E14 Mudança de Fase - Evaporação e Condensação

Tópico

A mudança de fase entre água e vapor consome, na fase de evaporação, ou libera, na fase de condensação, uma grande quantidade de energia sem que a temperatura da água ou do vapor se altere durante o processo. Na culinária, essa evaporação ocorre na superfície de um assado, de um refogado ou de alimentos secando no forno, enquanto a condensação ocorre na tampa fria de uma panela ou dentro de um prato cozido no vapor. Essa evaporação requer, para se completar, muito mais calor latente do que o calor sensível necessário para elevar a temperatura da mesma água em uma quantidade comparável sem mudança de fase. Essa alta demanda por calor latente explica por que a superfície do alimento pode permanecer próxima ao seu ponto de ebulição enquanto o interior permanece frio: o vapor que se forma na superfície atua como um regulador térmico para o alimento, consumindo esse calor latente em vez de permitir que a temperatura da superfície suba ainda mais. Quanto maior o calor latente consumido pela evaporação, mais tempo a superfície do alimento permanece próxima ao seu ponto de ebulição antes que o interior termine de aquecer.

A velocidade com que essa evaporação ocorre depende do gradiente de densidade do vapor entre a superfície saturada do alimento e o ambiente circundante mais seco. Um ambiente seco ou bem ventilado aumenta esse gradiente de densidade do vapor e acelera a evaporação, resultando em uma crosta mais crocante. Por outro lado, um forno sem ventilação retém a umidade liberada pela evaporação, reduzindo o gradiente de densidade do vapor e produzindo uma textura mais macia em vez de uma crosta crocante. Um ambiente mais seco ou mais ventilado aumenta esse gradiente de densidade do vapor, acelerando assim a evaporação.

Um ambiente mais seco ou mais ventilado resulta em um gradiente de densidade do vapor maior e, consequentemente, em uma evaporação mais rápida. Portanto, este modelo, com esta evaporação e este gradiente de densidade de vapor com que foi aberto, mostra, através da equação de Clausius-Clapeyron, que a pressão de vapor saturado desta água aumenta muito acentuadamente, muito mais do que proporcionalmente, com a temperatura desta mesma água: dentro de uma panela de pressão, com alta pressão sobre esta água, o ponto de ebulição desta água sobe, consequentemente, acima do ponto de ebulição que teria à pressão atmosférica normal, acelerando o cozimento deste alimento, enquanto em altitude, com uma pressão atmosférica mais baixa sobre esta água, ocorre o oposto, e o ponto de ebulição desta água cai abaixo do mesmo ponto de ebulição à pressão atmosférica normal, consequentemente retardando o cozimento deste alimento. A maior pressão sobre esta água significa que, de acordo com a equação de Clausius-Clapeyron, seu ponto de ebulição é consequentemente mais alto e, portanto, o alimento cozinha mais rápido.

Finalmente, este modelo confirma, através do número de Lewis do par vapor de água-ar, que é muito próximo da unidade, uma analogia direta entre esta transferência de calor e a transferência de massa deste mesmo vapor de água. Essa mesma proximidade da unidade do número de Lewis nos permite estimar o coeficiente de transferência de massa desse vapor de água diretamente a partir do coeficiente convectivo já estabelecido para essa mesma transferência de calor por outro modelo deste conjunto, sem a necessidade de uma medição independente dessa transferência de massa. O fato de esse coeficiente convectivo para esse alimento ser maior significa que, de acordo com essa mesma analogia entre calor e massa, o coeficiente de transferência de massa desse vapor de água também é maior e, portanto, a evaporação nessa superfície do alimento é mais rápida.

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