Introducción:

Debido a que muchas de las etapas de procesado y conservación de alimentos implican transmisión de calor, es importante comprender las propiedades térmicas de los alimentos. Los datos de las propiedades térmicas son necesarios en la ingeniería y diseño de procesos. Sin conocerse las propiedades térmicas de un material no puede hacerse el balance de energía para un proceso de calentamiento o enfriamiento y tampoco se puede determinar el perfil de temperatura en el interior del material.

Una de estas propiedades térmicas importantes es el calor específico. Esta nos muestra la cantidad de calor requerido para aumentar la temperatura de la unidad de masa de la sustancia en una unidad de grado.

Existen ecuaciones para expresar el calor específico en función de la composición y de la temperatura. El calor específico se puede determinar mediante el método de mezclas, método de la placa cubierta, el método del calorímetro de comparación, el calorímetro adiabático agrícola, por diferencial de barrido y el método de calor específico calculado.

En el presente laboratorio medimos el calor específico de una muestra de arroz (Oryza Sativa) utilizando el método de la mezcla ya que este método es muy apropiado para la mayor parte de los sólidos en forma de granos o polvo, haciendo uso de la fórmula:

Q(agua) + Q(calorímetro) = Q(agua caliente)

Por último se hizo una búsqueda de datos teóricos utilizando fuentes bibliográficas y el programa Costherm para comparar los resultados obtenidos experimentalmente con los ya reportados en los libros.

CUESTIONARIO:

1. Realice un cuadro comparativo entre 3 o más métodos para calcular el calor específico.

MÉTODO DE LA MEZCLA MÉTODO DEL CALORÍMETRO DE COMPARACIÓN

CALORÍMETRO ADIABÁTICO AGRÍCOLA

- Ampliamente utilizado para medir el calor específico de materiales alimentarios (Sólidos en forma de granos o polvo) y agrícolas.

- Una cantidad conocida de líquido (agua, generalmente) se mezcla con una muestra de masa y T° conocidas dentro de un recipiente aislado. Se determina la T° de equilibrio de la muestra y el calor específico se puede calcular a partir de un balance de energía.

- Se suponen que no existen pérdidas o ganancias de calor hacia o desde los alrededores y el intercambio de calor entre el calorímetro y la atmósfera lo rodea es despreciable.

- Se utiliza para determinar el calor específico de líquidos.

- Consta de 2 copas. La copa A se llena con un líquido de calor específico conocido y la copa B con la muestra. Ambas se calientan a la misma T° y luego se enfrían. Para ambos líquidos se toman los datos de T° a intervalos regulares de tiempo, determinándose las velocidades de enfriamiento a la misma T° y se obtienen las curvas de enfriamiento .Por comparación de estas curvas se calcula el calor específico de la muestra.

- Está diseñado de tal forma que no exista transferencia de calor y de humedad a través de las paredes de la cámara de la muestra.

- Se añade una cantidad medida de calor mediante cables de calentamiento enterrados en el seno de la muestra en un recipiente colocado en la cámara de la muestra. El calor dado aumenta la T° de la muestra, del envase de la muestra y de las paredes de la cámara. Luego, el calor específico se calcula utilizando balance energético.

2. Grafique y explique toda la curva de calentamiento para el agua a presión atmosférica (desde hielo a vapor).

R= Si el agua se congela por debajo de aproximadamente -40°C y se suministra energía a una tasa constante, al representar la temperatura frente al tiempo resulta la gráfica que aparece a continuación.

tiempo t

La temperatura asciende continuamente hasta alcanzar B, que corresponde al punto de fusión del hielo. En este punto, es necesaria la energía debida al calor latente para fundir el hielo; esto explica la meseta BC de la gráfica. La temperatura permanece a 0° C hasta que todo el hielo se ha fundido (punto C). La temperatura aumenta entonces continuamente hasta el punto de ebullición (D).

El trazo CD corresponde al calentamiento del agua; su pendiente es alrededor de la mitad que la del trazo AB para el hielo, debido a sus diferentes calores específicos. En el punto D el agua empieza a hervir; por segunda vez es necesaria la energía debida al calor latente para inducir la vaporización. Durante este proceso la temperatura permanece constante hasta que toda el agua se convierte en vapor. El punto D representa un líquido saturado en su punto de ebullición; el punto E, un vapor saturado en su punto de ebullición, y cualquier zona entre D y E representa la coexistencia de vapor y líquido (vapor húmedo) con gotitas de agua arrastradas en el vapor.

Si el vapor saturado puede ser calentado más, la relación entre el tiempo y la temperatura sigue la línea EF. Asimismo, la pendiente EF es aproximadamente el doble que la correspondiente a CD, debido a los diferentes calores específicos del agua y del vapor. En la región EF, el vapor se denomina sobrecalentado.

Las longitudes de las mesetas BC y DE son diferentes, reflejando la diferencia entre los valores de los calores latentes de fusión y vaporización .

Para el agua, el calor latente de vaporización es aproximadamente 7 veces más alto que el de fusión. Así, los costos energéticos para evaporar y deshidratar son potencialmente altos en comparación con los procesos que requieren sólo cambios en el calor sensible.

3.- Calcule el calor necesario para vaporizar 10 kg de hielo desde -4°C hasta 120° C.

mC T + mL+ mC T = Q

(10)(0.5)(4) + 10(80) + (10)(1)(100)+ 10(540) +(10)(0.5)(20)=Q

Q= 6520cal.

RESULTADOS :

Cuadro 1: Determinación de calor específico del calorímetro 1

Cuadro 2: Determinación de calor específico del calorímetro 2

Calor específico de arroz 1 usando el calorímetro1

Agua Muestra Calorímetro 1Masa (g) 300 300 1261.9T inicial 88°C 30°C 33.2°CT final 58 °CCp 4.208 X= 3.28 0.329

Calor específico de arroz 2 usando el calorímetro2

Agua Muestra Calorímetro 2Masa (g) 300 300 1261.9T inicial 74°C 28°C 30.9°CT final 50 °CCp 4.208 4.18 X= 0.1124

Agua caliente Agua fria CalorímetroMasa 300 g 300 g 1261.9 gT inicial 78 C 28 C 31.33

T final50 °C

Cp 4.208 4.18 0.329

Agua caliente Agua fria CalorímetroMasa 300 g 300 g 1262.6 gT inicial 74 C 28 C 34.43T final 58 C Cp 4.208 X= 1.8726 0.1124

Literatura de calor específico del arroz

ARROZ PADDY (humedad 12 %) 0.337 Castillo

ARROZ PADDY (humedad 17 %) 0.47 Castillo

ARROZ (humedad 12 %) 1.8 (encima del punto de congelación) Orrego

Calor específico del arroz mediante su composición

Cp(arroz )=∑Cp pc /c∗p / p

Cp=13.1100

∗4.1773+77.8100

∗1.5942+ 8.2100

∗2.0376+ 0.4100

∗1.1375=1.97

Calor específico del arroz obtenido con el COSTHERM

COMPOSITION (FRACTIONS)

WATER 0.131

PROTEIN 0.071

FAT 0.004

CARBOHYDRATES 0.790

MINERALS 0.003

FREEZING POINT: -40.00 DEGREES C

SPECIFIC HEAT

KJ/KG,K 1.6628

Bilbiografía:- Catalán, Ana María. Determinación del punto de congelación de la pulpa, calor específico y

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- Sahim, S. Propiedades físicas de los alimentos. Editorial Acribia, S.A. An kana, Turquía. 2009

- Lewis, M.J Propiedades físicas de los alimentos y de los ssitemas de proceso.Editorial Acribia. 1993

- Castillo Niño Alvaro. 1980. Acondicionamiento de granos: Secamiento, almacenamiento y costos.IICA Biblioteca Venezuela.Venezuela.

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