Questão 3 Unicamp 2021 - 2ª fase - dia 2
Quando colocada em um recipiente, a água sofre evaporação a partir da sua superfície, tendo como resistência física à evaporação a pressão sobre essa superfície. Se a pressão do vapor de água atinge o valor da pressão que age sobre sua superfície, a evaporação tende à formação de bolhas (ebulição). Nessa situação, a temperatura da água permanece constante até a evaporação total.
a) O cozimento de alimentos é, de uma forma simplificada, uma coleção de processos (reações) químicos. Neste contexto, cite a principal vantagem do uso de uma panela de pressão e explique, do ponto de vista científico, a mudança que seu uso promove em relação a um cozimento em panela comum.
b) Em uma panela de pressão foi colocado determinado volume de água. Considere os três seguintes processos, realizados separadamente, para ferver a água, até a evaporação completa:
1. Deixar a panela aberta, sem tampa; ligar o fogo e aquecer a água.
2. Fechar a panela apenas apoiando a tampa na sua parte superior; ligar o fogo e aquecer a água.
3. Fechar a panela encaixando a tampa conforme recomendado pelo fabricante; ligar o fogo e aquecer a água.
O gráfico abaixo contém três curvas de temperatura da água, θ, em função do tempo. Correlacione os processos 1, 2 e 3 acima com as correspondentes curvas A, B ou C no gráfico. Justifique sua resposta. Desconsidere a contribuição da massa da tampa da panela.
a) A panela de pressão é um recipiente que, quando aquecido e fechado adequadamente, permite que a pressão de seu interior seja significativamente maior do que a pressão atmosférica. Com a temperatura de ebulição é definida como a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido é igual à pressão atmosférica. Sendo assim, a maior pressão no inteirior da panela de pressão faz com que a temperatura de ebulição da água (e, portanto, a temperatura máxima do sistema) seja maior em relação à panela aberta, afinal, é necessário aquecê-la ainda mais para que sua pressão de vapor se iguale à do recipiente pressurizado.
Como a ebulição da água dentro da panela de pressão ocorre em uma temperatura superior à da ebulição à pressão ambiente, os alimentos são cozidos mais rapidamente, já que as reações químicas que os transformam acontecerão com maior velocidade. Isso de deve ao fato de que a elevação da temperatura aumenta a frequência de colisões e a porcentagem de moléculas com energia de ativação suficiente para reagir, permitindo assim, maior taxa de colisões efetivas (que são aquelas que levam ao produto), portanto, maior velocidade na cocção dos alimentos.
b) Vamos analisar os 3 processos:
1. Com a panela destampada a troca de calor entre o líquido e o meio via mecanismo de convecção é facilitada. O ar mais quente no interior da panela, incluindo o vapor de água, é menos denso do que o ar mais frio ao seu redor e por isso sobe e sai, levando consigo parte do calor do sistema. Dos casos apresentados, este é o processo em que há mais perda de calor da panela para o ambiente, resultando em um aquecimento mais lento, tal como indicado pela curva C.
2. Com a tampa apoiada sobre a panela o processo de convecção é dificultado e as trocas de calor são minimizadas em comparação com o processo 1, minimizando o tempo de aquecimento do sistema, tal como indicado pela curva B.
3. Com a tampa adequadamente fechada, o processo de convecção e de perdas de vapor de água durante o aquecimento são reduzidos em comparação com os processos 1 e 2. Isso minimiza significativamente as trocas de calor entre a panela e o ambiente, permitindo um aquecimento ainda mais rápido. Além disso, com a panela fechada, a temperatura de cocção é maior, tal como justificado no item anterior, e este processo é indicado pela curva A.
Desse modo, temos a seguinte tabela, relacionando as curvas do gráfico e os processos:
|
Curva |
Processo |
|
A |
3 |
|
B |
2 |
|
C |
1 |