TERMODINÁMICAAct. No. 11. Proyecto Final Termodinámica – 201015 Grupo – 21 Tutor de Curso: Rubén Darío Munera Tangarife INGENIERÍA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) CEAD EJE CAFETERO COLOMBIA 2013 1 cambio de entropía y realizar los calcular correspondientes según la primera ley de la termodinámica. Estos conceptos serán aplicados de forma práctica a través del desarrollo de una actividad que implica una lluvia de ideas por parte de los integrantes del grupo. trabajo. como son. Identificando los procesos termodinámicos a los que hay que someter al sistema termodinámico para la elaboración del producto. con el fin de seleccionar un proceso para la elaboración de un producto. con la intensión de aclarar todas aquellas dudas existentes en el desarrollo académico del curso y con la asesoría brindada por parte de nuestro tutor.INTRODUCCIÓN El propósito de este proyecto. el cual pueda ser discriminado en sus distintas etapas y realizar los respectivos cálculos termodinámicos a dos de estas. Dicha actividad se realiza de forma colaborativa. Unidad 1. Ley cero. Trabajo y Primera Ley de la Termodinámica y Unidad 2. 2 . realizar los cálculos de consumos energéticos. es aplicar los conocimientos adquiridos a lo largo del desarrollo de las dos unidades didácticas del curso Termodinámica. En este también se verá reflejado el compromiso y responsabilidad por parte de cada uno de los integrantes que participan del desarrollo del mismo. Segunda Ley y Aplicaciones de la Termodinámica. en este caso particular el proceso de elaboración de mermelada.2 Objetivos Específicos Reconocer los conceptos termodinámicos que se aplican a los procesos industriales. 3 . energía. OBJETIVOS 1. 1. trabajo y entropía.1 Objetivo General Evaluar los conocimientos y las competencias académicas desarrolladas por los estudiantes del curso TERMODINÁMICA a través de la investigación de un proceso productivo real donde se puedan realizar cálculos termodinámicos. Afianzar conocimientos y destreza al realizar los cálculos de cantidad de calor.1. Fortalecer los conocimientos y aplicación de los principios termodinámicos en la determinación de los consumos energéticos en el proceso de elaboración de la mermelada. El estudiante Yamid Obando propone que se estudie el proceso de elaboración de yogur y menciona que en este proceso productivo se tienen etapas de cambios de temperatura como la pasteurización y el almacenamiento en frio. El estudiante Yamid Obando sugiere el proceso de elaboración de mermelada con el argumento que es un proceso sencillo de analizar y que los cálculos necesarios se pueden realizar en las etapas de cocción y enfriamiento. 4 . El estudiante Sebastián Camacho propone el proceso productivo de elaboración de dulce de guayaba donde expresa que contiene una etapa de evaporación en la cual se enfocarían los cálculos solicitados. Teniendo en cuenta que hasta la fecha establecida por el grupo para él envió de ideas acerca de procesos a analizar ningún estudiante aparte de Sebastián Camacho y Yamid Obando participo de la actividad.Lluvia de Ideas: Para el desarrollo del presente proyecto se inició con una lluvia de ideas referentes al proceso productivo a escoger la cual se relaciona a continuación: El estudiante Sebastián Camacho sugiere el proceso de producción de la gaseosa argumentando que es un proceso sencillo y que se pueden realizar cálculos termodinámicos en las etapas de mezclado de materia prima y enfriado de la bebida. entre estos dos estudiantes mencionados y basado en investigaciones que cada uno realizo individualmente se escoge el proceso de Elaboración de Mermelada. Selección del proceso. Los puntos que tuvieron más influencia para esta selección fueron la sencillez del proceso a analizar y la similitud del proceso con los trabajos colaborativos previos desarrollados durante el desarrollo del curso. PROCESO ELABORACIÓN DE MERMELADA: En el diagrama que se relaciona a continuación es posible verificar cada una de las etapas correspondientes al proceso de elaboración de mermelada a base de pulpa de fruta y las dos etapas marcadas en color azul son las etapas en las cuales se ve sometido el sistema a un proceso termodinámico para la elaboración del producto. 5 . En el proceso de cocción se mezclan los ingredientes necesarios en una marmita abierta con agitador constante. la cual tiene capacidad de 100 litros y opera con combustión de GLP (Gas licuado del petróleo).Cálculos termodinámicos para el proceso de Cocción. los ingredientes ingresan a 6 . Los ingredientes que se adicionan y sus cantidades se relacionan a continuación. Los grados Brix de la mermelada son 68. ya que el efecto de este estudio se nos hace muy complicado tomamos la siguiente relación: Cp Solucion Azucarada =1−( 0. y tenemos que: Es un proceso abierto ya que este supone un intercambio tanto de materia como de energía hacia el exterior.° K K Cal Kg .006∗Grados Brix ) Cp=1−(0. Jugo de Pulpa de Fruta : Piña Azúcar Pectina Cítrica Ácido Cítrico - 50 litros 20 Kilogramos 500 Gramos 250 gramos Primero definimos el proceso termodinámico al cual es sometido el producto.° K K Cal Kg . Ya identificado el proceso.temperatura ambiente y se llevan hasta 120°C. como esta es una solución azucarada.006∗68) Cp=1−0. para nuestro caso esta presión es la presión atmosférica.15° K 7 . ° K Hacemos la conversión de los grados centígrados a grados Kelvin: Ti=Temperatura Ambiente=27 ° C=300. ° K K Cal Kg . este valor se determina por métodos de laboratorio. Debemos hallar la capacidad calorífica de la mermelada.408 Cp=0. procedemos a realizar los cálculos correspondientes. agitando constantemente.592 K Cal Kg. además es un proceso isobárico ya que este se realiza a presión constante. para esto asumimos la densidad del jugo de piña como 1 g ml .5 Pa (1) 8 .0. ( Tf −Ti ) m=Masa .25 Kilogramos mT =70.75 Kg .75 Kg . y por esto tenemos que: mT =mJugo dePulpa + mAzucar +m Pectina + mAcido Citríco mT =50 Kilogramos +20 Kilogramos+0. Tf =Temperatura Final .15 ° K ) Kg . ( 93 ° K ) Kg .Cp .0.458.75 Kilogramos Para realizar el cálculo energético utilizamos la formula siguiente: Q=m .Tf =120 ° C=393.592 K Cal .15 ° K −300. ° K Q=3895.15 ° K También debemos hallar la masa total de la sustancia. Ahora hallamos el trabajo realizado con la siguiente formula: W =P (V 2−V 1) Presión Atmosferica=99.5 Kilogramos +0.21 KCal El signo positivo nos indica que el calor ingresa al sistema. Cp=Capacidad Calorificadel Material Ti=Temperatura Inical Q=70. ( 393. ° K Q=70.592 K Cal . 0. ln Kg .035 m3 Entonces: W =99. 75 kg .05 m3 . ∆ S sis=m c p ln T2 T1 ( ) ∆ S sis=70.° K 393.15 ° K .15 ° K ( ) ∆ S sis=−11.458.co/es/review/Cartago/ Dado que en la cocción se logra eliminar entre el 25% al 35% de agua en un alimento (2).458.3 KCal/° K 9 .592 K Cal 300.meteoprog.015 m 3) W =−1491.5 Pa(−0.88 J ó W =−0.05 m3 ) W =99. V 1=0. Hallamos la entropía específica para este sistema termodinámico correspondiente al proceso seleccionado.3563 KCal El signo negativo significa que el trabajo se realiza sobre el sistema.5 Pa( 0.035m 3−0.com. el cual en nuestro proceso solo es contenida por el jugo de la pulpa de fruta. para lo cual tenemos: V 2=0.05 m3 (1) Extraído el 08 de Diciembre de 2013 de http://www. tomamos el promedio que es el 30% del valor del volumen inicial.Para hallar el es de V1 tomamos el volumen de los 50 litros de pulpa de fruta el cual 0. por lo tanto este es igual a 0.ni/LinkClick. Una vez terminado el proceso de cocción la mezcla se deja reposar hasta alcanzar una temperatura de 85 °C. después dentro de unos contenedores sellados se lleva a un refrigerador industrial el cual baja la temperatura de 85°C a 40 °C para después proceder al empacado en el envase correspondiente Primero definimos el proceso termodinámico al cual es sometido el producto.aspx? fileticket=N9nBkwDWGnQ%3D&tabid=438&language=es-NI Cálculos termodinámicos para el proceso de Enfriamiento.57 KCal (2) Extraído el 08 de Diciembre de 2013 de http://www. W =0 Para calcular el consumo energético tenemos que: Q=m .Cp(Tf −Ti) Dónde: 10 .mific. Procedemos a realizar los cálculos termodinámicos del sistema teniendo cuenta que en los procesos isocóricos no se presentan interacciones de trabajo.3563 KCal) ∆ U =3895.21 KCal−(−0.gob. y tenemos que: Es un sistema cerrado ya que sólo se presenta intercambio de energía pero no de materia y el proceso que allí aplica es Isocórico ya que sugiere un volumen constante. Para la primera ley de la termodinámica tenemos que el cambio de energía interna es: ∆ U =Q−W ∆ U =3895. El cambio de entropía para este sistema está definido por: T2 ∆ S sis=m c p ln T1 ( ) ∆ S sis=70.592 K Cal (313.15 ° K Q=70.75 Kg Cp=Capacidad Calorificade la sustancia .en este caso es 0.0.15 ° K −358.78 KCal El signo negativo nos indica que el sistema perdió calor.592 K Cal Kg.592 K Cal 358. ln Kg .m=Masa .15° K Ti=Temperatura inicial .° K 313. 0. ° K Tf =Temperatura Final .75 Kg .la cual es 85 ° C=358.en este caso es de 70.78 KCal 11 .la cual es 40 ° C=313.15 ° K ( ) ∆ S sis=5.15 ° K . ° K Q=−1884.63 KCal/° K Para la primera ley de la termodinámica tenemos que el cambio de energía interna según el proceso isocórico es: ∆ U =Q ∆ U =−1884. 75 kg .15 ° K ) Kg . ya que los fundamentos termodinámicos del proceso son los mismos en los cuales se basa la máquina de Carnot. Este fue discriminado en sus distintas etapas Identificando los procesos termodinámicos a los que hay que someter al sistema termodinámico 12 . CONCLUSIONES Gracias al desarrollo del presente informe. fue posible culminar a satisfacción con el curso de termodinámica. En cuanto a los ciclos termodinámicos necesarios para la operación del proceso de elaboración del producto. el cual fue la elaboración de la mermelada. alcanzando de esta forma los objeticos propuestos en cada una de sus actividades y concretamente en el desarrollo de los cálculos correspondientes del proceso seleccionado para el informe. y a las participaciones a conciencia y significativas realizadas en cada uno de los trabajos colaborativos. al momento del enfriamiento se hace referencia al proceso cíclico de la máquina de Carnot. en todas y cada una de sus partes. Múnera. En Proyecto Meteoprog. Colombia.para su elaboración. Escuela de Ciencias Básicas. Modulo Termodinámica. Adicional a esto se logra fortalecer el compromiso y la participación en el desarrollo de las actividades de cada uno de los integrantes del grupo colaborativo ya que los proyectos realizados son de suma importancia ya que son casos aplicados a la cotidianidad o vida real. R. obteniendo de esta forma los consumos energéticos. Cartago. Escuela de Ciencias Básicas. R. trabajo. cambio de entropía y los datos correspondientes a la primera ley de la termodinámica. Colombia.co 13 .com. (2013). Tecnología e Ingeniería UNAD. Valle del cauca.meteoprog. Tecnología e Ingeniería UNAD. BIBLIOGRAFÍA Múnera. Protocolo Termodinámica. (Febrero de 2013). Recuperado el 08 de Diciembre de 2013 a las 17:00 de http://www. (2013). Centro de producción más limpia de Nicaragua./es/review/Cartago/.mific. 14 .ni/LinkClick.aspx? fileticket=N9nBkwDWGnQ%3D&tabid=438&language=es-NI. Manual tecnológico para el proceso de “mermelada de piña” (Noviembre de 2012).gob. 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