UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ MARÍA ARGUEDAS FACULTA FACULTAD DE INGENIERI IN GENIERIA A ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL AGROINDUSTRIAL
PRACTICA N° 01 “TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN LEY DE FOURIER” LABORATORIO DE INGENIERÍA DE OPERACIONES AGROINDUSTRIALES PRESENTADO POR: LACE RAMOS, B!"#$% RODAS &UAMAN, D$'( LOA ORTEGA, R)*$+! DOCENTE: &UARACA APARCO, R)'!
TALAVERAANDA&UAYLASPERU -01.
1/ INTRODUCCIÓN Hoy en día, en la física, a éste flujo de calor, más propiamente transferencia de calor, se le define como el proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se puede transferir por convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. a conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido! es lo que "ace que el mango de una varilla se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. a convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y calientes! es lo que "ace que el agua de una caldera se caliente uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama. a radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética #generalmente infrarroja$! es el principal mecanismo por el que un fuego calienta una "abitación. %e las tres formas de transferencia de calor, la que más "a gestado discusiones y dicotomías "a sido la teoría de transferencia de calor por radiación electromagnética. A continuación discutimos los diversos aportes que se "an "ec"o en la teoría de la transferencia de calor, desde la ley de enfriamiento de &e'ton "asta la formulación de (lanc) para la radiación de un cuerpo negro, teniendo en cuenta las inconsistencias y las conjeturas a las que se "an llegado, por el acercamiento desde la física clásica, "asta los primeros indicios de la teoría cuántica. # R/ SERAY -00-
2.
OBJETIVOS o
o
o
Estimar el calor específico de un alimento utili*ando el modelo de +iebel. eali*ar balance de energía en sistemas abiertos. -alcular la conductividad térmica de eperimentalmente utili*ando la ey de /ourier.
un
material
2/ MARCO TEÓRICO !/ MECANISMO: a transmisión de calor por conducción puede reali*arse en cualquiera de los tres estados de la materia! sólido líquido y gaseoso. (ara eplicar el mecanismo físico de la conducción, pensemos en un gas en el que eiste un gradiente de temperaturas y no "ay movimiento global. El gas ocupa todo el espacio entre las dos superficies como se muestra en la figura 0. Asociamos la temperatura del gas en cualquier punto con la energía que poseen sus moléculas en las proimidades de dic"o punto. -uando las moléculas vecinas c"ocan ocurre una transferencia de energía desde las moléculas más energéticas a las menos energéticas. En presencia de un gradiente de temperaturas la transferencia de calor por conducción debe ocurrir en el sentido de la temperatura decreciente, esto es en la dirección positiva del eje de las . En los líquidos la situación es muy similar que en los gases, aunque las moléculas están menos espaciadas y las interacciones son más fuertes y frecuentes. En los sólidos la conducción se produce por cesión de energía entre partículas contiguas #vibraciones reticulares$. En un sólido no conductor la transferencia de energía ocurre solamente por estas vibraciones reticulares, en cambio en los sólidos conductores se debe también al movimiento de traslación de los electrones libres. a conducción en un medio material, go*a pues de un soporte, que son sus propias moléculas y se puede decir que macroscópicamente no involucra transporte de materia.
F$34#! 1: Asociación de la transferencia de calor por conducción con la difusión de energía debida a la actividad molecular.
5/ TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN EN RÉGIMEN ESTACIONARIO Y FLUJO UNIDIRECCIONAL/ LEY DE FOURIER: a conducción es el 1nico mecanismo de transmisión del calor posible en los medios sólidos opacos. -uando en estos cuerpos eiste un gradiente de temperatura en la dirección , el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura, siendo el calor transmitido por conducción 2) , proporcional al gradiente de temperatura d3 d , y a la superficie A , a través de la cual se transfiere, esto es!
En donde 3 es la temperatura y la dirección del flujo de calor #no el sentido$. El flujo real de calor depende de la conductividad térmica ), que es una propiedad física del cuerpo, por lo que la ecuación anterior se puede epresar en la forma! En la que si la superficie A de intercambio térmico se epresa en m4, la temperatura en 5elvin #5$, la distancia en metros y la transmisión del calor en 6 , las unidades de ) serán 6 7m5 . a ecuación 0 se conoce como ey de /ourier.
6/ PARED PLANA: 8na aplicación inmediata de la ley de /ourier corresponde al caso de la transmisión del calor a través de una pared plana. -uando las superficies de la pared se encuentran a temperaturas diferentes, el calor fluye sólo en dirección perpendicular a las superficies. +i la conductividad térmica es uniforme, la integración de #0$ proporciona! */ CALOR ESPECÍFICO: a capacidad calorífica específica, calor específico o capacidad térmica específica es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que "ay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico
para elevar su temperatura en una unidad, ésta se mide en varias escalas. En general, el valor del calor específico depende del valor de la temperatura inicial. %e forma análoga, se define la capacidad calorífica como la cantidad de calor que se debe suministrar a toda la masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad #)elvin o grado -elsius$.
/ LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA: Es una propiedad física que describe la capacidad de un material de transferir calor por conducción, esto es, por contacto directo y sin intercambio de materia. Es una magnitud intensiva #no depende de la cantidad de materia$ y la propiedad inversa es la resistividad térmica. a energía térmica siempre fluye de forma espontánea de mayor a menor concentración, esto es, de caliente a frío. Esto implica que la transmisión de calor por conducción se da de un cuerpo a otro que está a menor temperatura o entre *onas de un mismo material pero con temperatura diferente.
7/ MATERIALES, E8UIPOS E INSUMOS/ !/ MATERIALES
9asos precipitados
(robeta
Agua destilada
ec"e en polvo
5/ E8UIPOS
Anali*ador de "umedad Estufa
9/ PROCEDIMIENTO EPERIMENTAL !/ E'"$;!6$<+ *= 6!=)# '>6$?$6) @C> * =)' !=$;+")'
(repare tres soluciones de lec"e reconstituida #lec"e en polvo : agua$. -ada solución debe tener una concentración diferente.
Estime el calor específico #-p$ de cada solución. 8tili*ando el modelo de +iebel.
Encienda la estufa y espere a que se estabilice la temperatura.
En un envase de aluminio pese 4;; ml de agua y anote su temperatura #3i$. -aliéntela en la estufa anteriormente pre calentada por < minutos. Anote la temperatura final de agua #3f$.
8se los datos para estimar el calor entregado por la estufa #q=m>-p>?3f@3i$ utili*ando como calor especifico del agua -p=0B387lb.5=C0D.DF7)g.5
5/ D!")': o
C!=64=) M!4$+!
H = <.<;G
( inicial = < gramos
( final = 4.;; 3 inicial = 0I 3 final = 44I J agua = 0.; )g7m
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C!=64=!+*) 6!=)# "#!'?#$*) q=m>-p>d3 q = ;.;;;404)g>00;;;M.<F7)g.5>#4N5@44)$ q = M;<.C4 F o
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C> >#$;+"!= 0D4.DD F75g.5
/ CONCLUSIONES En conclusión llegamos a obtener lo que planteamos en el objetivo y mostramos en los resultados, no pudimos llegar a comparar las muestras debido al tiempo de práctica en el laboratorio.
a lec"e cruda decepcionada en una planta, debe cumplir todos los requisitos tanto fisicoquímicos como microbiológicos establecidos por las normas técnicas peruanas. +e considera al tratamiento térmico un punto crítico de control, para garanti*ar la inocuidad de los productos procesados en una planta de lácteos. El tratamiento térmico reali*ado en una planta de lácteos es diferente para cada destino de la lec"e, esto se da en función del proceso tecnológico de destino, pero en todos los casos el tratamiento térmico garanti*a la inocuidad de la lec"e.
a reali*ación de operaciones como "omogeni*ación y estandari*ación de la lec"e va depender del destino de esta.
./ DISCUSIONES o
o
o
o
S3+ @BE8-HE 0$ El calor específico de la lec"e es variable seg1n su contenido graso. El valor medio para la lec"e entera es de ;.< cal7g O-, para la lec"e desnatada de ;.N cal7g O- y para la nata con un C; G de materia grasa de ;.D cal7g O-. En el rango de temperatura se considera que el mismo es constante. S3+ @BE8-HE 0 3ensión superficial de la lec"e: a tensión superficial de la lec"e desnatada varía con la temperatura, para la lec"e desnatada a ; O- es de NN,; dinas7cm y para la lec"e entera es de N< dinas7cm. a diferencia se debe a que la materia grasa ejerce un efecto depresivo sobre la tensión superficial que disminuye proporcionalmente a la rique*a en grasa de la nata. +e produce un aumento de la tensión superficial por el +imulador %inámico de 3iempo eal CD calentamiento, la agitación y la "omogenei*ación. a liberación de ácidos grasos en la "idrólisis "ace disminuir considerablemente la tensión superficial. S3+ @BE8-HE 0 a viscosidad de la lec"e es función del n1mero y tamaPo de las partículas y también de la temperatura. a viscosidad de la lec"e entera es de 4.0 centipoise y de la lec"e desnatada es 0.D centipoise. a viscosidad de la lec"e desnatada disminuye proporcionalmente con el tratamiento térmico "asta 4 O-, temperatura a partir de la cual los tratamientos térmicos tienen el efecto de aumentar la viscosidad. S3+ #BE8-HE 0$ a conductividad eléctrica de la lec"e normal o entera es del orden de los ;.;;N o"m@0 a 4N O-. Q Rndice de refracción de la lec"e ! El índice de refracción de la lec"e a 4; O- tiene un valor medio de 0.
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