E11 Condução de calor

Tópico

Quando um alimento — um sólido ou semissólido como um bife, uma batata ou a casca do pão — entra em contato com uma superfície quente, a condução de calor começa no próprio alimento. Esse calor se propaga pelo alimento sem qualquer movimento macroscópico da matéria em seu interior, unicamente por meio do contato direto entre as partículas vizinhas. A Lei de Fourier afirma que o fluxo de calor através do alimento é proporcional ao gradiente de temperatura em seu interior e inversamente proporcional à resistência térmica do material do alimento. Essa resistência descreve a condutividade térmica do alimento: um alimento com alta condutividade térmica, como carne magra rica em água, conduz calor mais rapidamente do que um alimento com baixa condutividade térmica, como um rico em gordura. Portanto, uma maior condutividade térmica significa que, de acordo com a Lei de Fourier, o fluxo de calor através do alimento é consequentemente maior.

Quanto maior a condutividade térmica do alimento, maior o fluxo de calor através dele. No regime transitório que se segue a esse contato inicial com a superfície quente, o perfil de temperatura dentro do alimento evolui de acordo com a equação de difusão. É a difusividade térmica do alimento, que combina sua condutividade térmica com sua capacidade de armazenar a energia térmica recebida, que governa essa evolução: um alimento com alta difusividade térmica aquece seu interior mais rapidamente do que um alimento com baixa difusividade térmica, mesmo que ambos tenham a mesma condutividade térmica, porque o primeiro alimento armazena um aumento de temperatura maior para cada unidade de energia térmica recebida. Essa maior difusividade térmica significa que, de acordo com a mesma equação de difusão, o interior do alimento aquece mais rapidamente.

Portanto, este modelo, com seu foco na condução de calor e na difusividade térmica, compara, por meio do número de Biot, a resistência térmica interna de um alimento com a resistência térmica que sua superfície oferece ao ambiente circundante. Quando o número de Biot cai abaixo de um limite baixo, a resistência térmica interna do alimento torna-se desprezível em comparação com essa resistência térmica superficial, e todo o alimento pode ser tratado como uma única unidade a uma temperatura uniforme. Quando o número de Biot ultrapassa esse mesmo limiar, a resistência térmica interna torna-se dominante e o perfil de temperatura dentro do alimento, em vez dessa aproximação de unidade única, passa a ser o fator determinante. O fato de esse alimento ser mais fino, com uma dimensão característica menor, significa que o número de Biot é consequentemente menor e que o alimento atinge a temperatura de cozimento mais rapidamente. O fato de esse alimento ser, por outro lado, rico em gordura, com condutividade térmica e difusividade térmica menores do que as de um alimento rico em água, faz com que esse mesmo alimento cozinhe mais lentamente do que aquele alimento rico em água.

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