3 Calor Especifico

Universidad Nacional Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial  Agroindustrial 

1. RESUMEN El objetivo de esta práctica es determinar el calor específico de las muestras de algunos alimentos sólidos, a partir de la perdida y ganancia de calor. La siguiente práctica se desarrolló bajo las siguientes condiciones: Presión

: 756 mmHg

Temperatura

: 29.5 ºC

Humedad Relativa : 96 % En la práctica se utilizó el “método de mezclas”, que consiste fundamentalmente en mezclar de la manera más completa posible un cuerpo a temperatura conocida con un cuerpo a otra temperatura, y medir la temperatura de la mezcla resultante, una vez que ha sido alcanzado el equilibrio térmico . Primero se calculó la capacidad calorífica del calorímetro, usando como reactivo de mezcla al agua de caño a temperatura ambiente y al agua de caño tibia, llevando a una temperatura de equilibrio de 35°C y obteniendo una capacidad calorífica de 0.146 kJ/K. Luego se calculó el calor específico de cada muestra (arroz, pallares y papa seca). El arroz, el calorímetro y la masa de agua se llevó a un equilibrio térmico, obteniendo un calor específico promedio de 1.65 kJ/ kg x K y un porcentaje de error de 8.33%. Lo mismo sucede con los pallares y la papa seca, pero en cada muestra se obtuvo un calor específico promedio de 0.787 kJ/ kg x K y de 1.883 kJ/ kg x K respectivamente, con un porcentaje de error de 74.32% y de 9.79% respectivamente. respectivamente. El calor específico y su masa del agua se va a trabajar de acuerdo a lo que le corresponde según su temperatura. Quizás se obtuvieron porcentajes de error muy altos debido a que hubo aperturas en el sistema, que produjeron salidas de calor.

1

Universidad Nacional Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial  Agroindustrial 

2. INTR INTROD ODUC UCCI CIÓN ÓN En el presen presente te inform informe e detall detallare aremos mos el métod método o para para la determ determina inació ción n de calor  calor  específico de las sustancias en general, a través de un proceso único ya establecido arbitrariamente donde se llevan a cabo diversidad de sucesos que involucran los difere diferente ntess concep conceptos tos termod termodin inámi ámicos cos que que previa previamen mente te se deben deben tener tener para para su correcta realización y un buen cálculo de los calores específicos a determinar; pero en esta experiencia hallaremos hallaremos el calor específico para muestras sólidas de alimentos, ya que está relacionado con la carrera de Ing. Agroindustrial. En la carrera de Ing. agroindustrial agroindustrial es de gran utilidad, ya que contribuye en el proceso de congelamiento de alimentos, debido que se necesita tener conocimientos de una seri serie e de cara caract cter erís ístitica cass y dato datoss del del alim alimen ento to a cong congel elar ar;; entr entre e una una de esas esas características encontramos el valor e importancia del calor específico de la muestra, ya que permite saber hasta qué punto puede ser congelado, sin destruir su estructura química interna, (como proteínas, agua, etc) por la formación de cristales de agua, el volumen y la apariencia del producto. producto .

En el presente trabajo estudiaremos y aprenderemos a determinar el Calor  específico, Calor latente y Calor sensible y discutiremos los resultados obtenidos. Estas propiedades son muy importantes en Ingeniería Agroindustrial debido a que sabiendo la cantidad de calor necesaria para incrementar o disminuir la temperatura del alimento a procesar nos da una gran ventaja en el manejo de los costos de procesamiento.  Así también su conocimiento, son son necesarios para procesamientos procesamientos como la congelación, evaporación, deshidratación, deshidratación, etc que son el pan de cada día de todo Ingeniero Agroindustrial o Alimentario.

2

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

3. PRINCIPIOS TEÓRICOS 3.1. Capacidad calorífica Como regla general, y salvo algunas excepciones puntuales, la temperatura de un cuerpo aumenta cuando se le aporta energía en forma de calor. El cociente entre la energía calorífica Q de un cuerpo y el incremento de temperatura T obtenido recibe el nombre de capacidad calorífica del cuerpo, que se expresa como:

La capacidad calorífica es un valor característico de los cuerpos, y está relacionado con otra magnitud fundamental de la calorimetría, el calor específico. 3.2. Calor específico El valor de la capacidad calorífica por unidad de masa se conoce como calor  específico. En términos matemáticos, esta relación se expresa como:

Donde: • • • • •

“c” es el calor específico del cuerpo “m” su masa “C” la capacidad calorífica “Q” el calor aportado “∆T” el incremento de temperatura

El calor específico es característico para cada sustancia y, en el Sistema Internacional, se mide en julios por kilogramo y kelvin (J/(kg·K)). El valor del equivalente del calor:

3

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

3.3. Calorimetría La determinación del calor específico de los cuerpos constituye uno de los fines primordiales de la calorimetría. El procedimiento más habitual para medir calores específicos consiste en sumergir  una cantidad del cuerpo sometido a medición en un baño de agua de temperatura conocida. Suponiendo que el sistema está aislado, cuando se alcance el equilibrio térmico se cumplirá que el calor cedido por el cuerpo será igual al absorbido por el agua, o a la inversa.

Método de medida de calores específicos. Al sumergir un cuerpo en agua de temperatura conocida, cuando se alcanza el equilibrio térmico, el calor cedido por el cuerpo es igual al absorbido por el agua.

Como la energía calorífica cedida ha de ser igual a la absorbida, se cumple que:

Siendo: “m” la masa del cuerpo sumergido “c” su calor específico “T” la temperatura inicial del cuerpo “ma“ la masa de agua “ca“ el calor específico del agua “Ta“ la temperatura inicial del agua “Tf “ la temperatura final de equilibrio. • • • • • • •

Todos los valores de la anterior expresión son conocidos, excepto el calor específico del cuerpo, que puede por tanto deducirse y calcularse de la misma. 3.4. Calor sensible Calor sensible es aquel que recibe un cuerpo y hace que aumente su temperatura sin afectar su estructura molecular y por lo tanto su estado. En general, se ha observado experimentalmente que la cantidad de calor necesaria para calentar o enfriar un cuerpo es directamente proporcional a la masa del cuerpo y el número de grados en que cambia su temperatura. La constante de proporcionalidad recibe el nombre de calor específico. El calor sensible se puede calcular por:

4

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

Qs = ΔHL = m C (t2 – t1)

4.

DETALLES EXPERIMENTALES

4.1. MATERIALES Y REACTIVOS 4.1.1. Materiales: Frasco termo con tapón de corcho, agitador, termómetro de 0 a 100 °C, pera de decantación, probetas de 100mL y 200mL y vasos. 4.1.2. Reactivos:  Agua de caño, 100g de arroz, 100g de pallares (frijol lima) y 100g de papa seca. 4.2. PROCEDIMIENTO 4.2.1. Capacidad Calorífica del Calorímetro a. Se armó el equipo que se muestra en la figura:

b. Se colocó 100mL de agua de caño en el termo y el mismo volumen de agua tibia (entre 40 y 50 °C) en la pera. c. Se tomó las temperaturas exactas de ambas aguas en los recipientes e inmediatamente se abrió la llave de la pera y se dejó caer el agua tibia, midiendo la temperatura cada 10 segundos, agitando constantemente. Se anotó la temperatura cuando ésta toma un valor constante. 4.2.2. Calor específico de la muestra a. Se pesó dos muestras de 30g de arroz.

5

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

 b. Se colocó la primera muestra dentro del calorímetro totalmente seco y se midió

c. d. e.

f. g.

la temperatura de la muestra (T s). Se calentó 250 mL de agua en un vaso, hasta una temperatura entre 40 y 50 °C, luego se colocó 170 mL de agua caliente en la pera, se midió su temperatura y se dejó caer el agua en el termo. Se cerró el calorímetro para evitar que pierda calor y se agitó lentamente. Luego se registró la temperatura de equilibrio del sistema (T e). Se repitió todo el experimento para la segunda muestra. Y se realizó lo mismo para los productos de pallares y papa seca.

5. RESULTADOS 5.1. DATOS EXPERIMENTALES TABLA N°1: Condiciones del laboratorio

PRESION (mmHg) T(°C) %H.R

756.00 29.5 96

TABLA N°2: Datos de temperaturas para la Capacidad Calorífica del Calorímetro (C k)  :

AGUA: 100 mL Calorímetro Temperatura del 24 agua (°C)

Pera

Equilibrio

50

35

TABLA N°3: Calor Específico de la muestra M 1 del arroz (C es ):

Masa del arroz: 30.01g Calorímetro Agua : 170mL (arroz) Temperatura 25.6 (°C)

Pera (agua)

Equilibrio

46.5

42

TABLA N°4: Calor Específico de la muestra M 2  del arroz (C es ):

Masa del arroz: 30.09g Calorímetro Agua : 170mL (arroz) Temperatura (°C)

25.8

Pera (agua)

Equilibrio

44

40

TABLA N°5: Calor Específico de la muestra M 1 del pallar (C es ):

6

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

Masa del pallar: 30.06g Calorímetro Agua : 170mL (pallar) Temperatura (°C)

Pera (agua)

Equilibrio

45

41.3

25.6

TABLA N°6: Calor Específico de la muestra M 2  del pallar (C es ):

Masa del pallar: 30.26g Calorímetro Agua : 170mL (pallar) Temperatura (°C)

Pera (agua)

Equilibrio

44

40.2

24.8

TABLA N°7: Calor Específico de la muestra M 1 de la papa seca (C es ):

Masa de la papa seca: 30.066g Calorímetro Agua : 170mL (papa seca) Temperatura (°C)

25.2

Pera (agua)

Equilibrio

50

45

TABLA N°8: Calor Específico de la muestra M 2  de la papa seca (C es ):

Masa de la papa seca: 30.046g Calorímetro Agua : 170mL (papa seca) Temperatura (°C)

25.1

Pera (agua)

Equilibrio

43.5

39

5.2. DATOS TEÓRICOS TABLA N° 9: Densidad y Calor Específico del agua a diferentes temperaturas:

Temperatura (°C)

24

43.5

44

45

46.5

50

Densidad (g/mL)1

0.9973

0.9908

0.9906

0.9902

0.9896

0.988

Calor específico2 (cal/gx°K)

0.999

0.999

0.999

0.999

0.999

0.999

TABLA N°10: Calor Específico del arroz, pallar y papa seca:

1

2

Producto

Calor  específico (KJ.Kg-1K-1)

arroz3

1.8

http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/javascript/water-density.html http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/caloresph2o.pdf  Tabla en apéndice.

7

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

pallar (frijol lima)4 papa seca3

3.065 1.715

5.3. RESULTADOS TABLA N°11: Masa del agua a diferentes temperaturas y diferentes volúmenes:

Temperatura (°C)

24

43.5

44

45

46.5

50

50

Volúmen (mL)

100

170

170

170

170

100

170

Masa del agua (g)

99.73

168.436

168.402

168.334

168.232

98.8

167.96

TABLA N°12: Capacidad Calorífica del Calorímetro: (C k ):  

Ck (KJ.K-1) CALORÍMETRO

0.146

TABLA N°13: Calor Específico de la muestras M 1 y M 2  del arroz (C es ):

 Arroz

Ces (KJ.Kg-1.K-1)

M1

1.56

M2

1.74

TABLA N°14: Calor Específico de la muestras M 1 y M 2  del pallar (C es ):

Pallar

Ces (KJ.Kg-1.K-1)

M1

0.659

M2

0.916

TABLA N°15: Calor Específico de la muestras M 1 y M 2  de la papa seca (C e s):

3

Procesamiento de alimentos Carlos Eduardo Orrego Alzate, pag. 65,66 4 Almacenamiento comercial de frutas, legumbres y existencias de floristerías y viveros. Robert E. Hardenburg, Alley E. Watada, Chien Yi Wang, pag. 63

8

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

Papa seca

Ces (KJ.Kg-1.K-1)

M1

1.042

M2

2.725

TABLA N°16: Porcentaje de error del Calor Específico promedio del arroz (C es ):

 Arroz

Ces TEÓRICO (KJ.Kg-1.K-1)

Ces EXPERIMENTAL PROMEDIO(KJ.Kg-1.K-1)

%ERROR

M1 M2

1.8

1.65

8.33

TABLA N°17: Porcentaje de error del Calor Específico promedio del pallar (C es ):

Pallar 

Ces TEÓRICO (KJ.Kg-1.K-1)

Ces EXPERIMENTAL PROMEDIO(KJ.Kg-1.K-1)

%ERROR

M1 M2

3.065

0.787

74.32

TABLA N°18: Porcentaje de error del Calor Específico promedio de la papa seca (C e s):

Papa seca

Ces TEÓRICO (KJ.Kg-1.K-1)

Ces EXPERIMENTAL PROMEDIO(KJ.Kg-1.K-1)

%ERROR

M1 M2

1.715

1.883

9.79

9

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

6. EJEMPLO DE CÁLCULOS

10

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

11

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

12

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

13

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

7. DISCUSIÓN DE RESULTADOS •

•

•

•

El calor especifico de la muestra, depende del valor obtenido del calorímetro; por eso los resultados se ven afectados por este valor. Las masas de agua son diferentes para cada temperatura, por eso se busca la densidad del agua a dicha temperatura (m = DV), debido a que la densidad depende de la temperatura. El calor específico del agua también varía de acuerdo a su temperatura, por  eso no se usó con un valor único. Después de realizar los cálculos experimentales, los resultados obtenidos arrojan errores considerables, lo que lleva a analizar las posibles fuentes de error, y podemos inferir que la principal fuente de error fue la mala medición de las temperaturas, acompañando a éste factores secundarios, como es la fuga de calor.

14

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

8. CONCLUSIONES

•

•

•

•

•

•

Se comprobó el principio de la conservación de la energía, el cual establece que la energía total inicial de un sistema es igual a la energía final total del mismo sistema. El calor es energía que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuentran a diferentes niveles de temperatura. Por esta razón, al poner los dos cuerpos en contacto, el que se encuentra a mayor temperatura transfiere calor al otro hasta que se logra el equilibrio térmico. Distintas sustancias tienen diferentes capacidades para almacenar energía interna al igual que para absorber energía ya que una parte de la energía hace aumentar la rapidez de traslación de las moléculas y este tipo de movimiento es el responsable del aumento en la temperatura. El valor del calorímetro influye, sobre el valor de la capacidad calorífica de la muestra. El método de las mezclas, es un método útil; pero se debe ser preciso al calcular las temperaturas, ya que esta es la que determina en mayor porcentaje los resultados. El agitador es de gran importancia para determinar la temperatura de equilibrio.

15

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

9.

RECOMENDACIONES

•

Se debe tener cuidado con que la muestra este completamente seca.

•

•

•

•

•

Se debe tener mucho cuidado y precisión al momento de realizar el cálculo de la capacidad calorífica del termo. Se debe ser lo mayor exacto posible al momento de medir las temperaturas para caso. Se debe medir la temperatura del agua cuando este dentro del calorímetro, para que todo el sistema (calorímetro –agua) tenga la misma temperatura.  A la hora de tomar la temperatura, de cualquiera de las sustancias, tratar de tener contacto mínimo con ellos, ya que esto podría alterar la temperatura resultante.  Al determinar el calor específico, sellar completamente el calorímetro, tratar  que no exista ninguna abertura del sistema.

16

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

10.BIBLIOGRAFÍA •

•

•

•

•

•

•

Virgil Moring Faires. Termodinámica Primera Edición 1962 Editorial: Union Tipografica Editorial Hispano Americana Páginas: 58,59 Gordon J. Van Wylen y Richard E. Sonntag, Fundamentos de Termoquímica, Primera Edición 1967, Editorial: Limusa – Wiley. (México), Páginas: 103, 104. Geankoplis Christie Jhon, Procesos de Transporte y Principios de Procesos de Separación, Edición 2006, Editorial Compañía Editorial Continente, Página 1024 Pons Muzzo, Gastón. “Fisicoquímica”, Cuarta edición, editorial Universo. Pag. 159 Carlos Eduardo Orrego Alzate. Procesamiento de alimentos. Pag. 65,66 Robert E. Hardenburg, Alley E. Watada, Chien Yi Wang. Almacenamiento comercial de frutas, legumbres y existencias de floristerías y viveros. Pag. 63 http://www.hiru.com/es/fisika/fisika_01800.html

17

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

11.

APÉNDICE

1. Presente un cuadro comparativo entre tres o más métodos para calcular 

el calor específico de sólidos. MÉTODOS PARA CALCULAR CALORES ESPECÍFICOS Primero método 1. Se pesa con una balanza una pieza de material sólido de calor específico c  desconocido, resultando m su masa. Se pone la pieza en agua casi hirviendo a la temperatura T . 2. Se ponen M  gramos de agua en el calorímetro, se agita y después de poco de tiempo, se mide su temperatura T 0.  3. Se deposita rápidamente la pieza de sólido en el calorímetro. Se agita, y después de un cierto tiempo se alcanza la temperatura de equilibrio T e.

Se apuntan los datos y se despeja c 

La experiencia real se debe hacer con mucho cuidado, para que la medida del calor  específico sea suficientemente precisa. Tenemos que tener en cuenta el intercambio de calor entre el calorímetro y la atmósfera que viene expresado por la denominada ley del enfriamiento de Newton. Introducimos los siguientes datos: • • • • •

Masa M de agua en gramos en el calorímetro, Temperatura T 0  inicial del calorímetro Masa m del sólido en gramos Temperatura T del sólido en el baño Elegimos en material del sólido en el control selección titulado Sólido:  Aluminio, Cobre, Estaño, Hierro, Oro, Plata, Plomo, Sodio. .

Ejemplo: • • •

 Agua: M =150 g, T 0=   18ºC Sólido: aluminio, m=70 g, y T =80ºC La temperatura final de equilibrio es T e=22ºC

18

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

SEGUNDO METODO Esta práctica consiste en el cálculo del calor específico de distintos metales. Para ello, se dispone de cuatro pesas cilíndricas: dos de aluminio, con masas diferentes, una de cobre y otra de plomo. Las piezas metálicas se introducen todas juntas en un vaso de 1000 mL con agua, de tal forma que el agua las cubra. Se calienta el agua hasta que hierva (temperatura próxima a los 100 ºC) y se espera un cierto tiempo para tener la seguridad de que toda la masa metálica se encuentra a la misma temperatura, T1=100 ºC. Previamente, se introduce dentro del calorímetro una cierta cantidad de agua, de masa conocida (M=150 gr) y se mide la temperatura del sistema (T0). Cuando las pesas metálicas alcancen la temperatura adecuada, se saca una de ellas y se introduce en el calorímetro, mientras las demás permanecen sumergidas en el agua hirviendo. Se espera hasta que el sistema alcance la temperatura de equilibrio (T2) y se calcula el calor específico del metal, haciendo uso de la ecuación (1). Repetir este procedimiento con las pesas restantes. La descripción del proceso que tiene lugar es la siguiente: Se introduce en un sistema adiabático (calorímetro) una cantidad de agua de masa M a temperatura ambiente. Una vez alcanzado el equilibrio térmico, el calorímetro y el agua estarán a la misma temperatura T0. Si en ese momento, introducimos en el sistema una muestra del sólido a estudiar, de masa m y calor específico c, a una temperatura T1, el sistema constituido por el agua, el calorímetro y la muestra evolucionarán hacia un estado de equilibrio térmico a la temperatura T2. Esta evolución se realiza a presión constante (P atmosférica) y sin intercambio de calor con el exterior (sistema adiabático), por lo que, Qabsorbido = Qcedido pudiendo plantear las ecuaciones siguientes: Qabsorbido por el agua = M· c0 · (T2-T0) Qabsorbido por el calorímetro = K· c0 · (T2-T0) Qcedido por la muestra = m· c · (T1-T2) Siendo: M = masa de agua introducida en el calorímetro. m = masa de la muestra metálica a estudiar. K = equivalente en agua del calorímetro. c0 = calor específico del agua (1 cal/gºC) c = calor específico del metal. T0 = temperatura inicial del sistema agua-calorímetro. T1 = temperatura inicial de la muestra metálica. T2 = temperatura final de equilibrio del sistema agua-calorímetro muestra.

19

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

La ecuación global es:

(M+K)·c0·(T2-T0) = m·c·(T1-T2)

Y despejando c, podemos calcular el calor específico de la muestra metálica, según la ecuación: C = (M+K)·c0·(T2-T0) m·(T1-T2)

TERCER METODO PROCEDIMIENTOS EXPERIMENTALES El aparato experimental está compuesto por un bloque de aluminio, un calentador, una balanza, un béquer y un termómetro. El procedimiento experimental es bastante simple. Los primeros procedimientos son: pesar la masa del bloque de aluminio, medir  el volumen de agua con el becker y medir la temperatura local. Al calentar el agua, note que no debe calentarse a más de 60ºC, sino el tiempo de enfriamiento será muy largo. Esta medida proporcionará la curva de calibración de enfriamiento donde la disminución de la temperatura del sistema (agua) es medida con intervalos de un minuto. Esto representa la pérdida del calor del sistema para sus mediciones. Después, nuevamente se calienta el agua alrededor de la misma temperatura inicial, antes de colocarse el bloque de aluminio dentro del becker. Cuando el bloque de aluminio se sumerge en el agua es necesario tomar la temperatura cada 5 segundos debido a su rápido descenso. Cuando el sistema alcanza un flujo constante de pérdida de calor, es posible medir las temperaturas en intervalos del orden de un minuto. La temperatura se podría medir de una única vez. La curva de calibración de enfriamiento es simplemente extrapolada para obtenerse resultados de la misma calidad. La temperatura es medida continuamente hasta que el sistema alcance un estado de régimen dinámico de pérdida de calor después del contacto con el bloque de aluminio.

2. Cite un ejemplo concreto de la utilidad del calor específico en la industria alimentaria En la industria alimentaria la congelación de alimentos es una de las partes más críticas del proceso, ya que en el intervienen una seria de factores y juegan papeles importantes el conocimiento de algunas propiedades del producto alimenticio. El proceso de congelación produce un drástico cambio en las propiedades térmicas de los alimentos. Las propiedades de los alimentos cambian debido a la pérdida de agua que experimentan así como al efecto que el cambio de fase produce en el agua. Cuando el agua dentro del producto pasa al estado sólido también cambian de forma gradual propiedades como la densidad, la conductividad térmica, la entalpía y el calor  específico aparente del producto. Calor específico aparente. En base a la definición de calor específico aparente de un producto alimentario depende de la temperatura. El calor específico de un alimento congelado a temperaturas 20ºC por debajo del punto inicial de congelación o inferiores no difiere significativamente del calor específico del producto sin congelar. •

20

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

Tiempo de congelación El tiempo de congelación, junto con la selección de un adecuado sistema de congelación, es un factor crítico para asegurar la óptima calidad del producto. El tiempo de congelación requerido para un producto establece la capacidad del sistema, además de influir de forma directa en la calidad del mismo. El método utilizado para calcular los tiempos de congelación es decisivo a la hora de seleccionar el sistema de congelación más adecuado para cada producto. •

Ejemplo de un sistema de congelación Para congelar un alimento, el producto debe exponerse a un medio de baja temperatura durante el tiempo suficiente para eliminar los calores sensible y latente de fusión del producto. La eliminación de estos calores produce una disminución de la temperatura del producto así como la transformación del agua de su estado líquido al estado sólido. El proceso de congelación puede lograrse mediante sistemas de contacto directo o indirecto. En la mayoría de los casos, el tipo de sistema utilizado dependerá de las características del producto, tanto antes de la congelación como después de ella. Existe una gran variedad de circunstancias que hacen prácticamente imposible la utilización de un contacto directo entre el producto y el medio refrigerante. Por ejemplo; en el sistema de contacto directo Existen varios sistemas de congelación que operan por medio del contacto directo entre el refrigerante y el producto. En la mayoría de las ocasiones, estos sistemas operarán más eficazmente si no existen barreras a la transmisión de calor entre el refrigerante y el producto. Los refrigerantes que se utilizan en estos sistemas pueden ser aire a baja temperatura y altas velocidades o líquidos refrigerantes que cambian de fase en contacto con la superficie del producto. En cualquier caso, los sistemas se diseñan para alcanzar una rápida congelación, aplicándose el término de congelación rápida individual (en inglés, individual quick freezing), IQF. a) Inmersión: La superficie exterior del producto puede alcanzar temperaturas muy bajas sumergiendo el alimento dentro de un refrigerante líquido. Si el tamaño del producto es relativamente pequeño, el proceso de congelación se alcanza rápidamente en condiciones IQF. Para algunos alimentos concretos, con este sistema se consiguen menores tiempos de congelación que cuando se utilizan corrientes de aire o sistemas de lecho fluidizado. El proceso consiste en introducir el producto en un baño de líquido refrigerante y se transporta a su través, mientras que el líquido refrigerante se evapora absorbiendo calor del producto. Los refrigerantes más comunes son el nitrógeno, el dióxido de carbono y el Freón. Una de las mayores desventajas de los sistemas de congelación por inmersión es el costo del refrigerante, ya que éste pasa del estado líquido a vapor mientras se produce la congelación del producto, resultando muy difícil recuperar los vapores que se escapan del compartimiento.

21

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

3. Señale y explique dos o más métodos para la determinación del calor 

especifico de los líquidos o

Método de Callendar y Barnes se procederá a realizar una aproximación a la determinación experimental del calor específico de los liquidos.

En la Figura 1 se representa el esquema del montaje.

La primera ley de la termodinámica (conservación de la energía) aplicado al sistema abierto constituido por el calorímetro, se obtiene:

(Se ha despreciado el salto de energía potencial y la variación de energía cinética es nula). Si hacemos pasar por la resistencia R una corriente de I amperios, estableciendo para ello una diferencia de potencial de V  voltios entre sus extremos, la potencia eléctrica comunicado a la resistencia vendrá dado por la ley de Ohm:

A la vez que esta corriente pasa por la resistencia se abre una válvula que deja pasar  agua por el tubo que la contiene, y que está provisto de un recubrimiento aislante para reducir las pérdidas de calor al ambiente K , único flujo de calor intercambiado con el exterior: Q = K  Una vez alcanzado el régimen estacionario ( dE  / dt =0  ), es decir cuando la temperatura que marquen los sensores para la entrada y la salida del agua en el calorímetro no varíe, se puede considerar que la temperatura del sistema no cambia con el tiempo cumpliéndose:

22

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

El trabajo eléctrico suministrado a la resistencia se desprende en forma de calor que será igual al calor que pasa al agua más las pérdidas del aparato, cumpliéndose (3.) donde : T1 : Temperatura del agua a la entrada del calorímetro [K] . T2 : Temperatura del agua a la salida del calorímetro [K] . K : Pérdidas de calor al ambiente [W] . m : Caudal de agua [kg/s] . cp : Calor específico del agua [J/kg.K] Después de otros cálculos más, finalmente se obtiene:

23

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

24

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

25

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

26

Universidad Nacional Mayor de San  Marcos  E.A.P. Ingeniería Agroindustrial 

27