Labo 3 Y 4 Fiqui2.docx

Difusividad térmica

IV. RESULTADOS y DISCUSIONES

Los resultados obtenidos, mediante el programa Data Trace, fueron numerosos, a continuación se muestra los resultados obtenidos. CUADRO 1: REGISTRO DE DATOS EXPERIMENTALES Tiempo (seg)

°C

00:00:14:30

47.1

00:00:29:30

65.6

00:00:00:00

22.8

00:00:15:00

48.1

00:00:30:00

65.9

00:00:00:30

22.1

00:00:15:30

49.1

00:00:30:30

66.2

00:00:01:00

22

00:00:16:00

50.1

00:00:31:00

66.5

00:00:01:30

21.9

00:00:16:30

51

00:00:31:30

66.7

00:00:02:00

22

00:00:17:00

52

00:00:32:00

66.9

00:00:02:30

22.1

00:00:17:30

52.8

00:00:32:30

67.2

00:00:03:00

22.2

00:00:18:00

53.7

00:00:33:00

67.4

00:00:03:30

22.5

00:00:18:30

54.5

00:00:33:30

67.7

00:00:04:00

23

00:00:19:00

55.3

00:00:34:00

67.9

00:00:04:30

23.5

00:00:19:30

56

00:00:34:30

68.1

00:00:05:00

24.2

00:00:20:00

56.7

00:00:35:00

68.3

00:00:05:30

25

00:00:20:30

57.4

00:00:35:30

68.5

00:00:06:00

26

00:00:21:00

58

00:00:36:00

68.7

00:00:06:30

27.1

00:00:21:30

58.6

00:00:36:30

68.8

00:00:07:00

28.2

00:00:22:00

59.2

00:00:37:00

69

00:00:07:30

29.5

00:00:22:30

59.8

00:00:37:30

69.2

00:00:08:00

30.8

00:00:23:00

60.3

00:00:38:00

69.3

00:00:08:30

32.1

00:00:23:30

60.9

00:00:38:30

69.5

00:00:09:00

33.4

00:00:24:00

61.4

00:00:39:00

69.6

00:00:09:30

34.8

00:00:24:30

61.8

00:00:39:30

69.7

00:00:10:00

36.1

00:00:25:00

62.3

00:00:40:00

69.9

00:00:10:30

37.5

00:00:25:30

62.7

00:00:40:30

70

00:00:11:00

38.8

00:00:26:00

63.1

00:00:41:00

70.1

00:00:11:30

40

00:00:26:30

63.5

00:00:41:30

70.3

00:00:12:00

41.3

00:00:27:00

63.9

00:00:42:00

56.1

00:00:12:30

42.5

00:00:27:30

64.3

00:00:42:30

32.3

00:00:13:00

43.7

00:00:28:00

64.6

00:00:43:00

27.4

00:00:13:30

44.8

00:00:28:30

65

00:00:43:30

26.5

00:00:14:00

46

00:00:29:00

65.3

00:00:29:30

65.6

00:00:30:00

65.9

00:00:30:30

66.2

00:00:31:00

66.5

FIGURA 1: GRAFICA TEMPERATURA VS TIEMPO

80

T(°C) 70 60 50

40 30 20 10

Tiempo

0 0

20

40

60

80

100

CUADRO 2: CONDICIONES DE FRONTERA PARA LA DETERMINACIÓN DE LA DIFUSIVIDAD TÉRMICA T° T1 r

25 °C 60-80°C 0.024m

CUADRO 3:DIFUSIVIDAD TÉRMICA CON RESPECTO A LA TEMPERATURA DEL CENTRO DEL CILINDRO

T (°C) Ti A B N° fourier Dif. térmica

70.9 73.63 0.0781 0.0781 0.52453 0.05924

FIGURA 2: VARIACION DE LA DIFUSIVIDAD TÉRMICA DURANTE EL CALENTAMIENTO DE LA MUESTRA

0.45

α

0.4 0.35 0.3 0.25 0.2

0.15 0.1 0.05

T(°C)

0

22.6 25.9 40.7 43.1 50.3 57.3 62.2 68.3 70 70.5 70.9 71 71.1 71.2 72 72.5



La difusividad térmica en la gráfica a 70°C es 0.06 m/s2 aprox.

CUADRO 4: CUADRO COMPARATIVO DE DIFUSIVIDAD TÉRMICA A 70 ºC

Difusividad m2/s Experimental

0.05924

Costherm

0.1451

Literatura

0.1063

(Calienes 2002)

CONCLUSIONES

 

A mayor temperatura, la difusividad térmica es menor. En la gráfica temperatura Vs Tiempo se traza una línea asintótica.



En la gráfica Difusividad térmica Vs Temperatura, al dar inicio con el aumento de la temperatura se evidencia una gran caída del valor de la difusividad térmica, pero luego comienza a mantenerse estable hasta las últimas temperaturas registradas por el Data Trace. Se evidencia una gran diferencia en los datos del costherm y lo experimental; y muy poca con la cita biográfica según Calienes. La temperatura es inversamente proporcional a la difusividad térmica, a mayor temperatura de la muestra menor es la velocidad de calentamiento.

 



La difusividad térmica está muy ligada a la concentración de la humedad presente en su composición y por otros factores como: presión, composición del alimento porosidad etc.



El valor de la difusividad encontrado experimentalmente fue de 0.05924x10-6 m/s2.

Bibliografía   

Lewis. 1993. Propiedades Físicas de los Alimentos y de los Sistemas Procesados. Editorial Acribia. Zaragosa, España. MOHSENIN, N. 1980. Thermal Properties of Food and Agricultural materials. Gordon and Breach Science publishers, INC. N.Y. USA. pp 407. Obrego Lazarte., Carlos Eduardo,2003, Procesamiento de alimentos, Primera edición, Centro de publicaciones UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES.



Rodríguez, V.2008. Bases de la Alimentación Humana. Editorial Gesbiblo. Impreso en España.



GALLARDO. 2009. Extracción y caracterización de aceite de linaza (Linum usitatissimun) del distrito de Cachachi, provincia de Cajabamba, Departamento de Cajamarca. Facultad de Industrias Alimentarias Universidad Nacional Agraria La Molina. Lima. Perú.



MILBER UREÑA PERALTA, 1990. Obtención de alimentos modelo a partir de mezclas bentonita: Glicerol: Agua para estudios de tratamiento térmico. TESIS DOCTORAL. Valencia julio 1990. Alvarado 2001 Métodos para medir propiedades físicas en industria de alimentos. Editorial ACRIBIA. España pagina 247-248.





Alberto Ibarz y Gustavo V. Barbosa-Canovás,2005,Operacionesunitarias en la ingeniería de alimentos, Editorial aedos s.a. España.

ANEXOS

CUADRO 1:RANGOS APROXIMADOS DE DIFUSIVIDAD EN ALGUNOS MATERIALES.

Fuente (2003)

Obrego

Lazarte

Cuadro 2. Difusividad térmica en algunos materiales alimenticios.

Fuente (2003)

Obrego

Lazarte

Cuadro 3. Modelos encontrados en literatura científica para la predicción de difusividad térmica en productos alimenticios.

Fuente Alvarado (2001)

LABORATORIO N° 4 “Calor específico para el cacao en grano” IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES

CUADRO1: DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DEL CALORIMETRO 1

Masa T inicial T final Cp

Agua caliente 0.3 366 318 4.202

Agua fria 0.3 291.5

Calorimetro 1 1.2735 292.33

4.18

0.834

CUADRO2: DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DEL CALORIMETRO 2

Masa T inicial T final Cp

Agua caliente 0.3 364 315 4.202

Agua fria 0.3 291

Calorimetro 2 1.256 292.3

4.18

1.111

CUADRO 3 : DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DEL CACAO DEL CALORIMETRO 1

Masa T inicial T final Cp

Agua caliente 0.3 348 308 4.202

Muestra 0.3 276.6

Calorimetro 1 1.2735 292.33

3.59

0.83

CUADRO 4 : DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DEL CACAO DEL CALORIMETRO 2

Masa T inicial T final Cp

Agua caliente 0.3 351 310 4.202

Muestra 0.3 278.7

Calorimetro 2 1.256 296.8

3.54

1.11

a) Utilizando el programa COSTHERM calcule el calor específico de la muestra analizada. Cp = 1.6628 kJ/kg.ºC

BULK PRODUCT:

FATS

COMPOSITION (FRACTIONS) WATER PROTEIN FAT CARBOHYDRATES MINERALS

0.036 0.116 0.446 0.074 0.328

FREEZING POINT:

THERMAL TEMP. CONDUCTIVITY FRACTION C W/M,K 70.0 0.0000

0.1508

0.00 DEGREES C

THERMAL DIFFUSIVITY

ENTHALPY

M**2/S

KJ/KG

0.1185E-06

110.9906

SPECIFIC HEAT

ICE

KJ/KG,K 1.5856

b) Calcular el calor específico de la muestra mediante su composición y la ecuación que relacione los calores específicos de los distintos componentes. Cp = 4.18 ma + 1.22 mc + 1.9 mp + 1.9 mg + 0.8 mz Cp = 4.18 × 3.6 + 1.22 × 012 + 1.9 × 12 + 1.9 × 46.3 + 0.8 × 34 Cp = 1.9535 kJ/kg.ºC c) Según (Villamizar,Hernandez;1986) el calor específico del grano de caco a una humedad de 4.5% en base seca es : Cp = 0.3952 kJ/kg.ºC

CONCLUSIONES 



Se observa una transferencia de calor producido por una diferencia de temperatura de la muestra y al calorímetro por el agua caliente y concluye esta transferencia son la temperatura de equilibrio y, demostrando así el primer principio de la termodinámica Utilizando los datos obtenidos en el experimento podemos deducir que la mayor parte del calor transferido por el agua fue tomado por la muestra, debido a que el Calor Especifico (Ce) de esta es mayor al del Calorímetro.



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. En esta experiencia pudimos conocer el calor específico del grano de cacao de manera experimental, por medio de un calorímetro aislado para evitar pérdidas de temperatura, donde observamos que su calor específico es muy bajo que la del agua (agua=4,180KJ/kgK y cacao=3.54 KJ/kgK), debido a que su contenido de agua es bajo y por lo tanto su calor específico es menor.



BIBLIOGRAFIA 

Barrero, F. V., & Hernandez, J. E. (1989). Determinacion de parametros y simulacion matematica de proceso de secado de cacao.



Obrego Lazarte., Carlos Eduardo,2003, Procesamiento de alimentos, Primera edición, Centro de publicaciones UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA SEDE MANIZALES.



Lewis. 1993. Propiedades Físicas de los Alimentos y de los Sistemas Procesados. Editorial Acribia. Zaragoza, España



Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesado. M.J. LEWIS EDITORIAL ACRIBIA. S.A ZARAGOZA (España). Beatriz Alvarencia y Antonio Máximo / Física General / Tercera Edición COLLAZOS, Carlos. 1996. Tablas de composición de alimentos. Sétima edición. Ministerio de Salud. Páginas 24 y 40.

 

Anexos Figura1:

Fuente:Villamizar,Hernadez(1989)

CUADRO 1: CALORES ESPECÍFICOS DE COMPONENTES ALIMENTARIOS Calor específico del agua Cw

kJ / kg K

(1) 4.18ª

Calor específico de Carbohidrato Cc

kJ / kg K

1.4ª

1.22b

Calor específico de proteína Cp

kJ / kg K

1.6ª

1.9b

Calor específico de grasa Cf

kJ / kg K

1.7ª

1.9b

Calor específico de cenizas Cz

kJ / kg K

0.8a

-

a

Adaptado de datos de Kessler (1981); recomendado para productos lácteos

b

Adaptado de datos de Miles et al. (1983)

Fuente: Lewis, 1993

CUADRO 2: COMPENDIO DE DATOS SOBRE ALIMENTOS

(2) 4.18b

Tipo de alimento

% en agua

p H

Punto de congelación ºC

Calor específico kJ/kg ºC (por encima del punto de congelación)

Calor latente kJ7kg

Conductividad Térmica W/mºC

Misceláneos Cereales

12-14

-

-

1.5 -1.9

-

0.13 – 0.18

Fuente: Hayes, 1992

Determinación del calor específico por el método de mezclas (esquemas) Determinación del equivalente en agua del calorímetro

Se ponen M gramos de agua en el calorímetro, se agita, y después de un poco de tiempo, se mide su temperatura T0. A continuación se vierten m gramos de agua a la temperatura T. Se agita la mezcla y después de un poco de tiempo, se mide la temperatura de equilibrio Te. Como el calorímetro es un sistema adibáticamente asilado tendremos que (M+k)(Te-T0)+m (Te-T)=0

Determinación del calor específico del sólido

Se ponen M gramos de agua en el calorímetro, se agita, y después de un poco de tiempo, se mide su temperatura T0. A continuación, se deposita la pieza de sólido rápidamente en el calorímetro. Se agita, y después de un cierto tiempo se alcanza la temperatura de equilibrio Te. 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. Se apuntan los datos y se despeja c de la fórmula que hemos deducido en el primer apartado.

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 expresadas por la denominada ley del enfriamiento de Newton. Notas:Ley de enfriamiento de Newton

Cuando la diferencia de temperaturas entre un cuerpo y su medio ambiente no es demasiado grande, el calor transferido en la unidad de tiempo hacia el cuerpo o desde el cuerpo por conducción, convección y radiación es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio externo.

Determinación del calor específico por el método eléctrico (ejemplo) Medida del calor específico de un líquido

Mediremos el calor específico de un aceite. Disponemos de un calorímetro, un termómetro y un calentador eléctrico. Medimos 250 ml de aceite de girasol que cubren bien el calefactor. Pesamos los 250 ml y obtenemos 220 gramos lo que indica una densidad del aceite de 220g/250cc=0,88 g /cm3 =880 kg /m3. Medimos la intensidad de corriente, el tiempo, el

voltaje y la elevación de temperatura en ese tiempo. No cerrar el calorímetro para no tener una pérdida de calor. Existen calorímetros eléctricos con la resistencia incorporada que evitan esto. Dejamos sumergido el calentador 3 minutos, y agitar el aceite con el calefactor eléctrico para homogeneizar la temperatura. La temperatura del aceite después de transcurrido un minuto (cuando desenchufamos el calentador después de un minuto) y tomar la temperatura final. Calorímetro. Fig.1