculas: tpico em polpas defrutas e vegetais.
b. Estiramento: solues macromoleculares, comgrande quantidade de espessantes caldas,produtos com substituio de gordura.
c. Deformao de gotas: emulses, onde existeuma fase dispersa em uma fase contnua maionese, molho de saladas, chantilly, etc.
d. Destruio de agregados: homogeneizao deprodutos.
Na maioria dos alimentos o comportamento reolgico
independente do tempo, classificando-se em duas categorias
principais:
no necessitam de tenso de cisalhamento inicial (o) para
escoar
pseudoplsticos
dilatantes
necessitam de tenso de cisalhamento inicial (o) para escoar
plstico de Bingham
fluido Herschel-Bulkley
lei da potncia ou equao de Ostwald de Waele
= k.n.
= o + p.
p = viscosidade plstica (Pa.s)
Fluido pseudoplstico a viscosidade aparente diminui com o
aumento da taxa de deformao n < 1
Exemplos: sucos, polpas, produtos lcteos, melao de cana
caldos de fermentao
solues de polmeros de alto peso molecular
polpa de papel e tintas de impressoras
Fluido dilatante a viscosidade aparente cresce com o aumento da
taxa de deformao, sendo necessrias bombas com deslocamento lento
n > 1
Exemplos: suspenses concentradas de amido
suspenses de areia
plstico de Bingham mostram relao linear entre tenso de
cisalhamento e taxa de deformao, aps vencer a tenso de cisalhamento
inicial (o), ou seja, o fluido que se comporta como um slido at que uma
tenso crtica mnima seja excedida e, subsequentemente, exibe uma relao
linear entre tenso e taxa de deformao
Exemplos: ketchup, pur de batata, chocolate, bala de goma
batom, sabonete, pasta de dente
vidro, suspenses de argila, cimentos
Fluido Herschel-Bulkley apresentam o comportamento do tipo lei da
potncia com tenso de cisalhamento inicial. o modelo mais geral.
Exemplos: fluidos alimentcios (leos alimentares)
Fluido tixotrpico (afinantes) alimentos que possuem uma estrutura
que quebrada em funo do tempo e da taxa de deformao, ou seja,
apresentam diminuio na viscosidade aparente com o tempo sob a
aplicao de uma tenso de cisalhamento
Exemplos: ketchup, margarina
algumas tintas, creme de barbear, creme dental
Fluido reoptico (espessantes) apresentam aumento na viscosidade
aparente com o tempo, quando submetidos a uma tenso de cisalhamento
Exemplos: clara de ovo, maionese
Tixotrpico (afinante)
Reopctico (espessante)
Estes alimentos possuem uma estrutura que muda em funo do tempo,
cujo comportamento descrito pelo modelo de Tiu-Borger:
t1
t2
t2
t1
t2 > t1
= o - (o - e ) exp (- kt)
Fluido viscoelstico fluidos que exibem muitas caractersitcas de
slidos, apresentando propriedades viscosas e elsticas acopladas. Quando
cessa a tenso de cisalhamento, ocorre uma certa recuperao da
deformao fluido retorna parcialmente ao estado original
Exemplos: massas de farinha de trigo, gelatinas, queijos, leite condensado
alguns shampoos
Determinao de propriedades reolgicas
Dependem largamente da escolha do correto mtodo instrumental
sistemas
Newtonianos
a viscosidade
diretamente proporcional
tenso de cisalhamento
mtodos de nico ponto
(viscosmetros pontuais)
trao de perfeito
de um reograma poucos os fluidos
providos desta
facilidade
metodologias
mais complexas
remetros
(instrumentos multipontos)
dados para se traar um completo
reograma de sistemas No-Newtonianos
Viscosmetros ou Remetros
Brookfield: consiste em um agitador rotativo (rotacional) que mede a
viscosidade do fluido com base na resistncia por ele oferecida agitao.
(para medidas rpidas, determinao em formas farmacuticas lquidas e
semi-slidas, com temperaturas entre 25 e 65C a 6, 12, 30 e 60 rpm).
Ostwald: inventado em 1900, consiste em um sistema de mangueiras onde
cronometrado o tempo de escoamento do fluido do trao de referncia
superior at o menisco inferior, sendo esse resultado comparado com o da
gua feito nas mesmas condies. simples e de preo acessvel, sendo
tambm utilizado por laboratrios em exames de patologia clnica.
Copo de Ford: consiste em um copo metlico com um orifcio na parte
inferior por onde escoa o fluido. Cronometra-se o tempo que o fluido leva para
escoar totalmente e compara-se com a gua. Determina a viscosidade
cinemtica, a 25 C, de tintas, vernizes, resinas e outros lquidos com
propriedades Newtonianas.
L = comprimento tubo capilar (m)R = raio do tubo capilar (m)H = altura do sistema (m)Q = vazo escoamento (m3/s)
Na indstria de alimentos, utilizam-se diversos equipamentos empricos que no determinam propriedades reolgicas fundamentais, mas seus resultados tm diversas aplicaes, a exemplo do controle de qualidade, correlao com
anlise sensorial ou, ainda, como padres oficiais de identidade.
Equipamento Aplicao mais comum
Consistmetro de Adams Consistncia de purs semi-slidos
Medidor de maciez de Armour Maciez de carne
Compressmetro de padeiro Envelhecimento de po
Medidor de presso Ballauf Puno de frutas e vegetais
Medidor de textura de biscoito BBIRA Dureza de biscoitos e bolachas
Gelmetro de Bloom Puno de gelatina e gelias de gelatina
Consistmetro de Botswick Escoamento de alimento infantil e purs similares
Medidor de presso Chatillon Puno de frutas e vegetais
Medidor de presso Effi-Gi Puno de frutas e vegetais
Equipamento Aplicao mais comum
Medidor de presso Magness-Taylor Puno de frutas e vegetais
Medidor de presso Van Dorran Puno de manteiga
Extensgrafo Comportamento do glten
Faringrafo Qualidade dos produtos assados de farinha de trigo
Mixgrafo Qualidade dos produtos assados de farinha de trigo
Resistgrafo Qualidade dos produtos assados de farinha de trigo
Tendermetro de ervilhas FMC Qualidade e grau de maturao de ervilhas verdes frescas
Tendermetro de ervilhas Ottawa Qualidade e grau de maturao de ervilhas verdes frescas
Sistema de textura FTC Acessrios para vrios alimentos
Medidor de textura Pabst Firmeza de alimentos particulados
Texturmetro GF Acessrios para vrios alimentos
Equipamento Aplicao mais comum
Medidor de Haugh Qualidade do ovo
Instrom Acessrios para vrios alimentos
Clula de presso de Kramer Maciez de ervilhas e outros alimentos particulados
Medidor de gis de colides marinhos Puno de gis de extratos marinhos
Penetrmetro Firmeza de manteiga e margarina
Torsimetro de coalho de queijo Firmeza do coalho de queijo
Analisador de resposta de compresso de Stevens
Acessrios para vrios alimentos
Suculmetro Maturidade e qualidade de milho doce fresco
Medidor de dureza SURDD Dureza de gorduras e ceras
Homogeneizador de Torry Brown Dureza de peixe
Consistmetro USDA Consistncia de purs de alimentos semi-fluidos
Cisalhamento de Warner-Bratzler Dureza de carne
ALVARADO, J. D ; ROMERO, C. H. Physical properties of fruits I-II: density and viscosity of juices as
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