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Refrigeração
José Empis; Margarida Moldão
 
CÁLCULO DA PERDA DE MASSA POR EVAPORAÇÃO



A velocidade de evaporação ou secagem conducente à perda de massa Nm, de um produto com área superficial A, nas condições em que ocorre nos hortofrutícolas, é dada por:

em que ks é uma constante característica da transferência de massa (em kg/m²s Pa) e Δp a diferença de pressão parcial de vapor de água através da superfície (em Pa).
À superfície de um produto à temperatura inicial Tp existirá uma camada de ar, denominada “camada-limite”, na qual a pressão parcial de vapor de água pvp é igual ao produto da actividade da água no alimento aw pela pressão parcial de vapor de água de equilíbrio à temperatura Tp, pep:

O ar utilizado para refrigeração ou armazenamento, por sua vez, tem uma temperatura Ta e uma pressão parcial de vapor de água pa que depende da sua humidade relativa Hr:

sendo pva a pressão e o vapor da água à referida temperatura.
Pode-se, portanto, escrever a equação (33), para a velocidade de perda de massa:

em que Nw se refere à velocidade de perda de massa de água, e kap se refere à transferência de água do produto para o ar. Substituindo as variáveis de pressão parcial na equação (36) pelos seus valores obtidos nas equações (34) e (35), obtém-se:

Se se pretender conhecer a massa de água Mw perdida ao longo de um intervalo de tempo, será necessário determinar a área da curva de representação de (pvp-pa), ao longo desse período, e multiplicá-la por kap Ap, como se simboliza pelo integral deste
processo ao longo do tempo.

Para conhecer a perda de massa, basta portanto construir um gráfico no qual se represente a variação da diferença de pressões (pvp-pa) ao longo do processo de refrigeração ou armazenagem.

Pode-se, em primeiro lugar, medir a evolução da temperatura e da humidade relativa (Hr) do ar de refrigeração Ta e Hr. A partir dos valores de pva obtidos por interpolação dos constantes da tabela 5.4, utiliza-se a equação (35) para calcular os correspondentes valores de pa.

De igual modo, pode-se determinar ou calcular (Capítulo 5) a evolução do valor de Tp e obter a partir da tabela 5.1 o de pep, dele se obtendo pvp pela equação (34), sendo aw geralmente tomado como unitário, a não ser que se conheça o seu valor real.

Em seguida, representa-se (pvp-pa) em função do tempo, tal como se exemplifica na figura 5.4.

A perda de massa sofrida ao longo do tempo será proporcional à área sombreada na figura 5.4, conforme se indica na equação (38). Uma vez que a área superficial do produto Ap se mantém essencialmente constante (excluindo fenómenos de encolhimento e engelhamento superficial após períodos de armazenamento longos de mais), apenas há a considerar a variação de kap. Esta constante de proporcionalidade varia essencialmente em função da velocidade do ar junto à superfície do produto, à semelhança do que consta das equações (10) e (11) para a transferência de calor. De modo qualitativo, pode-se afirmar que a resistência à transferência superficial de massa (que é o inverso de kap, 1/kap) diminui quando aumenta a a velocidade do ar, a baixas velocidades de circulação, mantendo-se constante a partir de determinado valor dessa velocidade). De um modo geral, os equipamentos de refrigeração trabalham a velocidades de ar elevadas, uma vez que, quando se aumenta a velocidade do ar, a temperatura superficial do produto baixa mais rapidamente, bem como a temperatura média (veja-se Capítulo 5), pelo que se pode levar a cabo a tarefa de refrigeração num período mais curto. Dessa forma, reduz-se as perdas de massa reduzindo o tempo de permanência no equipamento de refrigeração, e o produto é transferido para uma câmara de armazenagem, aonde se dará o equilíbrio da sua temperatura interior e se minimiza as perdas de massa escolhendo velocidades muito baixas de circulação do ar e um valor elevado da sua humidade relativa Hr.

Pode-se, de igual modo, visualizar a partir da figura 5.4 o efeito de uma diminuição da temperatura do ar de refrigeração. Neste caso também se reduz o tempo necessário para levar a cabo uma determinada tarefa de refrigeração, induzindo-se de início uma maior velocidade de perda de massa (uma vez que a diferença de temperaturas, e portanto de pressões parciais de vapor de água, entre o produto e o ar é maior), mas esta é rapidamente compensada pela maior velocidade de diminuição da temperatura superficial, e pela menor duração da tarefa de refrigeração.

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