Monitoramento da transiçao de fase em margarina vegetal em funçao da temperatura.

## MONITORAMENTO DA TRANSIÇÃO DE FASE NA MARGARINA EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA

Khayth M. Rabelo Nagata [nagata@ufpa.br] , Sanclayton Geraldo Carneiro Moreira [sanclay@ufpa.br] Petrus Agrippino de Alcântara Jr [petrus@ufpa.br] Jordan Del Nero [jordan@ufpa.br]

Departamento de Física da Universidade Federal do Pará .

## RESUMO:

O Curso de Física da UFPA A possui em sua grade curricular, disciplinas experimentais que necessitam de equipamentos específicos para serem ministradas. No entanto a universidade não dispõe de recursos financeiros para a adquirir estes equipamentos e por isso criamos uma proposta para a coordenação de um projeto objetiva modernizar, recuperar e introduzir novos experimentos no Laboratório Básico de Ensino de Física. O trabalho que apresentaremos é é uma a das experiências da sésérie que compõe o nosso projeto, cuja proposta é de que o estudante monitore uma transição de fase medindo a capacitância de um capacitor cujo meio dielétrico é uma amostra de margarina vegetal. Neste trabalho a margarina foi colocada em um capacitor de placas planas e paralelas e este foi posto no interior de uma garrafa térmica, juntamente com uma fonte de aquecimento (resistência térmica) e a temperatura foi medida com um termômetro digital fabricado pela Minipa. E medimos a capacitância e a impedância com uma ponte automática de capacitância RCL Metter fabricada pela FLUKE , na a faixa de temperatura entre 26°C até 4444°C. Os resultados mostraram um crescimento da capacitância a partir de 36° C, C, pois nesta temperatura a margarina comemeça a derreter e a impedância que inicialmente estava na faixa de Mega ohms, cai para valolores próximos de 120 ohms. Isso ocorre porque há quebra das emulsões e com esta quebra a água liberada produz um aumento elevado na corrente elétrica. È possível observar as separações de fases , fotografando a amostra antes e depois do derretimento, pois a água e óleo existentes na margarina são imiscíveis. Essa experiência é simples de realizar e é muito rica do ponto de vista da a discussão dos resultados . Podem ser feititas ainda correlações entre as propriedades medidas com diferentes margarinas que possuam teores de gordura diferentes.

## 1\_INTRODUÇÃO:

A Universidade Federal do Pará buscando a melhoria do ensino de graduação criou o o projeto chamado PROINT (Projeto Integrado) que permitiu o desenvolvimento de um conjunto de novos experimentos entre os quais consta este, para estudo e observação de uma transição de fase . Muitas propriedades físicas (mecânicas, ópticas, térmicas, elétricas, etc.) p podem m ser observadas durante uma transição de fase .

O estudo da transição de fase em materiais é um tópico da Física do Estado Sólido 1 que geralmente é uma disciplina optativa nos Cursos de Graduação em Física (Licenciatura e Bacharelado). A observação de tais transições pode envolver experimentos complexos. Neste trabalho apresentamos uma proposta bastante simples para a observação da transição de fase sofrida por uma amostra de margarina vegetal na faixa de temperatura entre 26 e 44º C. A transição de fase experimentada no caso

particular de uma amostra de margarina tem sido estudada por vários autores 2 -5 para um melhor entendimento de todos os processos que governa tal transição .

Este trabalho tem ainda dois aspectos importantes: um ligado à à ampliação e modernização dos experimentos que são desenvolvidos nos Laboratórios Básicos I e II do Departamento de Física da UFPA e outro que aprofunda a teoria estudada em sala de aula trazezendo a tona aspetos importantes e sempre ficaram de fora por falta demonstração porque exigiam um laboratório mais sofisticado com equipamentos caros e complexos.

No caso de materiais cristalinos a a transição de Fase envolve reorientação ou reposicionamento de átomos em uma estrutura, passando-se arranjo mais ordenado a um mais aleatório, ou vice e versa. No nonosso caso a estrutura da margarina passa de um arranjo mais ordenado para um mais aleatório. A partir daí é possível se obter uma explicação do porquê de a margarina não retornar ao seu estado inicial após ser submetida a temperaturas relativamente elevadasas.

## 2\_METODOLOGIA:

## 2.1 Materiais Utilizados:

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- · Um capacitor de placas planas e paralelas com distância variável. - - (1) figura 1
- · Criostato.
- · Fonte de aqueuecimento (resistência térmica) ) 110Volts - 60 watts .
- · Uma ponte automática de capacitância RCL Metter r fabricada pela FLUKE modelo PM 6304 - - - (2) figura 1
- · Um termômetro digital fabricado pela Minipa modelo MT-511 - - - (3) figura 1
- · Fios esmaltados .

## 2.2 Procedimentos

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A resistência térmica foi acoplada á tampa da garrafa térmica para que pudesse ser ligada sem que a garrafa fosse destampada (figura 2.2 A) . O termômetro foi posto em contato com a amostra através de um sensor para que a temperatura fosse acompanhada a cada 2°C. Depois que o equipamento foi montado, enchemos o capacitor com a amostra da margarina vegetal e aproximamos suas placas o quanto foi possível, então colocamos o mesmo no interior da garrafa fa e ligamos o capacitor à ponte de capacitância através dos fios esmaltados, e em seguida tampamos a garrafa e medimos simultaneamente , a temperatura, a capacitância e a impedância e depois anotamos . Posteriormente, ligamos à à resistência e elevamos a temperatura em aproximadamente 2°C, então desligamos a resistência , a guardamos 15 minutos até que a ponte de capacitância estabilize e anotamos novamente a temperaturura, a capacitância e a impedância. Repetindo o mesmo procedimento a cada 2°C na faixa de 26°C até 44°C. Desta forma construímos uma tabela de dados com três colunas: : uma para a temperatura, uma para a capacitância do capacitor , cujo meio dielétrico era a mamargarina , e uma para a impedância . E com estes dados foi possível obter os gráficos da impedância x temperatura e da capacitância x temperatura com o auxílio do software ORIGIN.

Figura 1. Equipamentos utilizados no expxperimento .

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## 3\_RESULTADOS

Apresentamos a seguir (figuras 2 e 3) os resultados capacitância e impedância versus temperatura que foram obtidos em amostras de margarina (80% de lipídios) para demonstrar uma transição de fase. Apresentamos também, na figura 4 , uma imagem feita com uma máquina fotográfica da margarina antes e depois do seu derretimento.

Figura 2. Capacitância versus temperatura para uma amostra de margarina vegetal.

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Figura 3. Impedâncncia versus temperatura.

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(A) (B)

Figura 4 - Amostra de margarina vegetal a 26 °C. Em (A) margarina antes do derretimento e em (B) aparecem duas fase separadas: a superior com gordura e a inferior

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## 4\_ ANÁLISES E INTERPRETAÇÕES

Nossos resultados mostram que a mudança de temperatura provoca mudanças nas propriedades físicas da margarina (capacitância e impedância) que por sua vez podem ser observadas quando monitoramos estas propriedades. Como podemos observar no gráfico da figura 2, capacitância versus temperatura, a capacitância cresce lentamente na maioria das temperaturas obtidas, uma vez que o aumento da temperatura provoca dilatação da a amostra, fazendo com que suas moléculas se separem. m. CoCom o decorrer da experiência percebemos que na temperatura próxima a 36°C, que é a temperatura de derretimento da margarina, um crescimento muito elevado da capacitância . Isso ocorre, devido á quebra das emulsões de água e óleo presentes na

margarina em decorrência do aumento da temperatura, ocasionando a liberação de água e produzindo um elevado aumento da corrente elétrica Constatamos, então, que ocorreu transição de fase.

Pela análise do gráfico da figura 3, impedância versus temperatura, pode-se notar que a impedância decresce com o aumento da temperatura. Este decrescimento também se deve ao aumento da corrente elétrica.

A Figura 4 mostra uma fotografia da amostra de margarina vegetal a 26°C, a mesma temperatura do início do experimento. Percebe-se aí que a amostra se encontra em seu estado normal de consumo de forma homogênea, onde as micro-gotas de água estão protegidas pelo emulsificante que torna o sistema estável . Enquanto que na figura 5, apresentamos uma fotografia da amostra após s o derretimento da margarina, ou seja, depois da a transição de fase. Neste caso é visível à presença de duas fases na amostra a que são imiscíveis (água e óleo) e o sistema não é mais homogêneo revelando inclusive qual é o o percentual de gordura existente na margarina. Para isso basta ver a diferença nas alturas das colunas de água e gordura.

## 5 \_ REFERÊNCIAS:

- 1) C. Kittel , I Introduction to Solid State Physics , John Wiley &amp; Sons, 1986 .
- 2) Mazzanti G, Guthrie SE, Sirota EB, et al., Orientation and phase transitions of fat crystals under shear , CRYSTAL GROWTH &amp; DESIGN 3 (5): 721-725 SEPOCT 2003 .
- 3) Moreira a SGC, Albuquerque MLS, Mansanares AM, et al., Simultaneous measurement of electrical and thermal properties: Application to margarine , JOURNAL DE PHYSIQUE IV 125: 849-852 JUN 2005 .
- 4) Timms RE, F Fractional crystallisation - the fat modification process for the 21(st) century, y, EUROPEAN JOURNAL OF LIPID SCIENCE AND TECHNOLOGY 107 (1): 48-57 JAN 2005 .
- 5) Karabulut I, Turan S, Ergin G, Effects of chemical interesterification on solid fat content and slip melting point of fat/oil blends , EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY 218 (3): 224-229 FEB 2004 .