90014 lectura leccion evaluativa u2 2013 2

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA

CURSO: 90014 LECTURA LECCIN EVALUATIVA U2

MARGARITA GOMEZ DE ILLERA (Director Nacional)

BOGOTA- JULIO 2013

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SEGUNDA UNIDAD

PRINCIPIOS CIENTIFICOS Y TECNOLGICOS DE LOS ALIMENTOS

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Objetivos Conocer la naturaleza de los alimentos y los tipos de nutrientes.

Conocer la clasificacin de los alimentos y sus componentes

fundamentales. Describir la interaccin de los componentes qumicos de los alimentos,

con el fin de predecir y comprender los efectos que causan los procesos sobre su valor nutricional

Diferenciar entre operaciones unitarias y procesos unitarios que

sufren los alimentos Conocer y comprender las diferentes etapas de Preproceso de los

alimentos de origen vegetal y animal Conocer y comprender los diferentes mtodos de conservacin de los

alimentos

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Captulo 4. Naturaleza y clasificacin de los alimentos Imagen 1. Grupo de Alimentos Fuente: www.seh-lelha.org/ ruedalimen.htm Qu es un alimento? Se entiende que un alimento es una parte esencial de la vida diaria, pero no todo lo que se come se puede considerar alimento ya que el alimento debe cumplir con una funcin importante como es las de mantenernos vivos y saludables, es decir, que si aquello que consumimos no cumple con esa funcin, entonces no se puede considerar alimento. Existen diferentes definiciones de alimentos, entre las cuales encontramos las siguientes: Todo lo que cuando se introduce en el cuerpo, sirve para nutrir o formar tejidos, o bien suministrar calor al cuerpo se puede considerar un alimento. . Ilustrated Medical Dictionary de Dorland. Los alimentos son las sustancias que entran por la boca y mantienen la vida y el crecimiento, es decir suministran energa y forman y reparan los tejidos. Dictionary of Nutrition and Food Tecnology de Bender. En conclusin alimento es toda sustancia que al ser consumida y absorbidas por el cuerpo, proporciona energa, contribuyen al crecimiento y la reparacin de los tejidos del cuerpo, o regulan estos procesos. Los componentes qumicos de los alimentos se llaman nutrientes y por lo tanto una sustancia se puede llamar alimento, siempre que contenga uno

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cualquiera de estos nutrientes. Algunos de los alimentos contienen muchos nutrientes otros solo uno, y de acuerdo a ello cumplen diferentes funciones en el organismo.

Clasificacin y componentes fundamentales de los alimentos Los nutrientes son componentes qumicos o bioqumicos de los alimentos los cuales se subdividen en mayores y menores. Dentro del primer grupo se encuentran los carbohidratos, protenas y grasa y en segundo grupo se encuentran las vitaminas, minerales, los cidos orgnicos, los pigmentos, aceites esenciales, sustancias que proporcionan el aroma y el sabor y otras sustancias que conforman la estructura del alimento. El agua sola, no se puede considerar un nutriente pero, es esencial para que los nutrientes cumplan las diferentes funciones en el cuerpo. Los carbohidratos se encuentran entre otros en los siguientes alimentos: pan, papas, azcar, galletas, mermeladas. Las grasas en: mantequilla, margarina, queso, aceite de oliva, manteca de cerdo, entre otros. Las protenas se encuentran en: Carne, pescado, leche, huevos, queso. Los elementos minerales se encuentran en las hortalizas y frutas. El agua en todas las bebidas, frutas, hortalizas. La vitaminas, principalmente en frutas y hortalizas, pero algunas especficas como la A, D, E en la leche y los derivados lcteos y otras como las del complejo B en las carnes. El hombre necesita consumir una dieta rica en todos estos nutrientes para tener una vida saludable. El estudio de los nutrientes y el efecto que ejercen sobre el cuerpo humano se denomina Nutricin estudio muy importante, que se tratara en el curso respectivo, ya que no es objeto de estudio en este curso. Leccin 16. Los carbohidratos

Caractersticas generales. Los carbohidratos, se encuentran principalmente en los azucares y almidones que son una de las principales fuentes de energa en la dieta alimenticia y la celulosa que proporciona la fibra diettica. Los carbohidratos, contienen Carbono, Hidrgeno y Oxgeno. Muchos de los carbohidratos, especialmente los ms simples no se encuentra en forma natural, sino que se obtienen por sntesis en el laboratorio. Los carbohidratos que son de mayor inters en la ciencia de los alimentos son los que existen en la naturaleza y especialmente aquellos que tienen seis o mltiplos de seis tomos de carbono. Ejemplos de estos carbohidratos son: la glucosa (C6 H12

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O6), la sacarosa (C12 H22 O11) y el almidn, que son polmeros conformados por diez o ms hexosas y su frmula se representa as: (C6 H10 O5)n Los azcares son producidos por las plantas a partir del dixido de carbono ( CO2 ) y agua ( H2O), formndose la glucosa , el oxgeno y ms agua. Segn la siguiente reaccin: 6 CO2 + 12 H2O --------- C6 H12 O6 +O2 + 6H2O La formacin de las molculas de carbohidratos en las plantas se debe a las reacciones de la fotosntesis. Entre los carbohidratos ms importantes se encuentran los monosacridos, como la glucosa ( azcar de la sangre), la fructosa (azcar de las frutas) y la galactosa ( ( forma parte de la lactosa); los polmeros de las hexosas o disacridos, como la sacarosa ( glucosa + fructosa) azcar de la caa o remolacha; la maltosa (glucosa + glucosa), azcar de la malta y la lactosa ( galactosa + glucosa), azcar de la leche, los polisacridos simples formados por diez o ms hexosas como el glicgeno o glucgenos, el almidn, la celulosa y las sustancias pcticas como la pectina; los polisacridos complejos como el agar, el cido algnico y la carragenina. En la tabla 1 se presentan ejemplos de cada uno de ellos.

Reacciones de los carbohidratos con el calor. Una de las principales reacciones que sufren los carbohidratos con el calor son: la caramelizacin y el pardeamiento no enzimtico o qumico. La primera reaccin se caracteriza por la aparicin de sabores amargos y pigmentos oscuros como el caramelo. La segunda reaccin se debe a que los carbohidratos reaccionan con las protenas para formar pigmentos oscuros llamados melanoidinas, cuando reacciona un grupo amino y un grupo carbonilo. Ejemplos de estas reacciones son: la formacin de la corteza del pan, de la tostada y en general de los productos horneados, as mismo el color pardo de las papas fritas. Tabla 1. Carbohidratos importantes en la tecnologa de los alimentos

CLASE GRUPOS EJEMPLOS

Monosacridos Pentosas Ribosa del RNA y la Desoxirribosa del DNA

Hexosas Glucosa, Fructosa y la galactosa

Polmeros de las hexosas

Disacridos Sacarosa, Maltosa y Lactosa

Polisacridos Polmeros de 10 o ms hexosas Glicgeno o glucgeno, el almidn y la celulosa

Sustancias pcticas Pectina

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Polisacridos complejos

Polmeros compuestos de: hexosas, pentosas, hexosaminas y cidos orgnicos. No se digieren pero aportan la viscosidad y textura a los alimentos.

Agar, Acido Algnico y Carragenina

Fuente. Introduccin a la Tecnologa de Alimentos. Rosa Guzmn y Edgar Segura. Bogot Unisur, 1991.

Alimentos que contienen carbohidratos La mayora de los carbohidratos son de origen vegetal con excepcin de la lactosa que se encuentra en la leche de los animales. En la tabla 2 se muestra el contenido de carbohidratos en algunos alimentos. Tabla 2. Contenido de carbohidratos de algunos alimentos ALIMENTO % ALIMENTO %

Arroz ( crudo) Hojuelas de maiz Miel Espagueti ( crudo) Mermelada Avena con leche Chocolate con leche Papas fritas en rajas

86 85 76 74 69 66 59 50

Pan blanco Pan integral Helado de leche Pltanos Papas hervidas Uvas Mantequilla de cacahuate Manzana

45 38 20 19 18 16 13 12

Fuente. Ciencia de los alimentos, nutricin y Salud. Fox. Camern. Limusa, Noriega Editores, 2003.

Leccin 17. Grasas y Aceites

Caractersticas generales. Qumicamente se denominan lpidos o triglicridos. Son compuestos insolubles en agua y sintetizados por los organismos vivos. Su molcula es la del glicerol trisustitudo por cidos grasos. Teniendo en cuenta que existen diferentes cidos grasos tambin se pueden obtener gran variedad de grasas y aceites a partir de las diferentes combinaciones de los cidos grasos. Existen dos diferencias principales entre las grasas y aceites. Las grasas contienen en mayor porcentaje cidos grasos saturados y sus cadenas son ms cortas. Los aceites contienen un mayor porcentaje de cidos grasos insaturados o sea de doble enlace y sus cadenas son ms largas. Esta diferencia en sus molculas influye en su punto de fusin. Las grasas son slidas a temperatura ambiente, en cambio los aceites son lquidos.

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Acidos grasos esenciales Son aquellos cidos grasos poliinsaturados (AGPI) que no pueden ser sintetizados por el organismo humano y por lo tanto deben ser suministrados por el alimento. El cido graso esencial de mayor importancia es el cido Linolico, que se encuentra en una gran proporcin en los aceites de maz, de soya y de girasol y el aceite linolico, que se encuentra principalmente en la soya. En la tabla 3 se muestra el contenido porcentual de cidos grasos, combinados de aceites y grasas en los productos de mayor consumo comercial. Tabla 3 Contenido porcentual de cidos grasos combinados de aceites y grasas

Aceite o grasa Mirstico *C14:0

Palmtico *C16:0

Esterico *C18:0

Oleico *C18:1

Linoleico *C18:2

Otros AGPI

Mantequilla Manteca de cerdo Margarina Margarina (poliinsaturada) Aceite de pescado Aceite de oliva Aceite de palma Aceite de maz Aceite de soya Aceite de girasol

11 1 5 1 5 0 1 0 0 0

26 24 23 12 15 12 40 12 10 6

11 18 9 8 3 2 4 2 4 6

30 42 33 22 27 73 45 31 24 33

2 9 12 52 7 11 9 53 53 58

1 0 1 1 43 1 0 2 7 0

Fuente. Ciencia de los alimentos. Nutricin y Salud. Fox Camern. Limusa Noriega Editores,2003. *tomos de carbono: nmero de enlaces insaturados

Naturaleza fsica de los aceites y grasas Las caractersticas fsicas de los aceites y grasas, tienen gran importancia en la elaboracin de alimentos como los pasteles, pastas, mayonesa y helados, ya que a diferencia de los compuestos qumicos puros, la temperatura de fusin de las grasas no es fija sino que funden dentro de un intervalo y en ese intervalo, permanecen blandas por lo que sirven para untar o extender, y esta caracterstica se denomina como la plasticidad de un grasa que se debe principalmente a que las grasas son una mezcla de diferentes triglicridos y cada uno de los tienen diferente punto de fusin.

Grasas de origen animal Las grasas animales de mayor uso comercial son la manteca de cerdo y la

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mantequilla. La manteca de cerdo se obtiene a partir de la fusin de la grasa de cerdo y su contenido es 100% grasa. La manteca de cerdo tiene una proporcin muy baja de AGPI. La manteca natural tiene un punto de fusin muy bajo y por lo tanto es un agente con buenas propiedades de friabilidad. Es de color blanco y posee un sabor suave y agradable. No forma fcilmente la crema por lo tanto no se debe utilizar en pastelera. La mantequilla se obtiene a partir de la parte grasa de la leche, contiene un mayor porcentaje de cido oleico y se puede utilizar en pastelera.

Grasas de origen marino Entre estas grasa se encuentran principalmente los aceites de ballena y de pescado. Se caracterizan por su alto contenido de AGPI, que contienen de 20 a 22 tomos de carbono y hasta seis enlaces dobles. (ver tabla 3). Esta gran proporcin de cidos grasos poliinsaturados se refleja en su alto ndice de yodo ( 100 a 140). Algunos aceites como el del arenque tiene mayor cantidad de AGPI, por consiguiente tienen un mayor ndice de yodo ( aproximadamente 200). Su alto contenido de AGPI, los hace ms sensibles a la degradacin o rancidez por lo que solo se pueden utilizar despus de procesados.

Aceites y grasa vegetales La mayor fuente de aceites y grasa vegetales son. Oliva, Soya, Palma, Coco, Girasol. Algodn y Cacahuate o Man. Los aceites comerciales comunes son una mezcla de estos aceites, los ms finos y costosos son puros. La mayora de los aceites vegetales son lquidos a 20oC de temperatura, pero existen algunas excepciones como el aceite de palma, coco que funden por encima de dicha temperatura como se observa en la tabla 3 la mayora de los aceites y grasas vegetales tienen una mayor proporcin de AGPI, en comparacin con las grasa de origen animal. Los aceites vegetales se extraen generalmente de las semillas o nueces, por medio de presin mecnica o con el uso de disolventes. El aceite extrado del frjol de soya tiene una gran importancia debido a que los residuos obtenidos despus de la extraccin del aceite, tiene un gran contenido de protenas por lo cual se usa como torta para animales. Tambin es uno del os aceites de mayor uso en la elaboracin de las margarinas.

Alteraciones de las grasas La alteracin ms importante de los aceites y grasas es la rancidez, que da lugar a olores y sabores desagradables. Las grasas de origen son ms sensibles a este deterioro que las grasa y aceites vegetales, pero los aceites

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que se deterioran ms rpidamente son los de origen marino por lo que solo se pueden utilizar despus de su hidrogenacin y refinacin. Se presentan dos tipos de rancidez: La rancidez oxidativa que es la ms comn y se debe a la accin del oxgeno sobre los enlaces insaturados formndose compuestos como las cetonas y aldehdos que transmiten olores y aromas desagradables como el caracterstico del sebo. En esta reaccin la luz es catalizadora, por lo tanto acelera la reaccin. La mayora de los aceites vegetales, contienen sustancias naturales como la vitamina E, que actan como antioxidantes, lo cual permite retardar la accin oxidativa y por ende la rancidez. La rancidez enzimtica, o hidroltica se debe a la hidrlisis que sufren los lpidos debido a la presencia de humedad, y por accin de las enzimas lipolticas, que catalizan dicha reaccin, produciendo, cidos grasos libres y glicerol, los cidos grasos libres cuya molcula contiene de 4 a 14 tomos de carbono, son los causantes de olores fuertes y desagradables. Un ejemplo de este tipo de rancidez es la de la mantequilla que a temperatura ambiente sufre la liplisis, formndose el cido butrico (de 4 carbonos), el cual le confiere el olor a rancio. Los aceites que contienen cidos grasos combinados con un nmero mayor de 14 tomos de carbono, no sufren la rancidez hidroltica, puesto que los cidos libres no generan ningn olor o sabor caracterstico. Tambin en las grasas y aceites para frer, se produce el rompimiento de las molculas del glicerol, para formar la acrolena que posee un olor fuerte caracterstico.

Leccin 18. Protenas

Caractersticas generales Las protenas estn constituidas por largas cadenas de cientos y hasta miles de de unidades amino unidades entre s, por radicales peptdicos por lo tanto, las protenas tienen un gran peso molecular comparado con el de los carbohidratos, por ejemplo, la lactoglobulina, tiene un peso molecular aproximado de 42000 y las molculas de protenas ms grandes tienen pesos moleculares de varios millones. Las protenas contienen elementos de carbono, hidrgeno, oxgeno y nitrgeno pero algunas contienen adems azufre y otras contienen fsforo. Por hidrlisis, las protenas se desdoblan en polipptidos y finalmente en aminocidos; una sola protena produce cerca de 20 aminocidos diferentes. Las protenas de mayor importancia nutricional son las de origen animal, puesto que contienen la mayora de aminocidos esenciales. Las protenas de origen vegetal, contienen menor cantidad, y las de mayor contenido son las de la soya,

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cereales y nueces.

Alimentos que contienen protenas Ningn alimento contiene 100% de protenas como se puede observar en la tabla 4, los de ms altos valores de protenas no contienen ms del 45% Tabla 4. Contenido de protenas de algunos alimentos animales y vegetales Alimentos animales Protena

(%) Alimentos vegetales Protena

( %)

Queso, Cheddar Tocino , magro Carne de res magra Bacalao Arenque Huevos Carne de res, grasa Leche Queso, crema mantequilla

26 20 20 17 17 12 8 3 3 menor que 1

Harina de soya, baja en gras Harina de soya, grasa completa Cachuates Pan integral Pan blanco Arroz Chcharos, frescos Papas, viejas Pltanos Manzanas Tapioca

45 37 24 9 8 7 6 2 1 menor que 1 menor que 1

Fuente. Ciencia de los alimentos. Nutricin y Salud. Fox Camern. Limusa Noriega Editores,2003.

Alteraciones de las protenas Las protenas pueden sufrir diferentes cambios no favorables en su estructura y propiedades, debido a diferentes factores, los cambios ms conocidos son: Putrefaccin Desnaturalizacin Prdidas de aminocidos esenciales

Putrefaccin Se ocasiona por la ruptura anaerbica de algunos aminocidos, que ocasiona la liberacin de CO2 y aminas, txicas en su mayora y que proporcionan a los alimentos, caractersticas organolpticas indeseables, ejemplo de ellas, estn la putrescina y cadaverina. Desnaturalizacin

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Consiste en la alteracin de las protenas, debido bsicamente al desdoblamiento de las cadenas de aminocidos, por efecto del calor, o cambios en el pH, ocasionando prdida de la solubilidad, disminucin de su actividad biolgica y aumento de la viscosidad. Esta reaccin es irreversible. Se pueden mencionar algunos ejemplos de desnaturalizacin de las protenas por efecto del calor, como: en el calentamiento de la clara de un huevo, se produce la coagulacin a una temperatura cercana a los 60oC, cuando la protena ovoalbmina se separa como slido. Es importante resaltar que en todos los alimentos que contienen protenas, se presenta la coagulacin, durante el proceso de coccin, otro ejemplo de esta, es en la coccin de la carne, si la coccin es lenta y la temperatura es menor de 100 oC, no pierde su textura tierna, pero cuando se somete a temperaturas mayores de esta, la carne se pone dura. Prdida de aminocidos esenciales Consiste en el rompimiento o degradacin de las molculas de algunos aminocidos, como la lisina, debido a la exposicin prolongada a altas temperatura de alimentos que contienen protenas. Esto conlleva a la disminucin de la calidad nutricional del alimento con respecto a su composicin en protenas. Leccin 19. Vitaminas y minerales

Caractersticas generales de las vitaminas. Las vitaminas son compuestos orgnicos que contienen los alimentos en muy pequeas cantidades, pero que son esenciales en la dieta alimenticia porque cumplen con funciones fisiolgicas importantes, en el cuerpo, por ejemplo las vitaminas del complejo B, forma parte de varias molculas de coenzimas necesarias para el mantenimiento de una buena salud. Adems la mayora de ellas, no las puede sintetizar el cuerpo humano, a partir de otros nutrientes. A pesar de que las vitaminas poseen estructuras qumicas complejas y diferentes entre s, por lo que no pertenecen a una familia qumica establecida, la mayora de ellas se conocen y se pueden sintetizar qumicamente. Las vitaminas que se adicionan a los alimentos, son generalmente las sintticas o artificiales, las cuales son iguales en su estructura a las naturales y su comportamiento en el cuerpo humano es igual. De acuerdo a su solubilidad, las vitaminas se clasifican en liposolubles, e hidrosolubles, como se observa en la tabla 5. Vitaminas, fuentes y funciones.

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Tabla 5. Vitaminas: fuentes y funciones NOMBRE FUENTES PRINCIPALES FUNCION EN EL CUERPO

A. Vitaminas liposolubles Vitamina A o Retinol Vitamina D o Calciferol Vitamina E o Tocoferoles Vitamina K o Naftoquinonas

Leche y derivados lcteos, margarina, aceite de hgado de pescado. El cuerpo las sintetiza a partir de los carotenos de las hortalizas verdes y las zanahorias. Margarina, suero de la leche, aceites de hgado de pescados o pescado grasos. Aceites vegetales Hortalizas verdes

Para la piel y crecimiento y desarrollo normal. Formacin de huesos y dientes sanos. Actualmente se conoce como antioxidante fisiolgica y respiracin intracelular. Para la coagulacin de la sangre

B. Vitaminas hidrosolubles Grupo B Tiamina B1 Riboflavina B2 Niacina Piridoxina B6 Acido pantotnico Biotina Cobalamina B12

Acido flico Vitamina C o cido ascrbico

Pan, harina, carne, leche, papas, extracto de levadura, hojuelas de maz enriquecidas Vsceras, carne, leche, hojuelas de maz enriquecidas. Papas, vsceras, hortalizas verdes, pan, hojuelas de maz enriquecidas. Hortalizas verdes, frutas.

Funcionan como coenzima en muchas de las reacciones relacionadas con el aprovechamiento de los alimentos ( metabolismo) Para la formacin de cidos nucleicos y los glbulos rojos. Se necesita para la formacin de los dientes, huesos y vasos sanguneos.

Fuente. Fox Cameron. LIMUSA. Noriega Editores.

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Minerales Caractersticas generales

Se encuentran en los alimentos en cantidades muy pequeas pero cumplen funciones importantes en nuestro cuerpo, aproximadamente son 25, pero, los esenciales son alrededor de 16 y tambin se llaman oligoelementos y deben estar presentes en la dieta alimenticia. Ninguno de estos minerales los puede sintetizar el cuerpo humano. Los minerales desempean funciones importantes en el cuerpo entre las ms importantes estn: formacin de huesos, dientes y control de la presin osmtica, composicin de la hemoglobina y como cofactores en reacciones enzimticas. Se clasifican segn el grado de importancia de sus funciones en el cuerpo humano, los ms importantes son: calcio, fsforo, sodio, potasio, magnesio y hierro (tabla 6. minerales: fuentes y funciones) Tabla 6. Minerales: fuentes y funciones MINERAL FUENTES EN LOS ALIMENTOS FUNCIONES METABOLICAS

Calcio Leches y derivados lcteos, hgado y almendras, cereales y hortalizas verdes

Formacin de huesos y dientes. Coagulacin de la sangre, contraccin muscular y actividad nerviosa.

Fsforo Leche, queso, pan y cereales, carne y sus derivados.

Formacin de huesos y ATP, fosforilacin de la glucosa y transporte de cidos grasos

Sodio La fuente principal es la sal ( cloruro de sodio otras fuentes son: pan, productos derivados de los cereales y de la carne.

Esencial para mantener el equilibrio corporal de los fludos, la actividad nerviosa y la contraccin muscular.

Potasio Dtiles, brevas, melocotones, tomate, man uvas pasas, mariscos

Equilibrio cido/base, formacin de glicgeno y sntesis de protenas

Magnesio Formacin de huesos y dientes, coenzima del metabolismo de carbohidratos y protenas.

Vegetales verdes, espinacas, nueces salvado miel y mariscos.

Hierro Formacin de hemoglobina, sistema inmunolgico y oxidacin celular por lo citocromos.

Frjoles, alverjas, hortalizas verdes y cereales completos. vsceras yema de huevo.

Cinc ( Zn) Necesario para la actividad de varias enzimas que intervienen en los cambios de energa y sntesis de protenas.

Carne y sus derivados, leche y queso, pan, harina y derivados de los cereales.

Fuente: Guzmn R y Segura E. Introduccin a La tecnologa de Alimentos. UNAD. 1991

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Leccin 20. Otros componentes de los alimentos

cidos orgnicos

La funcin principal de estos componentes es la de bajar el pH en un determinado alimento, adems se utiliza como coadyuvante de los antioxidantes, para evitar el pardeamiento enzimtico, para reducir la carga microbiana de un alimento, especialmente las bacterias y como saborizantes. Los alimentos ms ricos en estos componentes son las frutas por ejemplo en las frutas ctricas como las naranja, el limn, la mandarina, el de mayor contenido es el cido ctrico; en las uvas se encuentra principalmente el cido tartrico; en la manzana el cido mlico. En otros alimentos diferentes de la frutas como la leche y el kumis, se encuentra el cido lctico.

Pigmentos El color caracterstico de los alimentos se debe a componentes orgnicos de origen vegetal especialmente entre estos compuestos de encuentran. Carotenoides, antocianinas, antoxantinas y flavonoides. Los alimentos de origen animal, contienen la mioglobina y hemoglobina. En las hortalizas de color verde el pigmento se debe a la clorofila; en la zanahoria su color amarillo rojo se debe a los carotenos; las moras deben su color rojo violeta a las antocianinas y antoxantinas.

Aceites esenciales Son componentes orgnicos de molculas simples y complejas, que confieren el aroma y sabor caractersticos de las frutas o hierbas aromticas entre estos componentes se encuentran: el aceite esencial de vainilla; el aceite esencial del clavo, el aceite esencial de la menta y el aceite esencial de la naranja.

Materias primas, ingredientes, aditivos de los alimentos Es importante tener en cuenta que todo producto alimenticio est compuesto de materias primas, ingredientes y aditivos. Una materia prima de un alimento o producto alimenticio es aquella sustancia que forma parte principal del alimento y sin la cual no podra obtenerse el alimento, por lo tanto, es la que se encuentra en mayor proporcin de un determinado producto, por ejemplo en un queso, la materia prima es la leche, en una mermelada la materia prima es la fruta de la cual

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esta hecha, en un salchichn, la materia prima es la carne. Entonces en una bebida como la cerveza, cul ser la materia prima? Los ingredientes son las sustancias que mezcladas con las materias primas y sometidas a un determinado proceso, se transforman en un producto con propiedades fsicas, qumicas y organolpticas caractersticas. Los aditivos son sustancias que se adicionan en menor proporcin al alimento y cumple con funciones especficas como: conservacin, enriquecimiento del alimento o para acentuar el color aroma y sabor caractersticos. Estos son los conservantes qumicos, los colores, aromas y sabores artificiales permitidos, vitaminas y minerales adicionados, entre otros. Ahora es importante que haga un alto en el estudio, para realizar las actividades de aprendizaje planteadas en la GUIA DIDACTICA.

CAPTULO 5. NOCIONES FUNDAMENTALES DE LAS OPERACIONES EN LA INDUSTRIA DE LOS ALIMENTOS1

Leccin 21. Las operaciones unitarias y procesos unitarios

Operaciones Unitarias Toda industria, no importa su tamao, tiene transformaciones de orden fsico y/o qumico, an en actividades no industriales, se tienen procesos de una u otra ndole que implican siempre un cambio. Cada industria en particular, tiene una serie de operaciones caractersticas que pueden tomarse cada una como una unidad, por ejemplo, la industria del acero, la petrolera, la de plsticos, la manufacturera de chocolates, etc., En la industria del alcohol, la adecuacin de las materias primas puede tomarse como una unidad de operacin, la agregacin de la levadura al mosto constituye una segunda operacin, una tercera, lo es la destilacin del mosto fermentado. La agregacin de la levadura es una operacin que se presenta en la industria de vinos, en la elaboracin de pan, en la fabricacin de cerveza. La destilacin es comn en la industria petrolera, en la obtencin de aceites comestibles, en la purificacin de aromas y sabores artificiales, en la obtencin de solventes, entre otras. Existen pues, infinidad de procesos industriales y muchos de ellos tienen operaciones comunes y tcnicas comunes, basados en principios cientficos. El concepto de operacin unitaria nace de la integracin de operaciones

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comunes en la industria. El hecho que un proceso industrial contenga una serie coordinada de operaciones separadas y que el mejor mtodo de analizar y entender el proceso es analizar y comprender as mismo esas operaciones, constituye la base del presente estudio. La importancia que tienen las operaciones unitarias en la industria, fue inicialmente reconocida por el profesor George Sunge del Colegio Politcnico Federal de Zurich en 1893 en un informe presentado al Congreso de Qumicos, para la exposicin de Chicago en dicho ao. El concepto o definicin formal de la Operacin Unitaria fue establecido por el Dr. Arthur D. Little del Departamento de Qumica e Ingeniera Qumica del Instituto Tecnolgico de Massachussets (M.I.T) en un reporte al presidente del Instituto en 1915, uno de cuyo aparte dice: El arte de pulverizar, evaporar, filtrar, destilar y otras operaciones constantemente ejecutadas en trabajos qumicos se ha desarrollado suficientemente como para constituirse en un tema muy importante, dentro de las ciencias especiales. Cualquier proceso qumico, en cualquier escala a que tenga lugar, puede ser ejecutado en una serie coordinada de aquellas operaciones que pueden ser llamadas operaciones unitarias, como pulverizacin, secamiento, tostacin, cristalizacin, filtracin, evaporacin, electrlisis y otras". El nmero de estas operaciones bsicas no es tan grande y relativamente pocas de ellas estn involucradas en cualquier proceso en particular. La complejidad de la Ingeniera Qumica resulta de la gran variedad de condiciones tales como presin, temperatura, concentracin, etc., bajo las cuales se llevan a cabo las operaciones unitarias en los diferentes procesos y de las limitaciones tales como materiales de construccin y diseo de aparatos impuestos por el carcter fsico-qumico de las sustancias reactantes. Las operaciones unitarias son en esencia de carcter fsico y ellas se ajustan a las leyes bsicas de la fsica que se aplican a las dems ramas de la Ingeniera. La teora de las operaciones unitarias se fundamenta en leyes bien conocidas, pero debe tenerse una adecuada interpretacin en trminos prcticos para el diseo, fabricacin, operacin y mantenimiento de los equipos usados en los procesos. El ingeniero bien sea qumico, de alimentos, de petrleos, etc., debe ser capaz de desarrollar. Disear, y operar, tanto proceso como equipos. Debe tener la habilidad de operar las plantas en forma eficiente, segura y econmica para procesar materiales y obtener un producto con las

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caractersticas exigidas por el consumidor. En consecuencia requiere slidos conocimientos tericos y una adecuada preparacin, objetivamente prctica, lograda en los laboratorios y plantas pilotos. Con la mencin de procesos y operaciones, debe tenerse una definicin adecuada y profunda de ellos. Los proceso bsicos en las industrias qumicas y de alimentos, se constituyen en las reacciones qumicas mnimas necesarias para obtener productos de caractersticas muy diferentes, partiendo de materias primas adecuadas y se denominan Procesos unitarios. Las operaciones bsicas involucradas en el manejo de los procesos y que realmente se constituyen en los cambios fsicos necesarios, se llaman Operaciones unitarias.

Entonces se puede decir que una operacin unitaria en la fabricacin de un alimento es todo tratamiento fsico al cual se somete una materia prima de un alimento sin que sufra una transformacin en sus propiedades qumicas, y bioqumicas, pero si pueden sufrir transformaciones fsicas y organolpticas.

Las operaciones unitarias en la industria de alimentos son de carcter fsico y por lo tanto se ajustan a las leyes de la fsica.

Procesos unitarios. Involucra las reacciones qumicas mnimas necesarias para obtener productos con caractersticas muy diferentes a las materias primas utilizadas para obtenerlos. Con pocas excepciones, el punto clave de toda planta, donde se tienen proceso unitarios, es el reactor, donde ocurre el cambio qumico de los reactantes a los productos. En general, todo equipo, excepto el reactor, se emplea para generar cambios fsicos; sea en las materias primas o en los productos Lo anterior nos lleva a concluir que, en la mayora de los procesos, existen tres etapas o fases: La primera antes que los reactantes ingresen al reactor y que comprende las operaciones de adecuacin o alistamiento de las materias primas; la segunda comprende la reaccin propiamente dicha y la tercera la refinacin del producto, eliminando o separando subproductos. Las caractersticas de un proceso unitario,

Las caractersticas de un proceso unitario como se aplica en la industria de alimentos pueden resumirse as: 1. Cada proceso unitario determina una reaccin especfica dentro de un grupo

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de varias reacciones. 2. Frecuentemente la planta se divide en zonas destinadas a un proceso unitario especfico para varios productos, por ejemplo, la fermentacin de lcteos, necesaria para la obtencin de kumis, yogurt, entre otros, se constituye en un proceso unitario. 3. En la elaboracin de diversos productos se tiene una relacin muy estrecha entre el equipo empleado y el proceso unitario. Para la fermentacin de lcteos se emplean tanques en acero inoxidable con dispositivos de control para mantener niveles adecuados de temperatura, dispositivos para llenar y desocupar el tanque y medios de extraccin del gas producido en la fermentacin; tanques de este mismo tipo, se emplean en la fermentacin de mosto en la industria cervecera. 4. Dentro de un mismo proceso unitario, el equipo puede ser convenientemente empleado para procesar diferentes productos. El uso mltiple de equipo, se facilita bajo un adecuado acondicionamiento del proceso dado. Por ejemplo, en la industria de pasabocas, los freidores sirven tanto para papa como para pltano, chicharrn, etc., teniendo en cuenta las temperaturas y tiempos adecuados para cada proceso. 5. El conocimiento de la clasificacin de los procesos unitarios, as como el dominio de los principios que los rigen, permiten la seleccin o adaptacin del proceso indicado para un nuevo producto. 6. El diseo de equipo se facilita enormemente, ms por el conocimiento generalizado del proceso unitario que por la reaccin considerada separadamente. La experiencia indica que un buen nmero de reacciones consideradas bajo un proceso unitario son una excelente gua para el conocimiento y manejo de otra nueva reaccin similar.

Sin embargo no se debe confundir procesos de elaboracin de productos con procesos unitarios. Ya que un proceso de elaboracin implica la integracin de diferentes operaciones unitarias y de los procesos unitarios que intervienen en la obtencin de un determinado producto.

A continuacin se presenta una lista de los principales procesos unitarios y operaciones unitarias que se presentan en las industrias de alimentos.

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Tabla 7. Procesos unitarios y operaciones unitarias en la industria de alimentos PROCESOS UNITARIOS OPERACIONES UNITARIAS

1. Neutralizacin 2. Oxidacin 3. Combustin 4. Hidrogenacin 5. Hidrlisis 6. Hidrogenlisis 7. Calcinacin 8. Nitracin nitrificacin 9. Esterificacin 10. Reduccin 11. Halogenacin 12. Sulfonacin 13. Amonlisis 14. Alkilacin 15. Condensacin 16. Fermentacin 17. Polimerizacin 18. Pirlisis 19. Aromatizacin 20. Isomerizacin 21. Intercambio inico 22. Electrlisis

1.Flujo de fludos 2.Transferencia de calor 3.Enfriamiento 4.Evaporacin 5.Humidificacin 6.Destilacin 7.Sublimacin 8.Absorcin 9. Adsorcin 10. Extraccin por solventes 11.Secado 12.Mezclado 13.Clasificacin 14.Sedimentacin

15. Fluidizacin 16.Lixiviacin 17. Filtracin 18. Tamizado 19. Cristalizacin 20. Extraccin por cristalizacin 21. Centrifugacin 22. Reduccin de Tamao ( Molienda) 23. Aumento de tamao 24. Manejo de materiales 25. Osmosis 26. Osmodeshidratacin

Fuente. Fonseca V, Lpez Daro, Leal J. y Kerneur S. Balance de materia y energa .UNISUR.

2001.

En la industria de alimentos se presentan otros procesos unitarios ya muy especficos como escaldado, coccin, fredo y tostado. En seguida, se describirn brevemente, cada operacin unitaria, ya que es objeto bsico del estudio para el adecuado anlisis de cada una de ellas. Flujo de fluidos Lo constituye el transporte y manejo de fluidos como

tales, entendindose por fluidos a los gases y lquidos. En algunos procesos intervienen slidos relativamente finos que se comportan como fluidos y se estudian como tales.

Transferencia de calor El flujo de calor que causa calentamiento o

enfriamiento o cambio de fase, constituye el fundamento de esta

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operacin. Filtracin Separacin de slidos suspendidos en lquidos, por medios

filtrantes. Tamizado Separacin de fracciones de slidos por tamaos, empleando

mallas metlicas trenzadas. Cristalizacin Formacin de cristales de slidos en soluciones

saturadas, por evaporacin o inoculacin de un cristal. Extraccin por cristalizacin Separacin de slidos que cristalizan, de

soluciones en la que existen varios solutos. Centrifugacin Separacin de slidos finos suspendidos en lquidos,

por accin de la fuerza centrfuga; separacin de lquidos no miscibles. Reduccin de tamao (molienda) . La molienda , pulverizacin y el

corte son ejemplos de esta operacin de reduccin de slidos gruesos, empleando medios mecnicos.

Aumento de tamao o aglomeracin Incremento de volmenes de

slidos finos por aglomeracin mecnica (compactacin). Manejo de materiales Es quizs la nica operacin que se tiene en

todo proceso industrial y consiste, como su nombre lo indica, en el transporte y almacenamiento de sustancias en cualquier estado.

Clasificacin .- Es la separacin de materiales slidos por tamaos. En

alimentos es la separacin de productos de acuerdo a una o ms caractersticas fsicas como color, tamao, forma, peso o biolgicas como grado de madurez.

Mezclado. Combinacin de dos o ms sustancias sean slidos, lquidos

o gases. Sedimentacin. Separacin de slidos en lquidos de menor densidad.

Fluidizacion. Suspensin de slidos insolubles, finamente divididos, en

gases o lquidos Lixiviacin. Separacin de sustancias solubles en otras insolubles por

accin de lquidos solventes. Adsorcin. Separacin de gases en la que uno ellos es removido por un

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lquido Absorcin. Separacin de gases en el que uno de ellos es removido por

un slido. Extraccin liquido-solido . Separacin de slidos por accin de un

liquido solvente Extraccin lquido-lquido.- Separacin de lquidos por un tercero

soluble con uno de ellos Evaporacin.- Concentracin de soluciones por cambio de fase del

solvente a vapor. Secado. Disminucin de humedad en slidos y gases, por evaporacin

del agua, en el primer caso y por adsorcin del vapor de agua, en el segundo.

Destilacin. Separacin de dos o ms lquidos por evaporacin,

aprovechando los diferentes puntos de ebullicin de cada uno de ellos. Sublimacin (liofilizacin). Eliminacin de la humedad de slidos, por

sublimacin del agua contenida. Humidificacin.- Dispersin de una fase lquida en fase gaseosa o en

fase slida. Osmosis. Extraccin de lquidos a travs de membramas

semipermeables. Osmodeshidratacin.- Deshidratacin de frutas y vegetales por medio

de azcares o sales afines con los alimentos. Todo proceso y toda operacin implica un cambio o transformacin que en trminos ingenieriles recibe el nombre de transferencia. Las operaciones unitarias se fundamentan en: la transferencia de momentun, de masa y de calor en forma individual o concurrente, van acompaadas de cambios en niveles de energas mecnicas o trmicas, estas ltimas mensurables por las entalpas fsicas. La transferencia de momentum produce cambios en la ubicacin del material o cambios en la forma o tamao. La transferencia de masa establece flujo de masa de una fase a otra. Debe recordarse que fase es un sistema termodinmico con propiedades

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homogneas La transferencia de calor permite el flujo de calor de zonas de un cuerpo o cuerpos de alta temperatura a zonas o cuerpos de baja temperatura Toda operacin unitaria implica un cambio y requiere de una fuerza conductora que rige el fenmeno y a la vez esta fuerza conductora vence la resistencia o inercia que ofrecen los elementos o sustancias que participan en la operacin. El cambio denominado Flujo se expresa como: En trminos de fenmenos o magnitudes, ms no en trminos de variables, cuando se tiene transferencia de momentun, se expresa

Flujo = Fuerza Inercia

Flujo de lquidos = Presin Viscosidad

Molienda = Fuerza de impacto Dureza

Fuerza Conductora

Flujo = ---------------------------- Resistencia

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En los procesos unitarios, o reacciones qumicas, se tiene fundamentalmente transferencia de tomos o molculas, para que tenga lugar la reaccin qumica y siempre va acompaada de cambios energticos, mensurables por los cambios en las cantidades de calor de ndole qumico, llamado entalpa qumica. Entre las operaciones unitarias que se fundamentan en transferencia de momentun se tiene: manejo de materiales, reduccin de tamao, aumento de tamao, clasificacin, flujo de fluidos, mezclado, sedimentacin. En transferencia de masa: fluidizacin, lixiviacin, filtracin, tamizado, adsorcin, absorcin, extraccin lquido-slido, extraccin lquido-lquido, centrifugacin. Las operaciones de evaporacin, secado, destilacin, sublimacin (liofilizacin), humidificacin se fundamentan en la transferencia de calor, pero involucra tambin las operaciones de transferencia de masa y ambas ocurren simultneamente. Dentro de un proceso industrial, siempre se tendr una operacin que permite el transporte del material en proceso, es decir siempre se tiene una operacin de transferencia de momentun, pero en el proceso propiamente dicho, tomado como sistema independiente, se tendr la operacin especfica. Clasificacin de las operaciones unitarias

Como se mencion anteriormente, las operaciones unitarias son de naturaleza fsica y su propsito es procesar materiales dentro de unas especificaciones dadas de presin, temperatura, composicin y fase. Desde

En transferencia de calor: Diferencial de temperatura Flujo de calor = --------------------------------------- = ------- Resistencia trmica Rt En transferencia de masa Diferencial de concentracin Flujo msico = ------------------------------------------- = ----------- Resistencia msica Rm

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este punto de vista, las operaciones se pueden clasificar en cinco grupos: 1. De flujo de fluidos. 2. De transmisin de calor. 3. De mezcla. 4. De separacin. 5. De manejo de slidos. En algunos procesos no existe una clara separacin de las operaciones y deben trabajarse simultneamente, como en operaciones de destilacin continua al combinar el flujo de fluidos con la transmisin de calor. Caso similar ocurre en evaporadores continuos de varios efectos (o cuerpos). Para ellos se han desarrollado procedimientos matemticos que se estudiarn en los cursos de operaciones unitarias en la industria de alimentos y de balance de materia y energa. Ejemplo 1 proceso de elaboracin del yogurt2 El proceso de elaboracin del yogurt batido, a nivel industrial, la leche cruda se somete a una serie de tratamientos como: su estandarizacin (ajuste de grasa y acidez), homogenizacin, pasterizacin, enfriamiento entre 32 a 30oC para inocular los bacilos lcticos, luego se somete a incubacin entre 16 y 20 horas manteniendo la temperatura anterior, para producir la fermentacin, luego se agita, se envasa y refrigera. qu procesos y cules operaciones tienen lugar? Solucin. Para dar respuesta a estas preguntas acudimos al diagrama de flujo siguiente. Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de elaboracin del yogurt firme y batido

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Reproduccin. Walstra. Ciencia del la leche y tecnologa de los productos lcteos.

leche estandarizada

Incubacin

2.5 horas

Refrigeracin

6 oC

Envasado

Inoculacin

2.5% Inoculacin

0.025%

Incubacin

16 20 horas

Refrigeracin

6 oC

Agitacin

Envasado

Yogurt firme

Yogurt batido

estrter

estrter

Envasado

Refrigeracin

6 oC

Homogenizacin

55oC 20Mpa

Pasterizacin alta

5 min 85 oC

Refrigeracin

45 oC

Refrigeracin

30 -32 oC

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En el diagrama de flujo anterior se observa lo siguiente:

Operacin Estandarizacin

Operacin Homogenizacin

Operacin pasterizacin

Operacin Refrigeracin

Operacin Inoculacin

Proceso Fermentacin o incubacin

Operaciones Agitacin, envasado y refrigeracin. Ejemplo 2 El proceso de elaboracin de leche evaporada, se representa en el siguiente diagrama de flujo. En este se representa la obtencin de leche evaporada en botella (izquierda) y leche ultrapasterizada (UHT), derecha. Definir cules son operaciones y cules son procesos unitarios. Solucin. Acudimos a la figura 2 para visualizar el proceso y se encuentran las siguientes etapas: Recepcin de la leche Control de calidad de la leche Estandarizacin Precalentamiento Concentracin por evaporacin Homogenizacin Refrigeracin, estandarizacin final y adicin de sales estabilizantes Envasado Esterilizacin y enfriamiento Etiqueta y empacado Almacenamiento Como se observa, en la figura 2, en este proceso industrial no se tienen procesos unitarios, nicamente hay operaciones unitarias y ellas son transporte de materiales, concretamente flujo de fluidos y transferencia de calor con calentamiento y enfriamiento.

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Figura 2. Diagrama de flujo. Obtencin de leche evaporada Reproduccin. WALSTRA. Ciencia de la leche y tecnologa de productos lcteos.

ESTANDARIZACIN

PRECALENTAMIENTO

30 S a 130OC

CONCENTRACION

ENVASADO

ASPTICO

ENFRIAMIENTO

A 10 OC

HOMOGENIZACIN

45 MPa

ESTERILIZACIN

15 S a 140 OC

ESTABILIZACIN

CON Na2 HPO4

ESTERILIZACIN

15 MIN A 120 OC

HOMOGENIZACIN

65 OC 22 S- 5 MPa

ENVASADO

ESTABILIZACIN

CON Na2 HPO4

ENFRIAMIENTO

A 10 OC

PRUEBAS DE

CALIDAD RECEPCIN DE LA

LECHE

ETIQUETADO Y EMBALAJE

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Leccin 22. Diagramas de flujo en la industria de alimentos Son grficas o esquemas que representan la secuencia coordinada de los procesos y operaciones unitarias, aplicadas en la transformacin de las materias primas de los alimentos para obtener productos finales y subproductos. Los diagramas de flujo tambin pueden representar los equipos en forma simblica que se utilizan en cada una de las operaciones unitarias que intervienen en un proceso de alimentos. Tambin permite identificar las cantidades transferidas de masa y energa en cada una de las etapas del proceso.

Clasificacin de los diagramas de Flujo Los diagramas de flujo se pueden clasificar de dos formas: De acuerdo a la informacin suministrada pueden ser: cualitativos,

cuantitativos y combinados. Los diagramas cualitativos, representan el flujo de las diferentes operaciones, los equipos y las variables como temperatura, tiempo, presin, entre otras que intervienen en cada etapa de un proceso de produccin de un alimento por ejemplo los diagramas de flujo presentados para los procesos de elaboracin del yogurt y de la leche evaporada ( figura 1 y 2) Los diagramas cuantitativos indican las cantidades de los materiales que entran y salen en cada etapa del proceso, hasta llegar al producto final y subproductos, estos diagramas son de gran utilidad para visualizar la entrada y salida de materiales en un proceso de industrializacin de un alimento, por lo tanto son de gran ayuda para realizar el respectivo balance de materia. Este tipo de diagrama se observar en el curso de Balance de Materia y Energa. Diagrama de flujo combinado: Representan tanto el flujo de operaciones, de los materiales, como las cantidades de esos materiales, las variables o puntos crticos, aparatos de control e instrumentos de medidas y los equipos en forma simblica, que intervienen en cada etapa del proceso de fabricacin de un alimento. De acuerdo a la profundidad de la informacin suministrada en: diagrama

elemental simblico general y simblico especfico.

o El diagrama elemental, es el que generalmente se representan

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por bloques o rectngulos seguidos de flechas. En el interior de cada bloque se escribe la operacin o proceso que interviene en cada etapa de fabricacin de un alimento, pero, no se adiciona ninguna otra informacin. Es decir en este diagrama describe o representa en forma global todo el proceso de elaboracin del producto.

Ejemplos de diagramas elementales lo presentados en la figura 1 y 2 (elaboracin del yogurt y de la leche evaporada respectivamente), pero sin especificar las variables de control en cada etapa del proceso.

o Diagrama simblico general Representa los equipos utilizados en las operaciones de un proceso de fabricacin de un alimento en forma de smbolos estndares que permiten interpretar de una forma fcil y gil cada una de las operaciones que ocurren. No incluyen informacin sobre el tamao de los equipos, ni cantidad de las materias primas, en proceso o servicios. Estos diagramas son muy didcticos porque permiten una mayor comprensin de las operaciones que suceden en forma secuencial en todo el proceso. Diagrama simblico especfico: adems de los elementos del diagrama simblico general, se incluye la capacidad de produccin o tamao de cada equipo en particular, reas de la produccin actual y tambin el rea proyectada para expansin de la produccin, as como los servicios en proceso ( agua, vapor aire). Este diagrama es de gran utilidad para realizar el diseo de un planta procesadora de alimentos.

Leccin 23. Fundamentos cientficos de las operaciones en la industria de alimentos Las bases que se requieren para el estudio y comprensin de las operaciones unitarias son los conocimientos de la fsica y la qumica, basados en las leyes fundamentales de estas y otras ciencias similares. Ya en detalle, el ingeniero debe estar capacitado para especificar equipos que manejen las cantidades apropiadas de materias primas y productos. Detallar los requerimientos de los servicios (energa, agua, vapor, etc.) en las formas especficas y en las tasas de consumo dadas. Establecer las normas de proceso acordes a las propiedades fsico-quimicas de las materias primas y a las caractersticas del producto.

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Establecer las normas de control de calidad, tanto para materias primas como para materiales de proceso y productos terminados. Lograr la mayor eficiencia de los equipos, traducindose esto en menores costos y mayor rentabilidad del proceso. En ocasiones el ingeniero enfoca su inters en predecir o evaluar resultados de una pieza, parte o equipo dentro de la industria. Otras veces el objetivo es disear el equipo y esto se constituye en la etapa final de un problema. El ingeniero puede cumplir sus objetivos partiendo de los procesos unitarios, operaciones unitarias y de las caractersticas, tanto de los materiales que va a transformar como de los equipos a usar. Requiere, por lo tanto, de un adecuado conocimiento de la fsica y de la qumica, adems de slidos y muy fundamentados conocimientos de matemticas. Las operaciones unitarias constituyen las mejores guas para la operacin y diseo de plantas industriales, pero es mediante la observacin y el anlisis que se pueden identificar e interpretar las diferentes operaciones unitarias y procesos unitarios, que se involucran en un proceso de fabricacin de un alimento Cuatro conceptos son el fundamento para los clculos en todas las operaciones. Ellos son:

Balance de Materiales Basado en el principio de conservacin de la materia: la masa total para todos los materiales que entran en una operacin es igual al total de todos los materiales que salen de la misma, ms la masa de los materiales retenidos o acumulados en la operacin. En las operaciones continuas, el material usualmente no se acumula en la operacin y el balance de materia consiste simplemente en cargar o debitar la operacin con todo el material que entra y descargar todo el material que sale, en forma similar a como se hace en una contabilidad. El ingeniero debe emplear unidades consistentes, sean de masa, volumen, etc. En gran nmero de procesos debe emplearse moles de los compuestos (como unidad de masa) pues ello facilita el manejo del proceso unitario. El balance de materiales puede hacerse para la planta entera o para cualquier

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parte de ella, tomndola como unidad, dependiendo del problema en si. Para efecto de clculos, es conveniente tomar una base o cantidad fija de material que entra o sale de una operacin, dicha cantidad se denomina base de clculo

Balance de Energa En forma similar puede hacerse un balance de energa para toda la planta o para una operacin unitaria. Puede determinarse la energa necesaria para llevar a cabo la operacin o para mantener las condiciones dadas de operacin. El principio del balance de energa es tan importante como el del balance de materiales y se usa de la misma forma. Como se menciona anteriormente las entalpas fsicas y qumicas siempre acompaan a los procesos y operaciones unitarias sin embargo en algunas de ellas los cambios energticos en forma de calor son tan pequeos e imperceptibles, que no se determinan o calculan. En el campo de aplicacin de las ingenieras qumicas y de alimentos los cambios energticos relevantes son los de calor y en esto se fundamentan los Balances de Energa; circunstancialmente se manejan cargas elctricas, que pueden ser involucradas a los balances de energa, como la generacin de calor por medios elctricos ( resistencias elctricas, medios dielctricos, hornos microondas, etc.) . Para establecer demandas de servicio de energa elctrica, se determinan cargas elctricas y se establecen los respectivos balances de energa elctrica. Las Entalpas Fsicas, que se toman, siempre por unidad de peso o masa, ms importantes son: Calor especifico que permite establecer cambios de energa trmica en procesos de enfriamiento o calentamiento, bien a presin constante o a volumen constante. La inmensa mayora de procesos se lleva a cabo a presin constante, razn por la cual se generaliza el empleo del Calor especifico a presin constante o Cp.

Calor Latente, definido como las cantidades de calor requerida para cambios de fase. Siempre reciben el nombre del fenmeno que establece el cambio de fase generalmente se identifica con una letra griega. Entre los ms empleados se tiene:

Calor Latente de Fusin, calor requerido para pasar una sustancia de la fase slida a fase lquida; es igual al calor Latente de Solidificacin

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Calor Latente de Evaporacin, calor requerido para cambio de fase lquida a fase gaseosa, es igual al calor latente de condensacin

Calor Latente de Sublimacin, calor necesario para cambio de fase slida a gaseosa o viceversa. Numricamente es igual la suma de los calores de fusin y evaporacin.

Calor de Cristalizacin, calor requerido para el cambio de estructura amorfa a estructura cristalina

Calor de Solucin, requerido o producido en la obtencin de soluciones.

Las Entalpias Qumicas generalmente se toman por moles de las sustancias involucradas en los procesos.

Las ms empleadas son:

Entalpa de Formacin o calor requerido o desprendido en las reacciones de formacin de sustancias a partir de sus elementos.

Entalpa de Reaccin es el calor necesario o generado en el transcurso de una reaccin qumica. Esta definido como la suma de los calores de formacin de los productos menos el calor de formacin de los reactantes.

Entalpa de Combustin, es el calor desprendido en el proceso de combustin u oxidacin rpida de un combustible o sustancia susceptible de oxidarse rpidamente. En realidad es un calor de reaccin de un combustible con oxigeno con formacin de gas carbnico y agua.

Todas las formas de energa que intervienen en la operacin: calor, energa elctrica, mecnica, entre otras, deberan ser incluidas en el balance, emplendose para tal fin unidades consistentes. Sin embargo en los procesos y operaciones unitarias, las energas diferentes a las trmicas son tan pequeas, que no se tienen en cuenta a nivel de ingenieras de alimentos y qumica por lo tanto solo se tiene en cuenta la energa trmica o calor. Contacto o Etapas de equilibrio

Mientras los materiales estn siendo procesados en un lapso de tiempo, bajo condiciones dadas de temperatura, presin, concentracin, composicin qumica, etc., ellas tienden a alcanzar una condicin definida de equilibrio. En muchas ocasiones la tasa de aproximacin a las condiciones de equilibrio es tan rpida, que dichas condiciones son prcticamente obtenidas en cada contacto que tengan los materiales entre s. Este contacto se conoce con el contacto de equilibrio o contacto ideal. El clculo del nmero de contactos ideales es un paso importante, necesario para entender aquellas operaciones que envuelven transferencia de materiales

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de una fase a otra, tales como extraccin, absorcin, destilacin y lixiviacin. Tasas de Operacin

En un gran cantidad de operaciones no se alcanza un equilibrio, ya sea porque se tiene un tiempo insuficiente o porque no se desea lograrlo, o porque las mismas caractersticas del proceso lo exigen. Por esta razn las tasas de operacin, como las de transferencia de calor, de reaccin qumica, de flujo, etc., son las de mayor importancia e inters en un problema. Ya se ha mencionado que las tasas o cambios implican una fuerza o un potencial que va a vencer una resistencia. Para el caso de la transferencia de calor existe una resistencia al paso del calor, por el medio en donde est ocurriendo el fenmeno. Para resolver problemas en que se van a determinar las tasas de transferencia, la mayor dificultad estriba en la determinacin de la resistencia. En la prctica, los valores de este trmino son generalmente obtenidos de correlaciones empricas de muchas determinaciones bajo condiciones estrictamente controladas. Los anteriores principios, usados solos o combinados y el adecuado conocimiento de las operaciones constituyen la ciencia o la teora de las operaciones unitarias. La prctica de las operaciones consiste en la aplicacin de los conocimientos tanto de operaciones como de equipos que pueden ser empleados en el diseo y operacin de una planta industrial.

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Ejercicio de aplicacin 1. En el proceso de la obtencin del almidn de arroz, el arroz cristal se tritura y pasa a tanques que contienen NaOH en solucin diluida (gravedad especfica 1,005); despus de diez horas de remojo, el licor obtenido se drena para recuperacin de protena. Los grnulos prelavados se someten a un segundo tratamiento con soda en tanques equipados con agitadores, la masa pasa luego a molinos y despus a travs de tamices vibratorios centrfugos. La torta de almidn es llevada luego a un proceso, llamado blanqueo, mediante la inyeccin de SO2, para pasar a un lavado final en un filtro rotatorio de vaco. El secamiento se logra en un secador rotatorio de aire. Las aguas de lavado y enjuague se reciben en concentradores, en donde se obtiene una torta del 35% de humedad para ser vendida como alimento para ganado, o secada para elaboracin de alimento para animales. El SO2 empleado en la planta se obtiene quemando azufre en un horno, los gases de combustin se lavan en torres con agua y luego se comprimen para su almacenamiento y posterior uso. En el proceso anterior, determine las operaciones unitarias y los procesos unitarios.

Solucin Una vez analizado el proceso se realiza la lista de las diferentes etapas bsicas involucradas en el proceso a saber: a. Almacenamiento de arroz cristal. b. Trituracin o molienda de arroz. c. Remojo o lavado con NaOH diluida. d. Drenaje o filtracin (separacin del lquido de lavado). e. Relavado de la masa con ms soda diluida. f. Molienda de la masa ya lavada. g. Tamizado o separacin de la torta de almidn. h. Blanqueo con inyeccin de SO2. i. Lavado final en filtracin al vaco. j. Secamiento. En las actividades secundarias se tiene:

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k. Concentracin de aguas de lavado y relavado (para obtener torta del 35%). l. Secamiento de la torta que contiene subproductos, y para el SO2. m. Combustin del azufre. n. Lavado del SO2 y dems gases. o. Compresin y almacenamiento. Para el almidn, se encuentran muy claramente definidas las siguientes operaciones unitarias: a. Reduccin de tamao o molienda, tanto en seco como en hmedo. b. Filtracin (por gravedad, por accin centrfuga, vaco). c. Tamizado. d. Secamiento y dos operaciones no incluidas especficamente en la lista: e. Flujo de fluidos f. Manejo de materiales. Como proceso unitario se establecen los siguientes: a. Remojo o lavado y relavado con NaOH b. Blanqueo por inyeccin de SO2 En las actividades secundarias se tiene como operaciones unitarias; a. Flujo de fluidos. Tanto agua como SO2 b. Evaporacin. (Concentracin de aguas). c. Secamiento de la torta de subproductos y d. Absorcin o lavado del gas. Y, como proceso unitario secundario, tan solo se presenta la combustin del azufre. Se considera proceso unitario al remojo o lavado y relavado con NaOH (caustizacin), debido a que se presenta una reaccin de la soda con la celulosa de las paredes de los grnulos de almidn, para lograr una fcil extraccin del mismo. Es importante tener presente que el almidn no es soluble en agua fra, en tanto que los subproductos s.

2. En la elaboracin de arepas o tortillas de maz a pequea escala, se realiza el siguiente proceso:

El maz se cocina en agua con cenizas limpias de carbn de lea, hasta la ebullicin. Una vez hierve se retira del fuego la vasija y se deja en reposo aproximadamente doce horas, al cabo de las cuales se cambia el agua,

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retirndose las cutculas que recubren el maz. Se lavan muy bien los granos y se dejan escurrir para luego pasarlos a molienda en un molino, hasta obtener una masa muy fina. El producto se cierne, para separar la harina fina de residuos de cutcula y de germen del grano.

Para la elaboracin de la arepa, se toma la harina y se remoja con agua, adicionndole si se desea, manteca o grasa y sal. Al cabo de unos pocos minutos de reposo se amasa y se somete a moldeo manual o mecnico para obtener una arepa, plana u ovalada que se somete a coccin, asado o fredo, en parrillas o lminas calientes. De acuerdo al proceso anteriormente descrito, represente un diagrama de flujo elemental e identifique y enumere, los procesos y operaciones unitarias que se llevaran a cabo en un proceso de elaboracin de arepas a nivel industrial, acorde a los procedimientos anteriormente descritos.

Solucin Los procedimientos a los cuales puede someterse el maz, a nivel industrial, para obtencin de las arepas son los siguientes: a. Para retirar las cutculas se puede someter el maz a una caustizacin con soda custica diluda y a una temperatura relativamente alta, el tiempo de remojo se reduce considerablemente. Luego se lava el maz para retirar las impurezas diludas. b. El maz se lleva a molienda fina. Ciertos molinos permiten conservar intacta la cutcula para facilitar su separacin. c. La harina de maz se separa de la cutcula en tamices adecuados. d. Mediante transporte neumtico se lleva la harina a su almacenamiento. e. Para la elaboracin de la arepa, se toma la harina, se le dosifica el agua y los aditivos en una mezcladora (o batidora) y se homogeniza. f. La masa, ya homognea, se corta en porciones a las cuales se les da la forma y se enva a los hornos para su cocimiento o asado. g. Una vez se logran las caractersticas finales el producto, se pasa a enfriamiento y empaque. Los procesos unitarios son: a. Caustizacin

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b. Hidrlisis Las operaciones unitarias son: a. Molienda b. Tamizado c. Mezclado d. Transferencia de calor e. Enfriamiento f. Manejo de materiales

Leccin 24. Dimensiones y unidades3 Los mltiples fenmenos fsicos y qumicos que continuamente ocurren, pueden ser planteados en las llamadas leyes, mediante el empleo de formulismos matemticos. Para representar dichos fenmenos se utilizan conceptos cualitativos como longitud, masa, tiempo, fuerza, etc., que se identifican por diversos tipos de magnitudes o cualidades. Una cualidad es una magnitud fsica y su medida implica un mtodo de medicin y tambin una unidad de medida, es decir, una magnitud de comparacin de los valores exactamente conocida y de fcil reproduccin. Para poder comprender y desarrollar problemas especficos de cada una de las operaciones que se realizan en las industrias de alimentos o qumicas, se hace necesario el conocimiento profundo de los diferentes sistemas de dimensiones y unidades que se utilizan con mayor frecuencia en este tipo de industrias. Lo anterior implica que usted domine, no solamente las interpretaciones matemticas de las diferentes magnitudes frecuentes en los procesos, sino que adems sea capaz de trasladar a otro u otros sistemas de unidades, dichas interpretaciones. Se considera, sin embargo, que en el desarrollo de las asignaturas de las reas de Fsica y Qumica, usted ha logrado adquirir los fundamentos que le van a permitir identificar, reconocer y valorar los objetivos planteados en esta lectura que ms que complementar sus conocimientos lo lleva a reforzar las ya adquiridos. La importancia de adquirir conocer y aplicar los principios y mtodos para realizar la conversin de una unidad en otra es tal que se puede evidenciar en este ejemplo sencillo: Imagnese usted, desempendose como el ingeniero de planta de una

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industria procesadora de jugos; all se encuentra localizado un aparato de medicin (temperatura, presin, volumen, etc.), que le proporciona informacin especfica sobre las condiciones de proceso que usted deber confrontar con los clculos; dichos datos podran encontrarse en unidades diferentes a las manejadas por usted en sus clculos, simplemente porque no hay en dicha industria equipos que posean uniformidad en sus especificaciones, por lo cual usted tendr diversidad de datos en diferentes unidades, que lo obligar a realizar clculos de conversin para homologar todas las unidades a un solo sistema y de esta forma poder identificar y estandarizar las condiciones de proceso. Estas y muchas ms consideraciones que nos tardara enumerarlas, son las que hacen necesario el desarrollo en este mdulo de dichos conceptos. Desde sus inicios el hombre comprendi la necesidad de distinguir medidas rudimentarias, para realizar las labores propias de su medio, desde la hechura de su vivienda y de su ropa, hasta el intercambio de alimentos con primitivos de otras tribus. Primero us como instrumentos de medida las partes del cuerpo humano, por ejemplo, el pie, el antebrazo, la mano y los dedos; que le servan para determinar la longitud de un espacio determinado; an hoy, determinamos longitudes con los pies cuando no tenemos un instrumento adecuado a la mano. Con el transcurrir del tiempo, el hombre fue perfeccionando el sistema de medicin, hasta desarrollar aparatos de medida con cualidades de fidelidad, sensibilidad y exactitud. Ahora se observar, cmo y de qu manera se utilizan las medidas en nuestra poca. Empezaremos por conocer algunas definiciones.

Magnitud La palabra Magnitud sugiere una propiedad que puede representarse por un nmero; como ya se ha anotado, en el estudio de las operaciones que con mayor frecuencia se utilizan en la industria de alimentos, se aprecian magnitudes como fuerza, velocidad, presin, tiempo, longitud, etc. Dos magnitudes de la misma especie, por ejemplo: dos presiones, dos velocidades, de tiempos, etc., son comparables entre ellas. Para lograr medir una magnitud es necesario compararla con otra de su misma especie, elegida como unidad ha medida usted la longitud de su dedo ndice, de su cuarta, de su pie? Por qu no lo hace? Anote estos datos y tal vez, cuando algn da no encuentre un metro cerca, logre hacer la equivalencia necesaria.

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Ecuaciones dimensionales Antes de la adopcin de un sistema nico de medidas y an hoy, en nuestro medio, se hace necesario poder pasar de un sistema de unidades a otro, en forma cmoda; de ah que se presente, dentro de este captulo, las relaciones ms usadas, llamadas ecuaciones dimensionales. Se denomina, en este sistema de relaciones, a las magnitudes fundamentales por letras as: Longitud = L

Tiempo = Temperatura = T Fuerza = F Masa = M Energa = E Denominando L, la longitud, si piden calcular la superficie, se debe multiplicar una longitud por otra, es decir una magnitud de frmula L x L (o L2); se plantea entonces que L2 es la dimensin principal de una superficie. Del mismo modo, una presin se obtiene al ejercer una fuerza sobre una superficie y por lo tanto tienen como dimensin principal: F/L2 o tambin: F.L.-2

Por lo tanto, si se conocen las unidades fundamentales, se puede determinar las unidades derivadas. En seguida se presenta un cuadro que relaciona las principales magnitudes utilizadas dentro del sistema absoluto y dentro del sistema gravitacional. Antes de continuar con el desarrollo de este captulo, se invita a que completar el cuadro anterior, teniendo en cuenta las consideraciones tericas de cada magnitud y las correlaciones expuestas.

Factores de conversin: Para poder relacionar el sistema absoluto con el sistema gravitacional, se han determinado dos factores de conversin que son: - Factor gc: Relaciona la magnitud fuerza en los dos sistemas. gc = Fuerza Absoluta/ Fuerza Gravitacional.

gc = ML-2/F - Factor J: Relaciona la magnitud Energa en los dos sistemas. J = Energa Calrica/Trabajo Mecnico.

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J = E/FL CUADRO No. 1 Comparativo de los sistemas absoluto y gravitacional para diversas magnitudes

SISTEMA SISTEMAS SISTEMA MAGNITUD ABSOLUTO GRAVITACIONAL INTERNACIONAL

M, L, T F, L, T M, E, L, ,

Masa M F 2 L M

Tiempo

Longitud L L L

Velocidad L -1

L -1

L -1

Aceleracin L -2

L -2

L -2

Fuerza M L -2

F M L -2

Presin M -2

L-1

F L-2

M -2

L-1

Volumen L3 L

3 L

3

Densidad M L-3

F L-4

2 M L

-3

Trabajo M L2

2 FL M L

2

2

Energa M L2

2 FL E

Viscosidad M L-1

-1 F L

-2 M L

-1

-1

Calor especfico

Potencia

Coef. de Transf. De Calor

Volumen especifico

Ejemplo 3 Determine la consistencia de la siguiente expresin: F = m.a (1) Siendo. F = Fuerza m = masa a = aceleracin a) En sistema gravitacional b) En sistema absoluto

Solucin

b) Sistema Gravitacional:

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Tendremos en cuenta las magnitudes propias de este sistema (F, L, , T ), para determinar la consistencia: De la ecuacin (1) obtenemos: m = F/a (2) Pero a, (aceleracin), no es una magnitud propia del sistema gravitacional, as que determinemos su expresin equivalente:

a = v / (3) A la vez, v (velocidad) es:

v = L / (4) De tal manera que remplazando en (3):

a = L / 2 = L 2

L y son magnitudes que pertenecen al sistema gravitacional de tal forma que si se reemplaza en (2):

m = F/L2 = FL-1-2

As que si volvemos a la ecuacin (1) tendremos:

F = (F/L/2). (L/2) = FL-1 -2 L 2

Simplificando obtenemos: F = F Lo que determina la consistencia de la expresin: F = m.a Desarrolle ahora, teniendo en cuenta las pautas dadas, la parte b) del ejemplo. Ejemplo 5 Verificar la consistencia del nmero de Reynolds para el flujo de un lquido en una tubera:

Siendo: NR = Dvp/ p = Densidad del fluido.

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= Viscosidad del fluido v = Velocidad lineal D = Dimetro interior de la tubera

Solucin

Sistema MLT

L. L -1 M L -3 M L-1 -1

NR = Dvp/ = --------- ----------- = --------- ----------- = 1

M L-1 -1 M L-1 -1

El nmero de Reynolds es adimensional Ejemplo 6 Verificar la consistencia de la velocidad de transferencia msica o tasa de flujo en transferencia de masa Dc X Ca Na = ---------- L Siendo Na = Velocidad de transferencia msica = .g.mol/hr.

Dc = Difusividad Msica = L2 /

Ca = Concentracin = G.mol/cm3

Solucin

M 2 L2 -1 M L-3

Na = -------- = ---------------- = L-2 -1 M

L No es dimensionalmente consistente

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Cuadro No. 2 sistemas de unidades ms usados

SISTEMAS

MAGNITUD METRICO DECIMAL INGLES

MKS CGS

Masa kg g Lb m

Longitud m cm Pie (ft), pulgada (in)

Tiempo s s s

Temperatura OK ,

OC

OK ,

OC

OR ,

OF

Area m2 cm

2 ft

2

Volumen m3 cm

3 ft

3

Fuerza Newton (N) dina Pundal

Presin N/m2 dina / cm

2 lb / ft

2 lb / in

2

Velocidad m / s cm / s ft /s

Trabajo Julio Ergio lb ft

Potencia Julio /s Ergio /s lb ft / s

Capacidad calorifica kcal / kg OC cal / g

OC BTU / lb ft

2

Flujo de calor kcal / hr cal /h BTU /hr

Conductividad trmica Kcal /m hr OC cal / cm hr

OC BTU / hr ft

OC

Viscosidad dinmica N s / m 2 Poisse lb* s / ft

2

lb* = libra fuerza Las unidades de medida se pueden elegir arbitrariamente, sin modificar la naturaleza de las leyes fsicas. Si usted utiliza la yarda, la vara o el metro para medir una longitud, no tiene problemas siempre y cuando comprenda lo que cada una de ellas le est definiendo. Tambin usted puede utilizar, indistintamente, el kilogramo, la libra inglesa, o la onza como unidad de masa; ello no cambiar de ninguna manera la ley de la gravitacin universal. Sin embargo, es interesante elegir las unidades de medida, pensando un poco en no complicar demasiado los clculos numricos; por otra parte, la ciencia es nica y universal, lo que se hace aconsejable entenderse en un mismo idioma, de all la importancia de la tarea realizada por el Bureau International des Poids et Mesures. Igualmente es de gran utilidad, para usted, que conozca y maneje el Sistema Ingls de medidas, ellos (los ingleses) tienen la costumbre de efectuar las mediciones de longitud en yardas, pies o en pulgadas por lo que todava se hace necesario que tanto ellos como nosotros tengamos que manejar tablas de equivalencias.

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Saba usted que: 1 libra masa (Ibm) = 454 g. 1 Slug = 32,2 Ibm. 1 Tonelada (ton) = 1000 kg. 1 Pie (ft) = 30,48 cm. 1 Galn americano (gl US) = 3,785 litros 1 galn imperial (gl Eng) = 4,54 litros 1 Newton (N) = 105 dinas Densidad: 1g/cm3 = 62,4 Ibm/Ft3 Presin: 14.7 Ibf/in2 = 1 atm Presin: 760 mm.Hg = 1 atm Viscosidad : 1 Poise = 1g/cm.s Viscosidad cinemtica: 1 stoke = 10-2m2/s Energa: 1 julio = 107 ergios = 0.2389 caloras 1 Calora (cal) = 10-3 kcal 1 British Thermal Unit (BTU) = 252 cal 1 British Thermal Unit (BTU) = 778 Ibf.Ft 1 Julio/segundo (J/s) = 1 Watio 1 Horse Power, (caballo de fuerza) Hp = 0,746. kW 1 Caballo de vapor (CV) = 0,736 kW

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Ejemplo 7 Expresar un slug en gramos.

Solucin 32,2 Ibm / 1 slug. 454 g / Ibm = 14618,8 g / slug Ejemplo 8 Expresar un Poundal en Dinas. (1 Poundal = 1 Ibm.ft/s2)

Solucin 454 g / lbm.30,48 cm / pie. 1dina / (g.cm/ s2) = 13837,92 dinas Ejemplo 9 Expresar 1 Hp/h en Julios.

Solucin Hp/h . 0,745 Kw/Hp/h . 1000 W/kW. Julio/s W.3600s /h = 2,68 x 106 Julios Ejemplo 10 Expresar un BTU en W/h

Solucin 1 BTU.252 Cal/BTU. 1 Julio/0,2389 Cal. 1W/Julio/s. 1h/3600s = 0,293 Wat/h

Sistema Internacional de Unidades (SI) Los sistemas decimales LMT (excepcin del tiempo que tiene divisiones sexagesimales), estn reconocidos oficialmente para las ciencias puras y tcnicas. Estos sistemas se basan en el Sistema mtrico. El sistema CGS (centmetro, gramo, segundo) ha sido el ms usado en fsica en los ltimos aos; actualmente tiende a ser sustituido por el sistema M.K.S. (metro, kilogramo, segundo), que tiene la ventaja de estar acorde con el sistema de medida elctrica absoluta, reconocido por las convenciones internacionales. Las medidas elctricas absolutas fundamentales son: para la intensidad de

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campo elctrico el voltio / metro y para la intensidad de corriente el amperio. Generalmente en la mayora de los materiales o textos escritos, en Colombia se utiliza como base las unidades del Sistema Internacional, aunque, en algunas ocasiones, usted encontrar medidas del sistema ingls, as que no olvide lo que hasta ahora ha aprendido sobre equivalencias. Bien, en el ao de 1960 la Conferencia General de Pesas y Medidas (Bureau International de Poids et Mesures), estudi, revis y adopt una versin ampliada del sistema mtrico, el Sistema Internacional de Unidades, el cual se designa como SI. El sistema Internacional de unidades (SI) ha adoptado el sistema MKS, cuyas unidades de base son las siguientes: L = Longitud m = Metro M = Masa kg = Kilogramo

= Tiempo s = (seg) Segundo Y = Intensidad de corriente elctrica A = Amperio T = Temperatura termodinmica K = Grado Kelvin cd = Intensidad luminosa cd = Candela A continuacin efectuaremos una descripcin breve de las magnitudes fundamentales que conforman este sistema. En la lectura complementaria encontrar usted una descripcin ms detallada de ellas. Longitud El metro (m), que desde 1960 ya no est representado por el

prototipo internacional de platino iridio que se encuentra en el pabelln de Bretevil, sino definido a partir de la longitud de onda en el vaco de una raya espectral del tomo de Criptn.

Masa El kilogramo (kg m) prototipo internacional de platino iridio en

forma de cilindro. Tiempo El segundo (s), definido en 1960 a partir del movimiento de la

tierra en torno al sol, pero para el cual se proyecta una definicin en la que intervengan los fenmenos vibratorios en los tomos excitados.

Intensidad elctrica El amperio (A), se define como la cantidad de

carga que pasa en una unidad de tiempo, a travs de una seccin de un material conductor.

Intensidad lumnica La candela (cd), se define como la iluminacin que

produce en una superficie determinada una cantidad de luz conocida. Estableciendo (cd) como una sesentava parte de la intensidad luminosa radiada por un centmetro cuadrado de un cuerpo negro a la temperatura

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de fusin del platino. Temperatura El grado Kelvin (K), escala absoluta de medida de la temperatura que determina el valor mximo y mnimo del calor de los cuerpos. K = oC + 273,15 Adems de los sistemas de medida LMT, se han reconocido otros sistemas de medida internacionales como el cm-g-s (unidades fundamentales: centmetro, gramo fuerza, segundo) dentro del sistema CGS y el m, kg, s (unidades fundamentales: metro, kilogramo fuerza, segundo) correspondiente al sistema M.K.S. A continuacin se presentarn una serie de ejemplos que le permitirn familiarizarce con el empleo del sistema internacional de unidades: Ejemplo 11 A cuantos kilogramos equivale 1 Slug:

Solucin 1 Slug. = 32,2 IbM. y 1 Kg = 2,2 IbM Relacionando obtendremos:

l kg 2,2 Ibm

X 32,2 Ibm Entonces: X = 14,63 kg. Ejemplo 12

A cuntos grados Kelvin (K) equivalen 20 C:

Solucin:

K = C + 273,15 K = 20 + 273,15 K = 293,15 Ejemplo 13 A cuntos m equivalen 300 pies:

Solucin

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1 pie = 30,48 cm. 1 pie = 0,3048 m Por lo tanto:

1 pie 0,3048

300 X donde: X = 91, 44m.

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Leccin 25. Principales unidades de medida4

A manera de resumen para recordar, se darn a continuacin, las definiciones de las principales unidades de medida, en los d

90014 lectura leccion evaluativa u2 2013 2

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