Refrigeração - Parte 1

Se você colocar sua mão por trás de uma geladeira, você vai notar que esta área é mais quente do que a temperatura ambiente. No entanto, o interior do compartimento de congelação é muito frio, como isso
funciona?

Uma das primeiras postagens nesse blog foi uma introdução sobre refrigeração e congelamento, dessa vez vamos aprofundar nesse tópico de uma forma mais detalhada e técnica. Para quem perdeu a a introdução, clique aqui:  

http://alimentoseengenharia.blogspot.com.br/2013/05/introducao-refrigeracao-e-congelamento.html

Existem diversos sistemas de refrigeração, por hoje vamos focar o mais comum que utiliza um sistema de compressão mecânica de vapor (CVM). 

Primeira e Segunda lei da Termodinâmica

Termodinâmica é um ramo da física que lida com a energia e o trabalho de um sistema. Ela lida apenas com a resposta em grande escala de um sistema que podemos observar e medir em experimentos, interações em pequena escala são descritos pela teoria cinética dos gases. Existem três principais leis da termodinâmica, que são descritas separadamente. Cada lei leva à definição de propriedades termodinâmicas que nos ajudam a compreender e prever o funcionamento de um sistema físico, nesse blog vou apresentar alguns exemplos simples dessas leis e propriedades para uma variedade de sistemas físicos.

Pressão, Trabalho, Energia, Calor e Potência

A pressão é definida como a força por unidade de área. É geralmente mais conveniente utilizar pressão, em vez de força para descrever as influências no comportamento de um fluido. A unidade padrão de pressão é o Pascal, que é Newton por metro quadrado (N/m²).

Para um objeto em repouso sobre uma superfície, a força de pressão sobre a superfície é o peso do objeto, mas em diferentes orientações, pode ter uma área diferente em contacto com a superfície e, por conseguinte, exercer uma pressão diferente.

Entropia

O que é entropia? A maneira mais fácil de explicar isso é dizer que ela descreve a tendência natural do universo desmoronar em desordem. Uma ilustração bem conhecida é o conceito de um quarto bagunçado. Você sabe que você precisa trabalhar constantemente para manter seu quarto limpo e bem organizado. No entanto, você sabe que se você não acompanhar a rotina do quarto, ele vai gradualmente retornar ao seu estado bagunçado. Concordam?

Entalpia

Entalpia é a quantidade de conteúdo térmico utilizado ou libertado em um sistema a uma pressão constante. A variação de entalpia está relacionada com uma alteração na energia interna (U) e uma mudança no volume (V), que é multiplicado pela pressão constante do sistema.

A entalpia (H) é a soma da energia interna (U) e o produto da pressão e volume (PV), dada pela equação:

Capacidade Calorífica e Calor específico

Movimento requer energia: Quanto mais energia a matéria tem, maior será a temperatura também. E esta energia é fornecida pelo calor. Perda ou ganho de calor é equivalente a perda ou ganho de energia.

Com a observação acima entendida, agora se faz a seguinte pergunta: quanto será o aumento ou diminuição de temperatura de uma substância com o ganho ou perda de energia térmica? A resposta é dada pelo calor específico (C) da mesma. O calor específico é definido da seguinte forma: Pegue uma unidade de massa de uma substância qualquer, adicione x em quantidade de calor e observe cuidadosamente o aumento da temperatura, então C é dado por:

Densidade e Volume específico

      Densidade

A densidade é uma propriedade física da matéria, uma vez que cada elemento e composto tem uma densidade única a ele associada.

A definição formal de densidade é a massa por unidade de volume. Normalmente, a densidade é expressa em gramas por mL ou cm³. Portanto:

Temperatura

Antes de começarmos a falar da termodinâmica em um processo de refrigeração, vamos fazer uma revisão rápida sobre todos os conceitos envolvidos. Começaremos por temperatura e nos próximos dias teremos, densidade, volume específico, calor específico, entalpia, entropia... e assim por diante até chegar as leis da termodinâmica para compreender melhor a visão global de um sistema de refrigeração.

Temperatura 

As propriedades termodinâmicas poder ser divididas em duas classes gerais, as intensivas e as extensivas:

Propriedades Intensivas: são propriedades físicas que não dependem da extensão do sistema, são independentes do tamanho ou da quantidade de matéria de um dado sistema, ou seja, independente da massa.

Propriedades Extensivas: dependem da extensão do sistema, isto é, variam de forma proporcional com o tamanho ou a quantidade de matéria existente num dado sistema. Dependem diretamente da massa.

A temperatura é uma propriedade intensiva da matéria. Pode ser determinado que é uma função da energia cinética interna e, como tal, é um índice da velocidade média molecular. Onde o fluxo de calor é a partir de uma região de alta temperatura para uma região mais baixa temperatura.

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Introdução a Refrigeração e Congelamento

No estágio atual de desenvolvimento das tecnologias em alimentos é necessário planejar o armazenamento e a distribuição de alimentos não processados (legumes, frutas, hortaliças), pré-processados (alimentos pré-cozidos) ou processados (que passaram por processos industriais). Para manter a qualidade e suas características sensoriais utiliza-se principalmente como método de conservação o frio.

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A Engenharia de Alimentos

 O que é Engenharia de Alimentos para mim?

Estima-se que até o ano de 2050 a população mundial deve atingir o patamar de 9.2 bilhões de habitantes, ou seja, mais bocas para serem alimentadas, o que na prática representa uma demanda de um aumento de até 70% de toda a produção mundial de alimentos que temos hoje. A solução não é nada simples. Não basta apenas aumentar a produção, é preciso reduzir o impacto no meio ambiente, minimizar as perdas, reduzir os custos e trazer um retorno à sociedade. É preciso envolver a solução do problema com um conceito forte de sustentabilidade. Cabe aos Engenheiros de Alimentos enfrentarem esses desafios e fazerem parte dessas transformações.

Conceito básico da Engenharia de Alimentos: