E81 Tamanho dos Alimentos - Difusão e Calor

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O tamanho deste alimento é um dos fatores mais determinantes em seu tempo de cozimento. Quando o aquecimento é controlado principalmente pela condução interna, o tempo característico necessário para que o calor atinja seu centro aumenta aproximadamente com o quadrado de sua dimensão característica e inversamente com sua difusividade térmica, de acordo com o mesmo modelo de condução de calor já estabelecido por outro modelo deste conjunto. Dobrar o tamanho linear deste alimento pode fazer com que o tempo característico de aquecimento aumente aproximadamente quatro vezes, desde que condições geométricas e térmicas comparáveis ​​sejam mantidas.

O número de Fourier relaciona o tempo decorrido, a difusividade térmica e o quadrado dessa dimensão característica, fornecendo uma medida adimensional da extensão da difusão térmica dentro do alimento. Um número de Fourier pequeno indica que o aquecimento ainda está afetando principalmente regiões próximas à superfície, enquanto valores maiores indicam que o calor penetrou significativamente em direção ao centro. Soluções analíticas de condução transiente, incluindo aquelas representadas por gráficos ou aproximações de Heisler, permitem estimar a evolução da temperatura interna quando as condições correspondentes são atendidas. À medida que o tempo de cozimento aumenta, o número de Fourier aumenta e o centro se aproxima gradualmente do equilíbrio térmico com seu entorno. A profundidade característica de penetração térmica aumenta aproximadamente com a raiz quadrada do produto da difusividade térmica pelo tempo. Esse valor indica a que distância da superfície a perturbação térmica penetrou significativamente. Se um pedaço for pequeno em relação a essa profundidade, o aquecimento terá atingido praticamente todo o seu interior; se for muito maior, poderá manter um centro consideravelmente mais frio, mesmo que sua superfície já esteja cozida. O aumento do tempo de cozimento faz com que essa profundidade térmica avance progressivamente para o interior.

A difusão de um soluto, como o sal, dentro desse alimento geralmente é muito mais lenta do que a difusão de calor, porque seu coeficiente de difusão molecular em uma matriz alimentar é geralmente muito menor do que a difusividade térmica. Portanto, durante o cozimento comum, o calor pode atingir regiões mais profundas muito mais rapidamente do que o sal adicionado à superfície. A marinada ou salga prolongada por muitas horas, no entanto, permite uma penetração consideravelmente maior, de acordo com a difusão molecular descrita por outro modelo desse sistema. O tempo limitado disponível torna essa diferença entre o transporte de calor e o transporte de soluto ainda mais evidente.

Por fim, o número de Biot compara a resistência à condução dentro do alimento com a resistência à transferência de calor entre sua superfície e o ambiente externo. Ele aumenta com a dimensão característica e o coeficiente de convecção do meio circundante, e diminui à medida que a condutividade térmica do alimento aumenta. Um número de Biot pequeno indica que a resistência externa é relativamente importante e que a temperatura interna tende a permanecer bastante uniforme; um número de Biot grande indica que a resistência interna predomina e que gradientes significativos aparecem entre a superfície e o centro. Aquecer esse alimento em um meio com um coeficiente de convecção maior, como água em movimento em comparação com o ar, aumenta o número de Biot e torna a condução interna do alimento um fator limitante mais significativo no processo de cozimento.

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