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• Luis Leonardo Luna Ojeda

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA PESQUERA Y DE ALIMENTOS

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA PESQUERA Y ALIMENTOS ESCUELA DE INGENIERÍA DE ALIMENTOS

Curso: INGENIERIA DE ALIMENTOS II Tema: TRANSFERENCIA DE MASA EN ESTADO NO ESTACIONARIO EN UNA CONSERVA DE AGUAYMANTO EN ALMÍBAR Semestre: 2019 - A Docente: Ing. ISABEL JESUS BERROCAL MARTINEZ

Alumnos:     

COCHACHIN HUAMAN, Pedro DAVILA MUÑOZ, Willian DE LOS SANTOS RAMIREZ, Zaira LUNA ESCOBAR, Keren MUÑOZ CABANILLAS, Mitzy



ZUÑIGA MADUEÑO, Juan Jesús

Bellavista, 2019

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I.

INTRODUCCION

La ingeniería de procesos en alimentos se manifiesta través de los fenómenos de transporte de: transferencia de movimiento o momentum, trasferencia de masa, trasferencia de calor respectivamente, los cuales interaccionan directamente con los sistemas bioquímicos alimentarios durante el proceso, transformación y conservación, haciendo uso de tecnologías limpias y sustentables que cumplan con normas y estándares de calidad sin contaminar el medio ambiente. El presente texto de “Principios de Transferencia de Masa en la Ingeniería de Alimentos “Brinda conocimientos específicos y aplicativos de transferencia de masa en alimentos, teniendo en cuenta las características físico químicas, bioquímicas y funcionales de los alimentos. Se hace el estudio del proceso de migración molecular en los alimentos a partir de la ley de Fick en sus diferentes estados, liquido, solido, gaseoso. Cabe mencionar que las frutas, verduras, carnes, lácteos etc., tienen en su estructura molecular compuestos volátiles predominantes como: ácidos orgánicos, compuestos proteicos volátiles, ácidos grasos volátiles, compuestos orgánicos volátiles, los cuales interactúan sinérgicamente alimento – empaque en su proceso migratorio molecular.

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II.

 

OBJETIVOS Determinar la constante de difusividad para la transferencia de masa del apio en conserva. Determinar las diferentes concentraciones en diferentes tiempos de almacenamiento en el proceso de migración molecular.

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III.

MARCO TEORICO

TRASFERENCIA DE MASA. Es el fenómeno de transferir gases, líquidos, sólidos a en una dirección de gradiente direccional a través de un medio como sistema determinado. Hay dos modos de transferencia de masa: 



Transferencia de Masa Molecular. Cuando la masa puede transferirse por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos (movimiento individual de las moléculas), debido a una diferencia de concentraciones. La difusión molecular puede ocurrir en sistemas de fluidos estancados o en fluidos que se están moviendo. Transferencia de Masa Convectiva. Sucede cuando La masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efectúe en régimen laminar o turbulento. El flujo turbulento resulta del movimiento de grandes grupos de moléculas y es influenciado por las características dinámicas del flujo. Tales como densidad, viscosidad, etc.

Usualmente, ambos mecanismos actúan simultáneamente. Sin embargo, uno puede ser cuantitativamente dominante y por lo tanto, para el análisis de un problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo. La transferencia de masa en sólidos porosos, líquidos y gases sigue el mismo principio, descrito por la ley de Fick. 



Difusión Molecular. Es el movimiento de las moléculas de los componentes de una mezcla debido a la diferencia de concentraciones existente en el sistema. La difusión de las moléculas se produce en la dirección necesaria para eliminar gradiente de concentración. Si se mantiene el gradiente añadiendo continuamente material nuevo a la región de alta concentración y eliminándolo de la región de baja concentración, la difusión será continua. Esta situación se presenta a menudo en las operaciones de transferencia de materia y sistema de reacción (DORAN M., 1998). Difusión Molecular. Es el mecanismo de transferencia de masa en fluidos estancados o en fluidos que están en movimiento, únicamente mediante flujo laminar, aun cuando siempre está presente hasta el flujo turbulento muy intenso (TREYBAL, 1998).

Ejemplos de Procesos de Transferencia de Masa. La trasferencia de masa se da en todos los sistemas bioquímicos alimentarios: -En el proceso tecnológico de enlatados de alimentos -En los procesos tecnológicos de lácteos y derivados -En los procesos tecnológicos de frutas confitadas

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-En los procesos tecnológicos de tecnología azucarera DIFUSIÓN MOLECULAR EN GASES Es el fenómeno por el cual las moléculas de un gas se distribuyen uniformemente en el otro gas. También se establece como la capacidad de las moléculas gaseosas para pasar a través de aberturas pequeñas, tales como paredes porosas, de cerámica o porcelana que no se halla vidriada. 

Ley de la Difusión Gaseosa

Fue establecida por Thomas Graham; quien manifiesta lo siguiente: “En las mismas condiciones de presión y temperatura, las velocidades de difusión de dos gases son inversamente proporcionales a las raíces cuadradas de sus masas moleculares.”

Análisis: Llamemos M1 a la masa de las moléculas de una especie y M2 a la masa de las moléculas de otra especie. Entonces, las energías cinéticas promedio de las moléculas de cada gas están dadas por las expresiones:

Así mismo, donde V1 y V2 son las velocidades de difusión de los gases que se comparan y d1 y d2 son las densidades. Las densidades se pueden relacionar con la masa y el volumen porque; cuando M sea igual a la masa molecular y V al volumen molecular, podemos establecer la siguiente relación entre las velocidades de difusión de dos gases y su peso molecular:

DIFUSIÓN MOLECULAR EN SÓLIDOS. La difusión puede ser definida como el mecanismo por el cual la materia es transportada por la materia. Los átomos de gases, líquidos y sólidos están en constante movimiento y se desplazan en el espacio tras un período de tiempo. En los gases, el movimiento de los átomos es relativamente veloz, tal efecto se

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puede apreciar por el rápido avance de los olores desprendidos al cocinar o el de las partículas de humo. En los líquidos, los átomos poseen un movimiento más lento, esto se pone en evidencia en el movimiento de las tintas que se disuelven en agua líquida. El transporte de masa en líquidos y sólidos se origina generalmente debido a una combinación de convección (movilización de fluido) y difusión. En los sólidos, estos movimientos atómicos quedan restringidos (no existe convección), debido a los enlaces que mantienen los átomos en las posiciones de equilibrio, por lo cual el único mecanismo de transporte de masa es la difusión. Sin embargo, las vibraciones térmicas que tienen lugar en sólidos permiten que algunos átomos se muevan. La difusión de éstos en metales y aleaciones es particularmente importante si consideramos el hecho de que la mayor parte de las reacciones en estado sólido llevan consigo movimientos atómicos; como ejemplo se pueden citar la formación de núcleos y crecimiento de nuevos granos en la recristianización de un metal trabajado en frío y la precipitación de una segunda fase a partir de una solución sólida. DIFUSIÓN MOLECULAR EN LÍQUIDOS La velocidad de difusión molecular en líquidos es mucho menor que en gases. Las moléculas de un líquido están muy cercanas entre sí en comparación con las de un gas; la densidad y la resistencia a la difusión de un líquido son mucho mayores, por tanto, las moléculas de A que se difunde chocarán con las moléculas de B con más frecuencia y se difundirán con mayor lentitud que en los gases. Debido a esta proximidad de las moléculas las fuerzas de atracción entre ellas tienen un efecto importante sobre la difusión. En general, el coeficiente de difusión de un gas es de un orden de magnitud de unas 10 veces mayor que un líquido. La teoría cinético-molecular de los líquidos está mucho menos desarrollada que la de los gases. Por esta razón, la mayor parte de los conocimientos referente a las propiedades de transporte se han obtenido experimentalmente. Se han elaborado varias teorías y modelos, pero los resultados de las ecuaciones obtenidas aún presentan desviaciones notables con respecto a los datos experimentales. En la difusión de líquidos, una de las diferencias más notorias con la difusión en gases es que las difusividades suelen ser bastante dependientes de la concentración de los componentes que se difunden.

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IV.

MATERIALES Y PROCEDIMIENTO

La metodología utilizada en el desarrollo del presente laboratorio es la siguiente: 1. MATERIALES Y EQUIPO a. Materia Prima e Ingredientes:  

Aguaymanto Azúcar blanca

b. Aditivos-Reactivos   

CMC Carboxil Metil Celulosa Bisulfito de sodio Ácido cítrico

c. Equipos y Material de Vidrio           

Autoclave Refractómetro Phi metro Balanza Analítica Vernier Estufa Termómetro Vasos Beeker 250 ml Probeta de 100 ml Picnómetro medir densidad Viscosímetros

d. Utensilios  

Bol de Acero inoxidable Pinzas

2. PROCEDIMIENTO DE LA PRACTICA La presente practica se desarrolla a partir de las características siguientes:

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A. Previamente se ha elaborado conserva de aguaymanto en almíbar que tiene las siguientes características detalladas en el siguiente flujo:

B. Se caracterizará las conservas de aguaymanto midiendo las características externas del envase, frasco de vidrio (altura, diámetro tapa, fondo). C. Se caracterizará las conservas de aguaymanto midiendo las características Internas del envase: 

Drenar el líquido de gobierno en un vaso beeker de 250ml; luego medir:  Densidad liquido de gobierno  Viscosidad del líquido de gobierno  Temperatura del líquido de gobierno.

D. Medir con un vernier los diámetro de todas las piezas de una conserva de aguaymanto para identificar los proceso de transferencia de masa en las distancias que se genere respectivamente para el eje x,y,z.

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E. Se identificarán con el refractómetro en las seis conservas de aguaymanto los valores de concentraciones del sistema e identificar los tiempos de almacenamiento previos a la presente prueba. Cl1 = C1 = gr-mol/ cm3 Cli = C0 = gr-mol/cm3 Ci = C = gr-mol/cm3

para un tiempo para un tiempo para un tiempo

T1 = T0 = T=

F. Hallar la difusividad eficaz de transferencia de masa del almíbar en el aguaymanto Dab, a partir de los valores hallados.

G. Se halla a través de los cálculos de transferencia de masa las concentraciones al centro geométrico del aguaymanto en almíbar para los tiempos de almacenamiento indicados en clase.

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V.

CALCULOS Y RESULTADOS

Relación de Variación de la Concentración de Grados Brix del Fruto con la concentración de Grados Brix del Líquido de Gobierno.

Analizando del día 05/10/2018 al 11/10/2018 a) Análisis de Concentraciones:

b) Análisis de Distancias:

c) Análisis de Tablas: N = Dato de Posición Relativa

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Dónde: X0 = inicio al centro del aguaymanto X1 = al extremo del aguaymanto Reemplazando:

M = Dato de Resistencia Relativa

Dónde: Dab = Difusividad eficaz del aguaymanto en el líquido de gobierno (m2 /seg). Por conveniencia usaremos la difusividad del aire en el agua K = Coeficiente de distribución de equilibrio (adimensional) Kc = Coeficiente convectivo (m/seg) X1 = Posición Reemplazando:

En la gráfica de Heisler (Hl) encontraremos el valor de X

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Dónde: Dab = Difusividad eficaz del aguaymanto en el líquido de gobierno T = Tiempo de almacenamiento del producto en el envase (seg) X1 = Distancia, radio del aguaymanto (metros)

TABLA DE HEISLER

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De acuerdo a la tabla de Heisler Obtenemos

Reemplazando en la formula

VI.

CONCLUSION 

VII.

La difusividad de masa es un parámetro que indica la facilidad con que un compuesto se transporta en el interior de una mezcla, ya sea en gases, líquidos y sólidos. El transporte molecular de masa ocurre usualmente debido a un gradiente de concentración, pero en algunas ocasiones es debido a un gradiente de temperatura, presión o por la acción de una fuerza impulsora. DISCUSIONES

 Venezuela, crea un modelo de transferencia de calor y masa que permite ajustar el proceso de deshidratación solar del cacao que se produce tradicionalmente en los patios de secado, los datos de entrada son los de la localidad de Chuao, Estado Aragua, Venezuela. El método propuesto acelera el proceso de secado sin alterar las cualidades del grano final, reduciendo el tiempo de deshidratado en 25 %, la simulación realizada indica que pueden obtenerse valores de temperatura del aire de 65 ºC y la humedad relativa se puede reducir hasta 10 %, antes de la cámara de secado. El modelo fue comparado con datos experimentales, observando que las condiciones finales del cacao obtenidas se corresponden con aproximación a las del cacao deshidratado de forma tradicional. Debido al uso de un almacenador térmico solar, la simulación indica

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que el cacao puede continuar su secado durante dos horas y media más, luego del ocaso.

 En un estudio realizado sobre los efectos de la concentración de solutos y la relación jarabe/fruta sobre la cinética de deshidratación osmótica de papaya en láminas, el efecto negativo de la concentración de solutos sobre el %PP se explica porque cuando la concentración de la solución aumenta por encima de un cierto valor, la entrada de sólidos comienza a ser significativa y la utilización de tiempos prolongados en el proceso (24h), permiten que se alcance un periodo en el que la salida de agua puede sufrir una desaceleración, pero la entrada de sólidos puede continuar, afectando el valor de %PP (Lenard y Flink, 1984a; Panadés et al., 1996). A altas concentraciones de SAC en el jarabe, se promueve la formación de una capa superficial de azúcar en la fruta, la cual afecta la transferencia de masa, además de que las altas concentraciones de azúcar aumentan considerablemente la viscosidad de la mezcla y disminuyen los coeficientes difusionales, haciendo necesario en algunos casos la agitación del medio (Palou, et al., 1993). Por lo tanto, las variables concentración de sacarosa, concentración de cloruro de calcio y relación jarabe/fruta, afectan de forma significativa los parámetros cinéticos (%PP, %PH y %PAw) en la osmodeshidratación de papaya en lonjas.

VIII. BIBLIOGRAFIA 

Jesus, B. M. (2011). PRINCIPIOS DE TRANSFERENCIA DE MASA EN

LA INGENIERIA DE ALIMENTOS. Lima-Peru: UNAC.

 José E. Zapata Montoya, L. M. (5 de mayo de 2002). Redalyc.org. Obtenido de http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=33906804