Determinação do calor específico do leite condensado a partir da variação de potência, massa e temperatura

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1 Determinação do calor específico do leite condensado a partir da variação de potência, massa e temperatura Autores: Abdiel Lurian, Cléo Martinez Simões, Isabel Rédua Cabral Instituto Federal do Sul de Minas Gerais Câmpus Inconfidentes Introdução Recebe o nome de leite condensado o produto obtido a partir da evaporação de boa parte da água contida no leite, originando um líquido espesso e viscoso, sob o qual geralmente se adiciona açúcar de cana antes que seja embalado em embalagens esterilizadas. O impulso para a produção de leite condensado data de meados do século XIX, quando vários foram os esforços empregados no problema de se obter leite em regiões isoladas de laticínios, dilema enfrentado especialmente pelos soldados nas guerras. O leite condensado também resolveria um problema comum à época, o da dificuldade em embalar e conservar o leite sem que este se deteriore. Gail Borden, um fazendeiro norte-americano, lidou com a idéia de remover parte da água do leite e adicionar um elemento estabilizador antes de conservar o produto em lata, na esperança de que assim se poderia desenvolver uma forma de leite conservado e embalado que pudesse ser facilmente transportado e vendido. Com a descoberta do processo de pasteurização, bem como dos sistemas de refrigeração, o consumo de leite fresco tornou-se mais difundido, tornando o leite condensado ou evaporado um produto secundário no consumo da população em geral. (SANTIAGO, 11) O calor específico consiste na quantidade de calor que é necessário fornecer à unidade de massa de uma substância para elevar a sua temperatura em um grau. Se expressa em calorias por grama e por grau. Quando a capacidade calorífica é dada para um mol de substância, esta passa a designar-se capacidade calorífica molar ou calor específico molar. Definem-se calores específicos a pressão constante e a volume constante, representados, respetivamente, por C p e por C v, ambos dependentes da temperatura. O calor específico pode ser medido usando um calorímetro. (SILVA,1997) De acordo com Silva (1997), pode-se identificar os valores do calor específico do leite integral, 3,93 kj K-1 kg-1 (3, cal/g C), e do açúcar,,28 kj K-1 kg-1 (,18cal/g C). Regressão linear É uma metodologia estatística que utiliza a relação entre duas ou mais variáveis quantitativas ou qualitativas, de tal forma que uma variável pode ser predita a partir de outra ou outras. Utilizada para a previsão de resultados práticos e teóricos (LIMA, 11) Equação da reta Y=Ax+b Onde : Y= variável dependente A= coeficiente angular X= variável independente B= Coeficiente linear 1

2 Figura 1. Exemplo prático do uso de regressão linear. Micro-ondas O princípio básico desse tipo de forno é transformar a energia elétrica em energia térmica por meio de ondas eletromagnéticas (as tais micro-ondas), que aumentam a energia cinética dos alimentos. Seu principal componente é o magnetron, responsável pela formação de ondas magnética e composta basicamente por imãs e placas de metal. Essas ondas são absorvidas pelas moléculas de água presente nos alimentos, o que provoca agitação e, por fim, aquecimento. (ECYCLE, -) Assim, o trabalho foi feito com o objetivo de determinar o calor específico do leite condensado a partir do uso de micro-ondas e variação de potência, massa e temperatura. Materiais Balança analítica Béquer de 1 ml Leite condensado Mococa Micro-ondas Brastemp (Modelo: BMX4ARBNA) Multimetro Digital da Digital Multimeter (Modelo: ET-42D) Métodos Antes de começar o experimento, foram realizados testes para a decisão do tempo, temperatura e potência a ser usada. Primeiramente, utilizou-se uma amostra de 15 g de leite condensado, na potência de 1 W, e após segundos houve um transbordamento. No segundo teste, colocou-se uma amostra de g em potência de 6 W, onde após 9 segundos houve um transbordamento e a amostra tornou-se bifásica. E no último teste, usou-se uma amostra de g com potência de W, após 13 segundos a amostra subiu. Repetiu-se o procedimento de g, medindo a temperatura de 4 em 4 segundos, e com isso houve a variação de C, utilizando esses dados para o experimento. Decidiu-se então utilizar amostras de g e 6g, nas potências de 8 W, W E W, com intervalo de 3 segundos a cada medição de temperatura. Experimento: Pegou-se um béquer, e com ajuda da balança analítica, pesou-se g de leite condensado e mediu-se a temperatura inicial da amostra. Essa amostra foi levada ao forno micro-ondas, na potência de 8 W. Colocou-se o tempo de 3 segundos e retirou-se para a medição da temperatura com a ajuda multímetro. Esse procedimento foi repetido até os 36 segundos e anotou-se todos as temperaturas medidas. Em seguida, pesou-se outra amostra de g, e foi levada a uma potência de W por 36 segundos, com a medição de temperatura a cada 3 segundos. E por último uma amostra de g foi levada a potência de W por 36 segundos, medindo da temperatura a cada 3 segundos. Todo esse processo foi repetido para uma amostra de 6 g. 2

3 Outro procedimento também foi empregado, onde utilizou-se uma amostra de 6g de leite condensado, porém ele foi submetido a uma potência de W e a temperatura foi medida a cada 5 segundos. Contudo a cada 5 segundos, as amostras eram trocadas, ou seja, a cada 5 segundos uma nova amostra era aquecida, onde a primeira amostra aquecia-se por 5 segundos, a segunda por 1 segundos, a terceira por 15 segundos e assim sucessivamente até chegar a 6 segundos. Após coletar todos esses dados, utilizaram-se as seguintes fórmulas para a obtenção do calor especifico do leite condensado: [1] Resultados e Discussões Tabela 1. Dados obtidos no experimento com, 14 g em potência igual a 8 W e temperatura inicial de 22 C [2] Isolando Q da equação [1] e substituindo na equação [2], obteve-se a seguinte fórmula: [3] y = 1,5886x + 25,66 R² =, Temperautra ( C) Isolando c da equação [3]: Gráfico 1. Curva apresentada pelos dados da Tabela 1 [4] Rearranjando a equação [3]: [5] Lembrando que é obtido através da regressão linear dos gráficos, onde essa variável é o coeficiente angular (determina a inclinação da reta). Tabela 2. Dados obtidos no experimento com, 162 g em potência igual a W e temperatura inicial de 22 C

4 y = 1,711x +,197 R² =, Gráfico 2. Curva apresentada pelos dados da Tabela 2 Tabela 3. Dados obtidos no experimento com,922 g em potência igual a W e temperatura inicial de 22 C Temperautra ( C) y = 1,451x + 22,788 R² =, Gráfico 3. Curva apresentada pelos dados da Tabela 3 Tabela 4. Dados obtidos no experimento com 6,43 g em potência igual a 8 W e temperatura inicial de 21 C y =,8543x + 18,424 R² =, Gráfico 4. Curva apresentada pelos dados da Tabela 4 Tabela 5. Dados obtidos no experimento com 6,733 g em potência igual a W e temperatura inicial de 21 C

5 4 1 y =,6119x +,318 R² =, Gráfico 5. Curva apresentada pelos dados da Tabela 5 Tabela 6. Dados obtidos no experimento com 6,611 g em potência igual a W Tabela 7. Dados obtidos no experimento com potência igual a W, mudança de amostra a cada 5 segundos e temperatura inicial de 17 C Massa (g) 6, , , , , , , , , , y = 1,219x + 26 R² =, Gráfico 7. Curva apresentada pelos dados da Tabela y =,7832x + 18,727 R² =, Gráfico 6. Curva apresentada pelos dados da Tabela 6 Calculou-se o calor específico de cada experimento, referente a cada gráfico, seguindo a fórmula:. Para isso, cada potência foi convertida de Watts (W) para calorias por segundo, assim: 1 W = 1 (J/s), onde 1 caloria = 4,186 J. Cada gráfico apresentado mostrou um calor específico diferente, fazendo com que não houvesse determinação exata do calor específico do leite condensado. Porém, analisando o Gráfico 6, que obteve o R 2 igual a,9951, e comparando com o calor específico dos componentes do leite condensado (visto na introdução), o resultado obtido foi favorável a um possível valor exato do calor específico do leite condensado. 5

6 Tabela 8. Valores de calor específico obtidos pelos cálculos Potência (W) Potência (cal/s) Massa (g) ( C/s) R 2 c (cal/g C) 8 191,1132,14 1,5886,9379 3, ,4458,162 1,711,8 3, ,77831,922 1,648,9613 1, ,1132 6,43,8543,9518 3, ,4458 6,733,6119,9951 3, , ,611,7832,9844 1, ,4458 6,3 1,219,874 1, Observou-se também que o calor específico depende da temperatura e do tempo em que a amostra foi submetida. E que a potência não interfere na determinação do valor, mas pelos resultados obtidos quanto maior a potência, maior a precisão do valor do calor específico. Durante o procedimento com g, o leite condensado apresentou uma ligeira mudança de fase, ocasionado pela alta temperatura e possivelmente pela sinerese, expulsão gradativa do soro, (THOMAZI, 7). Já no procedimento com 6 g não ocorreu mudança de fase. Comparando os Gráficos 6 e 8, notou-se que trocando as amostras não possibilitou um valor de calor específico adequado se comparado ao procedimento com uma única amostra. Observou-se que quanto maior a massa, maior a dificuldade de variação da temperatura, devido superfície de contato e a capacidade térmica do leite condensado. Outra coisa que pode interferido nos resultados foi no momento do experimento, colocando a potência. Para cada vez que retirava e colocava a amostra no micro-ondas, era necessário apertar o botão de potência até chegar em 8 W, W e W (menos a potência, mais vezes apertava), e isso pode ter contribuído para a não precisão do calor específico do micro-ondas. Ficando mais clara a diferença na última tabela apresentada, onde o valor do calor específico decresce com a diminuição de potência. Conclusão Conclui-se que o calor específico exato do leite condensado não foi obtido, provavelmente, devido a erros experimentais e a medição de temperatura. Mas foi possível obter um bom resultado pela potência de W e massa de 6 g (Gráfico 5). Tais erros experimentais incluem a retirada da amostra para medição de temperatura, o uso do medido de temperatura inadequado (talvez fosse melhor um medidor a laser), a mudança de potência a cada vez que retirava a amostra e o aumento de temperatura no interior do micro-ondas, afetando a mudança de temperatura da amostra. Referências Bibliográficas 1. ECYCLE (Brasil). Microondas: funcionamento, impactos e descarte. São Paulo: -, -. Disponível em: < microondas-funcionamento-impactos-e-descarte.html>. Acesso em: 12 Jun LIMA, Monica. Regressão linear. Pará: UFP, 11. Disponível em: < Acesso em: 12 Jun Porto: Porto Editora, Disponível na Internet:< Acesso em: 12 Jun SANTIAGO, Emerson. Leite condensado. -: -, 11. Disponível em: < Acesso em: 12 jun SILVA, P. H. F. Leite: aspectos de composição e propriedades. Química Nova na Escola, n.6, p. 3-5, THOMAZI, T. Sinerese em iogurte: efeito da adição de soro de leite e de transglutaminase microbiana. Anais da 6ª Semana de Ensino, Pesquisa e Extensão, Universidade Federal de Santa Catarina, 16 a 19 DE Maio de 7. Disponível em: < Acesso em: 15 Jun