----------------------- Page 1----------------------ISSN 0101-2061 Cincia e Tecnologia de Alimentos Determinao experimental da viscosidade e condutividade trmica de leos vegetais Experimental measurements of viscosity a nd thermal conductivity of vegetable oils 1 1 1 1 Josiane BROCK , Maria Rita NOGUEIRA , Cludio ZAKRZEVSKI , Fernand a de Castilhos CORAZZA , 1 Marcos Lcio CORAZZA , Jos Vladimir de OLIVEIRA * Resumo O presente trabalho tem por objetivo reportar valores experimentais de conduti vidade trmica e viscosidade dinmica dos leos vegetais refinados de soja, milho, girassol, algodo, canola, oliva e de farelo de arroz. As medidas de condutividade trmica foram realizadas em clula acoplada a um banho termosttico no intervalo de temperatura de 20 a 70 C, u tilizando uma sonda de fio quente. Os resultados obtidos demonstram que para todos os leos vegetais investigados a condutividade trmica possui fraca dependncia com a temperatura, apresentando ligeiro decrscimo com o aumento desta varivel. O mtodo gravimtrico fo i empregado para a medida da densidade dos leos vegetais estudados temperatura ambiente, no tendo sido verificada diferena signi ficativa entre os valores encontrados. Para as medidas de viscosidade dos leos vegetais foi utilizado um viscosmetro do tipo Brookfield , acoplado a um banho termostatizado com controle de temperatura. A partir dos resultados obtidos verificou-se que a viscosidade de cresce acentuadamente com o aumento da temperatura para todos os leos vegetais. Palavras-chave: leo vegetal; densidade; viscosidade; condutividade trmica. Abstract This work reports experimental data of thermal conductivity and dynamic viscos ity of the following refined vegetable oils: rice, soybean, corn oil, sunflower, cottonseed, and olive oil. Measurements of thermal proper ties were carried out in a cell coupled to a thermostatic bath in the temperature range of 20-70 C, using a single-needle stainless steel sensor. It was experimentally observed that the thermal conductivity decreased slightly with increasing temperature for all samples investigated. T he gravimetric method was employed for density data acquisition, and revealed no significant difference among the values obtained. The Brookfie ld apparatus was employed in measuring the dynamic viscosity and it was verified that a raise in temperature led to a sharp decrease for th is property for all samples investigated. Keywords: vegetable oil; density; viscosity; thermal conductivity. 1 Introduo Tem se verificado atualmente um aumento acentuado na cilglicerdeos puros e misturas binrias de triacilglicerdeos de 1

demanda de mercado em relao a leos vegetais das mais dieias curtas (EITMAN; GOODRUM, 1993; RABELO et al., versas fontes naturais, destacando-se as aplicaes em derivados 000). No entanto, informaes sobre propriedades trmicas, alimentcios que cobrem desde a formulao de produtos, em ecificamente, condutividade e difusividade trmica de leos que a viscosidade para alimentos lquidos parmetro fundaetais so escassas. mental para caracterizao e avaliao de textura destes, at a transformao e obteno de steres a partir de triacilglicerindstria de alimentos, contudo, o conhecimento de deos, ou ainda o emprego dos leos vegetais diretamente na tais propriedades se faz necessrio para o projeto e desenvolviformulao de combustveis minerais (CONCEIO et al., e clculos, de equipamentos e processos que envolvam 2005). Qualquer que seja a forma de obteno ou emprego dos ransferncia de calor, podendo-se citar o exemplo de projetos leos vegetais, o conhecimento de propriedades termofsicas, ara equipamentos voltados refrigerao, tratamento trmico tais como densidade, viscosidade, condutividade e difusividade e armazenamento de alimentos. trmica de fundamental importncia para a consecuo das ralmente, nas determinaes experimentais das proprieetapas de projeto de equipamentos e de processos ou mesmo dades trmicas de alimentos, a maior dificuldade atribuda para especificao do produto. rande dependncia destas em relao temperatura e comAt o presente, poucos estudos referentes ao comportamenposio. Ainda, a maioria dos estudos envolvendo o desenvolto reolgico de leos vegetais tm sido reportados na literatura ento de modelos matemticos e medidas experimentais (SANTOS et al., 2005; ENCINAR et al., 2002). Alguns trabalhos de propriedades trmicas de alimentos realizada utilizando apresentados, no entanto, referem-se a tais medidas para triasistemas modelo, e os resultados so aplicados para alimentos Recebido para publicao em 2/3/2007 Aceito para publicao em 5/8/2007 (002343) 1 Departamento de Engenharia de Alimentos, Universidade Regional Integrada URI, Campus de Erechim, Av. Sete de Setembro, 1621, CEP 99700-000, Erechim - RS, Bras il, E-mail: vladimir@uricer.edu.br *A quem a correspondncia deve ser enviada 564 Cinc. Tecnol. Aliment., Campinas, 28(3): 564-570, jul.-set. 2008 ----------------------- Page 2----------------------Brock et al. de composio similar (RESENDE; SILVEIRA, 2002). Desta emperatura, variando-se a velocidade de rotao do cilindro forma, dados de propriedades como condutividade trmica, (torque) at o limite mximo estabelecido, e ao atingir o valor viscosidade, difusividade trmica e densidade apresentam de topo desta varivel, medidas so efetuadas com o decrscimo

cad 2 esp veg Na

mento d t p

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papel preponderante no contexto de processamento de leos desta. Em outras palavras, os valores de viscosidade reportados vegetais. neste trabalho referem-se de fato a valores mdios, obtidos por triplicata de leitura do equipamento em cada valor de velocidade Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo aprede rotao especificada. O desvio padro mdio global sentar resultados experimentais de medidas de viscosidade de todos os leos vegetais investigados no presente trabalho foi diversos leos vegetais comerciais, bem como a caracterizao 0,5 mPa.s1. reolgica destes leos e medidas de propriedades trmicas condutividade e difusividade trmica. Para tal, foram avaliadas amostras comerciais dos leos refinados de soja, milho, algodo, edidas de condutividade e difusividade trmica canola, oliva, girassol e de farelo de arroz. Para as medidas de condutividade e difusividade trmica dos leos vegetais foi utilizado um analisador de propriedades 2 Material e mtodos trmicas (Decagon Inc., modelo KD2). Para tal, foi utilizada uma clula de vidro (capacidade 40 mL) encamisada acoplada 2.1 Materiais a um banho termosttico para controle da temperatura. para de M

As

leituras foram feitas em triplicata, no intervalo de temperatura Todos os leos vegetais utilizados no presente trabalho de 20 a 70 C. (milho - marca Salada, soja - marca Soya, algodo - marca Salada, oliva - marca Salada, girassol - marca Salada, canola O princpio de funcionamento da sonda KD2 baseia-se na - marca Salada e de farelo de arroz - marca Carreteiro) foram metodologia de fio quente, em que os valores de k (condutividade trmica) e (difusivid de trmic ) so obtidos tr vs d soluo dquiridos no merc do loc l e us dos sem nenhum tr t mento dicion l. d Equ o de conduo de c lor em coorden d s cilndric s em um meio homogneo (Equ o 1) (FONTANA et l., 2001): 2.2 Procedimento experiment l 2 dT =( d T 2 +r dr 1 dT ) (1)

dt dr Medid s de densid de em que:

As densid des for m medid s em temper tur mbiente T = temper tur (C); (25 1 C) e p r t l, s mostr s for m pes d s em b les tempo (s);

t =

medida (em balana analtica com quatro casas de distncia (m). marca Gibertini modelo EC154) e o volume do balo utilizado (previamente aferido com gua bidestilada temperatura de A soluo analtica da Equao 1 pode ser dada por Fontana 25 C). O procedimento de medida para todas as amostras foi et al. (2001) por meio da Equao 2: realizado em triplicata, tendo sido obtido ento um valor de 2 densidade mdia medida e seu respectivo desvio padro (). ( q ) ( r ) T T 0 4k em que: Medid de vi co id de E i 4t

= = + + Para os leos utilizados neste trabalho foi utilizado um cilindro Ei( a ) (u )exp(u 1)du ln(4t ) 4t (8t ) ...

de dimetro externo de 100 mm (S indle de refernci S 28). m que, =r2 4t e uma constante (0,5772...). O viscosmetro foi acoplado a um banho termosttico, Para valores de t suficientemente randes, os termos permitindo assim mensurar a viscosidade dos leos no intervalo ordem mais elevada podem ser i norados. Assim, a partir das de 20 a 70 C, com preciso na temperatura de 0,5 C. Uma vez aes 2 e 3 tem se a Equao 4: que o software do viscosmetro fornece, alm dos valores de viscosidade, os dados de tenso de cisalhamento em funo da 2

q

r

Brookfield (Modelo LVDV III+). Ei = funo ex onenci l integr l, d com cilindro de dimetro diferente liz do o cilindro dequ do conforme 1

O d ( vi

in trumento equi do el Equ o 3: indle ), em que uti co id de do fluido. r2 r2 r2 2

q = qu ntid de de c lor roduzid or unid de de tem o (W); P r determin o d vi co id de do diferente ti o de leo veget i refin do foi utiliz do um vi co metro d m rc = condutivid de trmic medid (W m1 C1); e

preciso (2) (3) de

volumtricos de 10 mL, previ mente feridos. Aps pes gem densid de foi determin d utiliz ndo rel o entre m ss difusivid de trmic (m2 s 1 ); e

= r =

=

k

e

Equ

4k

4 mo tr .

Cinc. Tecnol. Aliment., C m in , 28(3): 564 570, jul. et. 2008

form , condutivid de ode er obtid rtir do coeficiente re ent do o di gr m de ten o de ci lh mento em funo line r de (4), (Equ o 5) em que: d t x de ci lh mento r o leo de milho r tem e r tur de 20 e 70 C. Ne t nli e foi lic do um modelo q line r (linh contnu ) r c r cteriz o do com ort mento 4m reolgico (rel o de Newton d vi co id de), no tendo ido A difu ivid de trmic ode t mbm er obtid rtir ob erv d ocorrnci de hi tere e. d Equ o 4, regi tr ndo e inter eo d linh de regre o (T T ) ver u ln t, com r finito, de cordo com Equ o 6: N Figur 2 re ent do o di gr m d vi co id de em 0 k

r ln t = +ln () 0 variao si nificativa 4

nos

valores

de

viscosidade

para

t x de ci lh mento lic d (