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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS LABORATORIO DE CINÉTICA

Título:

Determinación del calor especifico de jugo de frutas

Integrantes: Guallichico Rita, Jácome David, Peñaherrera Nancy, Remache Karla, Urquizo Michelle Grupo Nº 2

Fecha de entrega: 25/01/2018

Resumen: En la presente práctica se realizó la determinación del Cp del jugo de tomate además de la realización de salsa de tomate utilizando tomate riñón, ingredientes especiales de la salsa y material adecuado para la elaboración de la práctica. Para esto se lavó, pelo y licuo los tomates obteniendo su jugo, en donde una parte de este fue utilizado para determinar su Cp y la otra se la hizo salsa, obteniendo en la primera parte varios datos con lo cual 𝐽 calculamos el Cp del zumo utilizado, siendo este de 16546 𝑘𝑔 °𝐾 .Con lo se determinó que mientras más alto es el calor específico de las sustancias, más energía calorífica se necesita para incrementar la temperatura.

Objetivos:  Conocer los procesos de transferencia de calor en estado no estacionario de resistencia despreciable  Conocer los procesos de transferencia de calor por convección forzada  Determinar la capacidad calorífica (Cp) para el jugo de tomate  Comprender la relación del Cp y la variable térmica Fundamento Teórico: El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsio. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c

es el calor específico. Esta fórmula no se aplica si se produce un cambio de fase, porque el calor añadido o sustraído durante el cambio de fase no cambia la temperatura. (Nave, 2013)

El calor específico del agua es 1 caloría/gramo °C = 4,186 julios/gramo °C que es más alto que el de cualquier otra sustancia común. Por ello, el agua desempeña un papel muy importante en la regulación de la temperatura. El calor específico por gramo de agua es mucho más alto que el de un metal, como se describe en el ejemplo agua-metal. En la mayoría de los casos es más significativo comparar los calores específicos molares de las sustancias. (Nave, 2013)

De acuerdo con la ley de Dulong y Petit, el calor específico molar de la mayor parte de los sólidos, a temperatura ambiente y por encima, es casi constante. A más baja temperatura, los calores específicos caen a medida que los procesos cuánticos se hacen significativos. El comportamiento a baja temperatura se describe por el modelo Einstein-Debye para el calor específico. (Nave, 2013) CONDUCCIÓN DE CALOR ESTADO ESTACIONARIO:

Procedimiento







EN

Cuando a un cuerpo sólido se le somete a un cambio en la temperatura del ambiente que lo envuelve, la temperatura de cada punto del cuerpo va a buscar un nuevo estado estacionario, el periodo durante el cual dicha temperatura varía con el tiempo se conoce como régimen transitorio. Para calcular la distribución de temperaturas durante el proceso transitorio, se puede utilizar tanto soluciones analíticas como soluciones numéricas. Los métodos numéricos son casi imprescindibles cuando la geometría del problema o las condiciones de contorno dificultan o incluso impiden la resolución a analítica. (Apolo, s.f.)

 



Lavar y pelar tomates Licuar y cernir, separar una parte del jugo para la elaboración de salsa de tomate y el restante aproximadamente 300ml utilizar para la realización de la práctica. Medir la profundidad y diámetro del recipiente con un calibrador. Y calcular el área del recipiente. El jugo obtenido calentar en un baño de agua ebullición, tomar la temperatura del jugo a intervalos de 2 minutos.

El jugo sobrante utilizar en la elaboración de salsa de tomate como aplicación de la práctica, siguiendo la técnica indicada. Los tomates lavados se desintegran y se calientan, sin adición de agua, hasta que las pieles se enrollen. La masa se tamiza y se mezcla con sal y azúcar. Esta mezcla se concentra hasta 20° Brix, agitando continuamente. Luego, se agrega el vinagre filtrado, previamente hervido durante 5 minutos con los demás ingredientes. El conjunto se homogeniza, se envasa y se estiliza.

Determinación del Cp del jugo de tomate: 

Pasar cierta cantidad de jugo de tomate y colocarlo en un recipiente que será sumergido posteriormente en un baño térmico a temperatura de ebulli8cion, medir el radio y la altura de la masa del jugo de tomate ocupada en el recipiente. Medir las temperaturas en el centro de la masa de agua a 1/3 del fondo del recipiente, a intervalos adecuados de tiempo hasta q la temperatura permanezca constante.

Materiales y Reactivos:         

1Kg de tomate riñón Termómetro Soporte universal Pinza Recipiente circular Probeta Licuadora Cedazo Cocineta

Resultados Superficie y volumen de una semiesfera

𝐴 = 2𝜋𝑟 2 = 2𝜋42 = 100,53 𝑐𝑚2 𝑉=

2 2 𝜋𝑟 3 = 𝜋43 = 134𝑐𝑚3 3 3

Temperatura VS tiempo

Superficie y volumen de un cilindro 100

𝐴 = 2𝜋𝑟(𝑔 + 𝑟)

80

T °C

𝐴 = 2𝜋4(11,5 + 4) = 389 𝑐𝑚2 𝑉 = 𝜋𝑟 2 𝑔 = 𝜋42 11,5 = 578𝑐𝑚3

60 40 20

Área de contacto

0 0

𝐴𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 = 𝐴𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 − 𝐴𝑐𝑖𝑟𝑐𝑢𝑙𝑜 𝐴𝑐𝑜𝑛𝑡𝑎𝑐𝑡𝑜 = 389 𝑐𝑚2 − 100,53 𝑐𝑚2 = 288,47𝑐𝑚2

5

10

15

t min

Grafico N°1 Temperatura VS tiempo

Densidad absoluta del zumo de tomate 𝑚 480 𝜌= = = 1,68𝑔/𝑚𝑙 𝑣 350

Cp del zumo de tomate h= 5000W/m2°C 𝑙𝑛

𝐶𝑝 =

Tabla N°1 Datos obtenidos de medición de temperatura del zumo de tomate Tiempo (min) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

Temperatura °C 19 30 49 59 66 70 77 84 86

𝑇∞ − 𝑇𝑜 ℎ𝐴 = 𝑡 𝑇∞ − 𝑇 𝜌𝐶𝑝𝑉 ℎ𝐴 𝑡 𝑇∞ − 𝑇𝑜 𝐿𝑛 𝑇∞ − 𝑇 𝜌𝑉

𝐶𝑝 5000J °𝑐 2 seg m2°C2 (2,8847𝑚 )(960 𝑠𝑒𝑔)(273.15°𝐾 ) = 1𝑘𝑔 89 − 19 1,68𝑔 𝐿𝑛(89 − 86)( )(578𝑐𝑚3 )(1000𝑔) 𝑚𝑙 𝐽 = 16546 𝑘𝑔 °𝐾

𝑇∞ − 𝑇𝑜 𝑇∞ − 𝑇 89 − 19 ∅= = 23,33 89 − 86 ∅=

20

Discusión de resultados

Se determinó que la capacidad calorífica

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 utilizó zumo de tomate para determinar su calor

del jugo de tomate fue de 16546 𝑘𝑔 °𝐾 ,

𝐽

𝐽

especifico, siendo este 16546 𝑘𝑔 °𝐾 valor que se calculó asumiendo que h= 5000W/m2°C, debido a que el coeficiente de convección del agua es de 300-6000W/m2°C. El coeficiente h no es una propiedad termodinámica. Es una correlación simplificada entre el estado del fluido y las condiciones de flujo, por lo cual generalmente se la conoce como una propiedad de flujo. Logan, (2000) El fenómeno se puede evidenciar cuando la cocineta que es una plancha eléctrica calientan la olla que es un metal, porque los gases de combustión están en contacto con el fondo y le transmiten el calor por conducción (el metal se dilata y sus partículas vibran más) que en nuestro caso es la olla que contiene el agua. El metal transmite el calor al agua del fondo del recipiente por conducción. El agua caliente del fondo asciende, originando corrientes convectivas (propagación por convección) y se mezcla con el agua fría. Nuevamente se conduce el calor al cilindro que contiene el zumo de tomate y ocurre el proceso al igual que el agua hasta alcanzar una temperatura cuando llegue al equilibrio, temperatura alcanzada que fue de 86°C. Logan, (2000) Conclusiones: Se conoció que la velocidad de transferencia de calor a través de un fluido es mucho mayor por convección que por conducción. Cuanto mayor es la velocidad del fluido mayor es la velocidad de transferencia de calor por convección forzada.

la cual 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 Se determinó el calor específico del jugo de frutas (tomate de riñón), donde se observó 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 variable térmica con un valor de 23,33 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. Bibliografía  Alexander T. Florence & David Atwood, Physicochemical Principles of Pharmacy, Pharmaceutical Press, London, 2006  Apolo, C. (s.f.). es.scribd.com.Obtenido de es.scribd.com: https://es.scribd.com/doc/93584 154/CONDUCCION-DECALOR-EN-ESTADO-NOESTACIONARIO  Logan, S. R., Fundamentos de Cinética Química, 1ª Edición, España, Addison Wesley Iberoamericana, 2000.  Nave, M. O. (2013). hyperphysics.phy. Recuperado el 01 de 2018, de hyperphysics.phy: http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbasees/thermo/sph t.html

Cuestionario/Consulta: Transmisión de calor El término calor, por tanto, se debe de entender como transferencia de calor y solo ocurre cuando hay diferencia de temperatura y en dirección de mayor a menor. De ello se deduce que no hay transferencia de calor entre dos sistemas que se encuentran a la misma temperatura (están en equilibrio térmico). El calor se transmite de un lugar a otro de tres maneras diferentes: 

Por conducción entre cuerpo sólidos en contacto: La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el que la tiene menor. La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan a la misma temperatura (equilibrio térmico).



Por convección en fluidos (líquidos o gases): La convección tiene lugar cuando áreas de fluido caliente (de menor densidad) ascienden hacia las regiones de fluido frío. Cuando ocurre esto, el fluido frío (de mayor densidad) desciende y ocupa el lugar del fluido caliente que ascendió. Este ciclo da lugar a una continua circulación (corrientes convectivas) del calor hacia las regiones frías. En los líquidos y en los gases la convección es la forma más eficiente de transferir calor.



Por radiación a través del medio en que la radiación pueda propagarse: Tanto la conducción como la convección requieren la presencia de materia para transferir calor. La radiación es un método de transferencia de calor que no precisa de contacto entre la fuente de calor y el receptor. No se produce ningún intercambio de masa y no se necesita ningún medio material para que se transmita. Por radiación nos llega toda la energía del Sol.

Modelo matemático del calor especifico a presión constante El calor específico a presión constante es la energía necesario para elevar la temperatura de una unidad de masa cuando la presión se mantiene constante. El modelo matemático es el siguiente:

Y las unidades son:

Modelos matemáticos aplicables a los procesos de transferencia de calor en régimen de convección forzada

Anexos:

Anexo N°1: medición de dimenciones.

Anexo N°2: preparación de tomates.

Anexo N°3: trituración de tomates

Anexo N°4 producto terminado