Propriedades Térmicas e Condutividade Térmica em Materiais

PROPRIEDADES TÉRMICAS k CP e Na equação geral da condução de calor a condutividade térmica foi assumida constante No entanto nem sempre esta suposição é válida Esta propriedade depende de muitas variáveis tais como estado de agregação sólido líquido gás temperatura composição do material e estrutura física entre outras Na Tabela 1 são apresentados valores de k para alguns sólidos líquidos e gases Note que a condutividade térmica do gelo é cerca de 3 vezes maior do que a da água líquida que é cerca de 26 vezes maior do que a do vapor dágua Observe ainda que a condutividade térmica de alimentos in natura varia muito pouco quando há pouca variação do conteúdo de água Quando a condutividade térmica é necessária nos cálculos o melhor é ter o valor desta propriedade para o material em questão e na faixa de temperatura do processo No entanto nem sempre existem disponíveis valores de k para todo material e em todas as condições Como os alimentos têm composição variada isso afeta significativamente os valores de k Uma alternativa para quem trabalha com alimentos é usar a composição centesimal do material para estimar os valores de k ou seja k Xprot kprot Xlip klip Xcinzas kcinzas Xcarb kcarb Xágua kágua 1 onde X é a fração volumétrica de cada componente Lembrese isso é uma ESTIMATIVA se for possível obter informações do alimento com que está trabalhando melhor Se for possível medir esta propriedade para o alimento melhor ainda Na Tabela 2 são apresentadas equações de previsão da condutividade térmica em função da temperatura para os principais constituintes dos alimentos Tabela 1 Condutividade térmica de alguns materiais a 20oC Substância k WmK Substância k WmK Sólidos metálicos Constituintes de alimentos Cobre 386 Água 060 Alumínio 200 Cinzas 036 Ferro 73 Carboidratos 021 AçoInóx 42 Proteínas 020 Prata 41 Gorduras 018 Sólidos não metálicos Gelo 20 Líquidos Vidro janela 08 Etanol 018 Tijolo 07 Óleo de oliva 017 Madeira 03 Concreto 013 Gases Cortiça 0043 CO2 0015 Lã de vidro 0038 H2 018 Borracha vulcanizada 0012 O2 0026 Alimentos sólidos N2 0025 Maça 75 de água 051 Ar 0025 Banana 75 de água 048 NH3 0024 Carne de frango 75 de água 049 Vapor dágua 0023 Músculo bovino 75 de água 041 Tabela 2 Equações para determinação da condutividade térmica de constituíntes de alimentos em função da temperatura Água k 057109 17625 103 T 67036 106 T2 2 Proteína k 017881 11958 103 T 27178 106 T2 3 Gordura k 018071 27604103 T 17749 106 T2 4 Carboidrato k 020141 13874 103 T 43312 106 T2 5 Fibras k 08331 12497 103 T 31683 106 T2 6 Cinzas k 032962 14011 103 T 29069 106 T2 7 Em relação ao calor específico uma equação que pode ser empregada é a de Siebel Cp 00335 Ya Cp 00126 Ya 084 084 acima do ponto de fusão 8 abaixo do ponto de fusão 9 onde Cp é dado em kJkg K Ya é o conteúdo de água em porcentagem bu Esta equação não é muito precisa e deve ser empregada quando equações ou valor para um alimento específico não estiverem disponíveis Quanto à difusividade térmica k Cp os dados são igualmente escassos Caso os valores de k ρ e Cp estejam disponíveis eles devem ser empregados para estimar Do contrário a equação de Riedel pode ser empregada 0088 água 0088 Ya 10 onde água é a difusividade térmica da água na temperatura de interesse Com esta equação o resultado de será dado em mm2s Esta equação foi desenvolvida para carne com temperatura variando entre 0 e 40oC e Ya acima de 40 mas tem sido usada para outros alimentos Para sistemas porosos tais como pães farinhas e massas de grãos as propriedades térmicas podem ser calculadas como sendo a soma ponderada das propriedades físicas de cada uma das fases sólida e gás Por exemplo a condutividade térmica de um alimento poroso pode ser calculada como k ksólido 1 kar 11 Neste equação ksólido é a condutividade térmica da fase sólida que pode ser determinada através da equação 1 e kar é a condutividade térmica do ar seco que pode ser encontrada em tabelas A propriedade é a porosidade do meio ou seja a quantidade de vazios que o material poroso tem È uma fração volumétrica dada por Vvazios Vtotal onde Vvazios é o volume de ar na amostra e Vtotal é o volume total da mesma