informe de difusividad y conductividad termica de la chirimoya

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL INFORME DE LABORATORIO “FISICOQUIMICA” “DENSIDAD Y DIFUSIVIDAD TERMICA DE LOS ALIMENTOS” DECENTE : NILS L. HUAMAN CASTILLA PRESENTADO POR : - GISELA MILAGROS, AGUILAR JORGE - YANDERYN LUCERO, AROHUANCA PÉREZ

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Informe relaizado en los laboratorios bajo la condicion de la UNAM Moquegua

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

INFORME DE LABORATORIO

“FISICOQUIMICA”

“DENSIDAD Y DIFUSIVIDAD TERMICA DE LOS ALIMENTOS”

DECENTE : NILS L. HUAMAN CASTILLA

PRESENTADO POR :

- GISELA MILAGROS, AGUILAR JORGE

- YANDERYN LUCERO, AROHUANCA PÉREZ

- JORGE FERNANDO, PANTIGOSO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE MOQUEGUA ING. AGROINDUSTRIAL

Moquegua, 2012

INFORME N°02

1. INTRODUCCIÓN

La densidad es la masa de un cuerpo por unidad de volumen siendo sus dimensiones

(masa)/(longitud), es un indicativo de cómo la materia está organizada en un cuerpo, así los

materiales con estructura más compacta tienen mayor densidad.La densidad depende de la

temperatura y de la presión. Aunque la temperatura debe especificarse junto con la densidad, la

presión no es necesaria en caso de líquidos porque es prácticamente incompresible (Huaman, Guia

de laboratorio de Fisicoquimica densidad y difusividad de alimentos, 2012).

La medición de la dependencia de la difusividad térmica, α, con la temperatura tieneespecial

importancia práctica, ya que permite hacer cálculos que involucren flujo transitoriode calor.

Además, su determinación resulta útil en la selección y caracterización demateriales. Físicamente, α

indica como fluye el calor por el material. Cuanta más alta es ladifusividad térmica de una

sustancia, más alto es el ritmo de propagación del perfil detemperatura. Es decir, α relaciona flujo

de energía con gradiente de energía (Yañez, Marconi, Rubiolo, & Goyanes, 2001).

2. OBJETIVOS

- Determinar la densidad real de diferentes alimentos por el método de refractómetro

- Determinar la densidad aparente.

- Determinar la difusividad térmica de algunos alimentos mediante el método de

Dickerson.

3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

3.1 LA DENSIDAD

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La densidad absoluta: se define como la relación de la masa por unidad de volumen

de un cuerpo a una temperatura determinada.

Donde:

m: masa en Kg, (SI)

V: volumen en m3 (SI)

La densidad absoluta es función de la temperatura y de la presión. La densidad de

algunos líquidos en función de la temperatura. La variación de la densidad de los líquidos

es muy pequeña, salvo a muy altas presiones y para todos los cálculos prácticos puede

despreciarse.(Juarez, Valencia, Ramirez, Lobato, & Bolaños, 2003)

A. Densidad relativa.

Densidad relativa: se define como la relación de la densidad absoluta de la

sustancia problema con respecto a la densidad absoluta patrón; lo que lleva a una

relación entre la masa de la sustancia problema a la masa de un mismo volumen de

agua destilada a la presión atmosférica y 4°C. Es evidente que la densidad relativa es

una magnitud adimensional:

Mediante el uso del picnómetro nos es posible determinar la densidad relativa.

Esto de hace pesando el picnómetro vacío perfectamente seco y restándolo de las

pesadas del picnómetro con la sustancia analizada y con agua destilada. Así, para un

mismo volumen se obtiene la masa de la sustancia estudiada y la masa del agua

destilada, aplicando la ecuación de densidad relativa.Las densidades de los líquidos se

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miden por regla general, bien pesando un volumen determinado del líquido en un

frasco de densidades o picnómetro, o bien determinando el empuje que ejerce sobre

un determinado objeto sumergible introducido en un líquido (principio de

Arquímedes).(Juarez, Valencia, Ramirez, Lobato, & Bolaños, 2003)

B. Densidad en sólidos

Una característica importante de las partículas de sólidos (tanto las de pequeño

tamaño, polvos, como las grandes, frutas) es su densidad. Conviene comenzar

distinguiendo entre la densidad por unidad, a veces llamada densidad “real”,y la

densidad global o “aparente”. La primera es el promedio de la masa por unidad de

volumen de las partículas individuales. Se determina pesando las partículas en aire y

determinando su volumen por el desplazamiento de un líquido, generalmente agua. El

cociente peso (Kg) dividido por volumen (m3) constituye la densidad real. Si el

tamaño de la partícula es pequeño, se emplea un tubo de gradiente que se llena de dos

líquidos miscibles de diferentes densidades y se deja equilibrar durante varios días. Se

introducen en él perlas de vidrio de densidades conocidas, se mide la altura a que se

sitúan, a temperatura constante, y se constituye una grafica representando la densidad

en función de la altura. Calibrando así el gradiente, se introduce la muestra y se

determina su densidad basándose en la altura alcanzada en el tubo, por referencia a la

grafica de calibrado. La densidad “aparente” es muy inferior a la densidad por unidad

debido al gran número de espacios huecos que quedan entre las partículas. Se

determina del mismo modo que la densidad real, salvo que el producto se coloca en

un saco de plástico. A veces, para la determinación de volumen, se utiliza el

desplazamiento de semillas o arena. Así por ejemplo, el método patrón para

determinar el volumen de una hogaza de pan consiste en el desplazamiento de

semillas de colaza, que son pequeñas y esféricas y se empaquetan bien y

uniformemente.(Juarez, Valencia, Ramirez, Lobato, & Bolaños, 2003)

3.2 DIFUSIVIDAD TERMICA

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La difusividad térmica, mide la tasa de difusión de calor en un material que posee

conductividad térmica, k [W m-1 °C-1], densidad, ρ [kg m-3] y calor específico, Cp [J kg-1

°C-1].(Ancco & Huaman, 2011)

La difusividad térmica es influenciada por el contenido de agua, Dickerson (1969) y

Choi y Okos (1986).

a. Métodos para

medir la difusividad térmica

- Método de la velocidad constante

En 1965, Dickerson construyo un aparato que emplea condiciones de

transferencia de calor transitorias y que solo requiere datos de tiempo

temperatura. Cuya formula y grafico del aparato son los siguientes:

FIGURA N°1: Grafico del aparato para medir difusividad térmica en alimentos.

FUENTE: (Huaman, Propiedades físicas de los alimentos ppt, 2012)

Cuando se grafican las curvas de penetración de calor experimentales sobre

papel semi-logarítmico se obtiene la siguiente expresión que nos permite estimar

5

1 12

2

2

2

1

01 4

exp/2

/2cos12

m n

mn

nn

nm

m

m

iS

S tlRJ

RrJlx

TT

TT

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la difusividad térmica (Ball y Olson, 1957):

FIGURA N°2: recta para hallar la difusividad térmica en alimentos.

FUENTE: (Huaman, Propiedades físicas de los alimentos ppt, 2012)

Para recolectar y medir la difusividad térmica se puede usar los siguientes materiales

en el esquema presentado.

FIGURA N°3: Diagrama de equipos para medir la difusividad térmica en

alimentos.

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Ordenador (Laptop)

Circulación del agua

Interfase DATATRACE

TEMP

Cedula de Difusión térmica

Baño Termostatizado

Termostato de recirculación

externa

Ordenador (Laptop)

Circulación del agua

Interfase DATATRACE

TEMP

Cedula de Difusión térmica

Baño Termostatizado

Termostato de recirculación

externa

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FUENTE:(Huaman, Propiedades físicas de los alimentos ppt, 2012)

4. MATERIALES Y METODOS

1.1 LUGAR DE EJECUCION

Laboratorio de procesos de la escuela profesional de Ingeniería Agroindustrial

UNAM.

1.2 MATERIA PRIMA-INSUMOS

- Arroz

- Quinua

- Carne

- Leche

- Zumo de naranja

1.3 MATERIALES

- Tubo de cobre con tapas de teflón

- Probetas

- Baguetas

- 01 sistema de adquisición de datos modelo NOVUS.

1.4 EQUIPOS

- Refractómetro ABBY.

- Termómetro

- Balanza

- Laptop con el programa recolector de datos

- Datatrace Temp.

- 1 sistema de adquisición de datos modelo NOVUS.

- Baño térmico

- 04 sensores de temperatura tipo PT-100

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1.5 METODOLOGIA EXPERIMENTAL

A. Densidad en alimentos

a) Determinación de la densidad real por refractometría

- Lave y enjuague bien el refractómetro

- Calibre con agua el refractómetro

- Una vez realizado esto, añada la muestra problema o el alimento y lea su

índice de refracción y sus solidos solubles

- Realice esto a 3 diferentes temperaturas de 25, 30 y 35°C

- Registre el valor del índice de refracción y calcule la densidad real

mediante la ecuación:

Dónde: S es el índice de refracción

b) Determinación densimétrica (densidad aparente)

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Colocar las muestras en una probeta con agua

Registro del volumen y calculo

de la ρaparaente

MUESTRA DE ALIMENTO

Pesar las muestras

DIAGRAMA N°1: Determinación densimétrica (densidad aparente)

FUENTE: Elaboración propia

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B. Difusividad térmica en alimentos

DIAGRAMA N° 2: Determinación de difusividad térmica en alimentos.

FUENTE: Elaboración propia

a) Determinación de la Difusividad Térmica.

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MUESTRAS DE ALIMENTO

Adquisición de datos de acuerdo a su variación de

temperatura

Inserción de la termocupla dentro del abaño maría

Termocupla con muestra de alimento

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-La difusividad térmica será determinada en un equipo especialmente armado,

considerando el diseño reportado por Poulsen (1982) y Gupta (1996). Este

consiste de un cilindro hueco de cobre de 200 mm de longitud y 27.0 mm de

diámetro, con un espesor de pared igual a 1 mm. En ambos extremos tiene

tapones de teflón. Ambos tapones son herméticos. Uno de los tapones tiene

un agujero en el centro, por donde se introduce y se sujeta la termocupla,

cuyo extremo llega al centro geométrico del cilindro, y por donde se registra

la temperatura de la muestra que es colocada en el del baño térmico.

-Al momento de introducir el cilindro en el baño térmico, se comienza a registrar

la variación de la temperatura del centro del cilindro y la temperatura del

baño térmico en función del tiempo, en el termómetro de precisión y

computadora para encontrar el valor F., se usaran las termocuplas tipo J, para

registrar las temperaturas en el interior de los cilindros.

-Se empieza a registrar mediante el sistema de adquisición de datos la variación

de la temperatura en el tiempo. Con los datos obtenidos se construyó la

curva tiempo (minutos) y logaritmo de la variación de la temperatura (°C) y

utilizando la pendiente de ecuación, se obtiene la difusividad de la ecuación

citada por (Ball y Olson, 1957).

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5. RESULTADOS Y DISCUSIONES

3.3 RESULTADOS DE DENSIDAD

A. DENSIDAD REAL

Producto Indice de refracción (s) ρ real (g/ml)

Leche 1.3455 1.2217

Zumo de durazno 1.3425 1.1983

TABLA 1: Densidad real de la leche y el zumo de durazno

FUENTE: Elaboración propia

Producto Vo(ml) Vf (ml) V (ml) Masa (gr) ρ (gr/ml)

Carne 110 141 31 22.9 0.7387

Quinua 110 121 11 11.7 1.0636

Arroz 110 124 14 20.1 1.4357

TABLA 2: Densidad real de la carne, quinua y arroz

FUENTE: Elaboración propia

B. VALORES DENSIMETRICOS (APARENTE)

ProductoMasa del

volumen (g)

Volumen

(ml) (g/ml)

Zumo de durazno 154.9 155 0.9993

Leche 188.7 189 0.9984

Carne 90.1 105 0.8581

Quinua 42.2 45 0.9377

Arroz 68.2 80 0.8525

TABLA 3: Densidad Aparente de los productos utilizados

FUENTE: Elaboración propia

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C. POROSIDAD

Producto ρ aparente ρ real PorosidadZumo 0.9993g/ml 1.198g/ml 16.58 Leche 0.9984g/ml 1.2217g/ml 18.27 Carne 0.8581g/ml 0.7387g/ml 0.1616

Quinua 0.9377g/ml 1.0636g/ml 0.1183 Arroz 0.8525g/ml 1.4357g/ml 0.4079

TABLA 4: Porosidad de los productos

Fuente: Elaboración propia

D. DISCUSIONES

En la densidad aparente del arroz tenemos 0.85g/ml y en DEPOSITO DE

DOCUMENTOSDE LA FAO producida por: departamento de agricultura a 25

°C, O.8 A 0.85 g/ml, lo cual indica que nuestro resultado esta dentro de los

parámetros establecidos y es aceptable considerarlo como valido.

La densidad de la leche puede fluctuar entre 1.028 a 1.034 g/cm3 a una

temperatura de 15ºC; su variación con la temperatura es 0.0002 g/cm3 por cada

grado de temperatura. En nuestro trabajo encontramos la densidad real de la

leche: 1.2217g/ml y su densidad aparente: 0.8581g/ml. Estos valores comparados

con datos ya establecidos nos demuestra que hay una gran diferencia esto se

puede deber a que tubo un cierto grado de alteración por parte del proveedor o

también se podría considerar defectos en el calculo de dicho dato o la

temperatura.

La quinua tiene una densidad aparente en nuestro trabajo de 0.9377g/ml y una

densidad real de 1.0636, pero encontramos en una página de internet un trabajo

realizado a partir de un secador rotatorio encontrando como densidad real 0.68

g/ml3 y densidad aparente 0,7289 g/ml3. La diferencia que muestran estos datos

tal vez es causada por que no se hizo uso de un agitador o un defecto en el

calculo de los datos como por ejemplo en tomar datos errados del peso de la

muestra, también puede que influya la temperatura.

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En el zumo de durazno o néctar de durazno la densidad real encontrada en el

trabajo es de 1.198g/ml g/ml y su densidad aparente de 0.9993g/ml pero como el

néctar fue comprado en una tienda los normas son estándares para este néctar y

encontramos en la Dirección Nacional de Aduanas "NECTAR DE DURAZNO

WATT'S Corresponde a una bebida preparada por dilución en agua de jugo y

pulpa de durazno, adicionada de azúcar, goma xantan, vitamina C, aroma de

durazno artificial, etc. Grados Brix = 14,8 a 20ºC, Densidad = 1,0576 a 20ºC.

La carne que fue estudiada estuvo en estado molido se densidad real es de

0.7387096 g/ml y la densidad aparente 0.8581g/ml pero Sweat (1985) halla la

densidad a 23 °C de 1,248 g/ml. Este resultado tal vez muestre esta diferencia de

datos debido a la influencia de temperaturas por lo que podríamos considerar este

dato como aceptable.

1

-0.2 0.81

arroz 0.85

leche 1.028

quinua 0.68

zumo 1.075

carne 1.248

Comparacion de densidades reales

FIGURA N° 4: Comparación de densidades

Fuente: Elaboración propia

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0.67 0.72 0.77 0.82 0.87 0.92 0.97 1.02 1.0714.5

16.5

18.5

20.5

22.5

24.5

26.5

25

15

20

27

densidad

tem

pera

tura

FIGURA N° 5: Temperatura – densidad de las muestras

Fuente: Elaboración propia

3.4 RESULTADOS DE DIFUSIVIDAD

A. DIFUSIVIDAD TERMICA DEL ARROZ

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TABLA 5: Tiempo - temperatura

Fuente: Elaboración propia

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B. DIFUSIVIDAD TERMICA DEL ZUMO

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TABLA 6: Difusividad térmica del arroz -tiempo

Fuente: Elaboración propia

TABLA 7: Tiempo - temperatura

Fuente: Elaboración propia

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C. DIFUSIVIDAD TERMICA DEL CARNE

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TABLA 8: Difusividad térmica del zumo -tiempo

Fuente: Elaboración propia

TABLA 9: Tiempo - temperatura

Fuente: Elaboración propia

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D. DIFUSIVIDAD TERMICA DE LA LECHE

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TABLA 10: Difusividad térmica del carne -tiempo

Fuente: Elaboración propia

TABLA 11: Tiempo - temperatura

Fuente: Elaboración propia

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E. DIFUSIVIDAD TERMICA DE LA QUINUA

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TABLA 12: Difusividad térmica del leche -tiempo

Fuente: Elaboración propia

TABLA 13: Tiempo - temperatura

Fuente: Elaboración propia

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F. DISCUCIONES

En el caso de la carne la difusividad es de α=7.29881-8 cm/s a una temperatura

de baño de 30 °C y en SWEAT (1985) la difusividad de la carne es de 1.49

m/s.

La leche tiene una difusividad de 1.2730-.7 a una temperatura de baño de 35 ° C

Y en SWAT 1996 CHOI Y OKOS (1986) es de 0.1978 m/s.

En la quinua nuestra difusividad es de 3.4624-8 a una temperatura de baño de 30

°C y en huamán y salas. cienciagro | vol.2 nr.3 (2012) 331-340. La difusividad

térmica de la quinua es de 8,4 x 10-8 a 30°C

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TABLA 14: Difusividad térmica del quinua -tiempo

Fuente: Elaboración propia

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El arroz tiene una difusividad térmica de 2.6854-8 y en la facultad de industrias

alimentarias. ING. Laura linares con resultados del data trace obtiene 0.4897

m/s.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los resultados obtenidos durante esta practica de laboratorio comparados con otros datos

que se tomo de referencia indican que los datos están variando en cuanto a su valor debido

a las condiciones con las cuales se llevo a acabo las practicas en el laboratorio, por ejemplo

influye en nuestros resultados la temperatura con la cual se realizo este proceso de

determinación de densidad como también de la Difusividad, lo mas recomendable es que se

realicen a una misma temperatura y si es posible coincida con la de nuestros dato de

referencia.

Los datos obtenidos de Difusividad tienen un margen muy grande de variación, es posible

que esto suceda por que el análisis de los valores no se realizo de la mejor manera ni

empleando lo requerido para que esto nos de resultados satisfactorios. La falta de

instrumentos de laboratorio requeridos es una parte importante parte en la variación de los

datos adquiridos.

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7. BIBLIOGRAFÍA

Ancco, T., & Huaman, N. (2011). Determinacion de la difusividad termica en carne de

alcapa(lama pacos) en congelacion. Cienciagro, 297-302.

Huaman, N. (2012). Propiedades físicas de los alimentos ppt. Moquegua.

Huaman, N. (2012). Guia de laboratorio de Fisicoquimica densidad y difusividad de

alimentos. Moquegua.

Juarez, M., Valencia, G., Ramirez, J., Lobato, L., & Bolaños, E. (2003). Guia de laboratorio

de fisicoquimica de alimentos.

Yañez, R., Marconi, J., Rubiolo, G., & Goyanes, S. (8 de 2001). Nuevo dispositivo para

medicion de difusividad termica. Buenos Aires.

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