condutividade térmica do suco de laranja

Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.3, n.1-2, p.101-104, 2001
ISSN 1517-8595
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CONDUTIVIDADE TÉRMICA DO SUCO DE LARANJA
Simone Duarte Oliveira1, Darmil Camargo2, Pedro Paulo Machado3; Soraia Vilela Borges4
RESUMO
Neste trabalho, o objetivo foi determinar a condutividade térmica (k) do suco de laranja. Em
diferentes concentrações (11-59 oBrix). A condutividade térmica foi medida pelo método da
sonda linear. Para construção da sonda, foi usado uma agulha hipodérmica contendo no seu
interior um fio aquecedor de constantan e termopar de cobre-constantan. Uma corrente contínua
de 260 mA foi usada para aquecer a sonda. Os dados foram registrados por uma interface
conectada a um computador e ao programa QuickLog. Os resultados mostraram que k varia an
faixa de 0,2 a 0,57 w/m °C, de acordo com a equação: k = -1,181 + 4,641 xa -3,008 xa2, onde xa
é o conteúdo de água. Os resultados experimentais foram comparados aos encontrados na
literatura e mostraram pequenas diferenças. Entretanto modelos baseados sobre o conteúdo de
água, não foram adequados para predizer estes resultados experimentais.
Palavras-chave: Condutividade térmica, propriedades termofísicas, suco de laranja.
THERMAL CONDUTIVITY OF ORANGE JUICE
ABSTRACT
The objective of this work to measure the thermal conductivity of orange juice in several
concentrations (11 to 59°Brix). The thermal conductivity was measured by linear heat source
technique. For the probe construction, there were used a hypodermic needle. A wire heater
constantan and cooper-constantan were placed inside the needle. Continuous current of 260 mA
was used to heat the probe. The data were recorded by na interface connected to the computer
and QuickLog program. The results showed that k varies from 0,2 to 0,57 W/m °C, according to
equation: : k = -1,181 + 4,641 xw -3,008 xw2 , where xw is water content. The experimental
results were compared to values found in literature and showed small differences. However,
models based on water content, were not suitable to predict these experimental results.
Keywords: thermal condutivity, thermophysical properties, orange juice.
Protocolo 21 2000 41 de 07/11/2000
1
Eng. Alimentos. Msc em Ciência e Tecnologia de Alimentos- Técnica- CTAA/EMBRAPA-RJ
2
2Técnico de Mecânica do SENAI-CETEC/Vassouras-RJ
3
Doutor em Agronomia-Solos/UFRRJ
4
Prof. Adjunto II-DTA/UFRRJ Apoio Financeiro/Técnico: FAPERJ/ SENAI-CETEC DTA/IT/UFRRJ- km 47 da Antiga
Rodovia Rio-SP 23851-970 Seropédica RJ.
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Condutividade térmica do suco de laranja
INTRODUÇÃO
Existem várias formas de processamento
de alimentos aplicação de calor e frio,
irradiação, fermentação, adição de substâncias
conservadoras, entre outros processos que
envolvem aplicação de calor/frio, tais como
tratamento térmico (ou enlatamento), secagem,
evaporação, refrigeração, e congelamento, são
largamente empregados na indústria de
alimentos, pois os produtos resultantes são
adequados tanto do ponto de vista nutricional e
organoléptico, além terem vida útil estendida
acima de 1 ano, Mafart & Béliard (1994),
Cabral et al. (1983).
Entretanto, esses processos devem ser
conduzidos de forma econômica. Os gastos com
energia representam uma considerável parcela
nos custos de produção , sendo portanto
considerados críticos na redução dos mesmos,
Peters & Timmerhaus (1980). Neste contexto, o
conhecimento
das
propriedades
físicas
(densidade) e termofísicas (calor específico,
condutividade térmica e difusividade térmica)
tem importância fundamental para estimar a
quantidade de emergia envolvida no processo e
consequentemente, selecionar e dimensionar
corretamente os equipamentos, Vieira(1996) e
Shepherd & Bhardwaj (1986). São propriedades
dependentes da composição química do
alimento e condições de processamento,
principalmente umidade e temperatura,
respectivamente. Entretanto, poucos dados
sobre estas propriedades são registrados na
literatura, sendo comum a utilização de várias
correlações existentes na literatura para estimar
tais propriedades. Tal fato pode gerar
estimações grosseiras sobre os aspectos
energéticos,
resultando
em
sub
ou
hiperdimensionamento
de
equipamentos,
comprometendo dessa forma os custos do
projeto. Baseado no exposto este trabalho tem
como objetivos:
Oliveira et al.
- Construção do calorímetro e sistema de
medição de condutividade térmica;
- Ajuste de um modelo empírico para k
em função da concentração do suco de laranja e
comparação dos resultados experimentais com
os modelos da literatura.
MATERIAL E MÉTODOS
Utilizou-se suco de laranja concentrado da
marca Lanjal sem adição de açúcar, a diferentes
concentrações (11 a 58°Brix). A concentração
dos sucos foi ajustada por diluição e medida em
um refratômetro, seguindo as normas
recomendadas pela AOAC (1985).
Para medir a condutividade térmica do
suco de laranja, utilizou-se a técnica da fonte de
calor linear em regime transiente, de acordo
com Sweat (1974), cujo esquema da sonda é
montado na Figura 1. Este equipamento foi
construído e calibrado com ágar a 2%. A sonda,
é constituída de uma agulha hipodérmica de 2,0
mm de diâmetro externo e 40,0 mm de
comprimento, dentro do qual foi introduzido
um par termoelétrico de cobre-constantan no
seu ponto médio e um fio aquecedor de
constantan. A variação da temperatura com o
tempo foi registrada por meio de uma interface
acoplada a um computador e um programa
QuickLog. Os resultados experimentais,
repetidos 5 vezes, foram obtidos através de
Equação 1.
(1)
Os modelos da literatura escolhidos para
comparar com os dados experimentais são:
k= 0,0560 + 0,567 xa
Bowman (1970) citado
por Lamb (1976)
k= 0,140 + 0,66 xa - 0,24 xa2 Lamb (1976)
Figura1- Esquema da sonda linear
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Condutividade térmica do suco de laranja
Oliveira et al.
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RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 2 mostra a variação dos dados
experimentais com a umidade do suco de
laranja, bem como a comparação com os
modelos da literatura para predizer tais valores.
Os resultados experimentais foram bem
ajustados pela seguinte equação (R = 0,92 e R2
= 0,85).
Tabela 1- Valores calculados para o desvio
médio relativo(P%) para o k do suco de laranja
utilizando as equações IX e X.
k= -1,181 + 4,641 xa -3,008 xa 2
onde xa é a fração de água.
Observa-se através da figura que a
equação IX prediz muito bem na faixa de 0,5 a
0,9 de umidade.
Equação IX - Bowman (1970) citado por Lamb
(1976)
Equação X - Lamb (1976).
CONCLUSÃO
O valor da condutividade do suco com
umidade de 0,89 citado Por Hayes (1987) é de
0,554W/M°C e por Vieira (1996) é de 0,556
W/m°C. O valor encontrado neste trabalho para
essa umidade é de 0,565 W/m°C, portanto está
relativamente próximo aos dos referidos
autores.
Em relação aos modelos, a análise
estatística, apresentada na tabela 1 mostra que
os mesmos não se adequaram aos resultados
experimentais.
O equipamento construído e o sistema de
aquisição de dados mostrou ser uma ferramenta
útil e de boa precisão na determinação da
condutividade térmica de sucos de frutas, pois
os resultados encontrados estão próximos aos
da literatura.
AGRADECIMENTOS
À FAPERJ pelo apoio financeiro e ao
SENAI-CETEC-Vassouras pela construção dos
equipamentos.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
A.O.A.C. Official methods of analysis. 14 ed.
Washington: Association of Official
Analytical Chemists, 1980.
Cabral, A.C.D; Madi, L.F.C.; Soler, R.M.;
Ortiz, S.A. Embalagens de produtos
alimentícios.
Campinas: FTPT, 1983. 338 p.
Hayes,G.D. Food engineering data handbook.
– Zaragoza : Acribia, 1987, 182 p.
Figura 2. Condutividade térmica do suco de
laranja em função da umidade,
dados experimentais e modelos da
literatura.
Lamb, J. Influence of water on the thermal
properties of foods. Chemistry and
Industry, v.24, n. p. 1046-1048, 1976.
Mafart, P.; Béliard, E. Ingenieria industrial
alimentária. Acribia, Zaragoza, 1994. 277p.
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Condutividade térmica do suco de laranja
Peters, M.S.; Timmerhaus, K.D. Plant design
and economics for chemical engineers. 4.
ed. New
York: Mc Graw-Hill Book Co., 1991. 970p.
Oliveira et al.
tubos de suco de laranja. Campinas:
UNICAMP/
FEA,1996.
(Tese
de
Doutorado).
NOMENCLATURA
Shepherd, H.; Bhardway, R.K. Thermal
properties of pigeon pea . Cereal Foods
World, 31(7): 466-470, 1986.
Sweat, V.E.; Haugh, C.G. A thermal
conductivity probe for small food samples.
Transaction of the ASAE, 17(1):56-8,
1974.
Vieira, J.A.G. Propriedades termofísicas e
convecção no escoamento laminar em
Cp - calor específico (kJ/kg C)
k - condutividade térmica (W/m C)
M - massa (g)
Q - potência por unidade de comprimento
dissipada
no fio aquecedor (W/m)
t - tempo (min)
T - temperatura ( C)
x - fração peso (g/g)
1,2 - intervalo de tempo
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