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UNIVERSIDA NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA PROFESIONAL INGIENIERIA AGROINDUSTRIAL

INGINIERIA DE ALIMENTOS 1 Página 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO

FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

INGINIERIA DE ALIMENTOS I

DOCENTE: Dr. Alejandro Coloma Paxi

ALUMNA: CODIGO:

ACERO CHOQUE, BETTY 140735

SEMESTRE: SEXTO

FECHA: 15/05/2016

PUNO – PERÚ

2016



BALANCE DE MATERIA Y DETERMINACIÓN DE CALOR ESPECÍFICO

I. INTRODUCCION

La práctica se desarrolla para poder determinar el calor específico de la manzana e uva. El calor es energía que se transfiere entre dos sistemas debido a una diferencia de temperaturas. Exceptuando los cambios de estado, siempre que une un cuerpo intercambia calor con su entorno la temperatura del cuerpo varia. La variación de la temperatura del cuerpo varía. La variación de la temperatura del cuerpo depende, entre otras cosas, del calor específico de la sustancia que lo compone. El calor específico se define como la cantidad de calor necesaria para una unidad de masa de sustancia incremente su temperatura en un grado. Los balances de materia permiten

conocer los caudales y las composiciones de todas las corrientes de un sistema. Es un

proceso en el que el balance de materia informa sobre el estado inicial y final del

sistema. Los balances se plantean alrededor de un entorno, una determinada región del

espacio perfectamente delimitada. El balance de materia está dado por: masa que sale

menos masa que entra más masa acumulada es igual a masa que se genera.

Según el caso ante el que nos encontremos este balance puede ser modificado,

desapareciendo algunos de sus miembros. En un sistema en régimen no estacionario las

variables físicas, químicas, mecánicas y termodinámicas del sistema no permanecen

constantes con el tiempo. La temperatura es una propiedad que tienen todos los

cuerpos. Para determinar si están o no en equilibrio térmico con otros. Los

instrumentos diseñados para medir la temperatura se les conoce con el nombre de

termómetros. Para elevar la t de un cuerpo se le debe agregar calor y la cantidad de

calor (Q) requerida es proporcional a la masa del cuerpo y a la elevación de la

temperatura.

La práctica se realizó para determinar el equilibrio de temperatura y la determinación

del calor específico de solidos por lo que se tomó los siguientes objetivos: Realizar un balance de energía en un calorímetro. Determinar el calor específico de los alimentos

II. REVISION BIBLIOGRAFICA

La medición de las cantidades de calor intercambiadas, proceso que se conoce como calorimetría, se introdujo en la década de 1970. los químicos de ese tiempo encontraron que cuando un objeto caliente , por ejemplo, un bloque de latón era sumergido en agua el cambio resultante en la temperatura del agua dependía de ambas masas y de la temperatura inicial del bloque .Observaciones ulteriores demostraron que cuando dos bloques similares a la misma temperatura inicial eran sumergidos en baños de agua idénticos, el bloque de masa mayor causaba un cambio mayor en la temperatura; asimismo para dos bloques idénticos a temperatura diferentes, el bloque más caliente originaba un cambio mayor en la temperatura del agua (GARCÍA, 2002).



Por último, para bloques de la misma masa y temperatura inicial, pero de composición diferente, en cambio de temperatura era diferente para materiales diferentes.

Podemos sintetizar estas observaciones describiendo los objetivos en términos de su capacidad calorífica, que es la cantidad de calor requerida de una misma sustancia para cambiar la temperatura de un objeto en 1ºC.Las cantidades de calor cedida o absorbida por masas de una misma sustancia son directamente proporcionales a la variación de la temperatura:

La capacidad calorífica o simplemente calor especifico, como suele llamarse, es el calor requerido por un material para elevar un grado de temperatura de una unidad de masa. Un material con calor específico elevado, como el agua, requiere mucho calor para cambiar su temperatura, mientras que un material con un calor especifico bajo, como la plata, requiere poco calor específico para cambiar su temperatura .La cantidad de calor Q necesaria para calentar un objeto de masa “m” elevando su temperatura ΔT, está dada por:

Q= mCeΔT

Donde “c” es el calor especifico del material a partir del cual se ha fabricado el objeto. Si este se enfría, entonces el cambio en la temperatura es negativo, y el calor Q se desprende del objeto. Las unidades del calor específico son:

cal/g*ºC, J/Kg.*ºC o BTU /lb*ºF.

La cantidad de calor transferida o absorbida por el sistema depende de las condiciones en que se ejecuta el proceso

El calorímetro es un recipiente construido de tal forma que impide la conducción de calor a su través. En la mayoría de los casos suele tener dobles paredes entre las que se ha hecho el vacío o lleva un material aislante térmico, que impide o minimiza la conducción de calor y por ello conserva muy bien la temperatura de los cuerpos que se encuentran dentro. En su tapadera llevan dos orificios, uno para introducir el termómetro y el otro para el agitador, fue diseñado para el estudio de las mediciones en intercambio de calor.



2.1.- El calor

El calor y la temperatura son dos conceptos físicos que crean mucha confusión. La materia está formada por partículas, átomos o moléculas, que poseen energía. Por ejemplo, los gases están formados de partículas que se mueven a diferentes velocidades y, por tanto, estas partículas tienen energía cinética.

En los líquidos y los sólidos, sus partículas tienen diferentes energías cinéticas de vibración, de rotación, etc.. y además existen interacciones entre las partículas, por lo que también tienen energía potencial. La medida de todas estas energías (energía interna) nos da idea de su temperatura. Si un cuerpo tiene más temperatura que otro es porque sus partículas tienen más energía, siempre pasa calor de los cuerpos que tienen más temperatura a los que tienen menos temperatura (Fiolhais, 2002).

2.2.- Calor específico

Se llama calor específico de una sustancia, Ce, al calor que hay que proporcionar a una unidad de masa, 1 kg, para que su temperatura aumente 1 K. Sus unidades son J/kg.K.

El calor específico es distinto para cada sustancia; no depende de la masa, pero sí del estado físico en que se encuentre la sustancia (sólido, líquido o gas).

Matemáticamente se define como: ΔT.m

QCe

; al despejar se obtiene: Q = m. Ce.

T

El calor absorbido o cedido por un cuerpo puede calcularse con la siguiente ecuación:

Siendo Q es el calor cedido o absorbido, m la masa, Ce el calor específico, T la temperatura final y To la temperatura inicial.

De la fórmula se deduce que a la misma temperatura y para masas iguales, la energía desprendida por un cuerpo depende de la sustancia (Fiolhais, 2002).

2.3.- Calorímetros

El recipiente donde se realizan las experiencias en las que se producen variaciones de calor se llama calorímetro. Se trata de un recipiente que contiene el líquido en el que se va a estudiar la variación del calor y cuyas paredes y tapa deben aislarlo al máximo del exterior (Fiolhais, 2002).

Q = m . Ce . (T-T0)



III. MATERIALES Y METODOLOGIA

Materiales Calorímetro Termómetro Vasos precipitados Cocinilla eléctrica Alimentos diferentes en masa y tamaño (uva y manzana) Calentadora Cuchillo

Metodología Se preparó para esta práctica dos experimentos y el experimento 1 se hizo una mezcla de agua a diferente t° y para el experimento 2 se hizo la determinación de calor específico. En cuanto a la calibración de los termómetros se tomó 2 termómetros de 16.7°C como termómetro 1 y el segundo de 17.7°c y se le introdujo en agua para así calibrarlos.

Para el experimento n°1: Mezcla de agua a diferentes temperaturas

Se determinó de la siguiente manera para todos los grupos en el resultante se considera la temperatura de equilibrio realizando una mezcla de agua a diferentes T° con 100ml de agua e introduciéndole agua a T° ambiente de 50ml para así poder obtener la T° en equilibrio.

T° ambiente (18.2°C) T°= 50°C

Agua

50ML

150ml

T° EQUILIBRIO

Agua

100ML



Para lo cual se desarrollaron de forma teórica para determinar la T° en equilibrio con la siguiente formula:

Q absorbido=Q cedido

Q caliente = Q frio

mCeΔT (caliente)= mCeΔT (frio)

Reemplazando los valores:

(0.1Kg)(1Kcal/Kg°C)(50°C- Te) = (0.05 Kg) (1Kcal/Kg°C) (Te – 18.2°C)

Te= 37.8 °C


Te= 46.06 °C


Te= 57.09 °C


Te= 57.9 °C


Te= 57.52 °C

En lo experimental nuestro grupo lo realizo en los vasos precipitados y no en el calorímetro.



Para el experimento n°2: Determinación de calor específico

Se desarrolló de la siguiente manera en caso nuestro para la manzana se utilizó 150g de manzana trozada en cuadraditos y pelada y tuvimos que seguir el siguiente esquema.

Seguidamente se puede dar los resultados por la siguiente fórmula para determinar

Q caliente = Q frio

mCeΔT (caliente)= mCeΔT (frio)

Tabla 1: Temperatura de calibración de calorímetro

Calibración del calorímetro

(T0)Temperatura

del agua al clima

51.9

(T1)Calorímetro

+ agua caliente

(equilibrio)

49.3 °C

PARA EL GRUPO DE LA UVA

(0.3 Kg) (1 Kcal / Kg °C) (51.9 °C- 49 .3 °C) = K

K = 0.78 Kcal



Una vez que hallamos la constante del calorímetro recién hallamos el Cp de la uva:

Q agua + Q calorímetro = Q muestra

(m ce∆T) + K = m ce∆T

Reemplazando datos:

(0.15 Kg) (1 Kcal / Kg °C) (24 °C – 17.7 °C) + 0.78 Kcal = (0.15 Kg) (X Kcal / Kg °C) (33.8 °C – 24 °C)

1.725 = 1.47 Cp

Cp= 1.17 Kcal / Kg °C de la uva.

PARA EL GRUPO DE LA MANZANA

(0.3 Kg) (1 Kcal / Kg °C) (51.9 °C- 49 .3 °C) = K

K = 0.78 Kcal

Una vez que hallamos la constante del calorímetro recién hallamos el Cp de la manzana:

(0.15 Kg) (1 Kcal / Kg °C) (24 °C – 17.7 °C) + 0.78 Kcal = (0.15 Kg) (X Kcal / Kg °C) (32.4 °C – 24 °C)

1.725 = 1.26 Cp

Cp= 1.40 Kcal / Kg °C de la manzana.



IV. RESULTADOS Y DISCUSIONES

Los resultados que se obtuvieron en el primer experimento se muestran en el cuadro n°1

Cuadro n° 1: Resultados del experimento 1

Como se puede observar la variación de la experimental con la calculada es mínima como sabemos en la experimental se pierde temperatura ya que el calorímetro también absorbe calor así que por lógica el valor de la experimental deberá ser menos pero esto no se cumplen en los grupos 3 y 5 esto debió suceder por diferentes motivos ya sea por la lectura del termómetro y otros.

Los datos calculados del grupo n° 1 su resultado calculado es 37.8 °C y el experimental es 38.7 °C, el resultado experimental es mayor al del resultado calculado se debe mal manejo de temperatura.

Los datos calculados del grupo n° 2 su resultado calculado es 46.17 °C y el experimental es 42.2 °C, el resultado experimental es el menor que de todos los grupos a este resultado obtenido también se afirma que hay malos manejos de temperatura, no se hizo bien la mezcla, mala medición de X ml de agua requerida tanto caliente y frio.

Los resultados para el experimento número 2 se trabajó con 2 tipos de frutas (uva y manzana) y se obtuvieron los siguientes resultados.

Grupo

Sistema frio

Sistema caliente

T e Calcu.

T e Exper.

1 T ambiente 50°C 37.8°C 38.7°C

2 T ambiente 60°C 46.06°C 47.2°C

3 T ambiente 70°C 57.09°C 55.7°C

4 T ambiente 80°C 57.9°C 66.0°C

5 T ambiente 90°C 57.52°C 57.0°C



Cuadro n° 2: Resultados del experimento 2

Alimento Masa del alimento

(Kg)

T° del alimento

(°C)

Masa del agua (Kg)

T° del agua (°C)

T° de equilibrio

(°C)

Cp (Kgcal/ Kg°C)

Manzana 0.15KG 50ºC 450ML 33.8 17.7 ºC 1.40

KCAL/KGºC

Uva 0.15KG 50 °C 450ML 32. 4 17.7 ºC 1.17

KCAL/KGºC

Como nuestro trabajo era de obtener el calor específico de la manzana esto se desarrolló en la parte de metodología con su respectiva formula por lo que se pudo observar los resultados que se muestran en el gráfico. Los resultados del calor especifico tanto de la uva es Cp= 1.17 Kcal / Kg °C d y de la manzana Cp= 1.40 Kcal / Kg °C, el calor especifico de la manzana es mayor que de la uva pues se debe a que la manzana tiene una estructura sólida dura y la uva es sólida blanda. Los factores de temperatura a los que fueron sometidos influyen directamente en la determinación del calor específico.

Discusiones

SIEBEL (1892), para proporcionar algunos valores experimentales para los productos de carnes y frutas calcularon el calor especifico basados en los componentes de los alimentos .El calor específico es una propiedad intensiva de la materia, por lo que es representativo de cada materia; por el contrario, la capacidad calorífica es una propiedad extensiva representativa de cada cuerpo o sistema particular. Cuanto mayor es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura.

En el Sistema Internacional de Unidades, el calor específico se expresa en julios por kilogramo y por kelvin (J·kg-1·K-1); otra unidad, no perteneciente al SI, es la caloría por gramo y por kelvin (cal·g-1·K-1). Así, el calor específico del agua es aproximadamente 1 cal/(g·K) en un amplio intervalo de temperaturas, a la presión atmosférica; y exactamente 1 cal·g-1·K-1 en el intervalo de 14,5 °C a 15,5 °C (por la definición de la unidad caloría).

(Según Lewis, 1993) El calorímetro funciona como un aislante, debido a que no permite la salida y el ingreso de calor y la precisión del termómetro es relativa ya que al hacer la experiencia varias veces nos da resultados distintos por eso se debe verificar que el termómetro esté bien calibrado antes de usarlo.



El calor especifico es la cantidad de calor que se debe brindar a una sustancia para elevar su temperatura un grado centígrado, en la práctica se utilizaron frutas diferentes para determinar su calor especifico uva y manzana.

El presente informe presenta los cálculos para determinar el calor específico de cada alimento mediante el empleo de datos físicos obtenidos en una especie de termo que impide la perdida de calor. Se utilizó un termómetro para verificar la transferencia de calor, es decir al momento que la temperatura se vuelve constante entre el agua y la fruta se demostraría que el calor ha sido trasferido hacia la fruta. En las tablas 1, 2 tenemos los datos que se recolectaron, para utilizarlos en los modelos matemáticos y determinar su calor especifico.

En los cálculos, se encuentran reportados los resultados de calor específico, pues es más fácil transferir calor de líquido a líquido que de líquido a sólido, mientras la manzana es un alimento con baja transferencia de calor, debido a su estructura sólida.

Según , Güemez, (2002). El cambio de temperatura experimentado por un objeto cuando absorbe cierta cantidad de energía está controlado por su capacidad calorífica, así, cuando un sistema con una masa m1, se pone en contacto con un sistema con una masa m2, donde m1> m2, que está a diferente temperatura, fluye calor entre ellos hasta alcanzar una temperatura de equilibrio próxima a la del sistema de masa mayor; se dice entonces que una cantidad de calor ΔQ se transfiere desde el sistema de mayor temperatura al sistema de menor temperatura.

V. CONCLUCIONES

• Se determinó el calor especifico de los frutas como la manzana, observando

que el punto de equilibrio alcanza una temperatura más baja en el caso de los sólidos, ya que la temperatura de equilibrio en el agua fue mayor.

• Se indicó que la variación de temperatura influye en la aceleración del punto de equilibrio, ya que a mayor temperatura del agua caliente menor es la temperatura de equilibrio es decir, es inversamente proporcional.

• Se estableció la utilización del calorímetro para la determinación del calor específico es de suma importancia ya que es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas a los cuerpos, así también para medir las cantidades de calor que liberan o absorben dichos cuerpos.



VI. REVISION BIBLIOGRAFICA

GARCÍA, D. [2002].Propiedades y características químicas de los alimentos

Cátedra de Procesos. Facultad de Química. Universidad de Venezuela.

SIEBEL, E. (1892). Specific Heats of various Products. Ice and refrigeration. 2-

256-257

OSPINA, Julio Ernesto (2001).Química 1.(1 ed.). Bogotá: Universidad Nacional

de Colombia

ROSERO Octavio .2009 Disponible en:

http://www.textoscientificos.com/fisica/calorimetro

http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_especifico

SERWAY, Raymond A. Física, Cuarta Edición. Editorial McGraw-Hill, 1996.

LEA Y BURQUE, " physics: The Nature of Things", Brooks/ Cole 1997.

Practica de laboratorio # 2. Realizada por Luis A Rodríguez

Física. Elementos de Física. Sexta edición. Edelvives. Editorial Luis Vives S.A.

Barcelona ( España); 1933

Koshkin, Shirkévich. (1975).Manual de Física elemental, Edt. Mir.Limusa.

Mexico.

Güemez, Fiolhais C., Fiolhais M. 2002. Revisiting Black's experiments on the

latent heats of water. The Physics Teacher Vol 40.

Lewis, 1993. Propiedades fisicas de los alimentos y de los sistemas de

procesado Acribia. S.A. Zaragoza.

http://www.textoscientificos.com/fisica/calorimetro

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