informe de difusividad y conductividad termica de la chirimoya
description
Transcript of informe de difusividad y conductividad termica de la chirimoya
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL
INFORME DE LABORATORIO
“FISICOQUIMICA”
“DENSIDAD Y DIFUSIVIDAD TERMICA DE LOS ALIMENTOS”
DECENTE : NILS L. HUAMAN CASTILLA
PRESENTADO POR :
- GISELA MILAGROS, AGUILAR JORGE
- YANDERYN LUCERO, AROHUANCA PÉREZ
- JORGE FERNANDO, PANTIGOSO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
Moquegua, 2012
INFORME N°02
1. INTRODUCCIÓN
La densidad es la masa de un cuerpo por unidad de volumen siendo sus dimensiones
(masa)/(longitud), es un indicativo de cómo la materia está organizada en un cuerpo, así los
materiales con estructura más compacta tienen mayor densidad.La densidad depende de la
temperatura y de la presión. Aunque la temperatura debe especificarse junto con la densidad, la
presión no es necesaria en caso de líquidos porque es prácticamente incompresible (Huaman, Guia
de laboratorio de Fisicoquimica densidad y difusividad de alimentos, 2012).
La medición de la dependencia de la difusividad térmica, α, con la temperatura tieneespecial
importancia práctica, ya que permite hacer cálculos que involucren flujo transitoriode calor.
Además, su determinación resulta útil en la selección y caracterización demateriales. Físicamente, α
indica como fluye el calor por el material. Cuanta más alta es ladifusividad térmica de una
sustancia, más alto es el ritmo de propagación del perfil detemperatura. Es decir, α relaciona flujo
de energía con gradiente de energía (Yañez, Marconi, Rubiolo, & Goyanes, 2001).
2. OBJETIVOS
- Determinar la densidad real de diferentes alimentos por el método de refractómetro
- Determinar la densidad aparente.
- Determinar la difusividad térmica de algunos alimentos mediante el método de
Dickerson.
3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
3.1 LA DENSIDAD
2
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
La densidad absoluta: se define como la relación de la masa por unidad de volumen
de un cuerpo a una temperatura determinada.
Donde:
m: masa en Kg, (SI)
V: volumen en m3 (SI)
La densidad absoluta es función de la temperatura y de la presión. La densidad de
algunos líquidos en función de la temperatura. La variación de la densidad de los líquidos
es muy pequeña, salvo a muy altas presiones y para todos los cálculos prácticos puede
despreciarse.(Juarez, Valencia, Ramirez, Lobato, & Bolaños, 2003)
A. Densidad relativa.
Densidad relativa: se define como la relación de la densidad absoluta de la
sustancia problema con respecto a la densidad absoluta patrón; lo que lleva a una
relación entre la masa de la sustancia problema a la masa de un mismo volumen de
agua destilada a la presión atmosférica y 4°C. Es evidente que la densidad relativa es
una magnitud adimensional:
Mediante el uso del picnómetro nos es posible determinar la densidad relativa.
Esto de hace pesando el picnómetro vacío perfectamente seco y restándolo de las
pesadas del picnómetro con la sustancia analizada y con agua destilada. Así, para un
mismo volumen se obtiene la masa de la sustancia estudiada y la masa del agua
destilada, aplicando la ecuación de densidad relativa.Las densidades de los líquidos se
3
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
miden por regla general, bien pesando un volumen determinado del líquido en un
frasco de densidades o picnómetro, o bien determinando el empuje que ejerce sobre
un determinado objeto sumergible introducido en un líquido (principio de
Arquímedes).(Juarez, Valencia, Ramirez, Lobato, & Bolaños, 2003)
B. Densidad en sólidos
Una característica importante de las partículas de sólidos (tanto las de pequeño
tamaño, polvos, como las grandes, frutas) es su densidad. Conviene comenzar
distinguiendo entre la densidad por unidad, a veces llamada densidad “real”,y la
densidad global o “aparente”. La primera es el promedio de la masa por unidad de
volumen de las partículas individuales. Se determina pesando las partículas en aire y
determinando su volumen por el desplazamiento de un líquido, generalmente agua. El
cociente peso (Kg) dividido por volumen (m3) constituye la densidad real. Si el
tamaño de la partícula es pequeño, se emplea un tubo de gradiente que se llena de dos
líquidos miscibles de diferentes densidades y se deja equilibrar durante varios días. Se
introducen en él perlas de vidrio de densidades conocidas, se mide la altura a que se
sitúan, a temperatura constante, y se constituye una grafica representando la densidad
en función de la altura. Calibrando así el gradiente, se introduce la muestra y se
determina su densidad basándose en la altura alcanzada en el tubo, por referencia a la
grafica de calibrado. La densidad “aparente” es muy inferior a la densidad por unidad
debido al gran número de espacios huecos que quedan entre las partículas. Se
determina del mismo modo que la densidad real, salvo que el producto se coloca en
un saco de plástico. A veces, para la determinación de volumen, se utiliza el
desplazamiento de semillas o arena. Así por ejemplo, el método patrón para
determinar el volumen de una hogaza de pan consiste en el desplazamiento de
semillas de colaza, que son pequeñas y esféricas y se empaquetan bien y
uniformemente.(Juarez, Valencia, Ramirez, Lobato, & Bolaños, 2003)
3.2 DIFUSIVIDAD TERMICA
4
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
La difusividad térmica, mide la tasa de difusión de calor en un material que posee
conductividad térmica, k [W m-1 °C-1], densidad, ρ [kg m-3] y calor específico, Cp [J kg-1
°C-1].(Ancco & Huaman, 2011)
La difusividad térmica es influenciada por el contenido de agua, Dickerson (1969) y
Choi y Okos (1986).
a. Métodos para
medir la difusividad térmica
- Método de la velocidad constante
En 1965, Dickerson construyo un aparato que emplea condiciones de
transferencia de calor transitorias y que solo requiere datos de tiempo
temperatura. Cuya formula y grafico del aparato son los siguientes:
FIGURA N°1: Grafico del aparato para medir difusividad térmica en alimentos.
FUENTE: (Huaman, Propiedades físicas de los alimentos ppt, 2012)
Cuando se grafican las curvas de penetración de calor experimentales sobre
papel semi-logarítmico se obtiene la siguiente expresión que nos permite estimar
5
1 12
2
2
2
1
01 4
exp/2
/2cos12
m n
mn
nn
nm
m
m
iS
S tlRJ
RrJlx
TT
TT
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
la difusividad térmica (Ball y Olson, 1957):
FIGURA N°2: recta para hallar la difusividad térmica en alimentos.
FUENTE: (Huaman, Propiedades físicas de los alimentos ppt, 2012)
Para recolectar y medir la difusividad térmica se puede usar los siguientes materiales
en el esquema presentado.
FIGURA N°3: Diagrama de equipos para medir la difusividad térmica en
alimentos.
6
Ordenador (Laptop)
Circulación del agua
Interfase DATATRACE
TEMP
Cedula de Difusión térmica
Baño Termostatizado
Termostato de recirculación
externa
Ordenador (Laptop)
Circulación del agua
Interfase DATATRACE
TEMP
Cedula de Difusión térmica
Baño Termostatizado
Termostato de recirculación
externa
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
FUENTE:(Huaman, Propiedades físicas de los alimentos ppt, 2012)
4. MATERIALES Y METODOS
1.1 LUGAR DE EJECUCION
Laboratorio de procesos de la escuela profesional de Ingeniería Agroindustrial
UNAM.
1.2 MATERIA PRIMA-INSUMOS
- Arroz
- Quinua
- Carne
- Leche
- Zumo de naranja
1.3 MATERIALES
- Tubo de cobre con tapas de teflón
- Probetas
- Baguetas
- 01 sistema de adquisición de datos modelo NOVUS.
1.4 EQUIPOS
- Refractómetro ABBY.
- Termómetro
- Balanza
- Laptop con el programa recolector de datos
- Datatrace Temp.
- 1 sistema de adquisición de datos modelo NOVUS.
- Baño térmico
- 04 sensores de temperatura tipo PT-100
7
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
1.5 METODOLOGIA EXPERIMENTAL
A. Densidad en alimentos
a) Determinación de la densidad real por refractometría
- Lave y enjuague bien el refractómetro
- Calibre con agua el refractómetro
- Una vez realizado esto, añada la muestra problema o el alimento y lea su
índice de refracción y sus solidos solubles
- Realice esto a 3 diferentes temperaturas de 25, 30 y 35°C
- Registre el valor del índice de refracción y calcule la densidad real
mediante la ecuación:
Dónde: S es el índice de refracción
b) Determinación densimétrica (densidad aparente)
8
Colocar las muestras en una probeta con agua
Registro del volumen y calculo
de la ρaparaente
MUESTRA DE ALIMENTO
Pesar las muestras
DIAGRAMA N°1: Determinación densimétrica (densidad aparente)
FUENTE: Elaboración propia
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
B. Difusividad térmica en alimentos
DIAGRAMA N° 2: Determinación de difusividad térmica en alimentos.
FUENTE: Elaboración propia
a) Determinación de la Difusividad Térmica.
9
MUESTRAS DE ALIMENTO
Adquisición de datos de acuerdo a su variación de
temperatura
Inserción de la termocupla dentro del abaño maría
Termocupla con muestra de alimento
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
-La difusividad térmica será determinada en un equipo especialmente armado,
considerando el diseño reportado por Poulsen (1982) y Gupta (1996). Este
consiste de un cilindro hueco de cobre de 200 mm de longitud y 27.0 mm de
diámetro, con un espesor de pared igual a 1 mm. En ambos extremos tiene
tapones de teflón. Ambos tapones son herméticos. Uno de los tapones tiene
un agujero en el centro, por donde se introduce y se sujeta la termocupla,
cuyo extremo llega al centro geométrico del cilindro, y por donde se registra
la temperatura de la muestra que es colocada en el del baño térmico.
-Al momento de introducir el cilindro en el baño térmico, se comienza a registrar
la variación de la temperatura del centro del cilindro y la temperatura del
baño térmico en función del tiempo, en el termómetro de precisión y
computadora para encontrar el valor F., se usaran las termocuplas tipo J, para
registrar las temperaturas en el interior de los cilindros.
-Se empieza a registrar mediante el sistema de adquisición de datos la variación
de la temperatura en el tiempo. Con los datos obtenidos se construyó la
curva tiempo (minutos) y logaritmo de la variación de la temperatura (°C) y
utilizando la pendiente de ecuación, se obtiene la difusividad de la ecuación
citada por (Ball y Olson, 1957).
10
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
5. RESULTADOS Y DISCUSIONES
3.3 RESULTADOS DE DENSIDAD
A. DENSIDAD REAL
Producto Indice de refracción (s) ρ real (g/ml)
Leche 1.3455 1.2217
Zumo de durazno 1.3425 1.1983
TABLA 1: Densidad real de la leche y el zumo de durazno
FUENTE: Elaboración propia
Producto Vo(ml) Vf (ml) V (ml) Masa (gr) ρ (gr/ml)
Carne 110 141 31 22.9 0.7387
Quinua 110 121 11 11.7 1.0636
Arroz 110 124 14 20.1 1.4357
TABLA 2: Densidad real de la carne, quinua y arroz
FUENTE: Elaboración propia
B. VALORES DENSIMETRICOS (APARENTE)
ProductoMasa del
volumen (g)
Volumen
(ml) (g/ml)
Zumo de durazno 154.9 155 0.9993
Leche 188.7 189 0.9984
Carne 90.1 105 0.8581
Quinua 42.2 45 0.9377
Arroz 68.2 80 0.8525
TABLA 3: Densidad Aparente de los productos utilizados
FUENTE: Elaboración propia
11
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
C. POROSIDAD
Producto ρ aparente ρ real PorosidadZumo 0.9993g/ml 1.198g/ml 16.58 Leche 0.9984g/ml 1.2217g/ml 18.27 Carne 0.8581g/ml 0.7387g/ml 0.1616
Quinua 0.9377g/ml 1.0636g/ml 0.1183 Arroz 0.8525g/ml 1.4357g/ml 0.4079
TABLA 4: Porosidad de los productos
Fuente: Elaboración propia
D. DISCUSIONES
En la densidad aparente del arroz tenemos 0.85g/ml y en DEPOSITO DE
DOCUMENTOSDE LA FAO producida por: departamento de agricultura a 25
°C, O.8 A 0.85 g/ml, lo cual indica que nuestro resultado esta dentro de los
parámetros establecidos y es aceptable considerarlo como valido.
La densidad de la leche puede fluctuar entre 1.028 a 1.034 g/cm3 a una
temperatura de 15ºC; su variación con la temperatura es 0.0002 g/cm3 por cada
grado de temperatura. En nuestro trabajo encontramos la densidad real de la
leche: 1.2217g/ml y su densidad aparente: 0.8581g/ml. Estos valores comparados
con datos ya establecidos nos demuestra que hay una gran diferencia esto se
puede deber a que tubo un cierto grado de alteración por parte del proveedor o
también se podría considerar defectos en el calculo de dicho dato o la
temperatura.
La quinua tiene una densidad aparente en nuestro trabajo de 0.9377g/ml y una
densidad real de 1.0636, pero encontramos en una página de internet un trabajo
realizado a partir de un secador rotatorio encontrando como densidad real 0.68
g/ml3 y densidad aparente 0,7289 g/ml3. La diferencia que muestran estos datos
tal vez es causada por que no se hizo uso de un agitador o un defecto en el
calculo de los datos como por ejemplo en tomar datos errados del peso de la
muestra, también puede que influya la temperatura.
12
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
En el zumo de durazno o néctar de durazno la densidad real encontrada en el
trabajo es de 1.198g/ml g/ml y su densidad aparente de 0.9993g/ml pero como el
néctar fue comprado en una tienda los normas son estándares para este néctar y
encontramos en la Dirección Nacional de Aduanas "NECTAR DE DURAZNO
WATT'S Corresponde a una bebida preparada por dilución en agua de jugo y
pulpa de durazno, adicionada de azúcar, goma xantan, vitamina C, aroma de
durazno artificial, etc. Grados Brix = 14,8 a 20ºC, Densidad = 1,0576 a 20ºC.
La carne que fue estudiada estuvo en estado molido se densidad real es de
0.7387096 g/ml y la densidad aparente 0.8581g/ml pero Sweat (1985) halla la
densidad a 23 °C de 1,248 g/ml. Este resultado tal vez muestre esta diferencia de
datos debido a la influencia de temperaturas por lo que podríamos considerar este
dato como aceptable.
1
-0.2 0.81
arroz 0.85
leche 1.028
quinua 0.68
zumo 1.075
carne 1.248
Comparacion de densidades reales
FIGURA N° 4: Comparación de densidades
Fuente: Elaboración propia
13
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
0.67 0.72 0.77 0.82 0.87 0.92 0.97 1.02 1.0714.5
16.5
18.5
20.5
22.5
24.5
26.5
25
15
20
27
densidad
tem
pera
tura
FIGURA N° 5: Temperatura – densidad de las muestras
Fuente: Elaboración propia
3.4 RESULTADOS DE DIFUSIVIDAD
A. DIFUSIVIDAD TERMICA DEL ARROZ
14
TABLA 5: Tiempo - temperatura
Fuente: Elaboración propia
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
B. DIFUSIVIDAD TERMICA DEL ZUMO
15
TABLA 6: Difusividad térmica del arroz -tiempo
Fuente: Elaboración propia
TABLA 7: Tiempo - temperatura
Fuente: Elaboración propia
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
C. DIFUSIVIDAD TERMICA DEL CARNE
16
TABLA 8: Difusividad térmica del zumo -tiempo
Fuente: Elaboración propia
TABLA 9: Tiempo - temperatura
Fuente: Elaboración propia
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
D. DIFUSIVIDAD TERMICA DE LA LECHE
17
TABLA 10: Difusividad térmica del carne -tiempo
Fuente: Elaboración propia
TABLA 11: Tiempo - temperatura
Fuente: Elaboración propia
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
E. DIFUSIVIDAD TERMICA DE LA QUINUA
18
TABLA 12: Difusividad térmica del leche -tiempo
Fuente: Elaboración propia
TABLA 13: Tiempo - temperatura
Fuente: Elaboración propia
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
F. DISCUCIONES
En el caso de la carne la difusividad es de α=7.29881-8 cm/s a una temperatura
de baño de 30 °C y en SWEAT (1985) la difusividad de la carne es de 1.49
m/s.
La leche tiene una difusividad de 1.2730-.7 a una temperatura de baño de 35 ° C
Y en SWAT 1996 CHOI Y OKOS (1986) es de 0.1978 m/s.
En la quinua nuestra difusividad es de 3.4624-8 a una temperatura de baño de 30
°C y en huamán y salas. cienciagro | vol.2 nr.3 (2012) 331-340. La difusividad
térmica de la quinua es de 8,4 x 10-8 a 30°C
19
TABLA 14: Difusividad térmica del quinua -tiempo
Fuente: Elaboración propia
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
El arroz tiene una difusividad térmica de 2.6854-8 y en la facultad de industrias
alimentarias. ING. Laura linares con resultados del data trace obtiene 0.4897
m/s.
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Los resultados obtenidos durante esta practica de laboratorio comparados con otros datos
que se tomo de referencia indican que los datos están variando en cuanto a su valor debido
a las condiciones con las cuales se llevo a acabo las practicas en el laboratorio, por ejemplo
influye en nuestros resultados la temperatura con la cual se realizo este proceso de
determinación de densidad como también de la Difusividad, lo mas recomendable es que se
realicen a una misma temperatura y si es posible coincida con la de nuestros dato de
referencia.
Los datos obtenidos de Difusividad tienen un margen muy grande de variación, es posible
que esto suceda por que el análisis de los valores no se realizo de la mejor manera ni
empleando lo requerido para que esto nos de resultados satisfactorios. La falta de
instrumentos de laboratorio requeridos es una parte importante parte en la variación de los
datos adquiridos.
20
UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL
7. BIBLIOGRAFÍA
Ancco, T., & Huaman, N. (2011). Determinacion de la difusividad termica en carne de
alcapa(lama pacos) en congelacion. Cienciagro, 297-302.
Huaman, N. (2012). Propiedades físicas de los alimentos ppt. Moquegua.
Huaman, N. (2012). Guia de laboratorio de Fisicoquimica densidad y difusividad de
alimentos. Moquegua.
Juarez, M., Valencia, G., Ramirez, J., Lobato, L., & Bolaños, E. (2003). Guia de laboratorio
de fisicoquimica de alimentos.
Yañez, R., Marconi, J., Rubiolo, G., & Goyanes, S. (8 de 2001). Nuevo dispositivo para
medicion de difusividad termica. Buenos Aires.
21