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• Renzo Alexander Restrepo

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA A DISTANCIA

TERMODINAMICA

TRABAJO FINAL

NTRODUCCION En el siguiente trabajo, se aplicarán los conceptos aprendidos sobre sistemas termodinámicos para el proceso de elaboración de una mermelada de zanahoria. Se realizarán cálculos de cambios de entropía, así como también energéticos necesarios en el proceso.

OBJETIVO GENERAL

•

Aplicar los conceptos básicos aprendidos en termodinámica

OBJETIVOS ESPECIFICOS •

Calcular consumos energéticos, como lo son trabajo y calor necesarios para llevar a cabo el proceso.

•

Uso de ciclos termodinámicos para el proceso de elaboración de mermelada de zanahoria.

Elaboración de Mermelada de zanahoria Insumos zanahoria Azúcar Limón

Cantidad 3 kilos de fruta 3,5 kg 4 cucharadas soperas Procedimiento

Separar las hojas residuales del tallo • Lavar las zanahorias con abundante agua, usando un cepillo para eliminar todos los residuos de tierra de las raíces • Dejar escurrir el exceso de agua • Seleccionar las zanahorias por el estado de madurez y tamaño • Eliminar los residuos verdes del tallo que se hayan quedado • Cortar longitudinalmente en tiras de 3-6 mm de grosor. Opcional: rallar las zanahorias con un rallador para queso • Cortar las tiras a la mitad y en cuatro las tiras de las raíces muy largas • Pesar • Poner los pedazos en una olla • Lavar los limones • Cortar los limones en rodajes delgadas • Eliminar las pepas • Cortar las cáscaras en tiras finas, sin quitarle la piel blanca • Agregue las tiras de cáscara, la parte interior y el jugo a las zanahorias • Añadir agua hasta cubrir las zanahorias • Poner a fuego lento-mediano por una hora/una hora y media, dependiendo del estado de madurez de las zanahorias. Revolver frecuentemente con un cucharón de madera para evitar que el producto se pegue en el fondo de la olla y se queme • Cuando los pedazos de zanahoria empiezan a deshacerse y se vuelven transparentes y las tiras de cáscara de limón están blandas, añadir 1/3 parte del azúcar total y disolverlo rápidamente • Continuar la cocción durante 10 minutos a fuego mediano • Agregue las restantes 2/3 partes de azúcar y disolver rápidamente. Hervir a fuego vivo hasta alcanzar el "punto" de asentamiento, revolviendo siempre con el cucharón • Apagar el fuego • Llene los frascos de vidrio, lavados y secados con anterioridad, con la

mermelada caliente hasta 1 - 1.5 cm. del tope • Limpiar la parte superior del frasco • Cerrar con la tapa de rosca • Poner los frascos tapados boca abajo, para esterilizar la tapa, hasta que el contenido se enfrié • Elimine todos los residuos de mermelada del exterior del frasco y de la tapa • Etiquetar cada envase con el nombre del producto, ingredientes y fecha de elaboración • Ponga una tira de papel engomado por sobre la tapa y que se pegue en el vidrio para poder comprobar si el envase es abierto antes de consumir su contenido • Almacenar en un lugar seco, sin polvo y retirado de la luz • El producto puede conservarse por los menos por 12 meses • Una vez abierto el frasco, guardarlo, en lo posible, en el refrigerador. 1.

Cálculos de consumos energéticos para la elaboración del producto Seleccionado. Para la extracción del jugo de zanahoria se compran 3 kilos de piñas. Estas a su vez son licuadas. Para licuar las guayabas se utiliza una licuadora eléctrica su consumo es:

Electrodoméstic

Potencia

Tiempo de

Tiempo

Consumo

o

(promedio)

uso al día

de uso

mensual

en watts

(periodos

al mes

Kilowatts-hora

100

típicos) 10

en Hora 5

(watts/1000)*hora 0.5

Licuadora

minutos/día El consumo de energía normalmente teniendo el kw/h el precio de 382.32 ($/kwh)

La transferencia de calor en una cocina eléctrica se da principalmente por conducción y radiación en las cocinas de gas por convección y radiación, siendo la radiación en las cocinas eléctricas más focalizada hacia la sustancia para calentar, esto genera mayor pérdida de calor hacia el ambiente en las cocinas a gas. Los coeficientes de transferencia de calor por convección se representan con la letra h

•

h=coeficiente de transferencia de calor (W/ (m2. K))

•

A=área de la superficie (m2 )

•

Ts = temperatura de la superficie (K)

•

Tf=temperatura de fluido (K)

•

Ts= 80ºC aproximadamente 353.15ºK

•

Tf= la zanahoria se encuentra a una temperatura ambiente de 28ºC aproximadamente 301.15ºK

•

Olla de aluminio tiene un área de 0.075 m 2

•

La conductividad térmica de la olla, que es de aluminio, es de 237 W/ (m*K)

Si realizamos la mermelada de zanahoria en una estufa eléctrica se necesitarían 924,3 W

Para hervir las zanahorias si se utiliza una estufa eléctrica su consumo es: electrodoméstico

Potencia

Tiempo

Tiempo

Consumo

(promedio)

de uso

de uso en

mensual

Horas

Kilowatts-hora

1.33

(watts/1000)*hora 1.23

en watts Estufa eléctrica

924,3

80 minutos

El consumo de energía promedio teniendo el kw/h el precio de 382.32 ($/kwh)

Si cocináramos la mezcla en una estufa convencional a gas tendríamos

Equivale en kw/h

Concluimos que es mejor realizar la cocción en una estufa convencional a gas pues sale más económico. 2. Cálculos de trabajo para la elaboración del producto seleccionado Tomando la presión atmosférica es de 760 mmHg y conociendo que se toman 2 kg de fruta, es decir 2000g que se van a cocinar y hervir:

3. Cálculos de cambio de entropía para la elaboración del producto seleccionado. 1.

Preparación mermelada 1 litro de agua*  1000 gramos  1 kg 1 kilo de zanahorias 800 gramos de azúcar *Se tendrá un litro de mezcla de agua y jugo de guayaba, el jugo de frutas es principalmente agua con un poco de azúcar y algunos trozos de solidos por lo que su calor específico es casi igual al del agua ósea: 4.183J/g k (jugo) y 4.184J/g (agua) que equivale a 1Kcal/Kg K La temperatura ambiente del agua es K La mermelada debe estar a 82°C  180°F  355 K para ser envasado y se conserve más tiempo.

El Cambio de entropía de preparación de mermelada en 1Kg de agua (jugo) que se encuentra a 25 °C y se calienta hasta 82°C. Hasta obtener la viscosidad: Se tiene la temperatura en kelvin Ti=298K Tf= 355K magua = 1kg El calor necesario para producir el incremento de 82 °C de temperatura en el agua está dado por

Entonces

Considerando que tanto la escala Celsius como la escala Kelvin son centígradas tenemos que el calor específico del agua es = 1 Kcal/Kg K Entonces

S = 1,19 cal/K

5. Cálculos energéticos utilizando la primera ley para el proceso de elaboración de un producto. •

Cp de la guayaba = 3.822 Kj/Kg*K a una temperatura de 28ºC 1 • •

ºK= 28+273.15= 301.15ºK

Cp del azúcar= 0.30 cal / g°C

0.30 cal/gºC equivalen a 1.25604 kj/kg/K Como existen dos sustancias es necesario separar el proceso en dos fases:

Reemplazando tenemos:

1

CONCLUSIONES •

Como se ha visto a lo largo del curso, la termodinámica puede presentarse como una ciencia universal en donde las se relacionan las diferentes tipos de energía y la forma como ellas se presentan. Se puede estudiar a través de ella los procesos en donde hay lugar una transferencia de calor y trabajo como energía.

•

La termodinámica, como ciencia aplicada explica un sin número de procesos naturales y creados por el hombre, tales como los procesos de calentamiento de un cuerpo, desde el punto de vista natural, hasta procesos industriales los cuales han sido provechosos para aumentar la calidad de vida de las personas.

BIBLIOGRAFIA . Munera, R.D. (2009) Módulo del curso académico. Termodinámica: UNAD – Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería, 201015_termodinamica_Modulo.pdf, extraído desde www.unad.edu.co Unad; Guía de trabajo final 2012 II.pdf; extraído desde www.unad.edu.co http://www.educarchile.cl/Portal.Base/Web/VerContenido.aspx?ID=136161 http://www.grupoblascabrera.org/unidades/Estados%20de%20agregacion.pdf http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html Tomado de [PPT]Trabajo y Procesos - Principios de Termodinámica y... amecsa.org/Principios/Trabajo_y_Procesos.ppt http://www.slideshare.net/oscarreyesnova/peligro-presiones-anormales-senacesar-bucaramanga-2011#btnNext http://ricardi.webcindario.com/fisica/materia.htm http://es.scribd.com/doc/3912003/Determinacion-de-propiedades-fisicas Fellows P 1994 Tecnología del procesado de los alimentos: Principios y prácticas. Editorial Acribia España. Jay J 1994 Microbiología de los alimentos Editorial Acribia. España. Manual de elaboración de frutas y hortalizas. 1996. Southgate D 1992 Conservación de frutas y hortalizas. Editorial Acribia. Zaragoza. España.