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El objetivo de esta práctica es determinar el calor específico de las muestras de 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.
algunos alimentos sólidos, a partir de la perdida y ganancia de calor. La siguiente práctica se
La siguiente práctica se desarrolló bajo las siguientes condiciones:desarrolló bajo las siguientes condiciones: Presión
Presión : : 756 756 mmHgmmHg Temperatura
Temperatura : : 29.5 29.5 ºCºC Humedad
Humedad Relativa Relativa : : 96 96 %%
En la práctica se utilizó el “método de mezclas”, que consiste fundamentalmente en En la práctica se utilizó el “método de mezclas”, que consiste fundamentalmente en mezclar de la manera más
mezclar de la manera más completa posible un cuerpo a temperatura conocida con uncompleta posible un cuerpo a temperatura conocida con un cuerpo a otra temperatura, y medir la temperatura de la mezcla resultante, una vez cuerpo a otra temperatura, y medir la temperatura de la mezcla resultante, una vez que ha sido alcanzado el equilibrio térmico
que ha sido alcanzado el equilibrio térmico..
Primero se calculó la capacidad calorífica del calorímetro, usando como reactivo de 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 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 una temperatura de equilibrio de 35°C y obteniendo una capacidad calorífica de 0.146 kJ/K.
kJ/K.
Luego se calculó el calor específico de
Luego se calculó el calor específico de cada muestra (arroz, pallares y papa cada muestra (arroz, pallares y papa seca).seca). El arroz, el calorímetro y la masa de agua se llevó a un equilibrio térmico, obteniendo 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 calor específico promedio de 1.65 kJ/ kg x K y un porcentaje de error de 8.33%.un porcentaje de error de 8.33%. Lo mismo sucede con los pallares y la papa seca, pero en cada muestra se obtuvo un 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, calor específico promedio de 0.787 kJ/ kg x K y de 1.883 kJ/ kg x K respectivamente, con un porcentaje de error
con un porcentaje de error de 74.32% y de de 74.32% y de 9.79% respectivamente9.79% respectivamente..
El calor específico y su masa del agua se va a trabajar de acuerdo a lo que le El calor específico y su masa del agua se va a trabajar de acuerdo a lo que le corresponde según su
corresponde según su temperatura.temperatura.
Quizás se obtuvieron porcentajes de error muy altos debido a que hubo aperturas en Quizás se obtuvieron porcentajes de error muy altos debido a que hubo aperturas en el sistema, que produjeron salidas de calor.
2.
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difereerententes s conconcepceptos tos tertermodmodininámiámicos cos quque e prepreviaviamenmente te se se dedeben ben tentener er parpara a susu correcta realización y un buen
correcta realización y un buen cálculo de los calores específicos a cálculo de los calores específicos a determinar; pero endeterminar; pero en esta experiencia hallaremo
esta experiencia hallaremos el s el calor específico para muestras sólidas de calor específico para muestras sólidas de alimentos, yaalimentos, ya que está relacionado con la carrera de Ing. Agroindustrial.
que está relacionado con la carrera de Ing. Agroindustrial. En la carrera de Ing.
En la carrera de Ing. agroindustriaagroindustrial es de l es de gran utilidad, ya que contribuye en el procesogran utilidad, ya que contribuye en el proceso de congelamiento de alimentos, debido que se necesita tener conocimientos de una de congelamiento de alimentos, debido que se necesita tener conocimientos de una se
seririe e de de cacararactctererísístiticacas s y y dadatotos s dedel l alalimimenento to a a cocongngelelarar; ; enentrtre e ununa a de de esesasas características encontramos el valor e importancia del calor específico de la muestra, 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 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 química interna, (como proteínas, agua, etc) por la formación de cristales de agua, el volumen y la apariencia del producto
volumen y la apariencia del producto..
En el presente trabajo estudiaremos y
En el presente trabajo estudiaremos y
aprenderemos a determinar el Calor
aprenderemos a determinar el Calor
específico, Calor latente y Calor
específico, Calor latente y Calor
sensible y discutiremos los resultados
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obtenidos.
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Estas propiedades son muy importantes en Ingeniería Agroindustrial debido a
Estas propiedades son muy importantes en Ingeniería Agroindustrial debido a
que sabiendo la cantidad de calor necesaria para
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incrementar o disminuir la
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temperatura del alimento a procesar nos da una gran ventaja en el manejo de
temperatura del alimento a procesar nos da una gran ventaja en el manejo de
los costos de procesamiento.
los costos de procesamiento.
Así también su conocimiento, so
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amientos como la
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congelación, evaporación, deshidratación
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son el pan de cada
son el pan de cada
día de
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todo Ingeniero Agroindustrial o Alimentario.
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)).
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:
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
b. Se colocó la primera muestra dentro del calorímetro totalmente seco y se midió
la temperatura de la muestra (Ts).
c. 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.
d. Se cerró el calorímetro para evitar que pierda calor y se agitó lentamente.
e. Luego se registró la temperatura de equilibrio del sistema (Te). f. Se repitió todo el experimento para la segunda muestra.
g. 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) 756.00
T(°C) 29.5
%H.R 96
TABLA N°2: Datos de temperaturas para la Capacidad Calorífica del Calorímetro (C k
):
AGUA: 100 mL Calorímetro Pera Equilibrio
Temperatura del
agua (°C) 24 50 35
TABLA N°3: Calor Específico de la muestra M 1 del arroz (C es ):
Masa del arroz: 30.01g
Agua : 170mL Calorímetro(arroz) (agua)Pera Equilibrio
Temperatura
(°C) 25.6 46.5 42
TABLA N°4: Calor Específico de la muestra M 2 del arroz (C es ):
Masa del arroz: 30.09g
Agua : 170mL Calorímetro(arroz) (agua)Pera Equilibrio
Temperatura (°C) 25.8 44 40
Masa del pallar: 30.06g
Agua : 170mL Calorímetro(pallar) (agua)Pera Equilibrio
Temperatura (°C) 25.6 45 41.3
TABLA N°6: Calor Específico de la muestra M 2 del pallar (C es ):
Masa del pallar: 30.26g
Agua : 170mL Calorímetro(pallar) (agua)Pera Equilibrio
Temperatura (°C) 24.8 44 40.2
TABLA N°7: Calor Específico de la muestra M 1 de la papa seca (C es ):
Masa de la papa seca: 30.066g
Agua : 170mL Calorímetro(papa seca) (agua)Pera Equilibrio
Temperatura (°C) 25.2 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
Agua : 170mL Calorímetro(papa seca) (agua)Pera Equilibrio
Temperatura (°C) 25.1 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:
Producto específicoCalor
(KJ.Kg-1K-1) arroz3 1.8 1 http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/javascript/water-density.html 2 http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/caloresph2o.pdf Tabla en apéndice.
pallar (frijol lima)4 3.065
papa seca3 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 es ):
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
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) PROMEDIO(KJ.KgCes EXPERIMENTAL-1.K-1) %ERROR
M1
1.8 1.65 8.33
M2
TABLA N°17: Porcentaje de error del Calor Específico promedio del pallar (C es ):
Pallar Ces TEÓRICO(KJ.Kg-1.K-1) PROMEDIO(KJ.KgCes EXPERIMENTAL-1.K-1) %ERROR M1
3.065 0.787 74.32
M2
TABLA N°18: Porcentaje de error del Calor Específico promedio de la papa seca (C es ):
Papa seca Ces TEÓRICO(KJ.Kg-1.K-1) PROMEDIO(KJ.KgCes EXPERIMENTAL-1.K-1) %ERROR M1
1.715 1.883 9.79
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.
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
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
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
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 temperaturaT 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 despejac
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, • TemperaturaT 0 inicial del calorímetro
• Masa m del sólido en gramos
• TemperaturaT 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
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:
Qabsorbidopor el agua = M· c0 · (T2-T0) Qabsorbidopor el calorímetro = K· c0 · (T2-T0)
Qcedidopor 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.
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.
• 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.
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:
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]
