CALOR ESPECÍFICO

PRÁCTICA N°2

CALOR ESPECÍFICO

1. OBJETIVOS

Determinar el calor específico de los productos lácteos, utilizando un calorímetro a presión constante.

2. FUNDAMENTO

Al considerar una cantidad de calor muy pequeña , añadida a un sistema y suponer que como resultado de la absorción de calor el ascenso de temperatura; producido es (dT), entonces la cantidad de calor requerida para producir el ascenso de temperatura en un grado, es definida por:

C = (dq)/(dT) (1)

C es la capacidad calorífica del sistema

Según la primera ley de la termodinámica, el caso de considerar; únicamente el trabajo mecánico o de presión, con relación al volumen desarrollado en el proceso:

(dq) = (dE) + p(dV) (2)

Donde E es la energía interna del sistema, p la presión y V el volumen. Por sustitución en la ecuación 1, se obtiene:

(3)

Cuando la absorción de calor ocurre reversiblemente a presión constante entonces p = P, y la ecuación anterior se transforma en:

(4)

Por otro lado, los cambios térmicos a presión constante se expresan más adecuadamente, mediante la función llamada entalpía de un sistema (H), la cual es definida por:

H = E + PV (5)

Si se diferencia esta ecuación con relación a la temperatura y a presión constante, se obtiene:

(6)

Se puede observar que los segundos miembros de las Ecuaciones 4 y 6, son iguales, lo que permite establecer que:

(7)

Que es la definición termodinámica del calor específico: es decir, el cambio de entalpía con la temperatura a presión constante. Cuando la magnitud del calor intercambiado durante un proceso, en el cual el trabajo interno no cruza los límites de un sistema a presión constante es igual al trabajo interno de un proceso adiabático, en el cual el trabajo es hecho sobre un sistema a presión constante, entonces se obtiene que los cambios de entalpía dH, en los dos procesos deberán ser !os mismos y del sistema estará sometido a un idéntico cambio de estado entre los mismos estados inicial, y final independientemente del proceso.

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FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

Se establece entonces que para un proceso que ocurre a presión constante, donde no está involucrado el trabajo interno:

(dH)=(dQ) (8)

Q es la energía calorífica. Por sustitución en la Ecuación 7, se obtiene:

(9)

El término calor específico puede estar mal utilizado a menos que su definición incluya una descripción suficiente del proceso, en la cual se establezca que a presión constante se cumple la Ecuación 8.

Entonces cuando no existe cambio de fase o reacciones involucradas, el calor específico es la cantidad de calor que gana o pierde un kilogramo de masa de alimento para producir un cambio requerido de temperatura. Escrito en forma de ecuación:

(10)

En consecuencia, en las unidades del Sistema Internacional (SI):

Cp = [J/kg . K] o [J/kg °C]

En un proceso continuo de transferencia de calor, el flujo de calor (Q/t) es definido por:

(Q/t) = q = Cp W ( T) (11)

Las unidades (SI) de q son (j/s) o [Watios], W es la velocidad de flujo másico [kg/s].

Los alimentos son predominantemente líquidos y sólidos. Según la definición el calor específico es dependiente de la temperatura; sin embargo, para cálculos en ingeniería estas variaciones son mínimas en especial en los estados físicos indicados, y se utiliza un valor promedio del calor específico para el intervalo de temperaturas de interés.

FABRICACIÓN DE PRODUCTOS LÁCTEOS

• En leche líquida para distribución

Hwang y Hayakawa (1979) clasificaron los métodos utilizados comúnmente para determinar el calor específico de alimentos en dos grandes grupos: métodos de mezclas (modificado en los últimos años encapsulando las muestras para evitar la interferencia de calores de solución), y por calorimetría diferencial de barrido. Desarrollaron un método de mezclas indirecto, aplicable especialmente en alimentos altamente higroscópicos o alimentos con una gran cantidad de componentes químicos solubles en agua. Este método se utilizó para determinar el calor específico de muestras de leche (Al varado, 1996) de la siguiente manera:

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3. EQUIPOS, MATERIALES, REACTIVOS E INSUMOS

EQUIPOS MATERIALES REACTIVOS INSUMOS

Calorímetro Termómetros digitales.

Tapón de jebe aforado Agua destilada 500 ml.

Leche 500 ml.

4. PROCEDIMIENTO

Determinar la capacidad calorífica del calorímetro

La capacidad calorífica del calorímetro, Zk, se define como el calor necesario para elevar la temperatura de un calorímetro en 1 °C, y es un factor de corrección para la determinación del calor específico de los materiales de muestra.

En la Figura 1 se indica esquemáticamente el calorímetro. Dos calorímetros se utilizan para cada determinación; un calorímetro A con 250 g de agua destilada, y un calorímetro B que está vacío. Las tapas y las cubiertas de los calorímetros se atornillan apretadamente y se colocan el uno en una estufa a 70°C y el otro a temperatura ambiente. Después de que las temperaturas se equilibran, las cubiertas y las tapas se remueven, el agua caliente del calorímetro A se viene rápidamente dentro de la cámara intermedia del calorímetro B, cuya tapa y cubierta se atornillan inmediatamente para ser colocado a la temperatura ambiente. La temperatura del agua en el calorímetro B se registra continuamente durante dos horas, agitando el contenido antes de cada lectura.

Según la ley de conservación de la energía, el calor total contenido en el agua y en el. Calorímetro en el estado inicial, debe ser igual al del estado final más el calor perdido por el sistema hacIa el ambiente. Si el subíndice “o” representa el estado inicial y “e” el estado cuando el contenido alcanza una velocidad constante de intercambio de calor con el medio, entonces:

Cpw mw Tow + Cpk mk Tok = Cpw mw Te + Cpk mk Te – R (12)

Donde R es el factor

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