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 )

20

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:

22

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

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