Clase 2: “Presion y densidad”

Clase 2

“Presión y densidad”

Clase 2

14/02/22

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA (MARCO TEÓRICO)

DENSIDAD

En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud vectorial referida a la

cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la

razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa: ��= �� , si un cuerpo no tiene ��

una distribución uniforme de la masa en todos sus puntos, la densidad alrededor de un

punto puede diferir de la densidad media. Si se considera una sucesión pequeños

volúmenes decrecientes ∆���� (convergiendo hacia un volumen muy pequeño) y estén

centrados alrededor de un punto, siendo ∆���� la masa contenida en cada uno de los

volúmenes anteriores, la densidad en el punto

común a todos esos volúmenes. (Athanieto ,

2019). La densidad puede obtenerse de forma

indirecta y de forma directa. Para la obtención

indirecta, se miden la masa y el volumen por

separado y posteriormente se calcula la densidad. La masa se mide habitualmente con una

balanza, mientras que el volumen puede medirse determinando la forma del objeto y

midiendo las dimensiones apropiadas o mediante el desplazamiento de un líquido, entre

otros métodos. Los instrumentos más comunes para medir la densidad son:

 El densímetro, que permite la medida directa de la densidad de un líquido, y,

además permite la medida precisa de la densidad de sólidos, líquidos y gases

(picnómetro de gas).

 La balanza hidrostática, que permite calcular densidades de sólidos.

 La balanza de Mohr (variante de balanza hidrostática), que permite la medida

precisa de la densidad de líquidos.

TIPOS DE DENSIDAD

 DENSIDAD ABSOLUTA:

La densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el

volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por

metro cúbico (kg/m³), aunque frecuentemente también es expresada en g/cm³. La

densidad es una magnitud intensiva. (Britt, 2020)

Siendo , la densidad; m, la masa; y V, el volumen de la sustancia.

 DENSIDAD RELATIVA:

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la

de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin

unidades).

���� Donde es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y es la densidad

de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida

a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad

absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³. Para los gases, la

densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura

de 0 °C.

FUERZA

Denominamos fuerza a toda acción capaz de producir cambios en el movimiento o en la

estructura de un cuerpo. Si empujamos una bola con el dedo le estaremos aplicando una

fuerza. Tras aplicarla caben varias posibilidades. Una de ellas es que empiece a

moverse. Otra es que se deforme. Dependiendo de donde la apliquemos, en qué dirección,

sentido o cantidad, la bola se moverá o deformará hacia un lado o a otro. Por tanto, es

lógico pensar que las fuerzas tienen un carácter vectorial, de hecho, son magnitudes

vectoriales. Como vector que es, las fuerzas se representan como una flecha, que se

caracterizan por su longitud (módulo), donde se aplica (punto de aplicación), su dirección

y sentido. (Fernández, 2020)

En consecuencia, la fuerza es una magnitud vectorial que representa toda causa capaz de

modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo o de producir una

deformación en él.

Su unidad en el Sistema Internacional es el Newton (N). Un Newton es la fuerza que al

aplicarse sobre una masa de 1 Kg le provoca una aceleración de 1 m/s2.

Adicionalmente al Newton (N) suelen utilizarse otras unidades para medir las fuerzas.

Entre ellas podemos encontrar: dina (d). 1 d = 10-5 N, kilopondio (kp). 1 kp = 9.8 N,

libra (lb, lbf). 1 lb = 4.448222 N

PRESIÓN (P)

El cociente entre la intensidad F de la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una

superficie dada y el área S de dicha superficie se denomina presión. La presión representa

la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie

considerada. Cuanto mayor sea la fuerza que actúa sobre una superficie dada, mayor será

la presión, y cuanto menor sea la superficie para una fuerza dada, mayor será entonces la

presión resultante. (Pressword, 2019)

En el SI la unidad de presión es el pascal, se representa por Pa y se define como la presión

correspondiente a una fuerza de un Newton de intensidad actuando perpendicularmente

sobre una superficie plana de un metro cuadrado. 1 Pa equivale, por tanto, a 1 N/m2 .

Existen, no obstante, otras unidades de presión que sin corresponder a ningún sistema de

unidades en particular han sido consagradas por el uso y se siguen usando en la actualidad

junto con el pascal. Entre ellas se encuentran la atmósfera y el bar. La atmósfera (atm) se

define como la presión que a 0 ºC ejercería el peso de una columna de mercurio de 76 cm

de altura y 1 cm2 de sección sobre su base. Es posible calcular su equivalencia en N/m2

sabiendo que la densidad del mercurio es igual a 13,6 · 103 kg/m3 y recurriendo a las

siguientes relaciones entre magnitudes: Peso (N) = masa (kg) · 9,8 m/s2 y Masa = volumen

· densidad, como el volumen del cilindro que forma la columna es igual a la superficie de

la base por la altura, se tendrá: es decir: 1 atm = 1,013 · 105 Pa.

El bar es realmente un múltiple del pascal y equivale a 105 N/m2. En meteorología se

emplea con frecuencia el milibar (mb) o milésima parte del bar · 1 mb = 102 Pa.

1 atm = 1 013 mb

EQUIPOS DE LA PRESIÓN TERMODINÁMICA

 EL BARÓMETRO:

Un barómetro es una herramienta cuya función es

medir la presión de la atmósfera, la cual se expresa

en hectopascales (hPa). El barómetro sirve para

medir cuánta presión ejerce dicho aire sobre el

territorio estudiado. Es un instrumento

indispensable en el estudio de los fenómenos

meteorológicos. Su primera versión, la inventada por Torricelli, era de mercurio y estaba

formada por un tubo. En la actualidad, el funcionamiento de un barómetro es mucho más

exacto, debido a que debe estar calibrados respecto del nivel del mar, el cual se establecer

como parámetro para que todos los instrumentos arrojen, posteriormente, los mismos

resultados. (Rojas, 2017)

 EL MANÓMETRO:

Es un instrumento de medida de la

presión en fluidos (líquidos y gases) en circuitos

cerrados. Miden la diferencia entre la presión real o

absoluta y la presión atmosférica, llamándose a este

valor, presión manométrica. A este tipo de manómetros

se les conoce también como "Manómetros de Presión".

Lo que realmente hacen es comparar la presión atmosférica (la de fuera, la atmósfera) con

la de dentro del circuito por donde circula al fluido. Por eso se dice que los

manómetros miden la presión relativa. (Areatecnología, 2018)

APLICACIÓN DE LA TERMODINÁMICA

La termodinámica se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería,

tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, industria alimentaria,

fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros. (Veto, 2020)

 Alimentación: la cocina el caliente es un constante ejemplo de

transformaciones químicas a través de procesos termodinámicos.

 Ciencia de los materiales: se utilizan procesos térmicos para obtener nuevos

tipos de materiales que posean propiedades químicas y físicas bien definidas.

 Aplicaciones industriales: en el mundo industrial existen muchos procesos

que transforman materias primas en productos acabados utilizando

maquinaria y energía. Un ejemplo es la industria cerámica donde unos largos

hornos túnel cuecen ladrillos a temperaturas superiores a los 800 grados

Celsius.

 Generación de electricidad: en todas las centrales térmicas (combustibles

fósiles, energía nuclear o centrales solares) se utilizan estos conceptos para

conseguir accionar turbinas de vapor y generadores eléctricos.

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS ibra fuerza x pie (tambi se usa con frecuencia la unidad “Btu”TERMODINA

TERMODINÁMICA

Artículo Científico

“LA TERMODINÁMICA: UNA HERRAMIENTA PARA EL ANÁLISIS EN QUÍMICA DE ALIMENTOS”

RESUMEN

La termodinámica es una ciencia básica que formula las reglas para la conversión de la materia y la energía de una forma a otra. Ella impone los límites físicos para el desarrollo y la evolución en el mundo. Los parámetros termodinámicos son importantes en el procesamiento y estabilidad del alimento. La similaridad termodinámica de los alimentos se fundamenta en diversos factores. El primero, es la función de almacenamiento fisiológico común de los más importantes componentes de las materias primas alimentarias. Segundo, es el carácter general de las interacciones intermoleculares noespecíficas de las macromoléculas alimentarias. Tercero, es el mimetismo de los biopolímeros que se fundamenta en las propiedades físico-químicas muy similares de las especies de biopolímeros. La incompatibilidad termodinámica es típica en macromoléculas alimentarias. Luego, el enfoque termodinámico es altamente promisorio para el modelamiento y análisis de alimentos. Además, el equilibrio de fases juega un papel muy importante en la tecnología de alimentos. En la presente contribución, se analiza el punto de vista termodinámico en la química de alimentos. Así, el enfoque termodinámico, es central en este análisis. El interés por investigar en termodinámica aplicada a los alimentos, es creciente.

Palabras clave: Termodinámica, análisis, química, alimentos, equilibrio de fase.

INTRODUCCIÓN

Encontramos grandes aportes de la termodinámica para explicar los procesos de elaboración de productos alimenticios, es decir necesitamos un motor o una bomba para generar una energía que transporte fluidos o demás productos alimenticios de un lugar a otro para así continuar procesos de elaboración, en el caso de los motores son esenciales para el funcionamiento de algunos equipos que nos facilitan

algunos procesos, tales como intercambiadores de calor, toberas, turbinas y demás equipos utilizados en la industria alimentaria, en fin, el entender cómo funcionan estos equipos es de gran utilidad para realizar procesos de transformación de materias primas en productos que en fin son lo que se realiza en la industria alimentaria. [1]

La termodinámica es básica para predecir propiedades de sustancias y mezclas de sustancias, lo que permite al ingeniero químico realizar procesos industriales y sacar beneficio de las materias primas, creando de esta manera productos que serán utilizados y consumidos por la población.

La Termodinámica en el análisis

químico de los alimentos, es el estudio de la interrelación entre el calor y el trabajo con reacciones químicas o con cambios físicos del estado dentro de los confines

de las leyes termodinámicas. [2]

Primera Ley de la Termodinámica y la química de alimentos:

Desde el punto de vista nutricional, podemos decir que los nutrientes incorporados al organismo mediante la nutrición pasan a la célula y participan como materia prima en los procesos del metabolismo celular. En aquellos procesos catabólicos en los que ocurre degradación oxidativa de sustancias, como la respiración aerobia. Se libera energía metabólica, parte de la cual se transforma en calor, se eliminan sustancias de desecho y aumenta la entropía (mide el grado de organización del sistema) durante el proceso químico del alimento.

Segunda Ley de la Termodinámica y la química de alimentos:

Como ocurre con toda la teoría

termodinámica, se refiere única y exclusivamente a estados de equilibrio e indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones

energéticas. Todos los procesos químicos y naturales tienden a ocurrir en una dirección tal que la entropía (magnitud termodinámica que indica el grado de desorden molecular de un sistema) del Universo se incrementa. Para mantener la organización de la cual depende la vida, los sistemas vivos deben tener un suministro

constante de energía que les permita superar la tendencia hacia el desorden creciente para facilitar el proceso químico en un lote de alimentos. [3]

CONCLUSIONES

En consecuencia, la nutrición incorpora al organismo sustancias del medio externo por medio de la alimentación y tras diversos procesos metabólicos las convierte como propias, para asegurar su desarrollo y dinámica. Es algo extenso el tema ya que como menciona en los párrafos anteriores, la termodinámica nos facilita el trabajo como ingenieros de alimentos dándonos a entender

tantos procesos químicos y térmicos que ocurren en ellos y algo que me llama más la atención es comprender como funcionan las diferentes máquinas y equipos utilizados en la industria para el análisis químico de los alimentos. Además, los parámetros termodinámicos son importantes en el procesamiento, producción y estabilidad del alimento sometidos a análisis de carácter químico, establecidos por parámetros con la búsqueda constante de la mejora de la calidad dentro de la Industria

Alimentaria.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

Areatecnología. (2018). Manómetro. www.areatecnologia.com. Recuperado de: https://www.areatecnologia.com/herramientas/manometro.html

Athanieto . (2019). Física, fluídos y Termodinámica. athanieto.wordpress.com. Recuperado de: https://athanieto.wordpress.com/tematicas/densidad/#:~:text=La%20densidad%2 0o%20densidad%20absoluta,es%20expresada%20en%20g%2Fcm%C2%B3.

Britt, J. (2020). Densidad Relativa. ceramica.fandom.com. Recuperado de: https://ceramica.fandom.com/wiki/Densidad_relativa

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Veto. (05 de Noviembre de 2020). Termodinámica: qué es y dónde se aplica. blog.veto.cl. Recuperado de: https://blog.veto.cl/2020/11/05/termodinamica-que-es-y-dondeseaplica/#:~:text=%C2%BFEn%20qu%C3%A9%20%C3%A1reas%20se%20aplic a,transporte%2C%20e%20incluso%20agujeros%20negros.