CURVAS DE CONGELACION DEL AGUA Y SOLUCIONES BINARIAS

CURVAS DE CONGELACION DEL AGUA Y SOLUCIONES BINARIASPRACTICA N01

CURVAS DE CONGELACION DE AGUA Y SOLUCIONES BINARIAS

I. INTRODUCCION:

El punto de congelacin es aquel momento en que una sustancia cambia de estado lquido a slido; en sustancias puras como el agua este punto es constante, pero en soluciones binarias o ms como en los alimentos en general la concentracin de los slidos solubles del alimento aumenta en el agua no congelada remanente, establecindose as un punto de congelacin ms bajo para cambios de fase adicionales. Es decir, el punto de congelacin ser inferior al del agua y variable.En el agua pura la temperatura disminuye a medida que el calor se remueve del sistema hasta que se alcanza el punto de congelacin. Luego de una pequea cantidad de sobreenfriamiento, la temperatura permanece constante mientras se retira el calor latente del sistema de agua.En el presente informe se da a conocer la curva de congelacin del agua pura, mostrando mediante grficos, el comportamiento que tiene a medida que la temperatura disminuye, as mismo se presentan las curvas de congelacin para soluciones binarias a diferentes concentraciones, notndose as la influencia que ejerce la concentracin de la solucin en el descenso de la temperatura. Cabe resaltar que para realizar el estudio de las curvas de congelacin se hizo uso del liofilizador, el cual permiti calcular las variaciones de temperatura que sufra la solucin en un intervalo de tiempo.

II. OBJETIVOS: Determinar las curva de congelacin del agua pura. Determinar la curva de congelacin a diferentes concentraciones de sacarosa y sal. Comparar y discutir las diferencias entre las curvas determinadas.

III. MARCO TEORICO:

Las curvas de congelacin proporcionan informacin til acerca de proceso de congelacin relacionando temperaturas del producto con el calor extrado o tiempo de congelacin. Si se representan las variaciones que sufren durante la congelacin, las temperaturas del agua y de una solucin binaria donde se obtienen curvas como las de la Figura 1. Figura 1: Curvas de congelacin del agua y de una solucin binaria

Curva de congelacin:

OD: Extraccin de calor sensible, desde el origen de la curva al punto D lo que producir un descenso uniforme de la temperatura.

D: Punto de sobre - enfriamiento necesario para la nucleacin

DE: Calentamiento producido por la liberacin de calor del ncleo lo cual contribuye al crecimiento de cristales EF Cambio de estado (lquido a solido)No se realiza a temperatura constante debido a que conforme se va cristalizando el agua, la concentracin de la solucin va incrementndose con el consiguiente decrecimiento del punto de congelacin.

F: La fase liquida se satura con el soluto y empieza la nucleacin de la solucin sobresaturada FG: Calentamiento producido por la liberacin de calor por cristalizacin del soluto

G: Temperatura eutctica .Se define el punto eutctico como la temperatura ms alta a la que una mxima cristalizacin de agua y soluto puede ocurrir, en un sistema acuoso. El termino criohdrico se aplica solo cuando el solvente es agua, siendo el termino ms general el de eutctico, que es aplicable a cualquier solvente.

GH: Cambio de estado de la solucin sobresaturada en donde la cristalizacin de agua y soluto es proporcional por lo que la concentracin no variara siendo por lo tanto un proceso a temperatura constante. Se realiza la concentracin correspondiente al punto eutctico.

H: La cristalizacin de la solucin sobresaturada es completa

HI: Al ser todo slido, y seguir extrayendo calor, solo se producir una disminucin de la temperatura, por liberacin de calor sensible

En el caso del agua pura, despus de la sobrefusin (S) ocurre la formacin de los cristales de hielo y liberacin de calor, la temperatura sube a 0C (punto crioscpico) y permanece constante durante toda la cristalizacin. Cuando toda el agua se transform en hielo se inicia el descenso de la temperatura a una marcha ms rpida porque el calor especfico del hielo es inferior al del agua. Se define al punto crioscpico como el punto en el cual el agua de un alimento comienza a cambiar de estado.

Lgicamente la forma exacta de las curvas de congelacin en una solucin mezclada estar influenciada por las cantidades de los diversos componentes, sus solubilidades en presencia de los otros y sus efectos sobre el punto de congelacin. El punto eutctico final es alcanzado solo cuando la ltima de las sustancias disueltas alcanza su punto de saturacin y en mezcla de soluciones la porcin sin congelar en ese punto, tambin estar saturada con respecto a todos los otros componentes. Por lo tanto, el punto eutctico de la mezcla deber ser menor al del componente de ms bajo punto eutctico. A medida que la velocidad de congelacin aumento las diferentes etapas que constituyen la congelacin van siendo menos aparentes, hasta que al llegar a las velocidades ms altas de extraccin de calor donde ellas no se distinguen.

IV. MATERIALES Y METODOS:A. Materiales: UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTAFacultad de IngenieraE.A.P Ingeniera Agroindustrial1

100g Sacarosa (azcar blanca) 10 g de Cloruro de sodio (Sal) Agua pura c/n Cmara de congelacin del liofilizador Sistema de medicin de temperatura Data longer Termmetro Balanza analtica 02 Matraz Erlenmeyer 250 ml Varilla de vidrio Cinta aislante negra

B. Mtodos:

Curva de congelacin del agua pura: Enfriar la cmara del liofilizador hasta -35C. En la bandeja del liofilizador verter 200 ml de agua pura. Ubicar los sensores de temperatura del liofilizador, para que no tenga contacto directo con la placa colocar un pedazo de cartn debajo. Colocar la placa en el congelador y realizar el seguimiento de la temperatura por segundo. Congelar hasta los -15C. Al finalizar evaluar el congelado, dureza, textura.

Curva de congelacin de solucin azucarada: Preparar soluciones de sacarosa a concentraciones de 10 y 15% peso/ volumen. Verter sobre las placas del liofilizador a -35C. Congelar hasta -25C. Retirar, observar y palpar dureza y textura comparando con la del agua. Repetir el proceso para la solucin con sal al 5%.

V. RESULTADOS:BAEn la curva de congelacin del agua pura, se aprecian tres regiones. Primero un descenso de temperatura en la regin de enfriamiento lquido, aqu se pierde calor sensible, hasta el punto A (sobrefusin), a partir de A, la temperatura aumenta debido a que la eliminacin del calor latente de fusin es mayor que la eliminacin de calor del sistema. La temperatura aumenta hasta B, punto donde se inicial el congelamiento (solidificacin) de la muestra. Finalmente es ltimo tramo muestra el enfriamiento del hielo.El punto de sobrefusin para el agua pura fue de -1C. El punto de congelamiento (nucleacin) se dio a los 0C.La velocidad de congelacin fue de 0.33C/min.

Comparando las curvas de congelacin del agua y la solucin de sacarosa se observa que el punto de congelacin de la solucin de sacarosa 5% no es claramente distinguible, se aprecia simplemente una curva con pendiente constante. A diferencia del agua donde se aprecia las zonas de perdida de calor sensible, cambio de estado (zona de congelacion), y sobrefusion

La curva de congelacin de la sacarosa 15% (AZUL) presento una temperatura de sobrefusin de -1.2 y una velocidad de congelacin de 0.64C/minLa curva de congelacin de la solucin sacarosa 25% (NARANJA) presento una temperatura de sobrefusin de-2.2C y una velocidad de enfriamiento de 0.79C/min.Se observa claramente que a mayor concentracin de solidos en la solucin la temperatura de sobrefusion disminuye, mientras la velocidad de congelamiento aumenta.

En la curva de congelamiento de la solucin con sal al 5% el punto de sobre fusin se dio a los -4.8C, la velocidad de congelamiento de la muestra fue de 0.44C/min.En comparacin con la curva del agua pura, la solucin salina presento un menor punto de sobrefusion y mayor velocidad de congelamiento.Cumpliendose el enunciado, a mayor porcentaje de solutos la muestra se congelara a menor temperatura.

Comparacin al tacto:

El agua pura present mayor dureza que la de la solucin con sal al 5%. Mientras que la bandeja del agua congelo (solidifico) en un 100% la de la solucin con sal tenia aun una capa con solucin.

VI. DISCUSION:

El descenso del punto de congelacin de una solucin diluida depende de la concentracin de soluto y del tipo de solvente utilizado. Las propiedades que dependen principalmente del nmero de partculas disueltas en lugar de la naturaleza de estas partculas se llaman propiedades coligativas (Osorio, 2009).

La determinacin del punto crioscpico de basa en el hecho de que las sustancias diluidas en un lquido puro provocan un descenso del punto de congelacin, el cual es directamente proporcional a la concentracin de soluto e inversamente proporcional a su peso molecular (Covenin, 1996).

Cuando se enfra un disolucin comparando el comportamiento del agua pura con el de la disolucin, la fase slida no aparece hasta que la temperatura ha llegado a menos de 0C; lo que significa que la temperatura de congelacin de la disolucin es menor que la del agua pura. Este descenso de la temperatura de congelacin depende de la cantidad de soluto presente; cuanto ms soluto haya disuelto, menor ser la temperatura de congelacin (Connor, 1982).

A medida que se desarrollaba la prctica se encontr que lo dicho por Covenin y Connor era cierto, ya que a mayor concentracin de sustancia, es decir a mayor cantidad de soluto disuelto en la solucin, el punto de congelacin disminuir, lo cual se reflej en la grfica presentada en lo resultados tanto para el caso de la sacarosa como en el caso de la solucin salina.

Segn Lewis (1993), cuando se elimina energa del agua pura, la temperatura descender y a 0C el hielo empezar a separarse. La temperatura permanecer constante mientras el calor latente es eliminado hasta que toda el agua se congela. La temperatura del hielo descender entonces.

El proceso de congelacin incluye una serie de fases: Subenfriamiento, Nucleacin, Crecimiento de cristales .Durante la congelacin estas dos ltimas etapas se solapan en el tiempo, pero es posible controlar la velocidad relativa de cada una de ellas y de esa forma, modificar las caractersticas del sistema final. (Quispe, 2012)

Al inicio de la prctica se hizo una curva de congelacin para el caso del agua pura, la cual concuerda con lo indicado anteriormente por Lewis, ya que el punto o el grado donde el agua pura comienza su congelacin es a 0C, lo cual marca la diferencia con las soluciones binarias, las cuales poseen un punto inferior de congelacin. As mismo se puede se pudo observar la etapa de nucleacin donde se baja de temperatura (< 0C), y luego se estabiliza.Segn Baer y Baldwin (1984), el valor del punto de congelacin de una solucin de sacarosa a una concentracin del 15% es de 1,064C.

Puntos de Congelamiento de concentraciones de algunas sustancias y de sacarosa en soluciones acuosas

Segn Krber (1968), interpolando el valor del punto de congelacin de una solucin de sacarosa a una concentracin del 25% es de -2.1C, muy cercano al valor obtenido en prctica de -2.1C.

VII. CONCLUSIONES:

A mayor concentracin de una sustancia diluida en agua, menor ser su punto de congelacin en comparacin con la del agua, esto se debe a que cuando se aade sal (por ejemplo) al agua, se disuelve en iones de sodio y cloro. Estos iones se unen con el hidrgeno y los iones de hidrxido de los que est hecho el agua, formando pequeas cantidades de cido hidroclrico, o HCl, e hidrxido de sodio, o NaOH lo cual provoca que algo del agua sea removida efectivamente del sistema, y ahora sea parte de un compuesto qumico diferente y, por lo tanto, no est disponible para el proceso de congelamiento. Debido a que hay menos agua para utilizar, la frecuencia de congelamiento disminuye, y el hielo en el sistema comienza a fundirse y para poder retener el equilibrio, la temperatura se debe disminuir para acomodar el cambio en las frecuencias. La adicin de sal al agua por lo tanto disminuye el punto de congelamiento, removiendo algo de agua del proceso.

VIII. BIBLIOGRAFIA:

PLANK, R. 1963. El empleo de frio en la industria de alimentos Editorial Reverte S.A. Barcelona. Espaa

LEWIS, M. 1993. Propiedades Fsicas de Alimentos y Sistemas de Procesamiento de Alimentos. Editorial Acribia S.A. Zaragoza. Espaa

FELLOWS,P.1994.Tecnologadelprocesadodelosalimentos:Principiosyprcticas.EditorialAcribia.Zaragoza,Espaa.

GRUDA,Z;POSTOLSKI,J.1986.Tecnologadelacongelacindelosalimentos.Editorial AcribiaS.A.Zaragoza,Espaa.