PORTADA……………………………………………………...……………………… 1 DATOS PERSONALES……………………………………………………................. 2
INTRODUCCION ……………………………………………………………………. 6
OBJETIVOS ………………………………………………………………………...… 6
SILABO ………………………………………………………………………………...7
UNIDAD DIDACTICA 1 ……………………………………………………………. 19 SEMANA 1
Clase Teórica: “Presentación del silabo, recomendaciones para el cuidado de las actividades semestrales de la asignatura” ………………………………………. 20 SEMANA 2
Clase Teórica: “Introduccion, definición de Ingenieria de alimentos, consideraciones para el desarrollo de la asignatura” ……………………………. 21
Clase Práctica: “Investigar la venta de productos IQF en el Perú” ……………. 29 SEMANA 3
Clase Práctica: “Mecanismos de Transferencia de calor, Informe de la Primera práctica” …………................................................................................................ 38
SEMANA 4
Clase Teórica: “Transferencia de calor (estado estable), ecuación general de la transferencia de calor,Mecanismosde Conducción” ……………………………61
Clase Práctica: “Instrumentos de Medición de temperatura, Transmisión de calor por Conducción, Informe de la Segunda práctica” ……………………………… 68
CONCLUSIONES: 1ra UNIDAD ………………………………………….......... 96
REFERENCIASBIBLIOGRAFICAS: 1raUNIDAD………………….............. 97
UNIDAD DIDACTICA 2 ……………………………………………………………. 99 SEMANA 5
Clase Teórica: “Transferencia de calor por Conducción Conductividad térmica Equivalencias con circuitos térmicos” …………………………………… 100
SEMANA 6
Clase Teórica: “Taller de problemas: Problemas de transferencia de calor por conducción estable”
112 SEMANA 7
Clase Práctica: “Desarrollo de los ejercicios propuestos sobre transferencia de calorporconducciónenprocesoestable” .115 SEMANA 8
Clase Teórica: “Transferencia de calor encilindrosyesferas” ……………..…141
Clase Practica:“Mecanismosdetransferencia de calor” ………………………148
CONCLUSIONES: 2da UNIDAD …………………………………………........ 185
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: 2da UNIDAD …………………........... 186
UNIDAD DIDACTICA 3 …………………………………………………………... 187 SEMANA 9
Clase Teórica: “Intercambiadores de calor” ………………………………….. 188 SEMANA 10
ClaseTeórica:“MecanismodetransferenciadecalorporRadiación” ………...200 SEMANA 11
Clase Teórica:“Transferenciadecalorenestadono estacionario” 207 SEMANA 12
Clase Práctica: “Planificación para la realización de las prácticas de producción: Transferencia de calor por Radiación” 212
CONCLUSIONES: 3ra UNIDAD …………………………………………........ 214 REFERENCIASBIBLIOGRAFICAS: 3raUNIDAD…………………............ 215
UNIDAD DIDACTICA 4 ……………………………………………………….…. 216 SEMANA 13
Clase Practica: “Mecanismo de transferencia de calor por radiación en la producción de pollo rostizado mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos” . 217 SEMANA 15
Clase Teórica:“Tratamientotérmico” .238
Clase Practica: “Mecanismo de transferencia de calor por radiación en la producción de empanadas mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos” . 249
SEMANA 16
Trabajo de investigación: “Averiguar la ejecución del programa para el cálculo de tiempo de procesamiento para la letalidad de alimentos enlatados” . 272
CONCLUSIONES: 4taUNIDAD ………………………………………….........287
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: 4ta UNIDAD …………………............ 288
La base fundamental para el profesional de hoy, es el conocimiento obtenido mediante la investigación; es parte de su formación académica por competencia, en este contexto en el curso de Ingeniería de Alimentos I presento el siguiente portafolio, más que un registro de avance durante el periodo académico es mi desarrollo como futura Ingeniera de Industrias Alimentarias. El portafolio digital es un instrumento que combina las herramientas tecnológicas con el objeto de reunir trabajos que permitan el seguimiento y la evaluación del proceso de aprendizaje del alumno; su uso es muy útil, aunque requiere de una inversión de tiempo. Aprovechar el tiempo invertido en su realización se basa fundamentalmente en conocer más aun de mi carrera y resaltar la importancia de la Industria de Alimentos.
Realizar el portafolio digital valorando su importancia como instrumento de evaluación en el proceso enseñanza aprendizaje a lo largo del periodo académico 2022 I
Organizar y reunir trabajos que muestren mi esfuerzo, avances y logros; para permitir al docente realizar una evaluación integral de forma individual en procedimientos, habilidades y actitudes
Demostrar mediante la organización de apuntes de clase, tareas, documentos, prácticas, revisiones bibliográficas, etc. el producto de mi aprendizaje a lo largo del periodo académico.
Tema: “Presentación del silabo, Recomendaciones para el cuidado de las actividades semestrales de la asignatura”
Enlace del material de clase: Tema: No hubo sesión 21/07/22
Tema: “Introducción Definición de Ingeniería de alimentos, Consideraciones para el desarrollo de la asignatura”
La IngenieríadeAlimentos eslaramadelaingeniería que tiene como propósito la transformación de materias primas de consumo humano y no humano en productos alimentarios con una vida útil más prolongada, sin que estas pierdan su valor nutritivo, funcional, organoléptico en el marco de la inocuidad y las normatividades de calidad en el marco del diseño, desarrollo operación y control de plantas de procesamiento industrial.
Energía: En sus diferentes manifestaciones
Ley cero de la termodinámica: Para medir la temperatura
Temperatura: Diferencia en la termodinámica con la ingeniería
Termodinámica Ingeniería
CONSIDERACIONES PARA EL DESARROLLO DE LA ASIGNATURA
La transformada de Laplace recibe su nombre en honor del matemático francés Pierre Simón Laplace, que la presentó dentro de su teoría de la probabilidad. En matemáticas,laTransformadadeLaplaceesunatransformadaintegralqueconvierte una función de variable real �� (normalmente el tiempo) a una función de variable compleja. Tiene muchas aplicaciones en ciencias e ingeniería porque es una herramienta para resolver ecuaciones diferenciales. En particular, transforma ecuaciones diferenciales en ecuaciones algebraicas.
Energia potencial (Ep)
Energia cinetica (Ec)
Trabajo de flujo Entalpia (H)
Trabajo (W) Calor (Q)
Aplicado a las MATERIAS PRIMAS de origen biológico
CON estructura celular
Tomate
Papa
SIN estructura celular
Leche
Energías en el infinitésimo y en la realidad:
Mecanismos de transferencia de calor:
totales
parciales
(ingresa Q)
(sale Q)
Definición (Gamez, 2019) menciona que la energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.
La energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarlo o calentarlo.
La energía está presente también en los cambios químicos, como al quemar un trozode madera oen ladescomposiciónde aguamediantelacorriente eléctrica.
La energía es una magnitud cuya unidad de medida en el S. Internacional es el joule (J).
Indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras, en estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.
La ley de la CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA afirma que:
No existe ni puede existir nada capaz de generar energía.
No existe ni puede existir nada capaz de hacer desaparecer la energía.
Si se observa que la cantidad de energía varia siempre será posible atribuir dicha variación a un intercambio de energía con algún otro cuerpo o con el medio circulante.
Es la transferencia de energía asociada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia. Si se tiene un cuerpo con cierta cantidad de masa (m) y se quiere desplazar desde una posición 1 hasta una posición 2, se aplica una fuerza F a lo largo de un desplazamiento, se dice entonces que se ha realizado una cierta cantidad de trabajo.
��=����
Donde:
F= es la fuerza aplicada en la misma dirección del desplazamiento.
d= distancia del desplazamiento
W= Cantidad de trabajo aplicado
El trabajo termodinámico se define como la energía que se transfiere entre un sistema y su entorno cuando entre ambos se ejerce una fuerza. (Tamir, 2018)
La gran mayoría de los autores utilizan el siguiente convencionalismo:
Trabajo realizado por un sistema se considera positivo (+).
Trabajo realizado sobre el sistema se considera negativo ( ).
La termodinámica es la encargada de estudiar fenómenos donde se puede experimentar algún cambio de energía. Para su mejor comprensión y análisis se establecieron algunas leyes que orientan a conocer los procesos que ocurren entre sistemas; entre ellas se encuentra la Ley cero de la termodinámica. Denominada así porque los científicos, se percataron de la gran importancia que tenía conocer la relación que tiene la temperatura con los sistemas, además de ser la base para lograr comprender conceptos de termodinámica, así que debido a que anteriormente se establecieron la primera, segunda y tercera leyse formuló que debía de ser anteriora todas estas yse le estableció el nombre de Ley Cero. En consecuencia, es de suma importancia conocer y comprender como es que se puede lograr un equilibrio térmico.
Palabras clave: Termodinámica, Ley cero, Temperatura
La Ley Cero de la Termodinámica es un principio de generalización del equilibrio térmico entre cuerpos, o sistemas termodinámicos, en contacto, en el que interviene como parámetro físico empírico la temperatura [1]
La Ley Cero tardó mucho tiempo en que la comunidad científica estuviese convencida de su importancia básica. Su aceptación, aunque tardía, de su carácter básico y fundamental como punto de
partida para entender las otras tres leyes termodinámicas, hizo que se la denominase Ley Cero y no Cuarta Ley. [2]
La temperatura es la propiedad que determina si un sistema dado está en equilibrio térmico con otros sistemas, decretando que tan “frio” o “caliente” se encuentran los sistemas, obteniendo esta medida a través de un termómetro que se
tiene puede obtener en tres diferentes escalas: Celsius, y Kelvin. Además de que es una de las siete propiedades físicasbásicasenfuncióndelascualesse definen todaslas otras cantidades físicas. Se diferencia de las otras por ser una propiedad intensiva, mientras las otras seis son propiedades extensivas. Los primeros termómetros fueron creados con fines clínicos y meteorológicos, para medir cambios de temperatura en el cuerpo humano y en el aire, siendo el más famoso termoscopio (termómetro sin escala) el inventado por Galileo en 1592.
Anders Celsius en 1742 definió como 100º el punto de ebullición del agua y como 0º el punto de congelación. A mediados del siglo XIX Lord Kelvin desarrolló una escala en la que el punto ceroes equivalente a 273.15ºCen el que el movimiento térmico cesa según la descripción clásica de la termodinámica. [3]
Estado de Equilibrio: [4] Un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico cuando al evolucionar a través del tiempo sus variables termodinámicas (temperatura y presión) que describen su estado, no varían. El equilibrio termodinámico lleva consigo:
Equilibriotérmico: Tºesigualen todos los puntos de un sistema.
Equilibrio mecánico: La presión es igual en todos los puntos del sistema
Ley cero de la Termodinámica: Fue enunciada en un principio por Maxwell yllevada a leypor Fowler. Esta ley establece que "si dos sistemas A y B están por separado en equilibrio térmico cada uno de ellos con un tercero C, entonces los sistemas A y B están en equilibrio térmico entre sí". Esta ley es conocida también como principio cero de la termodinámica. [5]
Figura 1: Representacion grafica
El concepto que se deriva de la ley cero es la temperatura y entonces la ley se formula cuantitativamente como sigue:
Si T1= T3 y T2 = T3, entonces T1 = T2, donde 1, 2 y 3 designan sistemas
La ley implica que el equilibrio térmico es una relación transitiva que proporciona base científica a la termometría y al establecimiento de las escalas empíricas de temperatura.
A partir del análisis de diversas definiciones de temperatura y Ley cero de la Termodinámica que aparecen en textos conocidos de Mecánica y Termodinámica se define al EQUILIBRIO TÉRMICO como: la temperatura es igual en todos los puntos de un sistema.
La ley cero de la termodinámica es la base para comprender procesos por los cuales pasa un sistema, así como las leyes posteriores a esta.
Es de suma importancia conocer y comprender la temperatura debido a que es la propiedad que determina si un sistema dado está en equilibrio térmico con otros sistemas y poder dar un punto de partida y definir la ley Cero de la Termodinámica
Cerón, M., González, J., & Monroy, E. (2020). "Temperatura y ley cero de la termodinámica" Tepexi: Boletín Científico de la Escuela Superior Tepeji del Río, (1 4).
Erich, M. (2002). "Termodinamica Basica". Sevilla: España: Equinoccio. Obtenido de: https://www.academia.edu/9837 736/Termobasica_Erich_Muller
Gómez, J. (2016). "La termodinámica: una herramienta para el análisis en alimentos" Universidad del Valle, (173 192). Obtenido de: file:///C:/Users/usuario/Downloa ds/511 Texto%20del%20art%C3%ADc ulo 2413 1 10 20170328.pdf
Ignasio, M., Vazquez, S., Briseño, A., & Atilano, A. (2021). "Sistemas Termodinámicos" Tepexi: Boletín Científico de la Escuela Superior Tepeji del Río, (1 4). Obtenido de: https://repository.uaeh.edu.mx/re vistas/index.php/tepexi/article/vi ew/7098/8081
Tamir, A., & Ruiz, I. (2018). "Ley Cero de la Termodinámica". Arte y Ciencia, (1 3). Obtenido de: https://rua.ua.es/dspace/bitstrea m/10045/17403/1/Ley%20Cero %20termodinamica.pdf
El proceso IQF (del inglés Individual Quick Frozen, que quiere decir congelación individual rápida) es un proceso de refrigeración que busca la conservación de las propiedades organolépticas (propiedades físicas de los alimentos, como son el sabor, el olor, la textura y el color) y las características nutritivas de los alimentos. Su particularidad radica en que, dada la rapidez de congelación, los cristales de hielo son de pequeños tamaños. (Jaramillo, 2016)
Uno de los factores principales a considerar en el diseño y operación de un sistema de congelación es el tiempo de congelación. Cuando se considera el sistema de congelación, el tiempo requerido para el congelado establecerá la velocidad de movimiento del producto a través del sistema y por lo tanto la eficacia del sistema. (Cerron, 2007)
Según (Heldman y Hartel, 1997) citado en (Cerron, 2007) . La calidad del producto congelado será directamente dependiente de la velocidad a la cual se remueve el calor latente de fusión y por lo tanto la velocidad la cual se mantienen los cristales pequeños de hielo. Debido a la importancia del tiempo de congelación, es importante desarrollar métodos para estimar estos tiempos tan exactos como sea posible.
Los factores que influyen en el tiempo de congelación de productos alimenticios se deben principalmente a las características del alimento y las condiciones del equipo en el cual se va a llevar a cabo el proceso.
Referente al alimento, es necesario conocer su conductividad térmica, sus dimensiones y su temperatura inicial.
De las condiciones del equipo, se debe de considerar el coeficiente convectivo de transferencia de calor, el medio de congelación y la temperatura a la cual se encuentra éste.
Tarea: Investigar la venta de productos IQF en los supermercados nacionales
En la investigación bibliografica de (Alvarez, 2021), titulado “Efectos de la congelación y ultracongelación en la estructura y textura de frutas y vegetales”; realizada en la ciudad de Ambato Ecuador, en la universidad Técnica de Ambato, concluye que actualmente, la congelación se ha convertido en uno de los métodos de preservación más utilizadopara frutasy vegetales,alser éstas consideradasaltamenteperecederas, evita la proliferación microbiana prolongando el tiempo de vida útil. Sin embargo, durante el proceso de congelación se forman cristales de hielo en el interior del alimento, mismos que causan deterioro de la microestructura celular, afectando directamente a la calidad del producto. Es por ello que (Alvarez, 2021) sugiere que a futuro se enfoquen proyectos de investigación a resaltar los efectos que produce un proceso de congelación en la estructura y textura de vegetales.
Con respecto a los efectos que pueda causar este método de conservación, la mayoría de las investigaciones coincidenen que el principaldañoobservadoporel mencionado proceso, es el deterioro de la estructura celular, lo que genera pérdida por goteo, afectandodirectamente a la textura del fruto o vegetal. Asimismo,la efectividad deun proceso de congelación y ultracongelación de frutas y vegetales depende principalmente de las condiciones de proceso, tales como la temperatura y la velocidad,lascualessepuedeestipularycontrolardependiendoeltipodecongelación empleada. A menor temperatura de congelación mayor velocidad, lo cual evita la formación de cristales de hielo de gran tamaño, mismos que ocasionan daño estructural, generando pérdida de turgencia en la célula vegetal, lo que disminuye considerablemente la firmeza del alimento.
Empresa peruana especializada en productos congelados IQF, frutas y verduras. Comprometidos con sustentabilidad y responsabilidad social.
“Somos una empresa peruana de congelados IQF. 19 años de experiencia en la exportación de productos agroindustriales para el mercado internacional. Ofrecemos alimentos (frutas y vegetales IQF, en conserva, granos, secos y deshidratados) de calidad, cumpliendo puntualmente los plazos y procesos establecidos con nuestros clientes”
Nuestro objetivo: Ser aliados estratégicos cuando decida importar alimentos peruanos de calidad.
Para más información: https://iqfmirsa.es/frutasiqf
Entre los supermercados que comercializan productos IQF se encuentran:
Calentamiento
Es un principio de generalización del equilibrio térmico entre cuerpos, o sistemas termodinámicos, en contacto, en el que interviene como parámetro físico empírico la temperatura
Hace referencia al proceso por el cual una sustancia, materia, objeto o elemento aumenta su temperatura, dejando así de estar en reposo.
Enfriamiento
IQFLaleydelenfriamientodeNewtonoenfriamientonewtoniano establece que la tasa de pérdida de calor de un cuerpo es proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y sus alrededores.
IQF o congelación rápida individualizada se encuentra entre técnicas de congelación más seguras. Los productos conservan sus cualidades originales. Así mismo el uso de este proceso garantiza que los productos no necesiten de ningún tipo de químicos o preservantes y que, debido al cambio brusco de temperatura, se reduzca de forma importante la presencia de microorganismos
La Ingeniería de Alimentos es la rama de la ingeniería que tiene como propósito la transformación de materias primas de consumo humano y no humano en productos alimentarios con una vida útil más prolongada, sin que estas pierdan su valor nutritivo, funcional, organoléptico en el marco de la inocuidad y las normatividades decalidaden el marcodeldiseño, desarrollo operación y control de plantas de procesamiento industrial.
SEMANA 2: “Introducción Definición de Ingeniería de alimentos, Consideraciones para el desarrollo de la asignatura”
Alvarez,T. (2021). Efectos de la congelación y ultracongelación en la estructura y textura de frutas y vegetales: Una revisión bibliográfica de datos publicados. Ambato. Obtenido de https://repositorio.uta.edu.ec/bitstream/123456789/33606/1/AL%20785.pdf
Cerón, M., González, J., & Monroy, E. (2020). Temperatura y ley cero de la termodinámica. TEPEXI: Boletín Científico de la Escuela Superior Tepeji del Río, 1 4. Obtenido de https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/tepexi/article/view/5595/7 295
Cerron, T. (2007). Aspectos tecnológicos de la congelación en alimentos. Puebla Mexico. Obtenido de file:///C:/Users/usuario/Downloads/congelacion2.pdf
Erich, M. (2002). Termodinamica Basica. Sevilla: España: Equinoccio. Obtenido de https://www.academia.edu/9837736/Termobasica_Erich_Muller
Gamez, R. (2019). ¿ Que es la energia? Lima: UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA. Obtenido de http://paginaspersonales.unam.mx/app/webroot/files/582/Publica_20131017 192613.pdf
Gómez, J. (2016). La termodinámica: una herramienta para el análisis en química de alimentos. Obtenido de revistas.ugca.edu.co: https://revistas.ugca.edu.co/index.php/ugciencia/article/view/511
Ignasio, M., Vazquez, S., Briseño, A., & Atilano, A. (2021). Sistemas Termodinámicos. TEPEXI: Boletín Científico de la Escuela Superior Tepeji del Río, 1 4. Obtenido de https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/tepexi/article/view/7098/8 081
Jaramillo, S. (2016). ESTUDIO DEL MÉTODO IQF (INDIVIDUAL QUICK FROZEN). Riobamba Ecuador. Obtenido de http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/11380/1/84T00522.pdf
Tamir, A., & Ruiz, I. (2018). Ley Cero de la Termodinámica. Arte y Ciencia, 1 3. Obtenido de https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/17403/1/Ley%20Cero%20termodin amica.pdf
Tema: No hubo sesión
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/primera_practica
Primera Práctica: “Mecanismos de Transferencia de Calor “
INFORME DE PRÁCTICA (“MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR”)
FACULTAD DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS “ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
INGENIERÍA DE ALIMENTOS I PRIMERA PRÁCTICA DE LABORATORIO
ALUMNA:
Fidel Bravo Rosmery Mayli 191.0206.034
DOCENTE: Dr. Quispe Talla Ángel Noé Huaraz, 4 de agosto de 2022
“UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
El presente informe es un trabajo teórico práctico que se desarrolló a nivel de laboratorio en la cual se desarrollara la aplicación de tres mecanismos que rigen la transferencia de calor:conducción,convecciónyradiación. La metodología enel presente informe se basa en el diseño experimental, el cual consiste en desarrollar la teoría aplicada a la práctica; para de ese modo cumplir con el objetivo planteado al inicio del presente, “Aplicar y analizar los Mecanismos de Transferencia de calor: conducción, convección y radiación, para definir la transferencia de calor como la propagación de energía de una región a otra bajo la influencia de una diferencia de temperaturas”, así como tambien analizar cada mecanismo de transferencia de calor a través de gráficos y tablas. En conclusión, La transferencia de calor es aquella ciencia que busca predecir la transferencia de energía que puede ocurrir entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. La ciencia de la transferencia de calor no sólo trata de explicar cómo puede ser transferida la energía calorífica, sino también trata de predecir la rapidez a la que se realizará este intercambio bajo ciertas condiciones especificadas
Palabras clave: Energía; transferencia de calor; conducción; convección; radiación
El calor es energía que se transfiere entre sistemas debidoa la diferencia de temperaturas. En conclusión, siempre que hay una diferencia de temperatura, se produce una transferencia de calor. Hay tantos procesos que implican transferencia de calor que es difícil imaginar una situación en la que no se produzca. Sin embargo, todas las transferencias de calor ocurren por tres métodos solamente: Conducción, transferencia de calor entre partículas por contacto físico que se produce a través de un medio estacionario que puede ser un sólido; Convección, se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (liquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas; y la Radiación que se produce cuando se emiten o absorben microondas, radiación infrarroja, luz visible u otra forma de radiación electromagnética. Un ejemplo obvio es el calentamiento de la Tierra por el Sol. Un ejemplo menos evidente es la radiación térmica del cuerpo humano. Estos mecanismos están presentes en muchas situaciones de la vida cotidiana y aplicaciones principalmente en la ingeniería. Para comprender su importancia y aplicaciones en la industria alimentaria a continuación en el presente laboratorio se realizará un análisis de cada mecanismo.
Aplicar los Mecanismos de Transferencia de calor: conducción, convección y radiación, para definir la transferencia de calor como la propagación de energía de una región a otra bajo la influencia de una diferencia de temperaturas.
Observar experimentalmente los diferentes mecanismos de transferencia de calor por conducción, convección y radiación.
Analizar cada mecanismo de transferencia de calor a través de gráficos y tablas
Calor y temperatura son conceptos que en el lenguaje cotidiano se confunden, pero son diferentes. Por ejemplo, la frase “uuuuf, que calor es una expresión común para referirnos al concepto de temperatura, a pesar de que mencionamos la palabra calor.
La temperatura es una medida de la energía cinética promediodelosátomos ymoléculas individuales de una sustancia. Cuando se agrega calor a una sustancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se eleva, o viceversa. (Domingo, 2011)
La temperatura es una magnitud física que se refiere a la sensación de frio o caliente al tocar alguna sustancia.
El calor es una transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, producida por una diferencia de temperatura. El calor es una energía de transito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la zona más fría yreduce la de la zona más cálida, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. (Loureiro, 2011)
El calor se define como la energía cinética total de todos los átomos o moléculas de una sustancia.
La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales como resultado de una diferencia de temperaturas. A diferencia de la Termodinámica, la transferencia de calor pretende no sólo explicar cómo puede transferirse la energía térmica sino también predecir la rapidez con la que tiene lugar la transferencia. (Criado & Gomez, 2011)
Por otro lado(Jimenez, 2020)mencionaque,cuandoexiste unadiferencia de temperatura entre dos objetos o regiones lo suficientemente próximas, la transferencia de calor no puede ser detenida, solo puede hacerse más lenta.
Según (Cross, 2017) En general, se reconocen tres modos distintos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación, aunque, en rigor, solo la conducción y radiación debieran considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse. Para que se produzca convección, tiene que haber un transporte mecánico de masa además de una diferencia de temperatura, sin embargo, teniendo en cuenta que la convección también transfiere energía de zonas con mayor temperatura a zonas con menor temperatura, normalmente se admite el modo transferencia de calor por convección.
En síntesis, los mecanismos de transferencia de calor son: conducción, convección y radiación. Estos mecanismos se podrán producir simultáneamente con diferente importancia
Se llama conducción a la transferencia de calor mediante el contacto directo de las partículas de un material con las de otro, sin transferir materia entre los cuerpos. Ocurre en todos losestados de agregación:sólido, líquido o gaseoso, aunque enestos dos últimos suele preferirse la convección. (Ponce, 2021)
Lasmoléculasde un objetoqueestá a unatemperatura másalta vibrancon mayorrapidez, estas chocan contra las moléculas menos energéticas situadas en la parte de menor temperatura del objeto. Como resultado del choque las moléculas que se mueven a mayor velocidad transfieren una parte de su energía a las que se mueven más despacio. Se trata de una transferencia como resultado de una diferencia de temperaturas.
La ley de Fourier sirve para cuantificar la conducción y dice que la tasa a la cual el flujo es transferido por conducción, �� = �� ∆�� , es proporcional al gradiente de temperaturas ����/���� y al área transversal A a la dirección de flujo �� = ���� ���� ����, donde �� es la conductividad térmica del material y el signo menos es una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, la cual requiere que el calor fluya de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura. Por otro lado, hay que tener presente que el gradiente de temperatura ����/���� indica que la temperatura T es función de ��, por lo tanto,un gradiente de temperatura negativoindica que la temperatura decrece al aumentar los valores de ��. (Yunus & Afshin, 2004)
2.2.1 CONDUCCIÓN
La convección es semejante a la conducción, excepto que ocurre en los casos en que un fluido recibe calor y se mueve para transmitirlo dentro de un espacio donde está contenido. La convección es el transporte de calor por medio del movimiento de un fluido, sea gaseoso o líquido (Ponce, 2021)
¿Cómo se produce la transferencia de calor por convección?
La transmisión de calor por convección se compone de dos mecanismos simultáneos. El primero, es la transferencia de calor por conducción, debido al movimiento molecular, a la que se superpone la transferencia de energía por el movimiento de fracciones del fluido que se mueven accionadas por una fuerza externa, que puede ser un gradiente de densidad (convección natural), o una diferencia de presión producida mecánicamente (convección forzada) o una combinación de ambas. La cantidad de calor transferido por convección, se rige por la ley de enfriamiento de Newton. (Cabriales & Cobos, 2011)
La transferencia de calor por convección depende de la densidad, viscosidad y velocidad del fluido, así como de sus propiedades térmicas (calor específico y conductividad térmica).
Convección forzada y convección natural
Si el fluido circula impulsado por un ventilador o bomba, el proceso se llama convección forzada;porotrolado,si elflujosedebeadiferenciasdedensidadcausadasporexpansión térmica, como el ascenso de aire caliente, el proceso se llama convección natural (Jimenez, 2020)
La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta. La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura finita. Aunque centraremos nuestra atención en la radiación de superficies sólidas, ésta también puede provenir de líquidos y gases.
La energía delcampode radiaciónestransportadaporondaselectromagnéticasque,como sabemos, no precisa ningún medio material para propagarse (a diferencia de la conducción y la convección). (Criado & Gomez, 2011)
La tasa de transferencia de calor por radiación también depende del color del objeto. El negro es el más eficaz, y el blanco es el menos eficaz. Un objeto perfectamente negro sería un radiador ideal y un absorbente ideal, ya que captaría toda la radiación que cae sobre él. Por el contrario, un objeto perfectamente blanco o un espejo perfecto reflejaría toda la radiación, y un objeto perfectamente transparente la transmitiría toda.
Análisis: Un objeto negro es buen absorbente y radiador, mientras que un objeto blanco, claro o plateado es mal absorbente y radiador. (Moebs & Ling, 2021)
La metodología en el presente informe se basa en el diseño experimental, el cual consiste en desarrollar la teoría aplicada a la práctica; para de ese modo cumplir con el objetivo planteado al inicio del presente, “Aplicar y analizar los Mecanismos de Transferencia de calor: conducción, convección y radiación, para definir la transferencia de calor como la propagación de energía de una región a otra bajo la influencia de una diferencia de temperaturas
.
Para el desarrollo de la presente práctica se utilizaron los siguientes materiales y equipos:
de metal de la misma medida
de precipitado de la
de asbesto
de metal
medida
Dividir cada barra de 30 cm en partes iguales (6, 12, 18, 24, 30 cm)
Posteriormente medir la temperatura de calentamiento inicial de la estufa
Someter las barras al contacto directo con el fuego
Medir y registrar las temperaturas en cada fracción dividida (LA,LB,LC,LD,LE)
Sistema 1 (en la cocina eléctrica)
Llenar con agua dos vasos de precipitado, cada una de 300 ml. Llevar ambos vasos a la cocina eléctrica hasta obtener una temperatura de ebullición (80º C)
Retirar los vasos a la mesa de trabajo, teniendo las precauciones necesarias
Para el PRIMER vaso: Medir la Tº de enfriamiento por convección natural.
Para el SEGUNDOvaso:Medirlatemperatura de enfriamiento por convección forzada (mover constantemente con una cuchara)
Medir y registrar el tiempo y las temperaturas hasta conseguir en ambos casos una temperatura de 30º C
Encender el deshidratador, teniendo las precauciones necesarias
Medir la temperatura inicial del deshidratador
Posteriormente medir y registrar el tiempo y la temperatura del interior del deshidratador hasta obtener una temperatura constante.
Encender la cocina industrial por alrededor de 20 min
Medir la temperatura del ambiente
Con la ayuda del termómetro digital infrarrojo medir y registrar la temperatura en distintas distancias hasta obtener la temperatura ambiente.
Encender la plancha por alrededor de 30 min, y medir la Tº del ambiente
Con la ayuda del termómetro digital infrarrojo medir y registrar la temperatura en distintas distancias hasta obtener la temperatura ambiente.
Mecanismo de Transferencia de Calor: CONDUCCIÓN
Distancia (cm)
cm (��
12 cm (��
18 cm (��
)
)
)
Barra 1 (acero) Barra 2 (aluminio, triangular)
Barra 3 (aluminio, cilíndrico)
min 85º C 75º C 74º C
min 55º C 50º C 47º C
min 40º C 37º C 37º C
24 cm (��
)
)
min 29º C 26º C 31º C
min 33º C 32º C 32º C 30 cm (��
Interpretación: Cuando la barra está sometida en un extremo a una fuente caliente de temperatura
y su otro extremo queda libre, la temperatura decrece exponencialmente con la distancia. Experimentalmente la barra 1 de acero es mejor conductor de calor a comparación de las barras de metal.
Sistema 1 (en
eléctrica)
de
debido
forzada
llegar
por convección natural y forzada
"Conveccion
conveccion forzada"
deshidratador
un equipo diseñado idealmente para implementar el método de desecación por convección de aire forzado
dispuestaslasbandejasque seencuentranfabricadas
y caracterizada por su configuración en forma detúnel. Ensuinterior,
lámina perforada de acero inoxidable,
sobre las cuales se dispondrán las frutas a
En el grafico podemos observar que el tiempo que demora en
una temperatura constante (60ºC) es de 20 a 21 min
Sistema 1: por combustión, Temperatura ambiente (24ºC)
Mecanismo de Transferencia de Calor: RADIACIÓN
������������������(��) Temperatura (ºC)
1/2 39.8º C
1 36º C 1.5 33.9º C 2 32.6º C 2.5 31.1º C 3 30.8º C 3.5 28.2º C 4 26º C 4.5 24º C 5 23.9º C
Sistema 2: plancha, Temperatura ambiente (24ºC)
Mecanismo de Transferencia de Calor: RADIACIÓN
������������������(����) Temperatura (ºC) 0 cm 67.3º C 10 cm 45º C 20 cm 35º C 50 cm 29º C 100 cm 24º C
Al terminar la práctica se puede definir que la transferencia de calor es aquella ciencia que busca predecir la transferencia de energía que puede ocurrir entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. Existen tres mecanismos de transferencia de calor: conducción, convección, y radiación.
Transferencia de calor por conducción: Cuando la barra está sometida en un extremo a una fuente caliente de temperatura constante y su otro extremo queda libre, la temperatura decrece exponencialmente con la distancia. Experimentalmente la barra 1 de acero esmejor conductor de calora comparación de las barras de metal.
Transferencia de calor por convección: El coeficiente de transferencia de calor en la convección forzada es mayor que en la convección natural. Experimentalmente en el vaso 2 (convección forzada) el tiempo requerido para llegar a una temperatura de 30º C fue menor debido a que se le está agregando trabajo (movimiento constante) al sistema.
Transferencia de calor por radiación: La radiación es la transferencia de calor sin que exista contacto entre los objetos. Esto ocurre a través de las ondas electromagnéticas, que se propagan por el espacio. Experimentalmente se puede observar que la plancha y la cocina industrial emiten calor al ambiente, modificando su temperatura.
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Sistema 1 (en la cocina eléctrica) Sistema 2 (en el deshidratador)
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/material_docente
Tema: “Transferencia de calor (estable), Ecuación general de la transferencia de calor, Mecanismo de Conducción”
Ecuación general que supone:
de calor
en
•
materiales o cuerpos de
térmicas constantes.
• Para procesos inestables
Ecuación general que supone:
•
un proceso sin generación de calor, transferencia en tres direcciones, en proceso estable:
solución corresponde a la transformada de Laplace
Ecuación general que supone:
Para un proceso sin generación de calor, transferencia en dos direcciones, en proceso estable:
Ecuación general que supone:
un proceso sin generación de calor, transferencia en una dirección, en proceso estable:
Brook Taylor (1685, Edmonton 1731, Londres), matemático británico, añadió a las matemáticas una nueva rama que ahora se llama "cálculo de diferencias finitas” y descubrió la célebre fórmula conocida, hoy en día, como fórmula de Taylor. No se debe pensar que Taylor fue el único matemático que trabajaba en este tema: Newton, Leibniz, Bernoulli (1667 1748) y Moivre (1667 1754) también descubrieron variantes al teorema.
La importancia de este teorema permaneció desconocida hasta 1772, cuando Lagrange (1736 1813) expuso los principios básicos del cálculo diferencial. (Torres, 2015)
La serie de Taylor es una serie funcional y surge de una ecuación en la cual se puede encontrar una solución aproximada a una función. Es una serie convergente que nos permite hallar valores infinitésimos cuando los diferenciales tienden acero o sea semejan a un punto (Gomero, 2019)
lculo de diferencias finitas” y, persiguiendo una generalización de lo anterior, descubrió la célebre “Fórmula de Taylor”. (Garcia, 2019)
aylor usando algunas ideas del “
Jean Baptiste Joseph Fourier (1768, Francia 1830, París), alrededor de 1804 comenzó su importante trabajo matemático sobre la teoría del calor. El matemático francés se interesó por la teoría de la conducción del calor en los cuerpos sólidos. (Torres, 2015)
En concreto,Fourierconsideróuna varilladelgada de longituddada cuyosextremos se mantienen a 0º centígrados y cuya superficie lateral está aislada. Si la función ��(��) representa la distribución inicial de la temperatura en la varilla (suponemos que la temperatura de la varilla en cada sección transversal de la misma es constante) cabe preguntarse ¿cuál será la temperatura de cualquier punto x en el instante �� > 0?
Fourier demostró que si ��(��,��) representa la temperatura en la sección �� y en el tiempo ��, entonces la función �� debe satisfacer. (Duoandikoetxea, 2003)
��2��(��,��)
2 = ����(��,��) ���� , 0<�� <��,0<�� <�� ��(0,��)=��(��,��)=0, 0 ≤�� ≤�� ��(��,0)=��(��), 0≤�� ≤��
La Serie de Fourier es una herramienta matemática que nos permite obtener información de una función determinada mediante una transformación (donde entenderemos por “transformación” al proceso que reduce la complejidad de una ecuación). Por lo tanto, cuando se hace referencia a la Serie de Fourier, realmente hablamos dela transformación quenos permite extraerinformación sobrela frecuencia de un ciclo, puede ser cualquier función, cuando conocemos sólo una parte de su comportamiento. (Percastre, 2015)
La transferencia de calor por conducción es el resultado de interacciones moleculares,se tratadeunatransferencia como resultado de una diferencia de temperaturas. De esta forma se dice que la transferencia de calor por conducción siempre sedadeunaregióncontemperaturamásaltahaciaunaregión con temperatura más baja.
Volumen de control
Serie de Taylor
La transferencia de calor por convección consiste de dos mecanismos los cuales operan simultáneamente. El primer mecanismo es debido al movimiento molecular, el segundo mecanismo es de la transferencia de energía debido al movimiento macroscópico de “paquetes” del fluido
Eslatransferenciadecalorporondaselectromagnéticascomo la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta.
Esunvolumendelespacioqueaislamosatravésdesuperficies reales o imaginarias para someterlo a estudio.
Es una serie convergente que nos permite hallar valores infinitésimos cuando los diferenciales tienden a cero o se asemejan a un punto
SEMANA 4: “Transferencia de calor (estable), Ecuación general de la transferencia de calor, Mecanismo de Conducción”
Se habla de conducción de calor estacionaria cuando el transporte de calor se mantiene de manera duradera y homogénea mediante el suministro de calor. En la conducción de calor no estacionaria, la distribución de la temperatura en el cuerpo depende del lugar y del tiempo.
Duoandikoetxea, J. (2003). Lecciones sobre las series y transformadas de Fourier . Obtenido de UNAN de Managua : https://www.ugr.es/~acanada/docencia/matematicas/analisisdefourier/Duoan dikoetxeafourier.pdf
Garcia, I. (24 de Abril de 2019). Series de Taylor y MacLaurin . Obtenido de Universidad Francisco de Vitoria : https://www.cartagena99.com/recursos/alumnos/apuntes/Tema%204.%20Seri es%20de%20Taylor%20y%20MacLaurin%20Ed.2.pdf
Gomero, L. (26 de Marzo de 2019). Series de Taylor Maclaurin. Obtenido de Análisis Numérico Temas
Desarrollados: https://sites.google.com/site/analisisnumericoipn/home/tema 1/serie de taylor y mc laurin
Percastre, A. (7 de Octubre de 2015). La Serie de Fourier: estimación de observaciones económicas inexistentes. Obtenido de Elsevier: https://www.elsevier.es/es revista economia informa 114 articulo la serie fourier estimacion observaciones S0185084915000389
Torres, A. (2015). Series de Taylor y Series de Fourier: Un estudio comparativo . España : Universidad de Granada: Departamento de Analisis Matematico .
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/segunda_practica
Segunda Práctica: “Instrumento de Medición de temperatura, Transmisión de Calor por Conducción”
INFORME DE PRÁCTICA (“Instrumento de Medición de temperatura, Transmisión de Calor por Conducción”)
FACULTAD DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS “ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
INGENIERÍA DE ALIMENTOS I
ALUMNA: Fidel Bravo Rosmery Mayli 191.0206.034
DOCENTE: Dr. Quispe Talla Ángel Noé Huaraz, 11 de agosto de 2022
“UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
SEGUNDA PRÁCTICA DE LABORATORIO
“INSTRUMENTO DE MEDICIÓN DE TEMPERATURA, TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN”
El presente informe es un trabajo teórico práctico que se desarrolló a nivel de laboratorio en la cual se enfatiza la transferencia de calor por conducción. La metodología en el presente informe se basa, en el estudio de la transmisión del calor por conducción, en la que se utilizó el equipo de transferencia de calor: para calentamiento (plancha de cocina) y para enfriamiento (refrigeradora); para de ese modo cumplir con el objetivo planteado al inicio del presente, “Estudiar la transferencia de calor por conducción (lineal y radial) de calentamiento y enfriamiento de distintas materias primas con geometrías distintas”, así como tambien analizar el comportamiento de la transmisión de calor por conducción, para calentamiento y enfriamiento de las distintas materias primas a través de gráficos y tablas. En conclusión, con los resultados se comprueba que la transferencia de calor por conducción es un proceso mediante el cual fluye el calor desde una región de alta temperatura a una región de baja temperatura dentro de un medio o entre medios diferentes en contacto físico directo. Y los valores de conductividad térmica dependen del material y de la temperatura. Un material será mejor conductor de calor mientras mayor sea su la conductividad del mismo.
Palabras clave: Energía; transferencia de calor; conducción; conductividad térmica
La transferencia de calor es un proceso, enel cual se intercambia energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran por lo general a diferentes temperaturas. Esta se realiza por tres métodos diferentes: conducción, convección y radiación, estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, pero puede ocurrir que unos de los mecanismos predominen sobre otros. En esta práctica se enfatiza la transferencia de calor por conducción, la cual se produce a través de un medio estacionarioque puede ser un sólido; la transferencia de calor se basa en el movimiento de los electrones libres que transportan energía De aquí que los buenos conductores eléctricos son buenos conductores del calor.
Este mecanismo de transferencia de calor (conducción) está presente en muchas situaciones de la vida cotidiana y aplicaciones principalmente en la ingeniería. Para comprender su importancia en la Industria Alimentaria a continuación en el presente laboratorio se realizará un análisis basado en la conductividad térmica.
Estudiar la transferencia de calor por conducción (lineal y radial) de calentamiento y enfriamiento de distintas materias primas con geometrías distintas.
Analizar el comportamiento de la transmisión de calor por conducción, para calentamiento y enfriamiento de las distintas materias primas a través de gráficos y tablas.
Medir experimentalmente la conductividad térmica de 6 materias primas con geometrías distintas, a través de un termómetro digital de alimentos.
La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales como resultado de una diferencia de temperaturas. A diferencia de la Termodinámica, la transferencia de calor pretende no sólo explicar cómo puede transferirse la energía térmica sino también predecir la rapidez con la que tiene lugar la transferencia. (Criado & Gomez, 2011)
Por otro lado(Jimenez, 2020)mencionaque,cuandoexiste unadiferencia de temperatura entre dos objetos o regiones lo suficientemente próximas, la transferencia de calor no puede ser detenida, solo puede hacerse más lenta. Según (Cross, 2017) En general, se reconocen tres modos distintos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación, aunque, en rigor, solo la conducción y radiación debieran considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse. Para que se produzca convección, tiene que haber un transporte mecánico de masa además de una diferencia de temperatura, sin embargo, teniendo en cuenta que la convección también transfiere energía de zonas con mayor temperatura a zonas con menor temperatura, normalmente se admite el modo transferencia de calor por convección.
En síntesis, los mecanismos de transferencia de calor son: conducción, convección y radiación. Estos mecanismos se podrán producir simultáneamente con diferente importancia.
Se llama conducción a la transferencia de calor mediante el contacto directo de las partículas de un material con las de otro, sin transferir materia entre los cuerpos. Ocurre en todos losestados de agregación:sólido, líquido o gaseoso, aunque en estos dos últimos suele preferirse la convección. (Ponce, 2021)
¿Cómo se produce la transferencia de calor por conducción?
Lasmoléculasde un objetoqueestá a unatemperatura másalta vibrancon mayorrapidez, estas chocan contra las menos energéticas situadas en la parte de menor temperatura del objeto. Como resultado del choque las moléculas que se mueven a mayor velocidad transfieren una parte de su energía a las que se mueven más despacio. (Arteta, 2014)
La ley de Fourier sirve para cuantificar la conducción y dice que la tasa a la cual el flujo es transferido por conducción, �� = �� ∆�� , es proporcional al gradiente de temperaturas ����/���� y al área transversal A a la dirección de flujo �� = ���� ���� ���� donde ��(������/��∗��) es la conductividad térmica del material, magnitud que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor, y el signo menos es una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, la cual requiere que el calor fluya de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura. Por otrolado, hayque tener presente que el gradiente de temperatura ����/���� indica que la temperatura T es función de ��, por lo tanto, un gradiente de temperatura negativo indica que la temperatura decrece al aumentar los valores de ��. (Yunus & Afshin, 2004)
(Fernandez, 2018) Una aplicación inmediata de la ley de Fourier corresponde al caso de la transmisión del calor a través de una pared plana. Cuando las superficies de la pared se encuentran a temperaturas diferentes, el calor fluye sólo en dirección perpendicular a las superficies Si la conductividad térmica es uniforme, la integración de la ecuación anterior proporciona:
la que �� es el espesor de la pared, ��1 es la temperatura de la superficie de la izquierda �� =0, y ��2 es la temperatura de la superficie de la derecha ��=��
Analogía eléctrica de la conducción: Si la transmisión de calor se considera análoga al flujo de electricidad, la expresión (��/����) equivale a una resistencia y la diferencia de temperaturas a una diferencia de potencial, por lo que la ecuación anterior se puede escribir en forma semejante a la ley de Ohm:
La transferencia decalora travésde uncilindrose puede considerar estacionaria y unidimensional. Presenta las siguientes condiciones:
La temperatura del tubo depende sólo de una dirección (la dirección r radial) y se puede expresar como T=T(r)
No se tiene cambio en la temperatura del tubo con el tiempo en cualquier punto. Por tanto, la razón de transferencia de calor hacia el tubo debe ser igual a la razón de transferencia hacia afuera de él
Considérese un cilindro largo de radio interior (����), radio exterior (����) y longitud (��), este cilindro se somete a una diferencia de temperaturas (���� ����) y se plantea la pregunta de cuál será el flujo de calor. (Torres, 2018) En un cilindro cuya longitud sea muy grande comparada con su diámetro, se puede suponer que el calor fluye sólo en dirección radial,conlo que la única coordenada espacial necesaria para definir el sistema es (��). De nuevo, se utiliza la ley de Fourier empleando la relación apropiada para el área. El área para el flujo de calor en un sistema cilíndrico es: ���� =2������
Ecuación de conducción de calor en un cilindro:
Se considera una capa esférica de radio interior ��1, radio exterior ��2 y conductividad térmica promedio ��. Presenta las siguientes consideraciones: (Torres, 2018)
Las dos superficies de la capa cilíndrica se mantienen a las temperaturas constantes T1 y T2.
No hay generación de calor en la capa y la conductividad térmica es constante.
Conducción de calor unidimensional a través de la capa esférica T(r).
��=4����
Ecuación de conducción de calor en una esfera:
La conductividad térmica (a menudo expresada como k, λ) se refiere a la habilidad intrínseca de un material de transferir o conducir calor. Los procesos de transferencia de calor pueden cuantificarse en términos de las ecuaciones de velocidad correspondientes. La ecuación de velocidad en este modo de transferencia de calor está basada en la ley de Fourier de conducción de calor. (Nave, 2020)
La conductividad térmica se da a través de la agitación molecular y contacto, y no es el resultado del movimiento de masa del sólido en sí mismo. El calor avanza con un gradiente de temperatura, desde un área de alta temperatura yalta energía molecular a un área con temperatura menor y menor energía molecular. Esta transferencia continuará hasta que se alcance el equilibrio térmico. La velocidad a la que se transfiere el calor depende de la magnitud del gradiente de temperatura, y de las características térmicas específicas del material. (Franco, 2011) (Connor, 2019) La conductividad térmica se cuantifica utilizando un Sistema Internacional de Unidad (Unidades SI) de ��/��×�� y es el recíproco de la resistencia térmica, que mide la habilidad de un objeto para resistir la transferencia de calor. La conductividad térmica se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:
La metodología en el presente informe se basa en el diseño experimental, el cual consiste en desarrollar la teoría aplicada a la práctica; para de ese modo cumplir con el objetivo planteado al inicio del presente, “Estudiar la transferencia de calor por conducción (lineal y radial) de calentamiento yenfriamiento de distintas materias primas con geometrías distintas”
Para la presente experiencia, en el estudio de la transmisión del calor por conducción la cual ofrece dos composiciones posibles para ensayos de conducción lineal en los planos x e y, se utilizó el equipo de transferencia de calor: para calentamiento (plancha de cocina) y para enfriamiento (refrigeradora)
Durante la primera parte de la experiencia, se va estudiar el comportamiento de la conducción lineal a través de las piezas distintas, las cuales van hacer posicionadas entre una parte fija con calefactor y de un refrigerador, fijando las piezas a estudiar mediante los puntos de referencias y con distintas materias primas.
Para el desarrollo de la práctica se utilizaron las siguientes materias primas y equipos:
Jamonada (experimento 1)
Aguaymanto (experimento 2)
Hot dog (experimento 3)
Arándano (experimento 4)
Arveja (experimento 5)
Queso (experimento 6)
(plancha de cocina)
Tomar las dimensiones de las 6 muestras de las materias primas (espesor, diámetro, largo)
Distribuir cada muestra en diferentes puntos de medición, a distancias iguales
Con la ayuda de pinzas someter cada muestra a la plancha de cocina a una distancia considerable. Durante un aproximado de 5 min.
Por último,registrar las temperaturas de calentamiento enlos diferentes puntos de medición.
Tomar las dimensiones de las 6 muestras de las materias primas (espesor, diámetro, largo)
Distribuir cada muestra en diferentes puntos de medición, a distancias iguales
Llevar cada muestra a la refrigeradora. Durante un aproximado de 5 min.
Por último,registrar las temperaturas de calentamiento enlos diferentes puntos de medición.
Resultados de la transferencia de calor por conducción de calentamiento y enfriamiento
Tabla 1: Detalles del comportamiento de la transferencia de calor del experimento 1 (Jamonada)
Materia prima: Jamonada Espesor: 0,4 cm Longitud: 10,5 cm
Punto de medición Distancias en cm Temperatura en ºC Temperatura en ºK (calent.)
Conductividad térmica en (W/m*k)Calentamiento Enfriamiento
1 1,5 cm 35º C 19,5º C 308º K 0,3864
2 3,0 cm 29,8º C 19,9º C 302,8º K 0,3871
3 4,5 cm 27,4º C 20,2º C 300,4º K 0,3872
4 6,0 cm 26,9º C 20,5º C 299,9º K 0,3873
5 7,5 cm 26,8º C 21,1º C 299,8º K 0,3873
6 9,0 cm 25,5º C 22,0º C 298,5º K 0,3874
7 10,5 cm 25,3º C 23,5º C 298,3º K 0,3874
Figura 1: Distancia de medición V.S Temperatura del experimento 1 (Jamonada)
Experimento 1 (Jamonada)
Calentamiento Enfriamiento
Tabla 2: Detalles del comportamiento de la transferencia de calor del experimento 2 (Aguaymanto)
Materia prima: Aguaymanto Diámetro: 2,0 cm Longitud: 2,4 cm
Punto de medición Distancias en cm
1 0,8 cm
2 1,6 cm
Conductividad térmica en (W/m*k)Calentamiento Enfriamiento
Temperatura en ºC Temperatura en ºK (calent.)
C 18,5º C 304º K 0,5699
C 18,6º C 302º K 0,5673
3 2,4 cm 27,5º C 18,9º C 300,5º K 0,5646
Figura 2: Distancia de medición V.S Temperatura del experimento 2 (Aguaymanto)
Experimento 2 (Aguaymanto)
Calentamiento Enfriamiento
Tabla 3: Detalles del comportamiento de la transferencia de calor del experimento 3 (Hot dog)
Material: Hot dog
Punto de medición Distancias en cm
Espesor: 1,45 cm Longitud: 13,65 cm
Temperatura en ºC Temperatura en ºK (calent.)
Conductividad térmica en (W/m*k)Calentamiento Enfriamiento
1 2,25 cm 29,6º C 14,3º C 302,6º K 0,3764
2 4,5 cm 27,8º C 13,1º C 300,8º K 0,3770
3 6,75 cm 25º C 12,8º C 298º K 0,3774
4 9,0 cm 24,5º C 12,7º C 297,5º K 0,3776
5 11,25 cm 23,9º C 13,3º C 296,9º K 0,3779
6 13,5 cm 23,5º C 13,2º C 296,5º K 0,3780
Figura 3: Distancia de medición V.S Temperatura del experimento 3 (Hot dog)
Experimento 3 (Hot dog )
Temoeratura medidad (ºC)
(cm)
Calentamiento Enfriamiento
Tabla 4: Detalles del comportamiento de la transferencia de calor del experimento 4 (Arándano)
Materia prima: Arándano Espesor: 1,0 cm Diámetro: 1,75cm
Punto de medición Distancias en cm Temperatura en ºC Temperatura en ºK (calent.)
Conductividad térmica en (W/m*k)Calentamiento Enfriamiento
1 0,2 cm 29,6º C 18,3º C 302,6º K 0,5884
2 0,5 cm 28,5º C 18,8º C 301,5º K 0,5870
3 0,8 cm 28,1º C 19,9º C 301,1º K 0,5870
Figura 4: Distancia de medición V.S Temperatura del experimento 4 (Arándano)
Experimento 4 (Arandano )
29
27
25
23
21
19
Temoeratura medidad (ºC) Distancia (cm)
31 0,2 0,5 0,8
Calentamiento Enfriamiento
17
Tabla 5: Detalles del comportamiento de la transferencia de calor del experimento 5 (Arveja)
Materia prima: Arveja Espesor: 0,7 cm Diámetro: 0,7 cm
Punto de medición Distancias en cm Temperatura en ºC Temperatura en ºK (calent.)
Conductividad térmica en (W/m*k)Calentamiento Enfriamiento
1 0,2 cm 24,1º C 22,5º C 297,1º K 0,5342
2 0,5 cm 23,4º C 24,7º C 296,4º K 0,5328
Figura 5: Distancia de medición V.S Temperatura del experimento 5 (Arveja)
Experimento 5 (Arveja )
24.5
24
23.5
23
22.5
22
25 0,2 0,5Temoeratura medidad (ºC) Distancia (cm)
Calentamiento Enfriamiento
Tabla 6: Detalles del comportamiento de la transferencia de calor del experimento 6 (Queso)
Material: Queso Espesor: 5,6 cm Diámetro: 9,7 cm
Punto de medición Distancias en cm Temperatura en ºC Temperatura en ºK (calent.)
Conductividad térmica en (W/m*k)Calentamiento Enfriamiento
1 1,5 cm 25,2º C 11,8º C 298,2º K 0,4266
2 3,0 cm 20,2º C 11,9º C 293,2º K 0,4247
3 4,5 cm 18,6º C 12,0º C 291,6º K 0,4239
4 6,0 cm 17,8º C 12,1º C 290,8º K 0,4235
5 7,5 cm 17,3º C 12,2º C 290,3º K 0,4235
6 9,0 cm 17,1º C 12,3º C 290,1º K 0,4235
Figura 6: Distancia de medición V.S Temperatura del experimento 6 (Queso)
Experimento 6 (Queso )
1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0Temoeratura medidad (ºC) Distancia (cm)
Calentamiento Enfriamiento
18
Con los resultados se comprueba que la transferencia de calor por conducción es un proceso mediante el cual fluye el calor desde una región de alta temperatura a una región de baja temperatura dentro de un medio o entre medios diferentes en contacto físico directo. En la cual la geometría de la materia influye significativamente.
En los gráficos y tablas se puede notar el comportamiento de la transmisión de calor yde qué forma varía de acuerdo si es de calentamiento o enfriamiento: en la conducción por calentamiento, el punto de medición más cercano a la fuente de calentamiento registrara una mayor temperatura; mientras que, en la conducción por enfriamiento, el punto de medición más cercano a la fuente de refrigeración registrara una menor temperatura.
Un material será mejor conductor de calor mientras mayor sea su conductividad del mismo. En los alimentos, la conductividad térmica depende principalmente de la composición, pero también de algunos otros factores que afectan el camino del flujo de calor a través del material tales como porcentaje de espacios vacíos, homogeneidad, forma ytamaño del alimento. En la práctica se puede concluir que los alimentos que poseen mayor conductividad térmica son aquellos que en su composición tienen mayor porcentaje de agua (arándano, Aguaymanto y arveja).
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SEMANA 2: “Introducción Definición de Ingeniería de alimentos, Consideraciones para el desarrollo de la asignatura”
La Ingeniería de Alimentos es la rama de la ingeniería que tiene como propósito la transformación de materias primas de consumo humano y no humano en productos alimentarios con una vida útil más prolongada, sin que estas pierdan su valor nutritivo, funcional, organoléptico en el marco de la inocuidad y las normatividades decalidaden el marcodeldiseño, desarrollo operación y control de plantas de procesamiento industrial.
La transferencia de calor es aquella ciencia que busca predecir la transferencia de energía que puede ocurrir entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. La ciencia de la transferencia de calor no sólo trata de explicar cómo puede ser transferida la energía calorífica, sino también trata de predecir la rapidez a la que se realizará este intercambio bajo ciertas condiciones especificadas
SEMANA 4: Transferencia de calor (estable), Ecuación general de la transferencia de calor, Mecanismo de Conducción
Se habla de conducción de calor estacionaria cuando el transporte de calor se mantiene de maneraduradera y homogénea mediante elsuministro decalor. En la conducción de calor no estacionaria, la distribución de la temperatura en el cuerpo depende del lugar y del tiempo.
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Torres, A. (2015). Series de Taylor y Series de Fourier: Un estudio comparativo . España : Universidad de Granada: Departamento de Analisis Matematico .
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/material_docente_2
Tema: “Transferencia de calor por Conducción Conductividad térmica Equivalencias con circuitos térmicos”
En la Ingeniería, a menudo se usa otro concepto muy importante. Dado que existe una analogía entre la difusión del calor y la carga eléctrica, los ingenieros a menudo usan la resistencia térmica (es decir, la resistencia térmica contra la conducción del calor) para calcular la transferencia de calor a través de los materiales.
Definición: La resistencia térmica es una propiedad del calor y una medida de la diferencia de temperatura por la cual un objeto o material resiste un flujo de calor
Aplicaciones: Dado que el concepto de resistencia térmica se puede utilizar en una variedad de ramas de ingeniería Consideremos una pared plana de espesor L y conductividad térmica media k. Las dos superficies de la pared se mantienen a temperaturas constantes de T1 y T2. Para una conducción de calor estable unidimensional a través de la pared, tenemos T(x). Entonces la ley de conducción de calor de Fourier para la pared se puede expresar como:
Entonces La resistencia térmica para la conducción en una pared plana se define como:
Representación: Las representaciones de circuitos proporcionan una herramienta útil para conceptualizar y cuantificar problemas de transferencia de calor. Esta analogía se puedeusar también para la resistencia térmica de la superficie contra la convección de calor. Ejemplos:
La transferencia de calor a través de la pared compuesta (pared plana) con condiciones de superficie de convección. La tasa de transferencia de calor constante entre dos superficies es igual a la diferencia de temperatura dividida por la resistencia térmica total entre esas dos superficies.
La transferencia de calor unidimensional en serie y en paralelo a través de una pared compuesta
Recordar: Dado que el concepto de resistencia térmica se puede utilizar en una variedad de ramas de ingeniería, definimos:
Resistencia térmica absoluta (����), que tiene unidades de [��/��]. La resistencia térmica absoluta es una propiedad de un componente particular, quetieneuna geometríadefinida(espesor L, área Ay forma). Porejemplo, una característica de un intercambiador de calor definido. Solo se necesita una diferencia de temperatura para resolver el calor transferido.
Resistencia térmica específica o resistividad térmica específica (��λ), que tiene unidades de [��×��/��]. La térmica específica es un material constante. Se requiere un espesor del material y una diferencia de temperatura para resolver el calor transferido.
R – valor (factor de aislamiento térmico), es una medida de resistencia térmica. Cuanto mayor sea el valor R, mayor será la efectividad aislante. El aislamiento térmico tiene las unidades [��2 ×��/��] en unidades SI o [����2 ×℉×ℎ��/������] en unidades imperiales. Es la resistencia térmica del área unitaria de un material. El valor R depende del tipo de aislamiento, su grosor y su densidad. Se requiere un área y una diferencia de temperatura para resolver el calor transferido.
Definición: Es una propiedad de la materia por ser un valor característico distintivo de la materia caracterizándola por su mayor o menor conducción de calor. La conducción de calor en estado estacionario ha sido utilizada en distintos experimentos para calcular la conductividad térmica de alimentos. Aunque también pueden utilizarse experimentos en estado no estacionario para determinarla.
Aplicaciones: De cualquier modo, lo que interesa obtener son relaciones matemáticas que permitan calcular la conductividad térmica de un determinado alimentoen funcióndelatemperaturaycomposición. Laecuación quegeneralmente
Especificaciones: La conductividad térmica (k) depende de las propiedades:
Estructura Físico Química: En sólidos y en líquidos las moléculas están relativamente próximas:
En sólidos la ���� el contacto intimo de moléculas se transfiere con mucha facilidad
En Líquidos la ���� el contacto íntimo de moléculas están más separados y se transfiere con más dificultad
En gases la ���� el contacto es un encuentro fortuito por lo que se transfiere con mucha dificultad.
El perfil seria: ���� >���� >����, pero esto no quiere decir que todos los sólidos tienen mayor conductividad que los líquidos
Presión: La conductividad térmica varia con la presión por que los gases se unen más incluso pueden llegar a estado líquido, para problemas prácticos siempre se consideran constante
Densidad (��): La mayoría de las sustancias no metálicas densas tienen conductividades térmicas del valor de 10 15Kcal/mh°C. Los materiales aislantes, como los utilizaos en paredes frigoríficas (Polímeros, corchos, lana de vidrio, etc) tienen una conductividad térmica de 004Kcal/mh°C muy aproximada a la conductividad de los gases.
Temperatura: La curva característica de variación de K con la temperatura es como una de tipo paraboloide de forma:
Es una medida de la resistencia con que se opone un material (facilidad o no) a ser atravesado por el calor, por ejemplo, en una pared de una vivienda. La resistencia térmica determina la propiedad de aislamiento térmico de un material
Pero realmente el concepto y su medida se utiliza para analizar algunos problemas de transferencia de calor utilizando una analogía eléctrica y de esta forma conseguir que los sistemas complicados sean más fáciles de visualizar y analizar. (Zaragosa, 2019)
Los técnicos o ingenieros usan la resistencia térmica para calcular la transferencia de calor a través de los materiales.
Unacapadeconstrucciónconunaaltaresistenciatérmica(porejemplo,lana de roca) es un buen aislante; uno con una resistencia térmica baja (por ejemplo, de hormigón) es un mal aislante.
La resistencia térmica es inversa de la conductividad térmica.
Un material que tiene una alta conductividad térmica significa que es muy buenconductordelcalor,alainversaquesitienemucharesistenciatérmica, que significaría que es mal conductor del calor. (Zaragosa, 2019)
La
térmica
permite
algo complicados de
relativamente sencillas. Veamos como calcularíamos Q a través de la aplicación del concepto de resistencia térmica y sin ella. (Fernandez, 2020)
En general, los buenos conductores de electricidad (metales como el cobre, el aluminio, el oro y la plata) también son buenos conductores de calor, mientras que los aislantes eléctricos (madera, plástico y hule) son malos conductores. (Leal, 2015)
La figura en la parte inferior muestra las moléculas de dos cuerpos a diferentes temperaturas. La energía cinética (promedio) de una molécula en el cuerpo caliente es mayor que la del cuerpo frío. Si dos moléculas chocan, la molécula caliente transfiere energía a la fría. El efecto cumulativo de todas las colisiones resulta en un flujo neto de calor que va del cuerpo caliente al frío. A este tipo de transferencia de calor entre dos objetos en contacto le llamamos conducción de calor.
Interpretación: las moléculas en dos cuerpos a diferentes temperaturas tienen distintas energías cinéticas promedio. Las colisiones que ocurren en la superficie de contacto transfieren energía de las regiones de alta temperatura a las de baja temperatura.
La conductividad térmica (a menudo expresada como ��,��) se refiere a la habilidad intrínseca de un material de transferir o conducir calor. Es uno de los tres métodos de transferencia de calor, siendo los otros dos: convección y radiación. Los procesos de transferencia de calor pueden cuantificarse en términos de las ecuaciones de velocidad correspondientes. La ecuación develocidad en este modode transferenciade calorestá basada en la ley de Fourier de conducción de calor. (Nave, 2020)
La conductividad térmica se da a través de la agitación molecular y contacto, y no es el resultado del movimiento de masa del sólido en sí mismo. El calor avanza con un gradiente de temperatura, desde un área de alta temperatura y alta energía molecular a un área con temperatura menor y menor energía molecular. Esta transferencia continuará hasta que se alcance el equilibrio térmico. La velocidad a la que se transfiere el calor depende de la magnitud del gradiente de temperatura, y de las características térmicas específicas del material. (Franco, 2011)
(Connor, 2019) La conductividad térmica se cuantifica utilizando un Sistema Internacional de Unidad (Unidades SI) de ��/��×�� y es el recíproco de la resistencia térmica, que mide la habilidad de un objeto para resistir la transferencia de calor. La conductividad térmica se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:
Laresistenciatérmicaesunapropiedaddelcaloryunamedida de la diferencia de temperatura por la cual un objeto o material resiste un flujo de calor.
Describe el transporte de energía en forma de calor a través de un cuerpo con masa como resultado de un gradiente de temperatura. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja.
El flujo de calor es la medida de la transferencia de energía, que es causado por una diferencia de temperatura y conduce al equilibrio de temperatura entre las sustancias. En este contexto, la energía se llama calor.
Las representaciones de circuitos proporcionan una herramienta útil para conceptualizar y cuantificar problemas de transferencia de calor.
Es unapropiedad específicade cadamaterialparacaracterizar conducción de calor en condiciones no estacionarias. Éste valor describe cuán rápido un material reacciona a un cambio de temperatura.
La conductividad térmica es un componente importante de la relación entre los materiales, y la habilidad de entender esto nos capacita para lograr el mejor resultadodelos materiales que utilizamosen todos los aspectos de nuestra vida. Principalmente en la industria de los alimentos, ya que es un parámetro esencial en la trasferencia de calor, lo cual es muy utilizado y visto en procesos industriales de conservación y transformación de alimentos.
SEMANA 5: “Transferencia de calor por Conducción - Conductividad térmica Equivalencias con circuitos térmicos”
Connor, N. (18 de Septiembre de 2019). ¿Qué es la unidad de conductividad térmica? . Obtenido de https://www.thermal engineering.org/es/que es la unidad de conductividad termica definicion/
Fernandez, P. (2020). Ingenieria Termica y de Fluidos . Obtenido de Departamento de Ingenieria Electrica y Energetica (Universidad de Cantabria): https://lopezva.files.wordpress.com/2011/10/cap11.pdf
Franco, C. (18 de Junio de 2011). Conductividad termica. Obtenido de Slideshare: https://es.slideshare.net/sena181309/conductividad termica 8346553
Leal, A. (2015). ¿Qué es la conductividad térmica? Obtenido de Khan Academy : https://es.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/specific heat and heat transfer/a/what is thermal conductivity
Nave, R. (5 de Marzo de 2020). Conductividad térmica. Obtenido de Thermtest: https://thermtest.com/latinamerica/que es la conductividad termica
Zaragosa, L. (2019). Resistencia Termica . Obtenido de AreaTecnologia: https://areatecnologia.com/materiales/resistencia termica.html#:~:text=La%20resistencia%20t%C3%A9rmica%20es%20un,calor% 20que%20es%20un%20material.
1. En el
cuyo comportamiento de
térmica
El bloque se va someter a pruebas de cocción con espesor de 24 pulgadas para las
temperaturaspara esas pruebas de
su velocidad de transferencia de calor
Son todos aquellos elementos que entre sus bondades tienen la condición de generar una alta resistencia al paso del calor. Su uso en la industria se conoce como aislante térmico. Los aislantes términos pueden ser usados para nivelar temperaturas frías o de calor.
Temperatura de interface Es la temperatura de la superficie. necesitaría para conocer la temperatura en función de la posición.
La caída de presión es la cantidad de presión de línea que se pierde permanentemente a medida que el gas pasa a través de un instrumento en la línea de gas. Esta pérdida de presión se debe a la resistencia de fricción de los componentes que toca el gas.
El coeficiente de película, coeficiente de convección o coeficiente de transmisión superficial, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección.
El coeficiente total de transferencia de calor, o valor U, se refiere a qué tan bien se conduce el calora través de una serie de medios resistentes. Sus unidades son W/(m2°C) [Btu/(hr ft2°F)]
SEMANA 6: Taller de problemas: Problemas de transferencia de calor por conducción estable”
La transferencia de calor por conducción es el resultado de interacciones moleculares. Las moléculas de un objeto que está a una temperatura más alta vibran con mayor rapidez, estas chocan contra las moléculas menos energéticas situadasenlapartedemenortemperaturadelobjeto.Eltallerfuemuynecesario para entender términos generales de la transferencia de calor en los alimentos.
Coeficiente convectivo de transferencia de calor
Coeficiente global de transferencia de calor
Material de clase: Tema: No hubo sesión
Material de clase: No hubo sesión Tema: “Desarrollo de los ejercicios propuestos sobre transferencia de calor por conducción en proceso "estable”
SEMINARIO DE PROBLEMAS (“Ejercicios propuestos de transferencia de calor por conducción en proceso estable”)
FACULTAD DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS “ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
INGENIERÍA DE ALIMENTOS I SEMINARIO DE PROBLEMAS
“PROBLEMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN EN PROCESO ESTABLE”
ALUMNA: Fidel Bravo Rosmery Mayli 191.0206.034
DOCENTE: Dr. Quispe Talla Ángel Noé Huaraz, 5 de septiembre de 2022
“UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
Aire a 25ºC pasa sobre una placa de acero calentada con sus superficies mantenidas a 200ºC. La placa tiene 50 x 40 cm y 2.5 cm de espesor. El coeficiente convectivo de transferencia de calor es 20 W/m2 ºK. La conductividad térmica del acero es 45 W/mºK. Calcular el calor perdido por hora en la placa.
a. Datos:
o Temperatura del aire (ambiente) = 25ºC
o Temperatura en la superficie de la placa de acero = 200ºC
o Dimensiones (placa): Longitud = 50cm, Ancho = 40cm, Espesor = 2.5cm
o Coeficiente convectivo de transferencia de calor = 20 W/m2ºK
o Conductividad térmica del acero = 45 W/mºK.
b. Modelo físico:
Una pared plana está expuesta a una temperatura ambiental de 38°C. La pared está cubierta por una capa de aislamiento de 2.5 cm. De espesor cuya conductividad térmica es 1.8 W/m°K y la temperatura de la pared en la parte exterior del aislante es 320°C. La pérdida de calor de la pared al ambiente es por convección. Calcular el valor del coeficiente convectivo de transferencia de calor que debería mantener la superficie exterior del aislante seguro, y que esta temperatura no exceda los 40°C
a. Datos:
o Temperatura interna de la pared plana aislante = 320ºC
o Temperatura ambiental = 38ºC
o Espesor del aislante = 2.5 cm
o Conductividad térmica del aislante = 1.8 W/mºK
o Temperatura del aislante en la superficie exterior ≤ 40ºC
Una tubería de metal es usada para bombear pasta de tomate, el coeficiente global de transferencia de calor basado en el área interna es 2 W/m2°K. El diámetro interno de la tubería es 5 cm. La tubería tiene 2 cm de espesor. La conductividad térmica del metal es 20 W/m°K. Calcular el coeficiente convectivo de transferencia de calor externo. El coeficiente convectivo de transferencia de calor interno es 5 W/m2°K.
o Coeficiente de transferencia de calor basados en el área externa. Ui = 2 W/m2oK
o Diámetro interno de la tubería = 5 cm
o Espesor de la tubería = 2 cm
o Conductividad térmica de la tubería de metal=20W/m0K
o Coeficiente convectivo de transferencia de calor en el interior = 5 W/m2oK
el coeficiente global de transferencia de calor y hallar el coeficiente convectivo de transferencia de calor en el exterior.
Una tubería de acero (diámetro externo = 100 mm) es cubiertocon dos capas de aislantes. La capa interna, de 40 mm de espesor tiene una conductividad térmica de 0.07 W/m°K. La capa externa, tiene 20 mm de espesor, con una conductividad térmica de 0.15 W/m°K.
La tubería es usada para transportar vapor a una presión de 700 KPa. La temperatura del aislante en el exterior es 24°C. Si el tubo tiene 10 m de largo, determinar lo siguiente, asumiendo que la resistencia a la transferencia de calor por conductividad en la tubería de acero y la resistencia conductiva en el vapor son despreciables:
a) La pérdida de calor por hora.
b) La temperatura de interface en el aislante.
a. Datos:
o Diámetro exterior de la tubería = 100����
o Espesor de la capa externa = 40����
o Conductividad térmica de la capa interna = 007��/��°��
o Espesor de la capa aislante externa = 20����
o Conductividad térmica de la capa externa = 015��/��°��
o Presión del vapor = 100������
o Temperatura sobre la superficie externa de la capa exterior = 24°��
KPa
165°C
= 24°C
Reemplazando en (2) tenemos:
=(0.025)(��)(195 24)=90.8��/ℎ
������������������������������������������������������������������,
Se tiene:
2 =��1 (��/��)ln(��2/��1) 2����1 … (3)
Reemplazando en (3) tenemos:
2 =165 (90.8)ln(180100) 2��(0.07) =4365°��
∴ La pérdida de calor por hora es: ���� ����/�� y la temperatura de interfase en el aislante es: ���� ����°�� Ejercicio Nº 7:
Un horno que trabaja a alta temperatura es protegido por una pared de un espesor total de 40 cm, la superficie interior está a 800 °C, la pared está construida por dos capas, la capa interna es ladrillo (Ki=0.83 W/m °K) y la otra capa es de aislante (Ke= 0.16 W/m °K), la temperatura máxima que soporta el aislante es de 720 °C, la temperatura de la superficie exterior es de 30 °C. Calcular el flujo de calor (W/m2), y el espesor de cada capa (m).
a. Datos:
Capa interna
Ki= 0.83
T exterior = 300C
T interior = 8000C
Et= 40cm = 0,4m
Capa de aislante
Ke= 0.16
T máx = 7200C
T exterior = 300C
TI = 8000C
Un tubo de acero de 5
temperatura de la interface entre el asbesto yla fibra.
de diámetro externo es cubierto con 6.4mm de asbesto K=0.166W/m°C seguido de otra capa de fibra de vidrio con igual espesor K=0.048W/m°C. La temperatura de la pared del tubo es 315°C, la temperatura externa del aislamiento es 38°C. Calcular
o
o Tamaño
o
o
aislamiento
Ejercicio Nº 9:
Se desea mantener a 5 °C el interior de un refrigerador cuyas dimensiones en la base son 55 cm por 80 cm y la altura es de 1.2
las paredes del refrigerador están constituidas por dos láminas de acero de 0.318 cm de espesor con 5 cm de aislante de fibra de vidrio entre las láminas de acero con un K=73 W/m °K para el acero y K=0.040 W/m °K para la lana de vidrio; los coeficientes de convección en el interior es 10 W/m2 °C y en el exterior 15 W/m2 °C. Si
ambiente en la cocina es de 30 °C estime el flujo de calor que debe extraerse para
SOLUCIÓN:
condiciones especificadas.
tubos concéntricos están dispuestos de
siguiente manera: Tubo interno: (acero)
= 17 W/m°C Conduce aceite caliente a 135
exterior = 4 pulg. Espesor = 0.45 cm
h=450 W/m2
Tubo exterior: (aislante plástico) Diámetro exterior = 8 pulg. Espesor = 0.015 m K = 0.035 W/m°C Conduce agua, h=25 W/m2°K. Calcular la
de transferencia de
interior del tubo plástico es de 80
del aire (h=5 W/m2 °K) es 25 °C y
La pared de un horno de 0.244 m de espesor se construye con un material que tiene una conductividad térmica de 1.3 W/m°K. La pared estará aislada en el exterior con un material que tiene una k promedio de 0.346 W/m °K, de tal manera que las pérdidas de calor en el horno sean iguales o inferiores a 1830 W/m2. La temperatura de la superficie interior es 1588 °K yla de la externa es 299 °K. Calcularel espesor del aislante necesario.
a. Datos:
o Temperatura interior (��1)=1588°��
o Temperatura exterior (��3)=299°��
o Conductividad material en “A” (����)=1.3��⁄��∗��
o Conductividad material en “B” (����)=0346��⁄��∗��
o Flujo específico del calor (��⁄��)=1830�� ��2⁄
o Espesor de la pared (∆����)=0.244��
o Espesor del aislante necesario (∆����)=¿?��
b. Modelo físico:
Vapor a 150°C fluye a través de una tubería que tiene un radio interior de 50mm y un radio exterior de 55mm. El coeficiente convectivo de transferencia de calor entre el vapor y la pared interior de la tubería es 2500 W/m2°C. La superficie exterior de la tubería está expuesta a una temperatura ambiente de 20°C con un coeficiente convectivo de transferencia de calor 10W/m2
Asumiendo un estado estable y sin generación de calor, calcular el flujo de transferencia de calor por metro, desde e vapor al aire a través de la tubería. Asumir que la conductividad térmica del acero inoxidable es 152 W/m °C.
Una tubería de 30�� de largo y diámetro externo de 75����. Es usada para transportar vapor a razón de 1000����/ℎ��. La presión del vapor es 198.53������. El vapor que ingresa al tubo tiene una fracción seca de 0.98 y debería salir de la tubería con una fracción seca mínima de 0.95. El aislamiento produce una conductividad térmica de 0.2��/��°�� Determinar el mínimo espesor requerido para el aislamiento. La temperatura en la superficie externa del aislante se asume en 25°C. Despreciar la resistencia conductiva del material del tubo y asumir que no existe caída de presión a través de la tubería.
a. Datos:
o Largo de la Tubería = 30��
o Diámetro exterior = 75���� =0,075��
o Transporta vapor a razón de flujo de masa = 1000����/ℎ
o Temperatura interior (��1)=198,53������ ≈120°�� =393°��
o Temperatura exterior (��2)=25°�� =298°��
o Conductividad (��)=0.2
o Espesor del aislante necesario
19:
Realizar mediante una hoja de cálculo un programa para calcular la temperatura de interface (acero aislante) de un tubo de acero (k, 17 W/m°C) aislado que transporta aceite caliente. La temperatura en la superficie interior es 130 °C, siendo el tubo de 2 cm de espesor y8cm de diámetro interno,eltuboestá aislado conunacapa de 0.04 m deespesor de un material aislante de una conductividad térmica de 0.035 W/m°C, siendo la temperatura en la cara exterior de 25 °C. Realizar los cálculos cuando los espesores de aislamiento son: (a) 2 cm, (b) 4 cm, (c) 6 cm, (d) 8 cm y (e) 10 cm.
a. Datos:
o
o
=130°��
=17��/��°��
o ������������������(����)=8���� =008��
o ����������������������������(����)=2���� =002��
o �������� =0.035��/��°��
o
=25°��
o ����������������������������������������������(����)=004��
=
b. Solución:
= 0.06��, ��������4=
Área media logarítmica del aislante:
Espesor (ais1) = 0.02m
����1= 2��������������������1 ����(1+2����������1 ���� )
����1= 0.00502 13333 =0.004��2
��1������ = ����1���������� �������� (���� ����)= 0.004��0.035 0.02 (25 130)=10501��
Espesor (ais2) = 0.04m
����2= 2��������������������2 ����(1+2����������2 ���� )
����2= 0.01005 16666 =0.06��2
��2������ = ����2���������� �������� (���� ����)= 0.06��0.035 0.04 (25 130)=170625��
Espesor (ais3) = 0.06m
����3= 2��������������������3 ����(1+2����������3 ���� )
����3= 001507 2 =001��2
��3������ = ����3���������� �������� (���� ����)= 0.01��0.035 0.06 (25 130) = 0612��
Espesor (ais4) = 0.08m
����4= 2��������������������4 ����(1+2����������4 ���� )
����4= 002010 2.3333 =0009��2
��4������ = ����1���������� �������� (���� ����)= 0.009��0.035 008 (25 130)= 0.413��
Espesor (ais5) = 0.1m
����5= 2��������������������5 ����(1+2����������5 ���� )
����5= 002513 26666 =0.01��2
��5������ = ����1���������� �������� (���� ����)= 001��0035 0.1 (25 130)= 0.3675��
El muro de una cámara frigorífica de conservación de productos congelados, se constituirá del modo siguiente:
Capa de cemento de 2 cm de espesor (k = 0.8 kcal/h*m°C)
Una capa de (25 cm) de ladrillo macizo (k = 0.6 kcal/h*m°C)
Pantalla anti vapor de 1.2 cm de espesor (k = 0.4 kcal/h*m°C)
Corcho expandido (k = 0.05 kcal/h*m°C)
7 cm de ladrillo hueco (k = 1.1 kcal/h*m°C)
Capa de cemento de 2 cm de espesor (k = 0.8 kcal/h*m°C)
Siendo la temperatura interior 25°C y la del exterior 30°C. Si las pérdidas horarias por unidad deárea del muro,se evalúan pormotivoseconómicosen10kcal/h·m²,determinar:
a) El coeficiente global de transmisión de calor del muro
b) El espesor de corcho que debe colocarse
c) La distribución de temperaturas en el muro
Se tomarán como coeficientes de transmisión de calor
20 y 12 kcal/h·m²°C,
o Temperatura exterior: 30ºC
o Temperatura interior: 25ºC
o Coeficientes de calor:
o H exterior: 20 kcal/h·m² °C
o H interior: 12 kcal/h·m²°C
o Flujo de calor por unidad de área: q: 10 kcal/h·m²°C
exterior
3.
kcal h·m²°C =
( 25º��))
0.05��+0064
+ ��4h·m²°C 0.05kcal
+0025��
6.94º��
0.2403�� =24.03����.
Si
el
Pared exterior:
de
podemos ir obteniendo las temperaturas de cada una de las superficies:
= (��
��1)
= (30 ��1) 0.05��
=30º��
Primera pared:
(��1
10�� = (29.5 ��2) 0.025��
��2=29.25º��
Segunda pared:
�� = (��2 ��3) ��3
10�� = (2925 ��3) 0.417��
��3=2508º��
Tercera pared:
�� = (��3 ��4) ��4 10=(25.08 ��4) 4.81 ��4= 22.98º��
Cuarta pared:
�� = (��4 ��5) ��5 10=( 2298 ��5) 0064
��5= 23.62º��
Quinta pared: �� = (��5 ��6) ��6 10=( 23.62 ��6) 0025
��6= 23.87º��
Pared interna: �� = (��6 ��������) �������� 10=( 23.87 ��������) 0.083 �������� = 24.7º��
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/material_docente_4
Tema: “Transferencia
Considérese un cilindro largo de radio interior (����), radio exterior (����) y longitud (��), este cilindro se somete a una diferencia de temperaturas (���� ����) y se plantea la pregunta de cuál será el flujo de calor.
En un cilindro cuya longitud sea muy grande comparada con su diámetro, se puede suponer que el calor fluye sólo en dirección radial, con lo que la única coordenada espacial necesaria para definir el sistema es (��). De nuevo, se utiliza la ley de Fourier empleandolarelación apropiadaparaelárea. Eláreaparael flujodecalor en un sistema cilíndrico es: ��
=2������
que
La transferencia de calor a través de un cilindro se puede considerar estacionaria y unidimensional. Presenta las siguientes condiciones: (Torres, 2018)
La temperatura del tubo depende sólo de una dirección (la dirección r radial) y se puede expresar como T=T(r)
No se tiene cambio en la temperatura del tubo con el tiempo en cualquier punto. Por tanto, la razón de transferencia de calor hacia el tubo debe ser igual a la razón de transferencia hacia afuera de él
Considéreseun cilindro largode radiointerior (����), radioexterior (����) y longitud (��), este cilindro se somete a una diferencia de temperaturas (���� ����) y se plantea la pregunta de cuál será el flujo de calor.
(Torres, 2018) En un cilindro cuya longitud sea muy grandecomparadacon sudiámetro, se puede suponer que el calor fluye sólo en dirección radial, con lo que la única coordenada espacial necesaria para definir el sistema es (��). De nuevo, se utiliza la ley de Fourierempleando la relación apropiada para el área. El áreaparael flujode calor en un sistema cilíndrico es: ���� =2������
Ecuación de conducción de calor en un cilindro:
(Torres, 2018)
En los sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un coeficiente global de transferencia de calor, conocido como factor U. El factor U se define mediante una expresión análoga a la ley de enfriamiento de Newton. (Bautista, 2015)
Muchos de los procesos de transferencia de calor que se encuentran en la industria involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de conducción y convección. Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor en general, conocido como un factor U.
El factor U se define mediante una expresión análoga a la ley de enfriamiento de Newton: (Connor, 2019)
El coeficiente global de transferencia de calor está relacionado con la resistencia térmica total y depende de la geometría del problema. Por ejemplo, la transferencia de calor en un generador de vapor implica la convección desde la mayor parte del refrigerante del reactor a la superficie del tubo interno del generador de vapor, la conducción a través de la pared del tubo y la convección (ebullición) desde la superficie del tubo externo al fluido lateral secundario. (Parthan, 2017)
La transferencia de calor constante a través de capas cilíndricas o esféricas de varias capas se puede manejar como paredes planas de varias capas
Transferencia de calor en cilindros
Flujo de calor unidimensional y uniforme a través de paredes de cilindros huecos como son los tubos que se utilizan en los intercambiadores de calor: El flujo radial de calor por conducción a través de la pared de un cilindro hueco es un problema de conducción unidimensional de importancia.
Conducción del calor en una esfera homogénea
Las superficies isotérmicas son superficies esféricas concéntricas y la temperatura es una función únicamente de la distancia radial r y del tiempo t. La esfera se calienta hasta una temperatura uniforme T0 (distribución inicial de temperaturas T (r, 0) = T0.
Coeficiente global de transferencia de calor
El coeficiente total de transferencia de calor, o valor U, se refiere aqué tanbien se conduce elcalora través deunaserie de medios resistentes. Sus unidades son W/(m2°C) [Btu/(hr ft2°F)]
Un intercambiador de calor es un equipo que transfiere continuamente calor de un medio a otro. Hay dos tipos principales de intercambiadores de calor: directos e indirectos. Intercambiador de calor directo, donde ambos medios están en contacto directo entre sí. Se da por sentado que los medios no se mezclan.
La Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes. De acuerdo con los conceptos de la Termodinámica, la energía que se transfiere como resultado de unadiferenciadetemperaturaes el calor.La transferenciadecalorenun cilindro y una esfera se realiza en forma Radial, he ahí la diferencia con una pared plana, donde la transferencia se realiza de molécula a molécula. Además de que las condiciones de frontera están en función de los radios y la longitud.
SEMANA 8: “Transferencia de calor en cilindros y esferas”
Bautista, A. (10 de Julio de 2015). Cálculo de transmisión en elementos constructivos y temperatura de sus superficies. Obtenido de MundoHvacr: https://www.mundohvacr.com.mx/2008/07/calculo de transmision en elementos constructivos y temperatura de sus superficies/
Connor, N. (17 de Septiembre de 2019). ¿Qué es el coeficiente general de transferencia de calor? Factor U – Definición. Obtenido de Thermal: https://www.thermal engineering.org/es/que es el coeficiente general de transferencia de calor factor u definicion/
Connor, N. (18 de Septiembre de 2019). ¿Qué es la unidad de conductividad térmica? . Obtenido de https://www.thermal engineering.org/es/que es la unidad de conductividad termica definicion/
Parthan,V.(7deAgostode2017). Coeficiente generaldetransferencia de calor: 11 datos importantes. Obtenido de Lambdageeks: https://es.lambdageeks.com/overall heat transfer coefficient concepts/
Torres, A. (2015). Series de Taylor y Series de Fourier: Un estudio comparativo . España : Universidad de Granada: Departamento de Analisis Matematico .
Torres, D. (18 de Mayo de 2018). Conducción de Calor en Cilindros y Esferas. Obtenido de Scribd : https://es.scribd.com/document/379178255/Conduccion de Calor en Cilindros y Esferas
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/tercera_practica_examen_de_unidad_ Tercera Práctica: “Mecanismos de Transferencia de Calor “ 08/09/22
INFORME DE PRÁCTICA (“YOGURT GRIEGO”) (PARTE TEÓRICA)
FACULTAD DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS “ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
INGENIERÍA DE ALIMENTOS I
ALUMNA:
Fidel Bravo Rosmery Mayli 191.0206.034
DOCENTE:
Dr. Quispe Talla Ángel Noé Huaraz, 8 de septiembre de 2022
“UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
“MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN EN LA PRODUCCIÓN DE YOGURT GRIEGO”
El presente informe es un trabajo teórico práctico que se desarrolló a nivel de laboratorio en la cual se enfatiza la transferencia de calor por conducción, convección y radiación evaluados en un sistema (Termo) que permita estudiar estos 3 métodos de transferencia simultáneamente. La metodología en el presente informe se basa, en el estudio de la transferencia de calor del proceso de producción de yogurt griego sabiendo que la transferencia permite: una rápida transferencia, una lenta transferencia o una distribución adecuada del calor en el sistema; para de ese modo cumplir con el objetivo planteado al inicio del presente, “Evaluar la transferencia de calor en el proceso de producción del yogurt griego utilizando el termo como fuente de incubación”, así como tambien evaluar el grado de confiablidad de un termo como lugar para el desarrollo de la fermentación lácticaenla producciónde yogurt griego. Enconclusión, con losresultadosse comprueba que con este sistema de incubación (termo) se reduce la transmisión calorífica por convención yconducción, ya que el recipiente donde reposa el yogurt griego está rodeado por un “vacío” que impide la perdida de calor y la transmisión por radiación es anulada al recubrir el interior con una pintura espejada que hace que las ondas electromagnéticas revoten y queden en el interior. En síntesis, el termo es un excelente lugar para el desarrollo de la fermentación láctica en la producción de yogurt griego, ya que mantiene la temperatura de incubación de 42ºC, gracias a su estructura.
Palabras clave: Transferencia de calor; Conductividad térmica; Yogurt griego
La transferencia de calor es un proceso, enel cual se intercambia energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran por lo general a diferentes temperaturas. Esta se realiza por tres métodos diferentes: conducción, convección y radiación, estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente. En esta práctica se enfatiza la transferencia de calor por conducción, convección y radiación evaluados en un sistema (Termo) que permita estudiar estos 3 métodos de transferencia simultáneamente, en el proceso de producción de yogurt griego
Estos mecanismos de transferencia de calor están presentes en muchas situaciones de la vida cotidiana y aplicaciones principalmente en la ingeniería. Es por ello que es importante conocer el comportamiento de la transferencia de energía, puesto que en nuestra rama de la ingeniería es importante calcular la velocidad de transferencia de calor en muchos procesos agroindustriales.
Evaluar la transferencia de calor en el proceso de producción del yogurt griego utilizando el termo como fuente de incubación.
Conocer los fundamentos teóricos y prácticos del comportamiento de la transferencia de calor en el proceso de producción de yogurt griego.
Evaluar el grado de confiablidad de un termo como lugar para el desarrollo de la fermentación láctica en la producción de yogurt griego.
La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales como resultado de una diferencia de temperaturas. A diferencia de la Termodinámica, la transferencia de calor pretende no sólo explicar cómo puede transferirse la energía térmica sino también predecir la rapidez con la que tiene lugar la transferencia. (Criado & Gomez, 2011)
Por otro lado(Jimenez, 2020)mencionaque,cuandoexiste unadiferencia de temperatura entre dos objetos o regiones lo suficientemente próximas, la transferencia de calor no puede ser detenida, solo puede hacerse más lenta. Según (Cross, 2017) En general, se reconocen tres modos distintos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación, aunque, en rigor, solo la conducción y radiación debieran considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse. Para que se produzca convección, tiene que haber un transporte mecánico de masa además de una diferencia de temperatura, sin embargo, teniendo en cuenta que la convección también transfiere energía de zonas con mayor temperatura a zonas con menor temperatura, normalmente se admite el modo transferencia de calor por convección.
En síntesis, los mecanismos de transferencia de calor son: conducción, convección y radiación. Estos mecanismos se podrán producir simultáneamente con diferente importancia.
Se llama conducción a la transferencia de calor mediante el contacto directo de las partículas de un material con las de otro, sin transferir materia entre los cuerpos. Ocurre en todos losestados de agregación:sólido, líquido o gaseoso, aunque enestos dos últimos suele preferirse la convección. (Ponce, 2021)
¿Cómo se produce la transferencia de calor por conducción? Lasmoléculasde un objetoqueestá a unatemperatura másalta vibrancon mayorrapidez, estas chocan contra las menos energéticas situadas en la parte de menor temperatura del objeto. Como resultado del choque las moléculas que se mueven a mayor velocidad transfieren una parte de su energía a las que se mueven más despacio. (Arteta, 2014)
La ley de Fourier sirve para cuantificar la conducción y dice que la tasa a la cual el flujo es transferido por conducción, �� = �� ∆�� , es proporcional al gradiente de temperaturas ����/���� y al área transversal A a la dirección de flujo �� = ���� ���� ���� donde ��(������/��∗��) es la conductividad térmica del material, magnitud que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor, y el signo menos es una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica, la cual requiere que el calor fluya de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura. Por otrolado, hayque tener presente que el gradiente de temperatura ����/���� indica que la temperatura T es función de ��, por lo tanto, un gradiente de temperatura negativo indica que la temperatura decrece al aumentar los valores de ��. (Yunus & Afshin, 2004)
PAREDES PLANAS (Fernandez, 2018) Una aplicación inmediata de la ley de Fourier corresponde al caso de la transmisión del calor a través de una pared plana. Cuando las superficies de la pared se encuentran a temperaturas diferentes, el calor fluye sólo en dirección perpendicular a las superficies Si la conductividad térmica es uniforme, la integración de la ecuación anterior proporciona:
la que �� es el espesor de la pared, ��1 es la temperatura de la superficie de la izquierda �� =0, y ��2 es la temperatura de la superficie de la derecha ��=��
Analogía eléctrica de la conducción: Si la transmisión de calor se considera análoga al flujo de electricidad, la expresión (��/����) equivale a una resistencia y la diferencia de temperaturas a una diferencia de potencial, por lo que la ecuación anterior se puede escribir en forma semejante a la ley de Ohm:
La transferencia decalora travésde uncilindrose puede considerar estacionaria y unidimensional. Presenta las siguientes condiciones:
La temperatura del tubo depende sólo de una dirección (la dirección r radial) y se puede expresar como T=T(r)
No se tiene cambio en la temperatura del tubo con el tiempo en cualquier punto. Por tanto, la razón de transferencia de calor hacia el tubo debe ser igual a la razón de transferencia hacia afuera de él
Considérese un cilindro largo de radio interior (����), radio exterior (����) y longitud (��), este cilindro se somete a una diferencia de temperaturas (���� ����) y se plantea la pregunta de cuál será el flujo de calor. (Torres, 2018) En un cilindro cuya longitud sea muy grande comparada con su diámetro, se puede suponer que el calor fluye sólo en dirección radial,conlo que la única coordenada espacial necesaria para definir el sistema es (��). De nuevo, se utiliza la ley de Fourier empleando la relación apropiada para el área. El área para el flujo de calor en un sistema cilíndrico es: ���� =2������
Ecuación de conducción de calor en un cilindro:
Se considera una capa esférica de radio interior ��1, radio exterior ��2 y conductividad térmica promedio ��. Presenta las siguientes consideraciones: (Torres, 2018)
dos superficies de la capa cilíndrica se mantienen a las temperaturas
hay generación de calor en la capa y la conductividad térmica es
Conducción de calor unidimensional a través de la capa esférica T(r).
de conducción de calor en una esfera:
la conducción, excepto que ocurre en los casos en que un fluido recibe calor y
La convección es semejante
mueve para transmitirlo dentro de un espacio donde está contenido.Laconveccióneseltransportedecalorpormediodelmovimientodeunfluido, sea gaseoso o líquido. (Ponce, 2021)
La transmisión de calor por convección se compone de dos mecanismos simultáneos. El primero, es la transferencia de calor por conducción, debido al movimiento molecular, a la que se superpone la transferencia de energía por el movimiento de fracciones del fluido que se mueven accionadas por una fuerza externa, que puede ser un gradiente de densidad (convección natural), o una diferencia de presión producida mecánicamente (convección forzada) o una combinación de ambas. La cantidad de calor transferido por convección, se rige por la ley de enfriamiento de Newton. (Cabriales & Cobos, 2011)
La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta. La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura finita. Aunque centraremos nuestra atención en la radiación de superficies sólidas, ésta también puede provenir de líquidos y gases.
La energía delcampode radiaciónestransportadaporondaselectromagnéticasque,como sabemos, no precisa ningún medio material para propagarse (a diferencia de la conducción y la convección). (Criado & Gomez, 2011)
La tasa de transferencia de calor por radiación también depende del color del objeto. El negro es el más eficaz, y el blanco es el menos eficaz.
¿Cómo se produce la transferencia de calor por convección?
La conductividad térmica (a menudo expresada como k, λ) se refiere a la habilidad intrínseca de un material de transferir o conducir calor. Los procesos de transferencia de calor pueden cuantificarse en términos de las ecuaciones de velocidad correspondientes. La ecuación de velocidad en este modo de transferencia de calor está basada en la ley de Fourier de conducción de calor. (Nave, 2020)
La conductividad térmica se da a través de la agitación molecular y contacto, y no es el resultado del movimiento de masa del sólido en sí mismo. El calor avanza con un gradiente de temperatura, desde un área de alta temperatura yalta energía molecular a un área con temperatura menor y menor energía molecular. Esta transferencia continuará hasta que se alcance el equilibrio térmico. La velocidad a la que se transfiere el calor depende de la magnitud del gradiente de temperatura, y de las características térmicas específicas del material. (Franco, 2011) (Connor, 2019) La conductividad térmica se cuantifica utilizando un Sistema Internacional de Unidad (Unidades SI) de ��/��×�� y es el recíproco de la resistencia térmica, que mide la habilidad de un objeto para resistir la transferencia de calor. La conductividad térmica se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:
Yogur concentrado o estilo griego, remonta al año 5000 A.C. Se produce mediante la eliminación de una parte de suero por medio de la filtración hasta un contenido de 9 a 11% de sólidos grasos y 21 a 23% de sólidos no grasos. (Hoyos, 2015)
Además, presenta un color entre blanco y crema, textura suave yunsabor ácidocaracterístico entrecremayqueso cottage, además de una capacidad de dispersarse bastante buena con poca producción de sinéresis.
La Comisión del Codex Alimentarius para la Agricultura y la Alimentación (FAO) y la Organización Mundial de la Salud (OMS), establecen que el yogur concentrado es la leche fermentada mediante la acción de las bacterias ácido lácticas Lactobacillus. bulgaricus y Streptococcus thermophilus. (Codex Alimentarius , 2019)
Enlasiguientetabla sepresentaunacomparación delcontenidonutricionalentre el yogurt tradicional y el yogurt tipo griego.
Beneficios del yogurt griego: (Villeda, 2015)
Este producto contiene el doble de proteínas que el yogur convencional y además tiene menor cantidad de azúcar añadida, por lo general menos calorías.
Resulta ventajoso para los niños, mujeres embarazadas y adultos mayores, quienes requieren un consumo de proteínas de alto valor biológico
Recipiente con cierre hermético y paredes aislantes que sirve para mantener la temperatura de las bebidas o alimentos líquidos que contiene.
El termo lo inventó el físico y químico James Dewar en 1892, como un depósito aislante para estudiar gases a baja temperatura. Conocido como vaso Dewar, no fue patentado y en 1904 se creó la empresa alemana Thermos para comercializar el producto. Le llamaron “thermo”, porque significa calor en griego. Para entender su funcionamiento debemos entender que el calor tiene 3 formas de propagación. (Deprospe, 2016)
Bien, los termos constan de dos recipientes separados entre sí por un espacio donde se crea el vacío, que permite la mínima transferencia del calor.
Con este sistema se reduce la transmisióncalorífica por convención yconducción, ya que el recipiente donde reposa le liquido está rodeado por un “vacío” que impide la perdida de calor y la transmisión por radiación es anulada al recubrir el interior con una pintura espejada que hace que las ondas electromagnéticas revoten y queden en el interior.
Un termo solo pierde calor por dos puntos: la boca de entrada, que, aunque queda sellada pierde calor; y el punto de unión entre los dos recipientes.
La metodología en el presente informe se basa en el diseño experimental, el cual consiste en desarrollar la teoría aplicada a la práctica; para de ese modo cumplir con el objetivo planteado al inicio del presente, “Evaluar la transferencia de calor en el proceso de producción del yogurt griego utilizando el termo como fuente de incubación”.
Para la presente experiencia, se va realizar la evaluación de la transferencia de calor del proceso de producción de yogurt griego sabiendo que la transferencia permite:una rápida transferencia, una lenta transferencia o una distribución adecuada del calor en el sistema.
Para la elaboración del “YOGURT GRIEGO” se utilizaron los siguientes insumos.
Materia prima e insumos
1 litro de leche de bolsa
Leche en polvo (anchor)
1 kilo de azúcar blanca
1 kilo de fresa
und. de yogurt probiótico
pomo de Biolactol (bífido bacterias)
DIAGRAMA Nº 1: Diagrama de flujo CUALITATIVO para la obtención del yogurt griego y mix de fresa
Leche a fermentar (yogurt griego, 42ºC)
El vacío bloquea los mecanismos de transferencia de calor por convección y radiación
RESULTADO: En la práctica se demostró que el termo es un excelente lugar para el desarrollo de la fermentación láctica en la producción de yogurt griego, ya que mantiene la temperatura de incubación de 42ºC, gracias a su estructura (vacío en su interior)
Vacío de Aire Aluminio
En el proceso de elaboración de yogurt, gracias a los resultados se comprueba que con el sistema de Incubacion (termo) se reduce la transmisión calorífica por los mecanismos de convención y conducción, ya que el recipiente donde reposa el yogurt griego está rodeado por un “vacío” que impide la perdida de calor
Los cuerpos calientes tienden a transferir el calor a los cuerpos con una menor temperatura. Existiendo para ello diferentes maneras de propagación (Convección, conducción y radiación). Por ello la estructura de un termo es en realidad dos recipientes, uno dentro de otro, y acoplados de tal forma que las superficies donde se “tocan” (generalmente la boca del envase) son las menores posibles. Logrando con ello que la pérdida de calor sea únicamente a través de radiación (a través del vacío que queda entre ellos).
En el vacío del termo no hay transmisión de calor (excepto por radiación), esta transmisión por radiación se puede anular al recubrir el interior con una pintura espejadaque hace que lasondaselectromagnéticasrevotenyquedenen elinterior.
En síntesis, el termo es un excelente lugar para el desarrollo de la fermentación láctica en la producción de yogurt griego, ya que mantiene la temperatura de incubación de 42ºC, gracias a su estructura.
Arteta, A. (3 de Octubre de 2014). Transferencia de calor por Conduccion . Obtenido de Universidad de Barranquilla : https://1library.co/document/yr01lv8y transferencia de calor por conduccion informe.html
Cabriales, R., & Cobos, D. (14 de Julio de 2011). Transferencia de Calor . Obtenido de Universidad Autonoma de Nuevo Leon :https://1library.co/document/yn978jlq practicas para el laboratorio de transferencia de calor pdf.html Codex Alimentarius . (2019). Obtenido de https://www.fao.org/3/i2085s/i2085s.pdf
Connor, N. (18 de Septiembre de 2019). ¿Qué es la unidad de conductividad térmica? . Obtenido de https://www.thermal engineering.org/es/que es la unidad de conductividad termica definicion/ Criado,J.,&Gomez, M.(14 deOctubrede2011). Tema 7: Fundamentos de transferencia de calor. Obtenido de Universidad de Malaga : https://ocw.uma.es/pluginfile.php/775/mod_resource/content/0/Tema%208. %20Apuntes_Transferencia_de_calor.pdf
Cross, F. (2017). Transferencia de Calor. Editorial Continental. Deprospe, L. (26 de Febrero de 2016). ¿Como funciona un Termo? Obtenido de http://algunastontadas.blogspot.com/2016/02/como funciona un termo.html
Fernandez, P. (2018). Ingenieria Termica y de Fluidos . Obtenido de Universidad de Cantabria : https://lopezva.files.wordpress.com/2011/10/cap11.pdf
Franco, C. (18 de Junio de 2011). Conductividad termica. Obtenido de Slideshare: https://es.slideshare.net/sena181309/conductividad termica 8346553
Hoyos, C. (26 de Noviembre de 2015). Desarrollo de un yogurt tipo griego . Obtenido de Universidad de Cordoba : https://repositorio.unicordoba.edu.co/bitstream/handle/ucordoba/1050/INFO RME%20FINAL%20J%20Y%20C%202015.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Jimenez, C. (2020). Transferencia de Calor . Obtenido de Instituto Tecnológico de Costa Rica: https://repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/10176/Trasferencia%2 0de%20calor.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Nave, R. (5 de Marzo de 2020). Conductividad termica. Obtenido de Thermtest: https://thermtest.com/latinamerica/que es la conductividad termica
Ponce, J. (28 de Julio de 2021). Mecanismos de transmisión de calor. Obtenido de SlideShare: https://www.slideshare.net/JuanKarlosPonceRamirez/mecanismos de transmisin de calor
Torres, D. (18 de Mayo de 2018). Conducción de Calor en Cilindros y Esferas. Obtenido de Scribd : https://es.scribd.com/document/379178255/Conduccion de Calor en Cilindros y Esferas
Villeda, C. (Noviembre de 2015). Elaboración de yogur estilo griego con diferentes porcentajes de ATECAL, leche en polvo y horas de desuerado. Obtenido de Universidad Panamericana, Honduras : https://bdigital.zamorano.edu/server/api/core/bitstreams/4bb77890 43e4 4ec5 9beb 44379822f0e8/content
Yunus,C.,&Afshin,G.(2004). Transferencia decalorymasa, fundamentos yaplicaciones España: FreeLibros, Cuarta edicion .
Temas: Introducción- Calor- Mecanismo de transferencia de calor Transferencia de calor por conducción (PARTE PRACTICA)
Temas: Introducción Calor Mecanismo de transferencia de calor Transferencia de calor por conducción
Docente: Dr. ÁNGEL NOÉ QUISPE TALLA
Nombres y Apellidos: Fidel Bravo Rosmery Mayli
Código: 191.0206.034 CorreoInstitucional: rfidelb@unasam.edu.pe
Usted va realizar la evaluación de la transferencia de calor del proceso de producción de yogurt griego sabiendo que la transferencia permite: una rápida transferencia, una lenta transferencia o una distribución adecuada del calor en el sistema se le solicita evaluar y presentar los cálculos del proceso con los datos siguientes:
1. Datos del equipo o termo estandarizado para todo el proceso de producción: Para la práctica se considerará que tiene 3 capas y usted va considerara como modelo físico lo siguiente:
a) Se le pide calcular la velocidad de transferencia de calor si la fermentación láctica se inicia a una temperatura de 42°C el exterior del termo tiene una temperatura de 15°C con un coeficiente por conducción de 25 W/m2 °K
b) Usted proponga una forma para mejorar la transferencia de calor indique las condiciones que recomendaría con valores numéricos
Una forma de mejorar el sistema del termo como medio de Incubacion en la elaboración de yogurt griego, se enfocaría en el vacío que genera los dos recipientes separados entre sí, que permite la mínima transferencia del calor. Con este sistema se reduce la transmisión calorífica por convención y conducción, ya que el recipiente donde reposa el yogurt está rodeado por un “vacío” que impide la perdida de calor yla transmisión por radiación es anulada al recubrir el interior con una pintura espejada que hace que las ondas electromagnéticas revoten y queden en el interior. Es por ello que se plantea incrementar el radio del “vacío” para de esa manera reducir aún más la pérdida de calor y la velocidad de transferencia de calor.
Conducción
Convección
El vacío bloquea los mecanismos de transferencia de calor por convección y radiación
Pared con Pintura espejada
Pared sin Pintura espejada
c)
La conductividad térmica es un componente importante de la relación entre los materiales, y la habilidad de entender esto nos capacita para lograr el mejor resultadodelos materiales que utilizamosen todos los aspectos de nuestra vida. Principalmente en la industria de los alimentos, ya que es un parámetro esencial en la trasferencia de calor, lo cual es muy utilizado y visto en procesos industriales de conservación y transformación de alimentos.
La transferencia de calor por conducción es el resultado de interacciones moleculares. Las moléculas de un objeto que está a una temperatura más alta vibran con mayor rapidez, estas chocan contra las moléculas menos energéticas situadasenlapartedemenortemperaturadelobjeto. Eltallerfuemuynecesario para entender términos generales de la transferencia de calor en los alimentos.
La Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes. De acuerdo con los conceptos de la Termodinámica, la energía que se transfiere como resultado de unadiferenciadetemperaturaes el calor.La transferenciadecalorenun cilindro y una esfera se realiza en forma Radial, he ahí la diferencia con una pared plana, donde la transferencia se realiza de molécula a molécula. Además de que las condiciones de frontera están en función de los radios y la longitud.
SEMANA 8: “Transferencia de calor en cilindros y esferas”
Connor, N. (18 de Septiembre de 2019). ¿Qué es la unidad de conductividad térmica? . Obtenido de https://www.thermal engineering.org/es/que es la unidad de conductividad termica definicion/
Fernandez, P. (2020). Ingenieria Termica y de Fluidos . Obtenido de Departamento de Ingenieria Electrica y Energetica (Universidad de Cantabria): https://lopezva.files.wordpress.com/2011/10/cap11.pdf
Franco, C. (18 de Junio de 2011). Conductividad termica. Obtenido de Slideshare: https://es.slideshare.net/sena181309/conductividad termica 8346553
Leal, A. (2015). ¿Qué es la conductividad térmica? Obtenido de Khan Academy : https://es.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/specific heat and heat transfer/a/what is thermal conductivity
Nave, R. (5 de Marzo de 2020). Conductividad térmica. Obtenido de Thermtest: https://thermtest.com/latinamerica/que es la conductividad termica
Zaragosa, L. (2019). Resistencia Termica . Obtenido de AreaTecnologia: https://areatecnologia.com/materiales/resistencia termica.html#:~:text=La%20resistencia%20t%C3%A9rmica%20es%20un,calor% 20que%20es%20un%20material.
Bautista, A. (10 de Julio de 2015). Cálculo de transmisión en elementos constructivos y temperatura de sus superficies. Obtenido de MundoHvacr: https://www.mundohvacr.com.mx/2008/07/calculo de transmision en elementos constructivos y temperatura de sus superficies/
Connor, N. (17 de Septiembre de 2019). ¿Qué es el coeficiente general de transferencia de calor? Factor U Definición. Obtenido de Thermal: https://www.thermal engineering.org/es/que es el coeficiente general de transferencia de calor factor u definicion/
Connor, N. (18 de Septiembre de 2019). ¿Qué es la unidad de conductividad térmica? . Obtenido de https://www.thermal engineering.org/es/que es la unidad de conductividad termica definicion/ Parthan,V.(7deAgostode2017). Coeficiente generaldetransferencia de calor: 11 datos importantes. Obtenido de Lambdageeks: https://es.lambdageeks.com/overall heat transfer coefficient concepts/
Torres, D. (18 de Mayo de 2018). Conducción de Calor en Cilindros y Esferas. Obtenido de Scribd : https://es.scribd.com/document/379178255/Conduccion de Calor en Cilindros y Esferas
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/material_docente_4
Tema: “Intercambiadores de Calor”
El cálculo del área de transmisión de calor es uno de los objetivos principales en el diseño de un cambiador de calor tubular. Las suposiciones de partida son:
El flujo de calor es en estado estacionario.
El coeficiente global de transmisión de calor es constante a lo largo de todo el cambiador.
No hay conducción axial en la tubería.
El cambiador está perfectamente aislado. Las pérdidas de calor hacia el exterior son despreciables.
El flujo de calor intercambiado entre los fluidos puede expresarse mediantela ecuación:
dq=Ui (∆T)global dAi
donde U. es el coeficiente global basado en el área interior de la tubería interior. El término (∆T)global es la diferencia de temperatura entre el fluido caliente y el frío. El balance de energía en el cambiador de calor es:
El perfil de temperatura en un cambiador de calor tubular, se expresa:
dq=Ui (Th Tc)dAi
El diseño consiste fundamentalmente en elegir el tipo de intercambiador de calor y calcular el área necesaria de contacto para conseguir transferir calor determinado. Normalmente se conocen las temperaturas de entrada al cambiador de ambos fluidos y la temperatura de salida de uno de ellos dependiendo si se pretende calentar o enfriar a una temperatura determinada el fluido frio o caliente, respectivamente, así un simple balanceentalpicoenelcambiadorpermitedeterminarelcaudaldelcalornecesariopara enfriar o calentar dicho fluido y la temperatura desconocida del otro fluido.
Hay que tener encueta si son concéntricos de flujo paralelo o de flujo en contra corriente.
Flujo en contracorriente:
1. Un alimento líquido (��������������������í�������� = 4.0����/����°��) por la tubería interior de un cambiador de calor de tubos concéntricos. El alimentoentraalcambiadora 20°�� ysalea 60°�� comoseindicaenelperfildetemperaturas.El caudalmásicodelalimentoes 0,5����/��.
Por la sección anular del cambiador circula agua, en contracorriente con el alimento, que entra al cambiador a 90°��; su caudal másico es de 1����/��. El calor específico medio del agua es 4.18����/����°�� .
Suponer estado estacionario. En estas condiciones:
Calcular la temperatura de salida del agua del cambiador de calor.
Calcular la diferencia de temperatura media logarítmica.
Calcular la longitud del cambiador si el coeficiente global de transmisión de calor es 2000 W/m2 °C y el diámetro interno de la tubería interior es 5 cm.
Repetir los cálculos si el cambiador es de flujo en corrientes paralelas.
Un intercambiador de calor es un dispositivo que es utilizado para la transferencia de energía térmica interna entre dos o más fluidos disponibles a diferentes temperaturas. Enlamayoríadelosintercambiadoresdecalorlosfluidossonseparadosporlasuperficie de transferencia, e idealmente no se mezclan. (Castañeda, 2015)
Porotrolado (De Luna, 2014) menciona que un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estén separados por una barrera sólida o que se encuentren en contacto.
Según (Castañeda, 2015) se clasifican de la siguiente manera:
Contacto directo: donde ambos medios se encuentran en contacto directo eluno conel otro. Sedaporhechoquelos fluidos nose mezclan entre sí. La mayoría de los intercambiadores de calor por contacto directo caen bajola categoríadegas líquido,dondeelcalorse transfiere entre un gas y líquidos en forma de gotas, las películas o aerosoles.
Contacto indirecto: Son aquellos en los que los fluidos no entran en contacto directo, no se mezclan, sino que están separados por un tabique sólido, un espacio o incluso un tiempo. También se denominan de tipo cerrado.
Principalmentelosdañosocurrenenlassuperficiesdelosmaterialesdelintercambiador de calor en contacto con hidrocarburos, sustancias químicas, agua y vapor. Los daños son influenciados por factores tales como: Temperatura, fatiga mecánica, turbulencia, concentración y velocidad de escurrimiento de los fluidos. (John, 2013)
Corrosión: Puede ocurrir en cualquiera de los componentes del intercambiador en contacto con los fluidos o en las áreas donde ocurran cambios de estados (liquido vapor). Este es el principal mecanismode falla en los intercambiadores de calor, especialmente en los tubos, y dependerá de los materiales y de los fluidos que circulan por esto
Averías mecánicas: Se consideran las siguientes causas:
Vibraciones en los tubos (ocasionando desgaste al rozar el tubo con los baffles).
Aflojamiento de tubos en el cabezal, y grietas.
Alabeo y deformación de los tubos.
Montaje inadecuado
(De Luna, 2014) menciona las siguientes aplicaciones con mayor importancia:
Industria alimentaria: enfriamiento, pasteurización de leche, zumos, bebidas carbonatadas, salsas, vinagres, vino, jarabe de azúcar, aceite, etc.
Industria química y petroquímica: producción de combustibles, etanol, biodiesel, disolventes, pinturas, pasta de papel, aceites industriales, etc.
Industria del Aire acondicionado: cualquier proceso que implique enfriamiento o calentamiento de los gases.
Calefacción y Energía Solar: producciónde aguacalientesanitaria ymediante paneles solares, calentamiento de piscinas, etc.
Industria marina: enfriamiento de motores y lubricantes mediante el empleo del agua del mar.
La efectividad de un intercambiador se define de la siguiente manera: (Morales, 2020)
La efectividad de transferencia de calor se define como la razón de la transferencia de calor lograda en un intercambiador de calor a la máxima transferencia posible, si se dispusiera de área infinita de transferencia.
En contra flujo, es aparente que conforme aumenta el área del intercambiador de calor, la temperatura de salida del fluido mismo se aproxima a la temperatura de entrada del fluido máximo en el límite conforme el área se aproxima al infinito.
En el caso del flujo paralelo, un área infinita solo significa que la temperatura de ambos fluidos sería la lograda si se permitiera que ambos se mezclaran libremente en un intercambiador de tipo abierto.
En todas las industrias, y en particular la industria alimentaria se lleva a cabo el uso de diferentes máquinas y equipos, estos tienen diversas funciones, que en conjunto permiten realizar los procesos para la elaboración de un producto alimenticio.
Los intercambiadores de calor que se encuentran en las industrias de alimentos tienen una gran variedad de formas y de funciones, pero a pesar de que puedan tener todas estas variedades y funcionamientos similares, los intercambiadores de calor más comunes que podemos encontrar en la mayoría de las empresas debido a su accesibilidadde precio ypor su funcionamientoquerealizan y que es indispensableson:
Muchas veces no nos ponemos a pensar que los equipos y maquinas tienen una gran relevancia en la industria, y mucho menos sobre cómo es su funcionamiento. Algunos equipos que se encuentran en la industria de los alimentos son equipos llamados intercambiadores de calor, estos se nombran así porque como lo menciona (Morales, 2020) que los intercambiadores de calor son dispositivos que se encargan de transferir calor de un lugar a otro, o de un fluido a otro fluido.
Existen muchos tipos de intercambiadores de calor que se pueden encontrar en las empresas alimenticias, estos pueden tener muchas formas y tamaños. Hay algunos intercambiadores de calor que tienen ciertas características, como su funcionamiento similar, pero se considera que existen muchas variedades de acuerdo a las ventajas y desventajas que estos ofrecen. Continuando con las similitudes entre los intercambiadores, podemos encontrar que los evaporadores, vaporizadores y calderas tienen una aplicación similar, aunque en el caso de que estos trabajan con fluidos líquidos con el fin de calentarlos y convertirlos en vapor, los 2 primeros trabajan cada uno con fluidos líquidos de diferente naturaleza.
El evaporador lo que se calienta y evapora es el agua, porque se suministra una energía con una Tº equivalente a la evaporación del agua, en cambio con un vaporizador se puede calentar y evaporar otro fluido que no sea agua.
Las calderas son otro tipo de intercambiadores de calor, estas tienen la función de calentar el agua o la de producir vapor, aquí considero que es dependiendo del uso al que se le destinara al producto resultante del proceso que se realiza en la caldera.
Un intercambiador de calor es un equipo que transfiere continuamente calor de un medio a otro. Hay dos tipos principales de intercambiadores de calor: directos e indirectos. Intercambiador de calor directo, donde ambos medios están en contacto directo entre sí. Se da por sentado que los medios no se mezclan.
Cuando la temperatura en cada punto de un cuerpo no varía con el tiempo, decimos que prevalecen las condiciones de estadoestacionariooquetenemosun flujodecaloren estado estacionario.
El coeficiente total de transferencia de calor, o valor U, se refiere aqué tanbien se conduce elcalora través deunaserie de medios resistentes. Sus unidades son W/(m2°C) [Btu/(hr ft2°F)]
En el intercambio de calor por contracorriente, el fluido caliente se enfría mientras que el fluido frío se calienta. En el extremo de calor tenemos un fluido caliente entrando que cede energía a los fluidos de temperatura templada, calentándolos a través de la longitud de intercambio.
Un intercambiador de calor es un dispositivo que es utilizado para la transferencia de energía térmica interna entre dos o más fluidos disponibles a diferentes temperaturas. En todas las industrias, y en particular la industria alimentaria se lleva a cabo el uso de diferentes máquinas y equipos estos tienen diversas funciones, que en conjunto permiten realizar los procesos para la elaboración de un producto alimenticio. Los intercambiadores de calor que se encuentran en las industrias de alimentos tienen una gran variedad de formas y de funciones
Coeficiente global de transferencia de calor
Intercambiador de calor en contra corriente
SEMANA 9: “Intercambiadores de calor”
Castañeda, A. (2015). Intercambiadores de Calor. Obtenido de slideplayer : https://slideplayer.es/slide/3477821/
De Luna, A. (2014). "Intercambiadores de Calor". Obtenido de slideplayer: https://slideplayer.es/slide/27219/
John, S. (4 de Mayo de 2013). Intercambiadores de calor . Obtenido de slideserve: https://www.slideserve.com/sandra_john/intercambiadores de calor
Morales, N. (2020). Importancia de los intercambiadores de calor en la industria alimentaria. Obtenido de gestiopolis: https://www.gestiopolis.com/importancia los intercambiadores calor la industria alimentaria/
Material de clase:
Tema: No hubo sesión
Material de clase:
Tema: No hubo sesión 19/09/22
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/material_docente_5
Tema: “Mecanismo de transferencia de calor por Radiación”
La transmisión de calor por radiación se caracteriza porque la energía se transporta en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a la velocidad de la luz. El transporte de energía por radiación puede verificarse entre superficies separadas por el vacío.
La transferencia de Calor por radiación, es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas.
El calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja, cuando están separados por un espacio que puede ser el vacío (Hornos).
Este mecanismo ocurre a altas temperaturas.
No se requiere de un medio físico, para que exista radiación.
Intercambio neto de calor por radiación entre dos cuerpos a diferentes temperaturas:
Para calcular esta transferencia de calor se puede escribir
En un sistema cerrado los cuerpos intercambian energía por radiación hasta que su temperatura se iguale. El tipo de superficie de un cuerpo es importante en este intercambio. Como todo material, cuando un alimento es expuesto a ondas, parte de ellas se absorben y transforman en calor, otra parte se refleja y otra parte se transmite a través de él.
Los cuerpos reales reflejan radiación térmica en la misma forma en que la absorben y la transmiten.
Reflectividad (��): Es la fracción de calor incidente sobre el cuerpo que se refleja.
Absortividad (��): Es la fracción que se absorbe.
Transmisividad (��): Es la fracción de energía incidente transmitida a través del cuerpo.
Emisividad (��): Es la efectividad del cuerpo como un radiador térmico a una temperatura. Es la relación de la emisión de calor a una temperatura dada a la emisión de calor desde un cuerpo negro a la misma temperatura.
La radiación esla transferenciade calorpor ondas electromagnéticas como laluzvisible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta. La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura finita. Aunque centraremos nuestra atención en la radiación de superficies sólidas, ésta también puede provenir de líquidos y gases. (Criado & Gomez, 2011)
La radiación es un fenómeno de carácter volumétrico, es decir, que se manifiesta y es medible por unidad de volumen. Segun (Moral & Rogriguez, 2021) la velocidad máxima de radiación que puede ser emitida desde una superficie a una Temperatura T en escala absoluta Kelvin, se expresa por la Ley de Stefan Boltzaman, como:
�� =5,67∗10
��/(��
constante de Stefan Boltzaman.
La energía del campo de radiación es transportada por ondas electromagnéticas que, como sabemos, no precisa ningún medio material para propagarse (a diferencia de la conducción y la convección).
La transferencia de Calor por radiación, es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas.
El calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja, cuando están separados por un espacio que puede ser el vacío (Hornos).
Este mecanismo ocurre a altas temperaturas.
No se requiere de un medio físico, para que exista radiación.
Las ondas electromagnéticas nacen cuando un campo eléctrico entra en contacto con un campo magnético. De ahí que se conozcan como ondas electromagnéticas. El campo eléctrico y el campo magnético de una onda electromagnética son perpendiculares (en ángulo recto) entre sí. (Moreno, 2017)
Figura: Representación gráfica de una onda electromagnética
Una onda electromagnética puede viajara travésde cualquierelementoyobjeto,ya sea aire, un material sólido o el vacío. No necesita un medio para propagarse o viajar de un lugar a otro.
En un sistema cerrado los cuerpos intercambian energía por radiación hasta que su temperatura se iguale. El tipo de superficie de un cuerpo es importante en este intercambio. (Quispe, 2022)
Como todo material, cuando un alimento es expuesto a ondas, parte de ellas se absorben y transforman en calor, otra parte se refleja y otra parte se transmite a través de él:
Figura: Desdoblamiento de la energía electromagnética incidente en un alimento
La absorbancia de un alimento depende de su naturaleza química, color y estado de su superficie. Mientras más agua contenga,mejor absorbente es; otros constituyentes que absorben energía en los alimentos son las proteínas, los azúcares y los lípidos.
Podemos clasificar y ordenar las ondas electromagnéticas de acuerdo a sus diferentes longitudes de onda y frecuencias; llamamos a esta clasificación "el espectro electromagnético". (Zumdahl, 2018)
Figura: Espectro electromagnético
Cuando un cuerpo produce ondas electromagnéticas lo hace generalmente emitiendo un amplio espectro que depende de lo "caliente" que se halle.
La radiación es la emisión, propagación y transferencia de energía calorífica en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas (infrarrojas) y es muy diferente a la conducción y a la convección
Lasondaselectromagnéticassecreancomoresultadodelas vibraciones entre un campo eléctrico y un campo magnético. Las ondas electromagnéticas nacen cuando un campo eléctrico entra en contacto con un campo magnético.
La emisividad es la medición de la capacidad de un objeto de emitir energía infrarroja. El valor de la emisividad se calcula por la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura con su entorno. La energía emitida indica la temperatura del objeto.
El espectro electromagnético es el conjunto de longitudes de onda de todas las radiaciones electromagnéticas. Incluye:Losrayosgammatienenlaslongitudesdeondamás cortas y las frecuencias más altas conocidas.
La Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes. De acuerdo con los conceptos de la termodinámica, la transmisión de calor por radiación se caracteriza porque la energía se transporta en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a la velocidad de la luz. En la industria de alimentos es aplicado a los alimentos, el cual se define como la cantidad de calor transferida por unidad de tiempo.
Criado,J.,&Gomez, M.(14 deOctubrede2011). Tema 7: Fundamentos de transferencia de calor. Obtenido de Universidad de Malaga : https://ocw.uma.es/pluginfile.php/775/mod_resource/content/0/Tema%208. %20Apuntes_Transferencia_de_calor.pdf
Moral, M., & Rogriguez, J. (2 de Septiembre de 2021). Ejemplo de Radiación. Obtenido de https://www.ejemplode.com/37 fisica/4522 ejemplo_de_radiacion.html
Moreno, R. (3 de Marzo de 2017). ¿Ques es una onda electromagnetica? Obtenido de Pepeenergy: https://www.pepeenergy.com/blog/glosario/definicion onda electromagnetica/
Quispe, A. (2022). Mecanismos de Radiación. Obtenido de Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo : http://campus.unasam.edu.pe/login/index.php
Zumdahl, S. (2018). La luz: ondas electromagnéticas, espectro electromagnético y fotones. Obtenido de Khanacademy: https://es.khanacademy.org/science/ap chemistry/electronic structure of atoms ap/bohr model hydrogen ap/a/light and the electromagnetic spectrum
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/material_docente_6
Tema: “Transferencia de calor en estado no estacionario”
La transferencia de calor de estado inestable es importante debido al gran número de problemas de calentamiento y enfriamiento que existe en la industria como:
conservas en latas
En la mayoríade estos sistemas el material se sumerge repentinamente en un fluido que está a una temperatura más alta o más baja
Los procesos de transferencia de calor donde existe una variación con respecto altiemposonimportantesyaque lostratamientostérmicosnecesitanelementos suficientes para realizar estos cálculos por que los procesos de transferencia de calor inestable son la base para los diferentes tratamientos térmicos empleados en la industria alimentaria.
El periodo de transferencia de calor inestable o trasciende se produce antes que se produzca el equilibrio termodinámico es decir antes que las condiciones de estado estable se alcancen debe transcurrir un tiempo donde la temperatura varia
El número de biot representa la relación de las resistencias interna y externa:
cuerpo al tener
Área
una relación
de
tendrá: Volumen, calor especifico,
de películas (��)
el número de BIOT, que expresa la
para calentamiento o
Transferencia de calor en estado NO estacionario
El estado transitorio (no estacionario) es aquel estado de un sistema donde los valores de las variables involucradas en su estudiocambianalolargodeltiempo,esdecir,sondinámicas. Este cambio en las variables del sistema se debe a una acumulación de materia o energía
En transmisión de calor, el número de Biot (Bi) es un número adimensional que relaciona la transferencia de calor por conducción dentro de un cuerpo y la transferencia de calor por convección en la superficie de dicho cuerpo.
El número de Biot tiene numerosas aplicaciones, entre ellas su uso en cálculos de transferencia de calor en disipadores de aletas.
El coeficiente total de transferencia de calor, o valor U, se refiere aqué tanbien se conduce elcalora través deunaserie de medios resistentes. Sus unidades son W/(m2°C) [Btu/(hr ft2°F)]
Los gráficos de Heisler o diagramas de Heisler son una herramienta de análisis gráfico para la evaluación de la transferencia de calor en ingeniería térmica.
La transferencia de calor en la naturaleza permite la transferencia de energía entrecuerposyfomentadiferentescambiosfísicosnecesariosparalaestabilidad del medio ambiente. En la conducción de calor no estacionaria, la distribución de la temperatura en el cuerpodepende del lugar ydel tiempo. La conductividad térmica λ es la propiedad dependiente de la temperatura de un material que indica qué tan bien se distribuye el calor desde un punto en el material.
Tema: No hubo sesión: “Aniversario de la Facultad”
Material de clase:
Tema: No hubo sesión
Tema: Planificación para la realización de las prácticas de producción: Transferencia de calor por Radiación
06/10/22
Materia prima
1 pollo chico
Insumos: Formulación por persona
50 gr de glutamato monosódico
20 gr de ají rojo
40 gr de ají amarillo
50 gr de ajo molido
30 gr de comino
10 gr de comino entero
10 gr de kion
40 gr de canela china
20 gr de salsa inglesa
80 gr de sal
40 gr de huacatay molido
30 gr de sillao
Para la masa: Formulación por persona
500 gr de harina
cucharada sopera de azúcar
cucharada sopera de sal
40 gr de mantequilla
235 ml de agua
Para el ají de gallina: Formulación por persona
unidades de pechuga de pollo
300 gr de ají amarillo
20 gr de comino
8 unidades de pan
20 gr de sal
8 unidades de huevo
1 unidad de nuez moscada
1 unidades de leche en polvo
Un intercambiador de calor es un dispositivo que es utilizado para la transferencia de energía térmica interna entre dos o más fluidos disponibles a diferentes temperaturas. En todas las industrias, y en particular la industria alimentaria se lleva a cabo el uso de diferentes máquinas y equipos estos tienen diversas funciones, que en conjunto permiten realizar los procesos para la elaboración de un producto alimenticio. Los intercambiadores de calor que se encuentran en las industrias de alimentos tienen una gran variedad de formas y de funciones
La Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes. De acuerdo con los conceptos de la termodinámica, la transmisión de calor por radiación se caracteriza porque la energía se transporta en forma de ondas electromagnéticas, que se propagan a la velocidad de la luz. En la industria de alimentos es aplicado a los alimentos, el cual se define como la cantidad de calor transferida por unidad de tiempo.
La transferencia de calor en la naturaleza permite la transferencia de energía entrecuerposyfomentadiferentescambiosfísicosnecesariosparalaestabilidad del medio ambiente. En laconducción decalor no estacionaria, ladistribución de la temperatura en el cuerpo depende del lugar y del tiempo. La conductividad térmica λ es la propiedad dependiente de la temperatura de un material que indica qué tan bien se distribuye el calor desde un punto en el material.
Castañeda, A. (2015). Intercambiadores de Calor. Obtenido de slideplayer : https://slideplayer.es/slide/3477821/
Criado,J.,&Gomez, M.(14 deOctubrede2011). Tema 7: Fundamentos de transferencia de calor. Obtenido de Universidad de Malaga : https://ocw.uma.es/pluginfile.php/775/mod_resource/content/0/Tema%208. %20Apuntes_Transferencia_de_calor.pdf
De Luna, A. (2014). "Intercambiadores de Calor". Obtenido de slideplayer: https://slideplayer.es/slide/27219/
John, S. (4 de Mayo de 2013). Intercambiadores de calor . Obtenido de slideserve: https://www.slideserve.com/sandra_john/intercambiadores de calor
Moral, M., & Rogriguez, J. (2 de Septiembre de 2021). Ejemplo de Radiación. Obtenido de https://www.ejemplode.com/37 fisica/4522 ejemplo_de_radiacion.html
Morales, N. (2020). Importancia de los intercambiadores de calor en la industria alimentaria. Obtenido de gestiopolis: https://www.gestiopolis.com/importancia los intercambiadores calor la industria alimentaria/
Moreno, R. (3 de Marzo de 2017). ¿Ques es una onda electromagnetica? Obtenido de Pepeenergy: https://www.pepeenergy.com/blog/glosario/definicion onda electromagnetica/
Quispe, A. (2022). Mecanismos de Radiación. Obtenido de Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo : http://campus.unasam.edu.pe/login/index.php
Zumdahl, S. (2018). La luz: ondas electromagnéticas, espectro electromagnético y fotones. Obtenido de Khanacademy: https://es.khanacademy.org/science/ap chemistry/electronic structure of atoms ap/bohr model hydrogen ap/a/light and the electromagnetic spectrum
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/cuarta_practica_examen_de_unidad_ Cuarta Práctica: “Mecanismo de transferencia de calor por radiación en la producción de pollo rostizado mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos”
INFORME DE PRÁCTICA (“Mecanismo de transferencia de calor por radiación en la producción de pollo rostizado mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos”)
FACULTAD DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
“ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
INGENIERÍA DE ALIMENTOS I
“MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN EN LA PRODUCCIÓN DE POLLO ROSTIZADO MEDIANTE UN SISTEMA DE HORNO CON RAYOS INFRARROJOS”
ALUMNA:
Fidel Bravo Rosmery Mayli 191.0206.034
DOCENTE:
Dr. Quispe Talla Ángel Noé Huaraz, 10 de octubre de 2022
“UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
El presente informe es un trabajo teórico práctico que se desarrolló a nivel de laboratorio en la cual se enfatiza la transferencia de calor por Radiación evaluado en el diseño de un sistema (Horno con rayos infrarrojos) que permita estudiar factores como tiempo y temperatura óptima de horneado, en el proceso de producción de pollo rostizado. La metodología en el presente informe se basa, en la posibilidad de utilizar un horno con rayos infrarrojos como medio de transferencia de calor por radiación que no provoque daño alguno en el organismo humano; para cumplir conel objetivo planteado al inicio del presente, “Evaluar la Transferencia de calor por Radiación en el proceso de producción de pollorostizadomediante unsistema dehornoconrayosinfrarrojos.”,asícomotambien evaluar la eficiencia del sistema de horneado con rayos infrarrojos con fuente energética de gas doméstico en la producción de pollo rostizado. En conclusión, con los resultados se comprueba que con este diseño de sistema (Horno con rayos infrarrojos) la transmisión de calor por radiación es eficiente tanto en el producto final como tambien en el ahorro de costos de producción en comparación con los sistemas tradicionales; además, de que evita la combustión de grasas previniendo la formación de sustancias carcinógenas originada por el goteo de grasa sobre las brasas. En síntesis, de acuerdo al análisis de la práctica losvaloresóptimosobtenidosparael horneadofueron:una temperatura de 180ºC por 60 minutos.
Palabras clave: Transferencia de calor; Radiación; Rayos infrarrojos
La transferencia de calor es un proceso, enel cual se intercambia energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran por lo general a diferentes temperaturas. Esta se realiza por tres métodos diferentes: conducción, convección y radiación. En esta práctica se enfatiza la transferencia de calor por Radiación evaluado en el diseño de un sistema (Horno con rayos infrarrojos) que permita estudiar factores como tiempo y temperatura óptima de horneado, en el proceso de producción de pollo rostizado.
La justificación de este estudio se basa principalmente en el proceso de cocción a través de rayos infrarrojos, cuyo objetivo es evitar la combustión de los residuos de grasa proveniente de la carne en cocción, puesto que forma sustancias cancerígenas en modo de gas, dicho gas al entrar en contacto con la carne en proceso de cocción se contamina. Este mecanismo está presente en muchas situaciones de la vida cotidiana. Es por ello que es importante conocer el comportamiento de la transferencia de calor, puesto que en nuestra rama de la ingeniería es esencial su aplicación.
Evaluar la Transferencia de calor por Radiación en el proceso de producción de pollo rostizado mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos.
Conocer los fundamentos teóricos y prácticos del comportamiento de la transferencia de calor en el proceso de producción de pollo rostizado.
Evaluar la eficiencia del sistema de horneado con rayos infrarrojos con fuente energética de gas doméstico en la producción de pollo rostizado.
La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales como resultado de una diferencia de temperaturas. A diferencia de la Termodinámica, la transferencia de calor pretende no sólo explicar cómo puede transferirse la energía térmica sino también predecir la rapidez con la que tiene lugar la transferencia. (Criado & Gomez, 2011)
Por otro lado (Jimenez, 2020) menciona que, cuandoexiste una diferencia de temperatura entre dos objetos o regiones lo suficientemente próximas, la transferencia de calor no puede ser detenida, solo puede hacerse más lenta.
Así mismo (Cross, 2017) reconoce tres modos distintos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación, aunque, en rigor, solo la conducción y radiación debieran considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse. Para que se produzca convección, tiene que haber un transporte mecánico de masa además de una diferencia de temperatura, sin embargo, teniendo en cuenta que la convección también transfiere energía de zonas con mayor temperatura a zonas con menor temperatura, normalmente se admite el modo transferencia de calor por convección.
En síntesis, los mecanismos de transferencia de calor son: conducción, convección y radiación. Estos mecanismos se podrán producir simultáneamente con diferente importancia.
La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta. La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura finita. Aunque centraremos nuestra atención en la radiación de superficies sólidas, ésta también puede provenir de líquidos y gases. (Criado & Gomez, 2011)
La radiación es un fenómeno de carácter volumétrico, es decir, que se manifiesta y es medible por unidad de volumen. Segun (Moral & Rogriguez, 2021) la velocidad máxima de radiación que puede ser emitida desde una superficie a una Temperatura T en escala absoluta Kelvin, se expresa por la Ley de Stefan-Boltzaman, como:
�� =5,67∗10 8 ��/(��2
es la constante de Stefan Boltzaman.
La energía delcampode radiaciónestransportadaporondaselectromagnéticasque,como sabemos, no precisa ningún medio material para propagarse (a diferencia de la conducción y la convección).
Características de la Transferencia de calor por Radiación:
La transferencia de Calor por radiación, es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas.
El calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja, cuando están separados por un espacio que puede ser el vacío (Hornos).
Este mecanismo ocurre a altas temperaturas.
No se requiere de un medio físico, para que exista radiación.
Las ondas electromagnéticas nacen cuando un campo eléctrico entra en contacto con un campo magnético. De ahí que se conozcan como ondas electromagnéticas. El campo eléctrico y el campo magnético de una onda electromagnética son perpendiculares (en ángulo recto) entre sí. (Moreno, 2017)
Una onda electromagnética puede viajar a través de cualquier elemento y objeto, ya sea aire, un material sólido o el vacío. No necesita un medio para propagarse o viajar de un lugar a otro.
En un sistema cerrado los cuerpos intercambian energía por radiación hasta que su temperatura se iguale. El tipo de superficie de un cuerpo es importante en este intercambio. (Quispe, 2022)
Comotodomaterial,cuandoun alimentoes expuestoaondas,partede ellasseabsorben y transforman en calor, otra parte se refleja y otra parte se transmite a través de él:
Figura 2: Desdoblamiento de la energía electromagnética incidente en un alimento
La absorbancia de un alimento depende de su naturaleza química, color y estado de su superficie. Mientras másagua contenga, mejor absorbente es; otros constituyentes que absorben energía en los alimentos son las proteínas, los azúcares y los lípidos.
Podemos clasificar yordenar las ondas electromagnéticas de acuerdo a sus diferentes longitudes de onda y frecuencias; llamamos a esta clasificación "el espectro electromagnético". (Zumdahl, 2018)
Cuando un cuerpo produce ondas electromagnéticas lo hace generalmente emitiendo un amplio espectro que depende de lo "caliente" que se halle.
Los hornos son diseñados para cocinar, hornear o texturizar, optimizando los resultados en calidad, menos tiempo y costos de energía más bajos. En los hornos las variables más importantes son: temperatura de operación y tiempo al que se somete la materia prima; los hornos para cocción de alimentos de acuerdo a la operación pueden ser continuos o discontinuos y funcionan a una temperatura oscilante entre 150 y 200 ºC; en general, los hornos continuos son 5% más eficientes que los discontinuos. (Pantoja, 2013)
La falta de una buena comprensión del proceso de cocción crea contratiempos e impide la implementación de tecnologías de avanzada en el diseño de hornos y equipos que permitan mejorar su eficiencia.
Transferencia de calor en los Hornos industriales: Físicamente el horneado puede ser descrito como un proceso de transferencia de calor desde el exterior hacia el interior del producto; en el interior el agua líquida y el vapor de agua transportan el calor por conducción, es allí cuando se eleva la temperatura del producto desde la superficie hasta el centro; y la radiación está presente entre las paredes del horno hacia el producto o de la fuente de calor hacia el medio, haciendo del proceso un modelo que se puede replicar.
Por lo tanto, la conducción y la radiación producen un efecto de calentamiento localizado; de otra parte, la convección tiende a crear una distribución uniforme de calor en la cámara de cocción. (Pantoja, 2013)
Los hornos infrarrojos son un tipo de horno que utiliza lámparas infrarrojas en lugar del tradicional sistema de calentamiento por convección. Este tipo de horno tiene un uso comercial o industrial. Suelen disponer de lámparas inferiores, lo que permite que éste caliente al mismo tiempo por la parte superior e inferior. (Powell, 2020)
Al usar calor infrarrojo la energía es focalizada directamente sobre el producto
El tiempo de calentamiento en un horno infrarrojo es mucho menor que en un horno por convección.Esto se traduce en un ahorro de energía y en una mejora de la producción en la empresa
El calor penetra uniformemente en los alimentos y produce una diferencia en apariencia, gusto y textura.
Capacidad de ajustar la radiación a las propiedades del alimento
El trabajo de una empresa será mucho más eficiente y rápido.
Amigable con el ambiente al no contaminar por ruido ni por quemadores de gas.
No necesita previo calentamiento, en segundos alcanza la temperatura deseada.
Figura 4: Diseño de un horno infrarrojo de uso en la Industria de alimentos
Los rayos infrarrojos son un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. El nombre de infrarrojo significa por debajo del rojo pues su comienzo se encuentra adyacente a este color en el espectro visible. (Rodriguez, 2017)
Los infrarrojos están asociados al calor, debido a que a temperatura normal los objetos emiten espontáneamente radiaciones en el rango de los infrarrojos. Cualquier cuerpo que tenga una temperatura mayor que el cero absoluto (0º Kelvin o 273ºC) emitirá radiación infrarroja.
Los infrarrojos fueron descubiertos en 1800 por William Herschel, un astrónomo inglés de origen alemán. Herschel colocó un termómetro de mercurio en el espectro obtenido por un prisma de cristal con el fin de medir el calor emitido por cada color. Descubrió que el calor era más fuerte al lado del rojo del espectro y observó que allí no había luz. Ésta es la primera experiencia que muestra que el calor puede transmitirse por una forma invisible de luz. Herschel denominó a esta radiación. (Rodriguez, 2017)
La metodología en el presente informe se basa en el diseño experimental, el cual consiste en desarrollar la teoría aplicada a la práctica; para de ese modo cumplir con el objetivo planteadoaliniciodel presente, “EvaluarlaTransferencia decalor por Radiación en el proceso de producción de pollo rostizado mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos”.
Para la presente experiencia, se evaluó el diseño de un sistema (Horno con rayos infrarrojos)quepermitaestudiarfactorescomotiempoytemperaturaóptimadehorneado, en la producción de pollo rostizado.
Para la elaboración del “POLLO ROSTIZADO” se utilizaron los siguientes insumos.
Materia prima
1 pollo chico
Insumos: Formulación por persona
gr de glutamato monosódico
gr de ají rojo
gr de ají amarillo
gr de ajo molido
gr de comino
gr de comino entero
gr de kion
gr de canela china
gr de salsa inglesa
gr de sal
gr de huacatay molido
gr de sillao
a) Diseño de los bastidores
b) Diseño de la puerta
Material. Acero inoxidable
Unidad de medida: cm
c) Diseño de la parte posterior
d) Diseño del lateral derecho
a) Datos del pollo parrillero:
Biometría del pollo
Modelo considerado: esfera
Radio promedio (R): 0.0658 m
Temperatura inicial (����): 25ºC
Características fisicoquímicas
Conductividad térmica: Kpollo =0.65W/m∗°K
Difusividad térmica: ��pollo =1.5×10 7 ��2/s
Tº en el centro del pollo (����=0): 150ºC (variación)
b) Datos del horno
Temperatura efectiva de horneado (��∞): 180ºC
Coeficiente de película del sistema a 180ºC: ℎaire =20W/��2 ∗°K
El cálculo del tiempo de horneado se halla mediante una solución grafica (gráficos de heisler) considerando que:
horneado es un proceso de transferencia de calor por radiación,
del pollo
conducción en
c) Ingresando a los gráficos de Heisler para esferas:
d) Cálculo del tiempo de cocción: �� = ��0 ×��2 ������������
0.30×0.06582 (1.5×10 7)×3600=2.4ℎ
RESULTADO: El tiempo óptimo de horneado será de 2.4 horas a una temperatura optima de horneado de 180ºC con una Tº del centro del pollo de 150ºC.
En el proceso de elaboración del pollo rostizado, se evidencia el mecanismo de transferencia de calor por Radiación, el cual se rige por dos factores importantes: tiempo y Tº de horneado, en la practica la temperatura óptima fue de 180ºC por un tiempo de 60 min. Pero si se desea iniciar con una temperatura del centro del pollo de 150ºC, el tiempo de horneado será de 2.4 horas según los resultados de la gráfica de Heisler.
Físicamente el horneado puede ser descrito como un proceso de transferencia de calor desde el exterior hacia el interior del producto; en el interior el agua líquida y el vapor de agua transportan el calor por conducción, es allí cuando se eleva la temperatura del producto desde la superficie hasta el centro; y la radiación está presente entre las paredes del horno hacia el producto o de la fuente de calor hacia el medio. Por otra parte, la convección tiende a crear una distribución uniforme de calor en la cámara de cocción.
Con los resultados se comprueba que con este diseño de sistema (Horno con rayos infrarrojos) la transmisión de calor por radiación es eficiente tanto en el producto final como tambien en el ahorro de costos de producción en comparación con los sistemas tradicionales; además, de que evita la combustión de grasas previniendo la formación de sustancias carcinógenas originada por el goteo de grasa sobre las brasas, evitando daño alguno en el organismo humano.
Criado, J., & Gomez, M. (14 de Octubre de 2011). Tema 7: Fundamentos de transferencia de calor. Recuperado de Universidad de Malaga : https://ocw.uma.es/pluginfile.php/775/mod_resource/content/0/Tema %208.%20Apuntes_Transferencia_de_calor.pdf
Cross, F. (2017). Transferencia de Calor. Editorial Continental.
Jimenez, C. (2020). Transferencia de Calor . Recuperado de Instituto Tecnológico de Costa Rica: https://repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/10176/Trasfere ncia%20de%20calor.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Moral, M., & Rogriguez, J. (2 de Septiembre de 2021). Ejemplo de Radiación. Recuperado de https://www.ejemplode.com/37 fisica/4522 ejemplo_de_radiacion.html
Moreno, R. (3 de Marzo de 2017). ¿Ques es una onda electromagnetica? Recuperado de Pepeenergy: https://www.pepeenergy.com/blog/glosario/definicion onda electromagnetica/
Pantoja, F. (2013). Desarrollo de un prototipo de Horno con placa radiante infrarroja que aumente la eficiencia en el proceso de asado de arepas en la ciudad de Medellin . Recuperado de Instituto Tecnologico Metropolitano : https://repositorio.itm.edu.co/bitstream/handle/20.500.12622/85/Pant ojaAgredaFernandoUlpiano2013.pdf?sequence=2&isAllowed=y
Powell, M. (3 de Febrero de 2020). Hornos infrarrojos: Control de velocidad. Recuperado de https://www.pf mex.com/articulos/hornos infrarrojos ccontrol de velocidad para recubrimientos liquidos y en polvo
Quispe,A. (2022). Mecanismos de Radiación. RecuperadodeUniversidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo : http://campus.unasam.edu.pe/login/index.php
Rodriguez, E. (7 de Noviembre de 2017). Rayos Infrarrojos. Recuperado de scribd: https://es.scribd.com/document/363687206/rayos infrarrojos
Zumdahl, S. (2018). La luz: ondas electromagnéticas, espectro electromagnético y fotones. Recuperado de Khanacademy: https://es.khanacademy.org/science/ap chemistry/electronic structure of atoms ap/bohr model hydrogen ap/a/light and the electromagnetic spectrum
c) Preparación del aderezod) Cocción del pollo rostizado
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/material_docente_7
Tema: “Tratamiento térmico” 24/10/22
El objetivo del tratamiento térmico de las conservas es eliminar todos los microorganismos patógenos y prevenir el deterioro por contaminantes no patógenos bajo condiciones normales de almacenamiento.
Lasolucióndelascondicionesdeprocesamientonecesarioparacumplirconestecriterio sobre estudios experimentales, en la cual la velocidad de penetración de calor en el punto de más lento calentamiento del envase es medida durante ciclo simulados de esterilización. Los datos son utilizados para determinar las temperaturas y tiempos de procesos necesarios para dar al producto enlatado una estabilidad comercial.
La destrucción de los microorganismos por el calor no significa una destrucción en el sentido físico, sino más bien una pérdida de viabilidad, es decir, una pérdida de la capacidad para reproducirse, la destrucción térmica del microorganismo, a temperatura constante, en general se desarrolla bajo un modelo logarítmico.
Entrelosprocesosdeconservacióndealimentos,unodelosmásempleadoseselque consiste en envasarlos en un recipiente hermético y someterlos a un calentamiento que asegure la destrucción o inactivación de microorganismos y enzimas, susceptibles de deteriorarse.
En tal sentido, se deben expresar los principiosbásicos delprocesamiento térmicode los alimentos enlatados:
Valores: D, Z y F
También se desarrolla el procedimiento para determinar la penetración de calor en el alimento enlatado, así como los métodos más usuales para el cálculo del valor de esterilización en el producto, corno son el Método General y el Método de la Fórmula (Ball).
Valor D: Es el tiempo (min.) necesario para reducir la población de bacterias a la décima parte del número inicial, al calentarlas a una determinada temperatura. En la Tabla siguiente se dividen valores D para algunos microorganismos de importancia en el enlatado.
Valor Z: Es el número de grados de temperatura que corresponde al cambio del valor D en su décima potencia, expresado tambien como la variación térmica requerida por la curva TRT para atravesar un ciclo logarítmico.
Valor F: El tiempo de muerte térmica (F) se define como el tiempo necesario para reducir la población microbiana hasta un valor preestablecido, que se fija mediante el orden de proceso a una temperatura dada.
En la ingeniería, un proceso es entendido como una sucesión de etapas que transforman una determinada materia prima en un producto. Sin embargo, al hablar de “procesos térmicos” estos deben ser comprendidos comolas combinaciones de tiempo y temperatura aplicados a un determinado alimento. Existen diversos procesos que involucran la transferencia de calor hacia los alimentos, entre ellos se pueden mencionar; la pasteurización, el escaldado, etc. De todos ellos, la esterilización es el método más severo (normalmente entre 110 130 °C) y consiste en introducir los alimentos en contenedores herméticamente sellados y exponerlos a altas temperaturas por un periodo determinado de tiempo con el objetivo de alcanzar la esterilidad comercial. (Luyo, 2020)
La “esterilidad comercial”, corresponde al estado conseguido mediante la aplicación de calor suficiente para inactivar los microorganismos contaminantes más termo resistentes presentes en el alimento, a un nivel tal que no pongan en peligro la salud de los consumidores. Este criterio se expresa en términos del tiempo de reducción decimal (D) de un microorganismo patrón, seleccionado en base al tipo de alimento tratado. Los procesos térmicos deben ser diseñados de forma tal que cumplan como mínimo el criterio de esterilidad comercial.
El tratamiento térmico necesario para lograr la esterilidad comercial, dependerá entre otros factores del pH y del tipo y resistencia de los microorganismos o esporas presentes enel alimento.El pHes uno de los factores más importantes para determinar los requerimientos del proceso, ya que el crecimiento y la actividad de los microorganismos dependen en gran medida de este. En el procesamiento térmico de alimentos enlatados se considera con especial atención el control del Clostridium Botulinum; por ser un organismo altamente termo resistente, anaeróbico, formador de esporas y patógeno que produce la toxina mortal del botulismo. Algunos estudios han demostrado que a pH inferiores a 4,6; se inhibe completamente su crecimiento, de
esto surge que los alimentos enlatados sean clasificados en alimentos ácidos (pH 4,6 o inferior)yalimentosdebajaacidez(pHmayora 4,6).Enalimentosácidos,lapresencia de esporas C. Botulinum es de poca significancia; este hecho y la baja resistencia térmica relativa de los principales microrganismos contaminantes de este tipo de alimentos, hacenfactible usarprocesostérmicosconsiderablemente menos severos, en comparación con los alimentos de baja acidez. (Scribd, 2017)
El cálculo de procesos térmicos tiene como propósito determinar el tiempo de tratamiento (ciclo de calentamiento y enfriamiento) apropiado, bajo un conjunto dado de condiciones de proceso, para lograr una letalidad estipulada, o alternativamente, estimar la letalidad de un proceso dado. El grado deseado de letalidad (F0) en términos de tiempo equivalente a una temperatura de referencia dada, generalmente está preestablecido para distintos tipos de alimentos, y los procesos están diseñados para entregar un mínimo de este valor en el centro térmico.
Los métodos utilizados para el cálculo de procesos térmicos, derivan de dos principales: el método General (Bigelow) y el método de Ball. El primero integra los efectos letales mediante un procedimiento de integración gráfica o numérica basado en los datos de tiempo temperatura, obtenidos de pruebas en alimentos procesados en condiciones reales de procesos comerciales. (Ramos, 2016)
El método General descrito por Bigelow y otros autores en 1920; reportaron el primer método de integración gráfica para el cálculo de procesamiento térmico. A pesar del tiempo que tiene de propuesto,este método es el procedimiento más exacto yutilizado hasta la actualidad. Cuando se plantea la reducción de 12 ciclos logarítmicos (12D) es específico para el Clostridium botulinum; es decir, conseguir un efecto esterilizante equivalente a la unidad (EE = 1), para valores patrón de F0 = 2.45 min. (otros 2.52 min.), a la temperatura de retorta de 250º F. (Alonso, 2010)
Para hacer cómputos de un valor F equivalente (con una temperatura fija) que asemeje a losprocesosreales,se suele subdividirla gráfica del proceso(temperatura vstiempo) en intervalos de tiempo reducidos en los cuales se asume una fija temperatura; entonces se proyectan los tiempos de procesamiento de cada rectángulo a la temperatura característica del proceso utilizando la fórmula de la razón de letalidad. (Kengua, 2019)
El método de Bigelow sólo permite orientar los ensayos en condiciones fijadas de temperatura inicial, de temperatura del medio calefactor, de naturaleza del producto, de geometría, de forma, etc. (lo cual ya es una mejora respecto al método biológico). (Fernandez N. , 2020)
En el momento en que uno de dichos factores varía debe empezarse el estudio desde el principio.
Para calcular el tiempo de tratamiento térmico por este método se deben seguir los siguientes pasos:
a. Primer paso: Obtener los valores experimentales de penetración de calor en el p.m.f del envase (tiempo y su respectiva temperatura)
Tiempo (min) T° del punto mas frio (°F) 10 223.3 12 231.5 14 238.3 16 242 18 246 20 246.5
b. Segundo paso: Determinar el valor F o T.D.T (tiempo de destrucción térmica) para cada valor de temperatura (����) en el p.m.f del envase. El valor F se determina de la siguiente formula:
×10(��
)/�� Donde:
Tiempo de destrucción térmica
: Tiempo del efecto de esterilización a una temperatura de 250°F (Clostridium botulinum: 2,52 minutos)
: Temperatura de retorta o de procesamiento (250°F)
: Temperatura en el p.m.f del envase
: Capacidad de resistencia al calor de distintos M. os (Clostridium botulinum: 18°F)
Para el tiempo de 10 min: ��=���� ×����(���� ����)/�� ��=2.52×10(250 223.3)/18 ��=����,����
Tiempo (min) T° del punto mas frio (°F) F (min)
10 223.3 76.69 12 231.5 26.86 14 238.3 11.26 16 242 7.01 18 246 4.2 20 246.5 3.94
c. Tercer paso: Determinar la fracción del efecto letal (1/F) para cada temperatura en el p.m.f.
Tiempo (min) T° del punto mas frio (°F) F (min) 1/F
10 223.3 76.69 0.013 12 231.5 26.86 0.037 14 238.3 11.26 0.088 16 242 7.01 0.143 18 246 4.2 0.238 20 246.5 3.94 0.253
d. Cuarto paso: Graficar la curva de letalidad con los valores 1/F en las ordenadas y tiempo en las abscisas en papel milimetrado.
e. Quinto paso: Calcular el área total de la curva de letalidad (��1), mediante el método gráfico, dibujando la curva en papel milimetrado y contando el área debajo de la curva o utilizando un planímetro.
f. Sexto paso: Hallar un área equivalente a un efecto esterilizante (����) igual a 1 en la gráfica de letalidad. Puede ser cualquier área, pero lo más fácil es hallar un rectángulo, graficar tomando en cuenta que el 1/F multiplicado por el tiempo tiene que ser uno.
g. Séptimo paso: Construir una segunda área (��2); para esto se deben trazar paralelas al perfil de enfriamiento del área total ��1, es decir formar otra área más pequeña que sigue la tendencia de la grande.
h. Octavo paso: Convertir las áreas a valores F de letalidad, dividiendo cada una entre el área cuyo efecto esterilizante es igual a 1. De la siguiente manera:
i. Noveno paso: Graficar los valores F (min) V.S los tiempos de cierre de ingreso de vapor (es decir el tiempo que corresponde a la cima de la curva de letalidad, lógicamente luego de ese tiempo viene el tiempo de enfriamiento) en otro papel milimetrado. Al unir dichos puntos se formará una línea recta, en la cual se podrá leer para un valor de ���� =2.52, el tiempo de procesamiento requerido
El método General descrito por Bigelow en 1920; sentó las bases para el desarrollo de las técnicas para el cálculo de procesos térmicos. Además, se indica sobre un procedimiento gráfico de integración de los efectos letales de varias combinaciones tiempo temperatura existentes en el alimento enlatado durante su procesamiento térmico. En este método el cálculo consiste básicamente en determinar el tiempo que se requiere para que el p.m.f. del envase reciba un tratamiento térmicotal que su efecto esterilizante sea igual a 1, es decir que se haya producido una reducción aproximadamente de 12 ciclos logarítmicos de las esporas del Clostridium botulinum. Este método es útil cuando se desea conocer el valor de la esterilización exacto de un proceso. El método gráfico es aplicable cuando se conocen las condiciones de tiempo temperatura de retorta, los datos tiempo temperatura de penetración de calor y la temperatura del agua de enfriamiento. El cálculo no se adapta fácilmente a procesos donde la temperatura de retorta y/o temperatura inicial del producto son diferentes a aquellas de las que se obtuvieron los factores térmicos originales del proceso.
Eltratamientotérmicodelosalimentos,tienecomofinalidad la destrucción de los microorganismos a través de calor. La pasteurización, es la eliminación de todos los organismos en estado vegetativo, que podrían provocar enfermedades, se utilizan temperaturas menores a 100 °C.
El método general de Bigelow que es un método de integracióngráficaparaelcálculodeprocesamientotérmico. A pesar del tiempo que tiene de propuesto (1920) es uno de los métodos más exactos y es utilizado por los ingenieros en Industrias Alimentarias.
La bacteria produce la toxina botulínica únicamente en ambientes altamente deficientes de oxígeno y cuyo pH no sea muy ácido (mayor de 4.6), razón por la cual es más frecuente encontrarla en alimentos enlatados o cerrados.
Se trata de una bacteria con un óptimo de crecimiento de 100 °C, es decir, que la temperatura a la que crece mejor es a la de ebullición del agua. Además, es capaz de sobrevivir hasta los 120 °C, temperaturas que ninguna otra forma de vida es capaz de aguantar.
El tratamiento térmico de los alimentos, tiene como finalidad la destrucción de los microorganismos a través de calor. La La importancia de los tratamientos térmicos en la conservación de los alimentos. La aplicación de cualquier tipo de tratamiento térmico a un alimento sirve para destruir la carga microbiana que origine el daño en su calidad física, biológica o química y que pueda ocasionar algún problema en la salud del consumidor.
Alonso, A. (2010). Corrección del modelo de Bigelow. dialnet.unirioja.es. Recuperado de: https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=295444
Fernandez, N. (2020). Cálculo Terminado. www.studocu.com. Recuperado de: https://www.studocu.com/es/document/universidad de castilla la mancha/bromatologia ii/tema 53 calculo terminado/15097881
Kengua, J. (20 de mayo de 2019). Calculos Bigelow. es.scribd.com. Recuperado de: https://es.scribd.com/document/410735579/Cal Culo s Bigelow
Luyo, M. (16 de diciembre de 2020). Método gráfico o de Bigelow. es.scribd.com. Recuperado de: https://es.scribd.com/presentation/504497744/5 Metodos de Bigelow 1
Ramos, M. (noviembre de 2016). Comparación entre los métodos general y de Ball. repositorio.usm.c. Recuperado de: https://repositorio.usm.cl/bitstream/handle/11673/23644/3560900258369UTFS M.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Scribd. (07 de nayo de 2017). Método General de Bigelow. es.scribd.com. Recuperado de: https://es.scribd.com/doc/92643633/METODO GENERAL DE BIGELOW
Material de clase: https://issuu.com/rosmeryfidel/docs/cuarta_practica_examen_de_unidad_
Quinta Práctica: “Mecanismo de transferencia de calor por radiación en la producción de empanadas de pollo con relleno de ají de gallina”
28/10/22
INFORME DE PRÁCTICA (“Mecanismo de transferencia de calor por radiación en la producción deempanadas de pollo con relleno de ají de gallina”)
FACULTAD DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
“ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
INGENIERÍA DE ALIMENTOS I
“MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN EN LA PRODUCCIÓN DEEMPANADAS DE AJÍ DE GALLINA, MEDIANTE UN SISTEMA DE HORNO CON RAYOS INFRARROJOS”
ALUMNA:
Fidel Bravo Rosmery Mayli 191.0206.034
DOCENTE:
Dr. Quispe Talla Ángel Noé Huaraz, 28 de octubre de 2022
“UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
El presente informe es un trabajo teórico práctico que se desarrolló a nivel de laboratorio en la cual se enfatiza la transferencia de calor por Radiación evaluado en el diseño de un sistema (Horno con rayos infrarrojos) que permita estudiar factores como tiempo y temperatura óptima de horneado, en el proceso de producción de empanadas de ají de gallina. La metodología en el presente informe se basa, en la posibilidad de utilizar un horno con rayos infrarrojos como medio de transferencia de calor por radiación que no provoque daño alguno en el organismo humano; para cumplir con el objetivo planteado al inicio del presente, “Evaluar la Transferencia de calor por Radiación en el proceso de producción de empanadas de ají de gallina, mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos.”, así como tambien evaluar la eficiencia del sistema de horneado con rayos infrarrojos con fuente energética de gas doméstico en la producción de las empanadas. En conclusión, con los resultados se comprueba que con este diseño de sistema (Horno con rayos infrarrojos) la transmisión de calor por radiación es eficiente tanto en el producto final como tambien en el ahorro de costos de producción en comparación con los sistemas tradicionales. En síntesis, de acuerdo al análisis de la práctica los valores óptimos obtenidos para el horneado fueron: una temperatura de 240ºC durante 45 minutos.
Palabras clave: Transferencia de calor; Radiación; Rayos infrarrojos; Empanadas
La transferencia de calor es un proceso, enel cual se intercambia energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran por lo general a diferentes temperaturas. Esta se realiza por tres métodos diferentes: conducción, convección y radiación. En esta práctica se enfatiza la transferencia de calor por Radiación evaluado en el diseño de un sistema (Horno con rayos infrarrojos) que permita estudiar factores como tiempo y temperatura óptima de horneado, en el proceso de producción de empanadas de ají de gallina.
La justificación de este estudio se basa principalmente en el proceso de cocción a través de rayos infrarrojos, cuyo objetivo es evaluar la eficiencia del sistema de horneado, tanto en el producto final como tambien en el ahorro de costos de producción en comparación con los sistemas tradicionales. Este mecanismo está presente en muchas situaciones de la vida cotidiana.Es por ello que es importante conocer el comportamiento de la transferencia de calor, puesto que en nuestra rama de la ingeniería es esencial su aplicación.
Evaluar la Transferencia de calor por Radiación en el proceso de producciónde empanadasde ají de gallina,mediante unsistema de horno con rayos infrarrojos.
Conocer los fundamentos teóricos y prácticos del comportamiento de la transferencia de calor en el proceso de producción de empanadas.
Evaluar la eficiencia del sistema de horneado con rayos infrarrojos con fuente energética de gas doméstico en la producción de empanadas.
La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales como resultado de una diferencia de temperaturas. A diferencia de la Termodinámica, la transferencia de calor pretende no sólo explicar cómo puede transferirse la energía térmica sino también predecir la rapidez con la que tiene lugar la transferencia. (Criado & Gomez, 2011)
Por otro lado (Jimenez, 2020) menciona que, cuandoexiste una diferencia de temperatura entre dos objetos o regiones lo suficientemente próximas, la transferencia de calor no puede ser detenida, solo puede hacerse más lenta.
Así mismo (Cross, 2017) reconoce tres modos distintos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación, aunque, en rigor, solo la conducción y radiación debieran considerarse formas de transmisión de calor, porque solo ellas dependen exclusivamente de un desequilibrio térmico para producirse. Para que se produzca convección, tiene que haber un transporte mecánico de masa además de una diferencia de temperatura, sin embargo, teniendo en cuenta que la convección también transfiere energía de zonas con mayor temperatura a zonas con menor temperatura, normalmente se admite el modo transferencia de calor por convección.
En síntesis, los mecanismos de transferencia de calor son: conducción, convección y radiación. Estos mecanismos se podrán producir simultáneamente con diferente importancia.
La radiación es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta. La radiación térmica es la energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura finita. Aunque centraremos nuestra atención en la radiación de superficies sólidas, ésta también puede provenir de líquidos y gases. (Criado & Gomez, 2011)
La radiación es un fenómeno de carácter volumétrico, es decir, que se manifiesta y es medible por unidad de volumen. Segun (Moral & Rogriguez, 2021) la velocidad máxima de radiación que puede ser emitida desde una superficie a una Temperatura T en escala absoluta Kelvin, se expresa por la Ley de Stefan-Boltzaman, como:
�� =5,67∗10 8 ��/(��2
es la constante de Stefan Boltzaman.
La energía delcampode radiaciónestransportadaporondaselectromagnéticasque,como sabemos, no precisa ningún medio material para propagarse (a diferencia de la conducción y la convección).
Características de la Transferencia de calor por Radiación:
La transferencia de Calor por radiación, es la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas.
El calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja, cuando están separados por un espacio que puede ser el vacío (Hornos).
Este mecanismo ocurre a altas temperaturas.
No se requiere de un medio físico, para que exista radiación.
Las ondas electromagnéticas nacen cuando un campo eléctrico entra en contacto con un campo magnético. De ahí que se conozcan como ondas electromagnéticas. El campo eléctrico y el campo magnético de una onda electromagnética son perpendiculares (en ángulo recto) entre sí. (Moreno, 2017)
Una onda electromagnética puede viajara través de cualquier elementoyobjeto, ya sea aire, un material sólido o el vacío. No necesita un medio para propagarse o viajar de un lugar a otro.
En un sistema cerrado los cuerpos intercambian energía por radiación hasta que su temperatura se iguale. El tipo de superficie de un cuerpo es importante en este intercambio. (Quispe, 2022)
Comotodomaterial,cuandoun alimentoes expuestoaondas,partede ellasseabsorben y transforman en calor, otra parte se refleja y otra parte se transmite a través de él:
Figura 2: Desdoblamiento de la energía electromagnética incidente en un alimento
La absorbancia de un alimento depende de su naturaleza química, color y estado de su superficie. Mientras másagua contenga, mejor absorbente es; otros constituyentes que absorben energía en los alimentos son las proteínas, los azúcares y los lípidos.
Podemos clasificar yordenar las ondas electromagnéticas de acuerdo a sus diferentes longitudes de onda y frecuencias; llamamos a esta clasificación "el espectro electromagnético". (Zumdahl, 2018)
Cuando un cuerpo produce ondas electromagnéticas lo hace generalmente emitiendo un amplio espectro que depende de lo "caliente" que se halle.
Los hornos son diseñados para cocinar, hornear o texturizar, optimizando los resultados en calidad, menos tiempo y costos de energía más bajos. En los hornos las variables más importantes son: temperatura de operación y tiempo al que se somete la materia prima; los hornos para cocción de alimentos de acuerdo a la operación pueden ser continuos o discontinuos y funcionan a una temperatura oscilante entre 150 y 200 ºC; en general, los hornos continuos son 5% más eficientes que los discontinuos. (Pantoja, 2013)
La falta de una buena comprensión del proceso de cocción crea contratiempos e impide la implementación de tecnologías de avanzada en el diseño de hornos y equipos que permitan mejorar su eficiencia.
Transferencia de calor en los Hornos industriales: Físicamente el horneado puede ser descrito como un proceso de transferencia de calor desde el exterior hacia el interior del producto; en el interior el agua líquida y el vapor de agua transportan el calor por conducción, es allí cuando se eleva la temperatura del producto desde la superficie hasta el centro; y la radiación está presente entre las paredes del horno hacia el producto o de la fuente de calor hacia el medio, haciendo del proceso un modelo que se puede replicar.
Por lo tanto, la conducción y la radiación producen un efecto de calentamiento localizado; de otra parte, la convección tiende a crear una distribución uniforme de calor en la cámara de cocción. (Pantoja, 2013)
Los hornos infrarrojos son un tipo de horno que utiliza lámparas infrarrojas en lugar del tradicional sistema de calentamiento por convección. Este tipo de horno tiene un uso comercial o industrial. Suelen disponer de lámparas inferiores, lo que permite que éste caliente al mismo tiempo por la parte superior e inferior. (Powell, 2020)
Al usar calor infrarrojo la energía es focalizada directamente sobre el producto
El tiempo de calentamiento en un horno infrarrojo es mucho menor que en un horno por convección.Esto se traduce en un ahorro de energía y en una mejora de la producción en la empresa
El calor penetra uniformemente en los alimentos y produce una diferencia en apariencia, gusto y textura.
Capacidad de ajustar la radiación a las propiedades del alimento
El trabajo de una empresa será mucho más eficiente y rápido.
Amigable con el ambiente al no contaminar por ruido ni por quemadores de gas.
No necesita previo calentamiento, en segundos alcanza la temperatura deseada.
Figura 4: Diseño de un horno infrarrojo de uso en la Industria de alimentos
Los rayos infrarrojos son un tipo de radiación electromagnética de mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de las microondas. El nombre de infrarrojo significa por debajo del rojo pues su comienzo se encuentra adyacente a este color en el espectro visible. (Rodriguez, 2017)
Los infrarrojos están asociados al calor, debido a que a temperatura normal los objetos emiten espontáneamente radiaciones en el rango de los infrarrojos. Cualquier cuerpo que tenga una temperatura mayor que el cero absoluto (0º Kelvin o 273ºC) emitirá radiación infrarroja.
Los infrarrojos fueron descubiertos en 1800 por William Herschel, un astrónomo inglés de origen alemán. Herschel colocó un termómetro de mercurio en el espectro obtenido por un prisma de cristal con el fin de medir el calor emitido por cada color. Descubrió que el calor era más fuerte al lado del rojo del espectro y observó que allí no había luz. Ésta es la primera experiencia que muestra que el calor puede transmitirse por una forma invisible de luz. Herschel denominó a esta radiación. (Rodriguez, 2017)
La metodología en el presente informe se basa en el diseño experimental, el cual consiste en desarrollar la teoría aplicada a la práctica; para de ese modo cumplir con el objetivo planteadoaliniciodel presente, “EvaluarlaTransferencia decalor por Radiación en el proceso de empanadas de ají de gallina, mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos”. Para la presente experiencia, se evaluó el diseño de un sistema que permita estudiar factorescomotiempoytemperatura óptima de horneado, enla producciónde empanadas.
Para la elaboración de “EMPANADAS DE AJÍ DE GALLINA” se utilizaron los siguientes insumos.
Para la masa: Formulación por persona
500 gr de harina
½ cucharada sopera de azúcar
½ cucharada sopera de sal
40 gr de mantequilla
235 ml de agua
Para el ají de gallina: Formulación por persona
2 unidades de pechuga de pollo
300 gr de ají amarillo
gr de comino
unidades de pan
gr de sal
unidades de huevo
unidad de nuez moscada
unidades de leche en polvo
kg de cebolla
Recipiente grande de aluminio
Cucharones, cucharas
Envases para las empanadas
Cuchillos, Ollas
Moldes de empanadas
Amasadora (rodillo)
Fuentes de aluminio
de rayos infrarrojos
Termómetro de alimentos
Licuadora
de protección
cubre cabello
Guardapolvo
de laboratorio
kg de harina
10 cucharadas sopera de azúcar
10 cucharadas sopera de sal
80 huevos para la mezcla
bolsas de leche en polvo
gr de mantequilla
4 700 ml de agua
Una vez elaborada la masa, se procedióa preparar el relleno.Teniendoen cuenta las medidas de inocuidad y con la ayuda de unos moldes se realiza las empanadas.
Como resultado final se horneo aproximadamente 400 empanadas a una temperatura de 240ºC, el tiempo de horneado se halla a continuación mediante una solución grafica (gráficos de heisler).
c) Datos de la masa para la empanada:
V. Biometría de la masa
Modelo considerado: esfera
Radio promedio (R): 0.01 m
Temperatura inicial (����): 25ºC
Conductividad térmica: Kmasa =053W/m∗°K (por teoría)
Difusividad térmica: ��masa =1.24×10 7 ��2/s (por teoría)
Tº en el centro de la empanada (����=0): 200ºC
Según (Torres, Barrios, & Montero, 2016) en su trabajo de investigación “Composición, propiedades termo físicas y difusividad térmica de bollo cocido”, resumen el siguientecuadrodelasprincipales propiedades termo físicas del bollo (empanada)
Temperatura efectiva de horneado (��∞): 240ºC
Coeficiente de película del sistema a 240ºC: ℎaire =20W/��2 ∗°K
El cálculo del
de horneado
mediante una solución grafica (gráficos de heisler) considerando
horneado
e)
de
f)
h) Cálculo del tiempo de cocción: �� = ��0 ×��2 ���������� ⟶ 2.0×0.012 (1.24×10 7)×3600=0.45ℎ
RESULTADO: El tiempoóptimode horneadoserá de 0.45horas(45minutos)a una temperatura optima de horneado de 240ºC con una Tº del centro del pollo de 200ºC
En el proceso de elaboración de empanadas de ají de gallina se evidencia el mecanismo detransferencia decalorporRadiación,el cual se rige pordosfactores importantes: tiempo yTº de horneado, en la práctica la temperatura óptima fue de 240ºC por un tiempo de 45 min, con una Tº del centro de la empanada de 200ºC Esto según los resultados de la gráfica de Heisler.
Físicamente el horneado puede ser descrito como un proceso de transferencia de calor desde el exterior hacia el interior del producto; en el interior el agua líquida y el vapor de agua transportan el calor por conducción, es allí cuando se eleva la temperatura del producto desde la superficie hasta el centro; y la radiación está presente entre las paredes del horno hacia el producto o de la fuente de calor hacia el medio. Por otra parte, la convección tiende a crear una distribución uniforme de calor en la cámara de cocción.
Con los resultados se comprueba que con este diseño de sistema (Horno con rayos infrarrojos) la transmisión de calor por radiación es eficiente tanto en el producto final como tambien en el ahorro de costos de producción en comparación con los sistemas tradicionales; además, de que evita la combustión de grasas, evitando daño alguno en el organismo humano.
Criado, J., & Gomez, M. (14 de Octubre de 2011). Tema 7: Fundamentos de transferencia de calor. Obtenido de Universidad de Malaga : https://ocw.uma.es/pluginfile.php/775/mod_resource/content/0/Tema%208. %20Apuntes_Transferencia_de_calor.pdf
Cross, F. (2017). Transferencia de Calor. Editorial Continental.
Jimenez, C. (2020). Transferencia de Calor . Obtenido de Instituto Tecnológico de Costa Rica: https://repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/10176/Trasferencia%2 0de%20calor.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Moral, M., & Rogriguez, J. (2 de Septiembre de 2021). Ejemplo de Radiación. Obtenido de https://www.ejemplode.com/37 fisica/4522 ejemplo_de_radiacion.html
Moreno, R. (3 de Marzo de 2017). ¿Ques es una onda electromagnetica? Obtenido de Pepeenergy: https://www.pepeenergy.com/blog/glosario/definicion onda electromagnetica/
Pantoja, F. (2013). Desarrollo de un prototipo de Horno con placa radiante infrarroja que aumente la eficiencia en el proceso de asado de arepas en la ciudad de Medellin . Obtenido de Instituto Tecnologico Metropolitano : https://repositorio.itm.edu.co/bitstream/handle/20.500.12622/85/PantojaAgr edaFernandoUlpiano2013.pdf?sequence=2&isAllowed=y
Powell, M. (3 de Febrero de 2020). Hornos infrarrojos: Control de velocidad. Obtenido de https://www.pf-mex.com/articulos/hornos-infrarrojos-ccontrolde-velocidad-para-recubrimientos-liquidos-y-en-polvo
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Rodriguez, E. (7 de Noviembre de 2017). Rayos Infrarrojos. Obtenido de scribd: https://es.scribd.com/document/363687206/rayos infrarrojos
Torres, J., Barrios, K. A., & Montero, P. (Junio de 2016). “Composición, propiedades termo físicas y difusividad térmica de bollo cocido” . Obtenido de researchgate: https://www.researchgate.net/publication/312580193_Composicion_propied ades_termofisicas_y_difusividad_termica_de_bollo_cocido
Zumdahl, S. (2018). La luz: ondas electromagnéticas, espectro electromagnético y fotones. Obtenido de Khanacademy: https://es.khanacademy.org/science/ap chemistry/electronic structure of atoms ap/bohr model hydrogen ap/a/light and the electromagnetic spectrum
b) Preparación del ají de gallina
c) Cocción de la empanada
Trabajo de Investigación: “Averiguar la ejecución del programa para el cálculo de tiempo de procesamiento para la letalidad de alimentos enlatados”
(“Averiguar la ejecución del programa para el cálculo de tiempo de procesamiento para la letalidad de alimentos enlatados”)
“UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
FACULTAD DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
“ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS”
INGENIERÍA DE ALIMENTOS I
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
"EVALUACIÓN DE LA EJECUCIÓN DEL PROGRAMA PARA EL CÁLCULO DE TIEMPO DE PROCESAMIENTO PARA LA LETALIDAD EN ALIMENTOS ENLATADOS"
Ángeles Figueroa Jesús Enrique
Cadillo Rosales Ana Cristina
Calvo Guzmán Florey Eylie
Cárdenas Sinti José María
Falcón Aranda Mayra Maribel
Fidel Bravo Rosmery Mayli
Gallegos Ríos Fabiola Mariza
Macedo Dueñas Milagros Diana
Narro Tinoco Andrea Nayeli
Obregón Rojas Nayely Nataly
Olivares Rojas Andrea Sarahy
Reyes Ricra Franklin Jholino
Rivera Becerra Mila Yulyssa
Shuan Rashta Jhonatan Nichel
Solórzano Morales Roberto Carlos
DOCENTE: Dr. Quispe Talla Ángel Noé
En la ingeniería, un proceso es entendido como una sucesión de etapas que transforman una determinada materia prima en un producto terminado. Sin embargo, al hablar de “Tratamientos térmicos” estos deben ser comprendidos como las combinaciones de tiempo y temperatura aplicados a un determinado alimento. El objetivo del tratamiento térmico de alimentos enlatados es eliminar todos los microorganismos patógenos y prevenir el deterioro por contaminantes no patógenos bajo condiciones normales de almacenamiento. La destrucción de los microorganismos por el calor no significa una destrucción en el sentido físico, sino más bien una pérdida de viabilidad, es decir, una pérdida de la capacidad para reproducirse; la destrucción térmica del microorganismo a temperatura constante, en general se desarrolla bajo un modelo logarítmico.
Los métodos utilizados para el cálculo de procesos térmicos derivan de dos principales: el método General (Bigelow) y el método de Ball, los cuales siguen un procedimiento largo y tedioso. Por lo que Antonio Mulet, Carlos Ordorica y José Benedito, elaboraron programas en lenguaje Quick BASIC para el cálculo del tiempo de procesamiento en alimentos enlatados que se calienten por convección dada una determinada letalidad a alcanzar. Cabe mencionar que este programa se creó en los años 1985 aproximadamente con un procesador 8088 el cual no podemos ejecutar debido a que ahora tenemos procesadores más modernos, que no son compatibles con los de la época.
Estos programas nos ayudan con el cálculo de tiempos de proceso y letalidades de este, durante las operaciones de pasteurización o esterilización de alimentos enlatados es un aspecto que involucra algunos de los cálculos más tediosos dentro de la Ingeniería de Alimentos.
Este informe de trabajo de investigación sobre la “Evaluación del programa cálculo de tiempo de procesamiento y letalidad en alimentos enlatados calentados por convección”, se mostrará por qué la aplicación no funciona hoy en día, como podemos actualizar y utilizar el programa ytodos los detalles sobre este yasí mismo la propuesta de una nueva versión actualizada el cual tenga las mismas funciones y ejecución.
En la actualidad, con el avance de la tecnología, se han desarrollado nuevos y mejores procesadores, con arquitecturas mucho más potentes que en los años 80, así como la utilización de lenguajes de programación más potentes.
Las aplicaciones en cuestión (CALCB.EXE y CALCF.EXE), se desarrollaron en Quick Basic, un lenguaje de programación obsoleto, que genera archivos binarios de 16 Bits, y tenia los siguientes requisitos mínimos:
Procesador 8088 o superior
640 KB mínimos de RAM
Disco duro con 1 MB libre y cualquier monitor Dichos programas se han escrito utilizando programación imperativa del tipo iterativo, el cual necesita de datos explícitos para que pueda trabajar. Hoy en día, con los equipos informáticos actuales, no es posible ejecutar dichas aplicaciones, debido principalmente a que se trata de un archivo binario de 16 bits, tal como se muestra a continuación: Ilustración 1: Error al ejecutar el programa en sistemas actuales
El mensaje de error nos indica que la aplicación es de 16 bits, pero nuestro sistema operativo es de 64 bits, tal como se muestra en la siguiente ilustración: Ilustración 2: Sistema operativo de 64 bits
Es sabido que un sistema operativo tiene retrocompatibilidad de una sola generación de arquitectura de microprocesador, es decir, para poder ejecutar una aplicación de 16 bits, es necesario contar con un equipo informático con sistema operativo de máximo 32 bits, y hoy en día la gran mayoría de equipos tienen instalados sistemas operativos de 64 bits.
Para que el programa se pueda ejecutar, es necesario hacer uso de un emulador, el mismo que es una herramienta de software con la capacidad de emular un determinado sistema operativo con un determinado conjunto de características como la arquitectura del microprocesador. De los innumerables emuladores existentes en el mercado, se ha buscado uno compatible con el sistema operativo DOS 3.3 con arquitectura de 16 bits o 32 bits, por lo que se ha sugerido utilizar el DOSbox 0.74 de 32bits, el mismo que se ha obtenido de: https://www.dosbox.com/download.php?main=1
Ilustración 3: Página de descarga del Emulador DOS Box
Un emulador usa un equipo informático anfitrión para alojar dentro de ella una computadora virtual con un determinado sistema operativo, ypara este caso se emula una computadora PC de 32 bits con sistema operativo DOS 3.3
El sistema operativo emulado no tiene acceso a los recursos del sistema anfitrión, por lo que es necesario utilizar el comando “mount” para mapear una carpeta del sistema operativo anfitrión hacia el sistema emulado. Se debe montar como unidad “C” dentro del emulador con el comando “mount c e:\”, en el sistema anfitrión “e:\” es la carpeta donde se ha guardado los binarios ejecutables de los programas de Calcb.exe yCalcf.exe para nuestro trabajo.
Ilustración 5: Montar la carpeta de trabajo al sistema emulado
En el sistema emulado, cambiamos de la unidad Z hacia la unidad C, y cambiamos el directorio de trabajo hacia la carpeta “calcu”, que es donde se encuentran dichos binarios ejecutables.
Ilustración 6: Navegando al directorio de trabajo
Para ejecutar las aplicaciones, escribimos CALCB o CALCF, según sea el caso, y presionamos ENTER.
Se desea procesar un alimento en una autoclave a 250°F. La temperatura inicial del alimento es 170°F y los datos de las curvas de calentamiento y enfriamiento son los siguientes:
Jch = 2.00
Jcc = 1.40
Fh = 25 min
La temperatura del agua de enfriamiento es de 70°F y se desea destruir a un microorganismo cuyas esporas tienen un valor de z =14°F ¿Qué tiempo de proceso B se debe de aplicar para asegurar una letalidad F=5.75min?
Respuesta Esperada: B = 40 min
Como se aprecia, el resultado esperado era 40 min, sin embargo, por efectos de redondeo y precisión el resultado obtenido tiene una ligera variación de 0.04 min
Para esto se utiliza el mismo ejemplo y con los mismos datos, sólo que ahora uno de los datos es B = 40 min, se tiene un valor de D250 = 1 min para el microorganismo esporulado y se pide el valor de la letalidad F en min y la concentración final de esporas si la concentración inicial es de 1��106 ��������������/��������
Respuesta Esperada: F = 5.75 min CF = 1.71 esporas / lata
Como se aprecia, hay una ligera variación en la respuesta obtenida, respecto de la esperada, esto debido a que en la ejecución del programa anterior teníamos como valor de B=40.04
Cabe resaltar que el programa CALCF nos pide que ingresemos el nombre del parámetro a evaluar, para considerar la concentración inicial, y por defecto considera dicho valor colmo 100, sin embargo, si ponemos como nombre de parámetro “ESPORAS”, el programa nos solicita la concentración inicial
Debido a la antigüedad del programa y a que se requiere de conocimientos avanzados para su ejecución, en el presente trabajo, con el apoyo de los conocedores en este campo, se ha realizado la migración del código fuente a un lenguaje de programación más moderno, teniendo en consideración lo siguiente:
IDE de desarrollo: Visual Studio 2022
Lenguaje de programación: C# 9.0
Net Framework 4.7
Sistemas Operativos Windows 7 SP2 o superior Se adjunta al presente trabajo, en formato digital, el código fuente y el binario ejecutable de la aplicación actualizada de ambos programas en una sola interfaz de usuario. Cabe resaltar que el código solo ha sido migrado, sin embargo, en opinión de las personas consultas, el código en un poco ineficiente, con una sintaxis que ya está en desuso, y que puede ser optimizado, pero para los fines del presente trabajo funciona bien, y respeta el código original para poder ser contrastado que funciona de manera idéntica al desarrollado en esa época
A continuación, se muestra el código fuente migrado directamente del antiguo:
using System; using System.Windows.Forms;
namespace Unasam
{
public partial class FrmMain : Form
{
public FrmMain() => InitializeComponent();
private double CalculateB( double tr, double fh, double jh, double jc, double th, double tw, double z, double fo)
{ double ih = tr th; int tf = 215; double ba = 1000; double bb = 0;
Limites: double bm = (ba + bb) / 2; double gc = jh * ih * Math.Pow(10, (double)( bm / fh)); double tc = tr gc;
double ic = tc tw; double t1 = bm; double t2 = fh * Math.Log(jc * ic / (tf tw)) / Math.Log(10); double h1 = t1 / 200; double t = 0; double c = 0; for (int n = 0; n < 200 2; n++)
{ t += h1; c += 2 * Integral(jh, ih, t, fh, z); } t = 0; double c1 = Integral(jh, ih, t, fh, z); t = t1; double c2 = Integral(jh, ih, t, fh, z); double u1 = (c1 + c + c2) * h1 / 2; double u2 = (Math.Pow(10, (tc 250) / z) + Math.Pow(10, 35 / z)) * t2 / 2; double u = u1 + u2; double fi = Math.Pow(10, (250 tr) / z); double f = u / fi; double e = (fo f) / fo; if (Math.Abs(e) <= 0.01)
{ return bm; } else if (fo < f) { ba = bm; goto Limites; } else { bb = bm; goto Limites; } }
private (double f, double c) CalculateF( double tr, double b, double z, double d, double fh, double jh, double jc, double th, double tw, double c0) { double ih = tr th; double tf = 215; double gc = jh * ih * Math.Pow(10, b / fh); double tc = tr gc; double ic = tc tw; double t1 = b; double t2 = fh * Math.Log(jc * ic / (tf tw)) / Math.Log(10);
}
double h1 = t1 / 200; double c = 0; double t = 0; for (int i = 0; i < 200 2; i++)
{ t += h1; c += 2 * Integral(jh, ih, t, fh, z);
} t = 0; double c1 = Integral(jh, ih, t, fh, z); t = t1; double c2 = Integral(jh, ih, t, fh, z); double u1 = (c1 + c + c2) * h1 / 2; double u2 = (Math.Pow(10, (tc 250) / z) + Math.Pow(10, 35 / z)) * t2 / 2; double u = u1 + u2; double fi = Math.Pow(10, (250 tr) / z); double f = u / fi; double dr = d * Math.Pow(10, (250 tr) / z); double cf = c0 * Math.Pow(10, u / dr); return (f, cf);
private double Integral(double jh, double ih, double t, double fh, double z) => Math.Pow(10, jh * ih * Math.Pow(10, t / fh) / z);
private void CalcularB_Click(object sender, EventArgs e)
{ double resultado = CalculateB( (double)TrNud.Value, (double)FhNud.Value, (double)JhNud.Value, (double)JcNud.Value, (double)ThNud.Value, (double)TwNud.Value, (double)ZNud.Value, (double)FNud.Value); RBLabel.Text = $"B={resultado:0.00000000} con F={FNud.Value}";
}
private void CalcularF_Click(object sender, EventArgs e)
{ (double f, double c) = CalculateF( (double)TrNud.Value, (double)BNud.Value, (double)ZNud.Value, (double)DNud.Value, (double)FhNud.Value, (double)JhNud.Value, (double)JcNud.Value, (double)ThNud.Value, (double)TwNud.Value, (double)C0Nud.Value); RFLabel.Text = $"Para B={BNud.Value} F={f:0.0000} Concentracion Final={c:0.0000}";
Sin embargo, por recomendación de las personas consultadas, se hizo adaptaciones para que el código sea más legible y con sintaxis más actualizada:
public partial class FrmMain : Form
{
public FrmMain() => InitializeComponent();
private void CalcularB_Click(object sender, EventArgs e)
{ double resultado = CalculateB( (double)TrNud.Value, (double)FhNud.Value, (double)JhNud.Value, (double)JcNud.Value, (double)ThNud.Value, (double)TwNud.Value, (double)ZNud.Value, (double)FNud.Value); RBLabel.Text = $"B={resultado:0.00000000} con F={FNud.Value}";
}
private void CalcularF_Click(object sender, EventArgs e)
{ (double f, double c) = CalculateF( (double)TrNud.Value, (double)BNud.Value, (double)ZNud.Value, (double)DNud.Value, (double)FhNud.Value, (double)JhNud.Value, (double)JcNud.Value, (double)ThNud.Value, (double)TwNud.Value, (double)C0Nud.Value); RFLabel.Text = $"Para B={BNud.Value} F={f:0.0000} Concentración Final={c:0.0000}%";
}
private double TrapezoidalIntegration(double lowLimit, double highLimit, Func<double, double> function, int partitions)
{ double partition = (highLimit lowLimit) / partitions; double initialValue = function.Invoke(lowLimit); double finalValue = function.Invoke(highLimit); double sumMiddleValues
= Enumerable.Range(1, partitions 2) .Select(i => 2 * function.Invoke(lowLimit + partition * i)) .Sum(); return (initialValue + sumMiddleValues + finalValue) * partition / 2;
}
private double IntegrationFunction(double jh, double ih, double t, double fh, double z)
=> Math.Pow(10, jh * ih * Math.Pow(10, t / fh) / z);
private double CalculateFirstIntegral(double b, double jh, double ih, double fh, double z)
=> TrapezoidalIntegration(0, b, (double t) => IntegrationFunction(jh, ih, t, fh, z), 200);
private double CalculateSecondIntegral(double b, double jh, double ih, double fh, double z, double tr, double tw, double jc, double tf)
{ double gc = jh * ih * Math.Pow(10, b / fh);
double tc = tr gc; double ic = tc tw; double t2 = fh * Math.Log(jc * ic / (tf tw)) / Math.Log(10); return (Math.Pow(10, (tc 250) / z) + Math.Pow(10, 35 / z)) * t2 / 2; }
private double Integrate(double b, double jh, double ih, double fh, double z, double tr, double tw, double jc, double tf)
=> CalculateFirstIntegral(b, jh, ih, fh, z)
+ CalculateSecondIntegral(b, jh, ih, fh, z, tr, tw, jc, tf);
private double CalculateB(double tr, double fh, double jh, double jc, double th, double tw, double z, double fo)
{ double ih = tr th; double tf = 215.0; double b; double bi = 1000.0; double bf = 0.0; do { b = (bi + bf) / 2; double u = Integrate(b, jh, ih, fh, z, tr, tw, jc, tf); double f = u / Math.Pow(10, (250 tr) / z); double e = (fo f) / fo; if (Math.Abs(e) <= 0.01)
{ return b; } else if (fo < f) { bi = b; } else { bf = b; } } while (true); }
private (double F, double C) CalculateF( double tr, double b, double z, double d, double fh, double jh, double jc, double th, double tw, double c0) { double ih = tr th; double tf = 215; double u = Integrate(b, jh, ih, fh, z, tr, tw, jc, tf); double f = u / Math.Pow(10, (250 tr) / z); double dr = d * Math.Pow(10, (250 tr) / z); double cf = c0 * Math.Pow(10, u / dr); return (f, cf); }
La versión actualizada del programa para el cálculo de tiempo de procesamiento para la letalidad de microorganismos en alimentos enlatados; nos permite calcular en una misma Ventana los valores de B y F; su ejecución es muysencilla, solo se debe rellenar las cajas de texto con los valores solicitados por el problema y presionar el botón para el cálculo de B o el botón para el cálculo de F
Ilustración 11: Nueva herremienta desarrollada
Cabe resaltar que se puede ajustar el nivel de precisión estableciendo el criterio de convergencia aunvalormenor, y/oincrementando el númerodeintervalosde integración. Para la integración se ha utilizado el método trapezoidal
SEMANA 13: “Mecanismo de transferencia de calor por radiación en la producción de pollo rostizado mediante un sistema de horno con rayos infrarrojos”
En el proceso de elaboración del pollo rostizado, se evidencia el mecanismo de transferenciadecalorporRadiación,elcual serigepordos factoresimportantes: tiempo y Tº de horneado, en la practica la temperatura óptima fue de 180ºC por un tiempo de 60 min. Pero si se desea iniciar con una temperatura del centro del pollo de 150ºC, el tiempo de horneado será de 2.4 horas según los resultados de la gráfica de Heisler.
SEMANA 14 y 15: “Mecanismo de transferencia de calor por radiación en la producción de empanadas de pollo con relleno de ají de gallina”
En el proceso de elaboración de empanadas de ají de gallina se evidencia el mecanismo de transferencia de calor por Radiación, el cual se rige por dos factores importantes: tiempo y Tº de horneado, en la práctica la temperatura óptima fue de 240ºC por un tiempo de 45 min, con una Tº del centro de la empanada de 200ºC. Esto según los resultados de la gráfica de Heisler.
El tratamiento térmico de los alimentos, tiene como finalidad la destrucción de los microorganismos a través de calor. La La importancia de los tratamientos térmicos en la conservación de los alimentos. La aplicación de cualquier tipo de tratamiento térmico a un alimento sirve para destruir la carga microbiana que origine el daño en su calidad física, biológica o química y que pueda ocasionar algún problema en la salud del consumidor.
Criado,J.,& Gomez,M.(14de Octubre de2011). Tema 7: Fundamentos de transferencia de calor. Recuperado de Universidad de Malaga : https://ocw.uma.es/pluginfile.php/775/mod_resource/content/0/Tema%208.%2 0Apuntes_Transferencia_de_calor.pdf
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