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CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

I. INTRODUCCIÓN El presente informe, se presenta con la finalidad de dar a conocer acerca de la práctica realizada en el laboratorio de la universidad nacional de Juliaca, esta práctica se denomina “conductividad térmica”. La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. en otras palabras, la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a substancias con las que está en contacto. En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/ (Km). También se lo expresa en J/(s °C m). La conductividad térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

II.

OBJETIVOS 

Medir la cantidad de calor necesaria para medir la conductividad térmica en alimentos.



Analizar la capacidad de conducción del calor de diferentes alimentos, sólidos y líquidos.

III.

MARCO TEÓRICO

3.1.

PROPIEDADES TERMICAS DE LOS ALIMENTOS

La determinación de las propiedades térmicas en los alimentos, es de vital importancia en los procesos industriales, ya que estas propiedades determinan la velocidad de transferencia de calor de un producto. Estas propiedades comprenden:

3.2.



Conductividad Térmica



Calor Especifico



Difusividad Térmica



Densidad



Coeficiente de transferencia convectivo

CONDUCTIVIDAD TERMICA:

La conductividad térmica de un material, se define como un valor o un rango de este para transmitir calor por toda su estructura. En alimentos, la conductividad térmica depende principalmente de la composición del alimento, aunque también se debe de tener en cuenta otros factores que repercuten directamente sobre el flujo de calor a través del material en cuestión, como, por ejemplo: 

Porcentaje de espacios vacíos



Homogeneidad



Forma y tamaño del alimento

Esta es una propiedad térmica considerada crítica, es necesaria para el diseño, en ingeniería, de cálculos que determinen la velocidad de transferencia de calor en un proceso, ya sea de enfriamiento o calentamiento. Si se considera un alimento en forma geométrica (una tableta, por ejemplo), la cantidad de calor (q), que fluye a través de su área (A), y espesor (L), su conductividad térmica estaría dada por:

𝑞=

𝐴𝐾(𝑡2 − 𝑡1 ) 𝐿

Donde: Q= Cantidad de calor

t1 = temperatura del producto a un tiempo

dado x1 A= Área del producto

t2 = temperatura del producto a un tiempo

dado x2 L= Espesor del producto K= Conductividad térmica

CALOR ESPECÍFICO: El calor específico es una propiedad, la cual indica que tanta cantidad de calor se requiere para cambiar la temperatura de un material. (Sweat 1985) Si tenemos un alimento de masa M a una temperatura inicial dada, el calor que se requiere para calentarse y llegar a una temperatura final T2 sería igual al producto que se obtiene de entre la masa y el calor especifico del alimento, lo cual se puede expresar como: 𝑄 = 𝐶𝑝 ∗ 𝑀 ∗ (𝑇2 − 𝑇1) Siendo también que: 𝐶𝑝 =

𝑄 𝑀 − (𝑇2 − 𝑇1)

Donde: Cp=Calor Especifico

T1= Temperatura en el instante 1

Q=Cantidad de calor aplicado

T2= Temperatura en el instante 2

M=masa del producto A diferencia de la conductividad térmica, el calor especifico se caracteriza por ser independiente a la densidad de la masa, por lo tanto, si se conoce el calor especifico

de cada componente de una mezcla, es más que suficiente para predecir el calor especifico de toda la mezcla. DIFUSIVIDAD TERMICA: Esta propiedad se caracteriza por relacionar la habilidad que tiene un material para conducir calor y su habilidad para almacenarlo. La difusividad térmica se utiliza en la determinación de velocidades de transferencia de calor de alimentos sólidos en cualquier forma. Esto se puede calcular como conductividad térmica sobre el producto de calor especifico y densidad (Sweat, 1985). 𝛼=

𝑘 𝜌 ∗ 𝐶𝑝

Donde: 𝛼= Difusividad Termica K= conductividad termica 𝜌= densidad 𝐶𝑝 = calor especifico

ENTALPIA: La entalpia es la cantidad de energía que se agreaga o se le quita a un sistema. Esto se puede manifestar como un cambio de energía interna total del alimento. Hay que tener en cuenta que es bastante difícil definir el valor absoluto de entalpia, usualmente, el valor cero es definido de manera arbitraria. La entalpia es conveniente en el caso de alimentos congelados, los cuales contienen a veces alguna porción de agua sin congelar a bajas temperaturas. Por lo cual, si se va a calentar un amterial de T1 a T2 la cantidad de energía puede expresarse como: 𝑄 = ∆𝐻 = 𝑀(𝐻2 − 𝐻1 )

Donde: M=masa de alimento H1=entalpia del alimento a temperatura T1 H2=entalpia del alimento a temperatura T Q=cantidad de calor aplicado

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR CONVECTIVO O DE SUPERFICIE:

Esto no califica como propiedad, pero sirve para cuantificar la velocidad de convección de calor hacia o fuera de la superficie de un objeto.

Este coeficiente es útil para cuantificar la transferencia de calor en la amyoria de aplicaciones en calentamiento o enfriamiento de un alimento. El coeficiente de trasferencia de calor depende principalmente de la velocidad de fluido, propiedades de este, textura y forma de la superficie y aun de la diferencia de temperatura (Sweat, 1985). La ecuación de la ley de enfriamiento de newton dice que: 𝑞 = ℎ𝑠 𝐴(𝑇𝑠 − 𝑇𝑖 ) Donde: Q= Cantidad de flujo de calor Hs= coeficiente de calor convectivo de superficie A= Área de transferencia de calor del alimento Ts= temperatura del alimento en la superficie Ti= temperatura inicial del alimento

IV.

V.

MATERIALES 

Cocinilla eléctrica



Vasos precipitados



Termómetro



Cronómetros



Arroz



Manzana



Azúcar

PROCEDIMIENTO

1. Medir 500 ml de agua y determinar la cantidad de calor necesaria para alcanzar la temperatura de ebullición

2. Medir un x volumen de densidad y viscosidad conocida y determinar la cantidad de calor necesaria para elevar en un grado centígrado la muestra en estudio.

3. Para el caso de alimentos solidos cortar la muestra de un volumen geométrico conocido (cubos), determinar el volumen aparente luego determinar cantidad necesaria de calor para elevar en un grado centígrado la muestra en función del tiempo.

4. Para determinar el caso de solidos determinar previamente su densidad.

VI.

RESULTADOS Y DISCUSION

VII.

CONCLUSION

VIII.

BIBLIOGRAFIA

1. Choi, Y y Oikos,M.R, 1986. Efectos de temperatura y composición de las propiedades térmicas de los alimentos, en ingeniería de los alimentos y aplicación de procesos, Vol. 1, Fenomenos de transporte, Maguer,M. y Jelen, P., Editores, Elsevier Applied Science, London, 2. Sweat, 1985, Guía de Laboratorio de Física B.Física Universitaria – Sears, Zemansky. Alvarenga –Física General con Experimentos sencillos

3. http://www.bdigital.unal.edu.co/8246/1/carloseduardoorregoalzate.1998.pdf

4. http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/1261/Capitulo4.pdf

5. http://www3.uah.es/gifa/documentos/FA/lab_fa_4.pdf

6. http://www.bdigital.unal.edu.co/8246/1/carloseduardoorregoalzate.1998.pdf