E13 Radiação térmica

Tópico

A radiação térmica transfere calor por meio de ondas eletromagnéticas infravermelhas, sem necessitar, ao contrário da condução e da convecção térmica (que descrevem dois modelos distintos deste sistema), de qualquer meio material para propagá-la. Na cozinha, essa radiação térmica atua dentro de um forno, em uma grelha, sob uma torradeira ou dentro de uma grelha elétrica, e torna-se o mecanismo dominante de transferência de calor precisamente quando o alimento não está em contato direto com nenhuma superfície quente ou rodeado por qualquer fluido em circulação. Quando o alimento é removido de qualquer contato direto ou fluido em circulação, a radiação térmica consequentemente torna-se dominante sobre a condução e a convecção térmica como mecanismo de transferência de calor para o alimento.

De acordo com a Lei de Stefan-Boltzmann, todo corpo a uma temperatura absoluta acima de zero emite radiação térmica proporcional à quarta potência dessa mesma temperatura absoluta. A emissividade da superfície do corpo, próxima de nove décimos para a maioria dos alimentos úmidos, quantifica quanta radiação térmica essa superfície realmente emite em comparação com o que um corpo negro ideal emitiria à mesma temperatura absoluta. Uma superfície dourada ou gordurosa desse alimento pode apresentar uma emissividade ligeiramente menor em comparação com a mesma superfície úmida. Como a temperatura absoluta deste alimento é mais alta, a radiação térmica emitida por sua superfície é consequentemente muito maior, de acordo com a Lei de Stefan-Boltzmann, visto que essa radiação térmica depende da quarta potência da temperatura absoluta e não da própria temperatura absoluta.

O fluxo líquido dessa radiação térmica entre o elemento de aquecimento e a superfície do alimento é proporcional à diferença entre a quarta potência da temperatura absoluta desse elemento de aquecimento e a quarta potência da temperatura absoluta da superfície do alimento. Assim, um pequeno aumento na temperatura absoluta do elemento de aquecimento gera um aumento muito maior nesse fluxo líquido de radiação térmica do que ocorreria com uma relação proporcional simples. Essa dependência da quarta potência da temperatura absoluta explica o choque térmico sentido ao se aproximar de uma grelha quente. Se a temperatura absoluta do elemento de aquecimento aumentar ainda mais, esse fluxo líquido de radiação térmica para a superfície do alimento, de acordo com essa mesma dependência da quarta potência, cresce desproporcionalmente.

Portanto, este modelo, com sua radiação térmica e fluxo líquido dependentes da quarta potência na qual foi aberto, leva a Lei de Wien a indicar que um elemento de aquecimento nessas temperaturas típicas de cozinha emite radiação térmica principalmente na faixa do infravermelho próximo e médio. Essa radiação é facilmente absorvida pela água e pela superfície do alimento, promovendo assim a reação de Maillard e a caramelização da superfície sem necessariamente cozinhar o interior. Na prática, um coeficiente radiante equivalente permite que essa radiação térmica seja tratada como uma contribuição adicional ao coeficiente convectivo estabelecido por outro modelo deste conjunto, somando ambas as contribuições ao balanço térmico total do alimento. Um coeficiente radiante equivalente mais alto, somado ao coeficiente convectivo, resulta em um balanço térmico total maior para o alimento.

ID:2420