UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA E.A.P. Ingenieria agroindustrial
CURVAS DE CONGELACION DEL AGUA Y SOLUCIONES BINARIAS PRACTICA N°01
Alumnas: -
LAZA LAZARO RO CAJU CAJUS SOL Je Jenife niferr SAL SALVADOR ADOR REYE REYES S Reb Rebe ea a
!r"#es"r: In$% Gilber& R"'ri$ue( Curs": INGENIERIA DE !ROCESOS AGROINDUS)RIALES
, UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SAN)A *aul&a' 'e In$enier+a E % A % ! I n $ e n i e r + a A $ r " i n ' u s & r i al
CURVAS DE CONGELACION DE AGUA Y SOLUCIONES BINARIAS
I% IN)RODUCCION: El unto de !ongela!i"n es a#uel $o$ento en #ue una sustan!ia !a$%ia de estado l&#uido a s"lido' en sustan!ias uras !o$o el agua este unto es !onstante( ero en solu!iones %inarias o $)s !o$o en los ali$entos en general la !on!entra!i"n de los s"lidos solu%les del ali$ento
au$enta
en
el
agua
no
!ongelada
re$anente(
esta%le!i*ndose as& un unto de !ongela!i"n $)s %a+o ara !a$%ios de ,ase adi!ionales. Es de!ir( el unto de !ongela!i"n ser) in,erior al del agua - aria%le. En el agua ura la te$eratura dis$inu-e a $edida #ue el !alor se re$uee del siste$a /asta #ue se al!ana el unto de !ongela!i"n. Luego de una e#uea !antidad de so%reen,ria$iento( la te$eratura er$ane!e !onstante $ientras se retira el !alor latente del siste$a de agua. En el resente in,or$e se da a !ono!er la !ura de !ongela!i"n del agua ura( $ostrando $ediante gr)2!os( el !o$orta$iento #ue tiene a $edida #ue la te$eratura dis$inu-e( as& $is$o se resentan las !uras de !ongela!i"n ara solu!iones %inarias a di,erentes !on!entra!iones( not)ndose as& la in3uen!ia #ue e+er!e la !on!entra!i"n de la solu!i"n en el des!enso
de
la
te$eratura. Ca%e resaltar #ue ara realiar el estudio de las !uras de !ongela!i"n se /io uso lio2liador( el !ual er$iti" !al!ular las aria!iones de te$eratura #ue su,r&a la solu!i"n en un interalo de tie$o.
II% OBJE)IVOS: - De&erminar las ura 'e "n$elai.n 'el a$ua /ura%
del
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- De&erminar la ura 'e "n$elai.n a 'i#eren&es "nen&rai"nes 'e saar"sa 1 sal% - C"m/arar 1 'isu&ir las 'i#erenias en&re las uras 'e&ermina'as% III% 2ARCO )EORICO: Las !uras de !ongela!i"n roor!ionan in,or$a!i"n 4til a!er!a de ro!eso de !ongela!i"n rela!ionando te$eraturas del rodu!to !on el !alor e5tra&do o tie$o de !ongela!i"n. Si se reresentan las aria!iones #ue su,ren durante la !ongela!i"n( las te$eraturas del agua - de una solu!i"n %inaria donde se o%tienen !uras !o$o las de la 6igura 1. Figura 1: Curvas de congelación del agua y de una solución binaria
Cura 'e "n$elai.n: OD: E5tra!!i"n de !alor sensi%le( desde el origen de la !ura al unto D lo #ue rodu!ir) un des!enso uni,or$e de la te$eratura. D: Punto de so%re 7 en,ria$iento ne!esario ara la nu!lea!i"n DE8 Calenta$iento rodu!ido or la li%era!i"n de !alor del n4!leo lo !ual !ontri%u-e al !re!i$iento de !ristales E6 Ca$%io de estado 9l&#uido a solido:
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No se realia a te$eratura !onstante de%ido a #ue !on,or$e se a !ristaliando el agua( la !on!entra!i"n de la solu!i"n a in!re$ent)ndose !on el !onsiguiente de!re!i$iento del unto de !ongela!i"n. *: La ,ase li#uida se satura !on el soluto - e$iea la nu!lea!i"n de la solu!i"n so%resaturada *G: Calenta$iento rodu!ido or la li%era!i"n de !alor or !ristalia!i"n del soluto G: Te$eratura eut*!ti!a .Se de2ne el unto eut*!ti!o !o$o la te$eratura $)s alta a la #ue una $)5i$a !ristalia!i"n de agua soluto uede o!urrir( en un siste$a a!uoso. El ter$ino !rio/&dri!o se ali!a solo !uando el solente es agua( siendo el ter$ino $)s general el de eut*!ti!o( #ue es ali!a%le a !ual#uier solente. G4: Ca$%io de estado de la solu!i"n so%resaturada en donde la !ristalia!i"n de agua - soluto es roor!ional or lo #ue la !on!entra!i"n no ariara siendo or lo tanto un ro!eso a te$eratura !onstante. Se realia la !on!entra!i"n !orresondiente al unto eut*!ti!o. 4: La !ristalia!i"n de la solu!i"n so%resaturada es !o$leta 4I: Al ser todo s"lido( - seguir e5tra-endo !alor( solo se rodu!ir) una dis$inu!i"n de la te$eratura( or li%era!i"n de !alor sensi%le
En el !aso del agua ura( desu*s de la so%re,usi"n 9S: o!urre la ,or$a!i"n de los !ristales de /ielo - li%era!i"n de !alor( la te$eratura su%e a 0°C 9unto !rios!"i!o: - er$ane!e !onstante durante toda la !ristalia!i"n. Cuando toda el agua se trans,or$" en /ielo se ini!ia el des!enso de la te$eratura a una $ar!/a $)s r)ida or#ue el !alor ese!&2!o del /ielo es in,erior al del agua. Se de2ne al unto !rios!"i!o !o$o el unto en el !ual el agua de un ali$ento !o$iena a !a$%iar de estado. L"gi!a$ente la ,or$a e5a!ta de las !uras de !ongela!i"n en una solu!i"n $e!lada estar) in3uen!iada or las !antidades de los diersos
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!o$onentes( sus solu%ilidades en resen!ia de los otros - sus e,e!tos so%re el unto de !ongela!i"n. El unto eut*!ti!o 2nal es al!anado solo !uando la 4lti$a de las sustan!ias disueltas al!ana su unto de satura!i"n - en $e!la de solu!iones la or!i"n sin !ongelar en ese unto( ta$%i*n estar) saturada !on rese!to a todos los otros !o$onentes. Por lo tanto( el unto eut*!ti!o de la $e!la de%er) ser $enor al del !o$onente de $)s %a+o unto eut*!ti!o. A $edida #ue la elo!idad de !ongela!i"n au$ento las di,erentes etaas #ue !onstitu-en la !ongela!i"n an siendo $enos aarentes( /asta #ue al llegar a las elo!idades $)s altas de e5tra!!i"n de !alor donde ellas no se distinguen.
IV% 2A)ERIALES Y 2E)ODOS: A% 2a&eriales: - ,66$ Saar"sa 7a(8ar blana9 - ,6 $ 'e Cl"rur" 'e s"'i" 7Sal9 - A$ua /ura n - C;mara 'e "n$elai.n 'el li"
- Sis&ema 'e me'ii.n 'e &em/era&ura Da&a l"n$er - )erm.me&r" - Balan(a anal+&ia - 60 2a&ra( Erlenme1er 0=6 ml - Varilla 'e i'ri" - Cin&a aislan&e ne$ra
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7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 B% 2>&"'"s: 7
7 7 7
7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
Cura 'e "n$elai.n 'el a$ua /ura: En,riar la !)$ara del lio2liador /asta 7;<°C. En la %ande+a del lio2liador erter =00 $l de agua ura. U%i!ar los sensores de te$eratura del lio2liador( ara #ue no tenga !onta!to dire!to !on la la!a !olo!ar un edao de !art"n de%a+o. Colo!ar la la!a en el !ongelador - realiar el segui$iento de la te$eratura or segundo. Congelar /asta los 71<°C. Al 2naliar ealuar el !ongelado( durea( te5tura. 7
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Cura 'e "n$elai.n 'e s"lui.n a(uara'a: 7 Prearar solu!iones de sa!arosa a !on!entra!iones de 10 - 1<> eso? olu$en. 7 Verter so%re las la!as del lio2liador a 7;<°C. 7 Congelar /asta 7=<°C. 7 Retirar( o%serar - alar durea - te5tura !o$arando !on la del agua. 7 Reetir el ro!eso ara la solu!i"n !on sal al <>. 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
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CURVA DE CONGELACION: AGUA !URA 1<
10
<
)E2!ERA)URA 7C9
0
0
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=0
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0
B0
7<
710
71<
)IE2!O 7min9
V% ESUL)ADOS: 7
B
A
En la !ura de !ongela!i"n del agua ura( se are!ian tres regiones. Pri$ero un des!enso de te$eratura en la regi"n de en,ria$iento l&#uido( a#u& R se ierde !alor sensi%le( /asta el unto A 9so%re,usi"n:( a artir de A( la te$eratura au$enta de%ido a #ue la eli$ina!i"n del !alor latente de ,usi"n es $a-or #ue la eli$ina!i"n de !alor del siste$a. La te$eratura au$enta /asta ( unto donde se ini!ial el !ongela$iento 9solidi2!a!i"n: de la $uestra. 6inal$ente es 4lti$o tra$o $uestra el en,ria$iento del /ielo. El /un&" 'e s"bre#usi.n /ara el a$ua /ura #ue 'e -,C% El /un&" 'e
CURVA DE CONGELACION: Saar"sa = 1 a$ua /ura 1<
10
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)E2!ERA)URA 7C9
0
0
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=0
;0
@0
<0
7<
710
71<
)IE2!O 7min9 S a! aro sa 10 >
-
a gua
0
B0
0
Co$arando las !uras de !ongela!i"n del agua - la solu!i"n de sa!arosa se o%sera #ue el unto de !ongela!i"n de la solu!i"n de sa!arosa <> n" es laramen&e 'is&in$uible( se are!ia si$le$ente una !ura !on endiente !onstante. A di,eren!ia del agua donde se are!ia las onas de erdida de
CURVA DE CONGELACION: Saar"sa ,= 1 0= La ura 'e "n$elai.n 'e la saar"sa ,= 7AZUL9 /resen&" una &em/era&ura 'e s"bre#usi.n 'e -,%0 1 una el"i'a' 'e "n$elai.n 'e 6%?5Cmin
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&em/era&ura 7C9
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7<
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71<
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@0
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La ura 'e "n$elai.n 'e la s"lui.n saar"sa 0= 7NARANJA9 /resen&" una &em/era&ura 'e s"bre#usi.n 'e-0%0C 1 una el"i'a' 'e en#riamien&" 'e 6%@Cmin% Se o%sera !lara$ente #ue a $a-or
7=0
A5is Title
CURVA DE CONGELACION : Sal = 1 a$ua /ura =0
En la ura 'e "n$elamien&" 'e la s"lui.n "n sal al = el /un&" 'e s"bre #usi.n se 'i" a l"s -5%C la el"i'a' 'e "n$elamien&" 'e la mues&ra #ue 'e 6%55Cmin%
1<
10
<
)E2!ERA)URA 7C9
0
0
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=0
;0
@0
7<
710
71<
7=0
)IE2!O 7min9
<0
0
B0
En !o$ara!i"n !on la !ura del agua ura( la solu!i"n salina resento un $enor unto de so%re,usion - $a-or elo!idad de !ongela$iento.
- C"m/arai.n al &a&": 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
El agua ura resent" $a-or durea #ue la de la solu!i"n !on sal al <>. ientras #ue la %ande+a del agua !ongelo 9solidi2!o: en un 100> la de la solu!i"n !on sal tenia aun una !aa !on solu!i"n.
7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
VI% DISCUSION:
7 - El des!enso del unto de !ongela!i"n de una solu!i"n diluida deende de la !on!entra!i"n de soluto - del tio de solente utiliado. Las roiedades #ue deenden rin!ial$ente del n4$ero de art&!ulas disueltas en lugar de la naturalea de estas art&!ulas se lla$an roiedades !oligatias 7Os"ri" 0669% 7 - La deter$ina!i"n del unto !rios!"i!o de %asa en el /e!/o de #ue las sustan!ias diluidas en un l&#uido uro roo!an un des!enso del unto de !ongela!i"n( el !ual es dire!ta$ente roor!ional a la !on!entra!i"n de soluto e inersa$ente roor!ional a su eso $ole!ular 7C"enin ,?9% 7 - Cuando se en,r&a un disolu!i"n !o$arando el !o$orta$iento del agua ura !on el de la disolu!i"n( la ,ase s"lida no aare!e /asta #ue la te$eratura /a llegado a $enos de 0FC' lo #ue signi2!a #ue la te$eratura de !ongela!i"n de la disolu!i"n es $enor #ue la del agua ura. Este des!enso de la te$eratura de !ongela!i"n deende de la !antidad de soluto resente' !uanto $)s soluto /a-a disuelto( $enor ser) la te$eratura de !ongela!i"n 7C"nn"r ,09% 7 - A me'i'a Fue se 'esarr"llaba la /r;&ia se en"n&r. Fue l" 'i" /"r C"enin 1 C"nn"r era ier&" 1a Fue a ma1"r "nen&rai.n 'e sus&ania es 'eir a ma1"r an&i'a' 'e s"lu&" 'isuel&" en la s"lui.n el /un&" 'e "n$elai.n 'isminuir; l" ual se reHe. en la $r;<a /resen&a'a en l" resul&a'"s &an&" /ara el as" 'e la saar"sa "m" en el as" 'e la s"lui.n salina% 7 7 Seg4n Leis 7,39 !uando se eli$ina energ&a del agua ura( la te$eratura des!ender) - a 0FC el /ielo e$ear) a seararse. La te$eratura er$ane!er) !onstante $ientras el !alor latente es eli$inado /asta #ue toda el agua se !ongela. La te$eratura del /ielo des!ender) enton!es. 7 - El ro!eso de !ongela!i"n in!lu-e una serie de ,ases8 Su%en,ria$iento( Nu!lea!i"n( Cre!i$iento de !ristales .Durante la !ongela!i"n estas dos 4lti$as etaas se solaan en el tie$o( ero es osi%le !ontrolar la elo!idad relatia de !ada una de ellas - de esa ,or$a( $odi2!ar las !ara!ter&sti!as del siste$a 2nal. 7Kuis/e 06,09 7 7 Al inii" 'e la /r;&ia se i(" una ura 'e "n$elai.n /ara el as" 'el a$ua /ura la ual "nuer'a "n l" in'ia'" an&eri"rmen&e /"r Leis 1a Fue el /un&" " el $ra'" '"n'e el
a$ua /ura "mien(a su "n$elai.n es a 6C l" ual mara la 'i#erenia "n las s"lui"nes binarias las uales /"seen un /un&" in#eri"r 'e "n$elai.n% As+ mism" se /ue'e se /u'" "bserar la e&a/a 'e nuleai.n '"n'e se baa 'e &em/era&ura 7 6C9 1 lue$" se es&abili(a% 7 Seg4n Baer 1 Bal'in 7,59 el alor del unto de !ongela!i"n de una solu!i"n de sa!arosa a una !on!entra!i"n del 1<> es de G 1(0@°C. 7 7 7 !un&"s 'e C"n$elamien&" 'e "nen&rai"nes 'e al$unas sus&anias 1 'e saar"sa en s"lui"nes 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 Seg4n Mrber 7,?9 interolando el alor del unto de !ongela!i"n de una solu!i"n de sa!arosa a una !on!entra!i"n del =<> es de 7=.1FC( $u- !er!ano al alor o%tenido en r)!ti!a de 7=.1°C. 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
7 7 7
VII% CONCLUSIONES: 7 7 A $a-or !on!entra!i"n de una sustan!ia diluida en agua( $enor ser) su unto de !ongela!i"n en !o$ara!i"n !on la del agua( esto se de%e a #ue !uando se aade sal 9or e+e$lo: al agua( se disuele en iones de sodio - !loro. Estos iones se unen !on el /idr"geno - los iones de /idr"5ido de los #ue est) /e!/o el agua( ,or$ando e#ueas !antidades de )!ido /idro!l"ri!o( o HCl( e /idr"5ido de sodio( o NaOH lo !ual roo!a #ue algo del agua sea re$oida e,e!tia$ente del siste$a( - a/ora sea arte de un !o$uesto #u&$i!o di,erente -( or lo tanto( no est* disoni%le ara el ro!eso de !ongela$iento. De%ido a #ue /a- $enos agua ara utiliar( la ,re!uen!ia de !ongela$iento dis$inu-e( - el /ielo en el siste$a !o$iena a ,undirse - ara oder retener el e#uili%rio( la te$eratura se de%e dis$inuir ara a!o$odar el !a$%io en las ,re!uen!ias. La adi!i"n de sal al agua or lo tanto dis$inu-e el unto de !ongela$iento( re$oiendo algo de agua del ro!eso. 7
VIII% BIBLIOGRA*IA: 7 7 !LANM R% ,?3% El em/le" 'e #ri" en la in'us&ria 'e alimen&"sP E'i&"rial Reer&e S%A% Barel"na% Es/aQa
LEIS 2% ,3% !r"/ie'a'es *+sias 'e Alimen&"s 1 Sis&emas 'e !r"esamien&" 'e Alimen&"s% E'i&"rial Aribia S%A% Zara$"(a% Es/aQa 7 *ELLOS !% ,5% )en"l"$+a 'el /r"esa'" 'e l"s a limen&"s: !rini/i"s 1/r;&ias% E'i&"rial Aribia% Zar a$"(a Es/aQa% 7
GRUDA Z !OS)OLSMI J% ,?% )en"l"$+a 'e la "n$ elai.n 'e l"s alimen&"s%E'i&"rial Aribia S%A% Zara$"(a Es/aQa% 7
