TERMODINMICA _ 201015
EVALUACIN FINAL POR PROYECTOUNIDAD 1: LEY CERO, TRABAJO Y
PRIMERA LEY DE LA TERMODINMICAUNIDAD 2: SEGUNDA LEY Y APLICACIONES
DE LA TERMODINMICA
Presentado a:ING. VICTORIA GUTIERREZTUTORA.
Por:MILLER JAER RUIZ ESPITIA C.C. 96.193.095RICARDO JAVIER ORTIZ
C.C. 94505092
ROLANDO VERGARA MERA C.C. 94.511.125
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA ABIERTA Y A DISTANCIA
UNADDICIEMBRE DE 2013
CONTENIDO
INTRODUCCION1. OBJETIVOS.1.1 Objetivo General...1.2 Objetivos
especficos...CONTENIDO..AUTOEVALUACIN.CONCLUSIONES..BIBLIOGRAFIA
INTRODUCCIN
A travs de esta actividad, la cual est sujeta al contenido
temtico de la unidad 1 como es: Ley cero de la Termodinmica,
Trabajo y la primera ley de la termodinmica, trasladamos la teora
al campo de aplicacin con situaciones reales, las cuales fueron
orientadas por la tutora hacia la elaboracin de un producto, con el
fin de identificar el sistema termodinmico, su clasificacin, el
tipo de sistema, su consumo energtico y el trabajo realizado. Con
el estudio de este curso: Termodinmica, aplicado a la Ingeniera
Industrial, podemos planear, implementar y desarrollar sistemas
termodinmicos industriales, aplicando la gestin medio ambiental,
reduciendo los impactos al medio ambiente y maximizando las
posibilidades de reducir costos en la produccin de bienes y
servicios. Este proyecto pretende profundizar en los diversos temas
de la segunda ley termodinmica: No existe ningn proceso espontaneo
y no es posible construir una mquina, cuyo nico fin sea el paso de
calor de un foco frio a otro caliente. Los cuerpos calientes
espontneamente tienden a ceder calor a los cuerpos fros y para
realizar el proceso contrario, es necesario colocar una maquina a
la cual se le suministre trabajo. En todo proceso cclico donde se
pretenda realizar un trabajo sobre los alrededores, son necesarios
dos focos trmicos con diferentes temperaturas, la diferencia entre
calor absorbido y el calor cedido se transforma en trabajo. El
producto de la maquina es el trabajo que realiza durante el ciclo y
el recurso necesario es el calor procedente de la fuente de alta
temperatura. En este proyecto tambin analizaremos la ENTROPIA, es
una propiedad termodinmica, asociada al sistema de aleatoriedad de
las partculas de un sistema, los diferentes procesos que se
manifiestan en los diferentes procesos como la fusin y evaporacin
estn acompaados de un aumento en el grado de distribucin de las
partculas, por ello convierte el calor en trabajo.
1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo general Aplicar el contenido temtico de la unidad 1
y 2, en situaciones cotidianas reales, trasladando los
conocimientos adquiridos y respaldados por la investigacin y
trabajo colaborativo, comprendiendo y analizando el significado de
combinar la primera y la segunda ley de la termodinmica, su relacin
con la energa libre y la Espontaneidad y tendencia al equilibrio en
un proceso termodinmico. Como producto final un documento con los
requerimientos solicitados.1.2 Objetivos Especficos Con base en los
conocimientos adquiridos en el estudio de la unidad 1 el grupo
colaborativo Clasificacin del sistema. Tipo de sistema. Calcular el
consumo energtico Calcular el trabajo realizado. Autoevaluacin y
Coevaluacin de la actividad. Identificar los principios de la
conservacin de la energa, las leyes termodinmicas, la evaluacin de
sistemas a travs de los cambios de estado y expresiones o modelos
matemticos. A travs de un proceso para producir un producto,
describir la energa, sus formas, condiciones de transformacin y sus
respectivas ecuaciones. Conocer y aplicar los principios y
significado de la entropa en los sistemas termodinmicos. Explicar
las trayectorias en un ciclo termodinmico y sus aplicaciones en
mquinas trmicas, su energa libre y espontnea, su tendencia al
equilibrio.
LLUVIA DE IDEAS ACERCA DE LOS DIFERENTES PROCESOS PARA LA
ELABORACIN DE UN PRODUCTO QUE QUIERAN REALIZAR.
NOMBRES Y APELLIDOSPROCESO PROPUESTO
Rolando Vergara MeraElaboracin casera de mermelada de
guayaba
Ricardo Javier OrtizElaboracin casera de mermelada de pia
Miller Jaer Ruiz EspitiaElaboracin casera de mermelada de
guayaba
NOMBRES Y APELLIDOSPROCESO QUE SE SELECCIONA
Rolando Vergara MeraElaboracin casera de mermelada de
guayaba
Ricardo Javier OrtizElaboracin casera de mermelada de pia
Miller Jaer Ruiz EspitiaElaboracin casera de mermelada de
guayaba
Anlisis de grupo: Los integrantes del equipo de trabajo
estuvieron en acuerdo de seleccionar el proceso de elaboracin de
mermelada de guayaba casera, con el objeto de tipificar los
procesos y la aplicacin de la primera y segunda ley termodinmica,
buscando la unificacin de las respuestas referentes, la solucin
inmediata a inquietudes y el apoyo permanente de los miembros del
equipo de trabajo. Destacamos que el compaero RICARDO JAVIER ORTIZ,
inicio su trabajo con el desarrollo de la mermelada de pia, pero
estuvo de acuerdo con el proyecto d la mermelada de guayaba, este
hecho lo manifest debido a que el compaero ya haba realizado el
experimento.
PROCESO DE ELABORACIN MERMELADA DE GUAYABA La mermelada es la
mezcla del azcar de la fruta y el azcar agregado con la pectina
presente o adicionada, para formar un gel, que le otorga al
producto una naturaleza especial.INGREDIENTESCANTIDAD
GUAYABA1000 gr.
AZCAR1000 gr.
PECTINA (Gelatina sin sabor)15 gr.
LIMN (remplaza el cido)20 ml
AGUA500 ml.
Seleccionar las guayabas por el estado de madurez. Lavar las
guayabas con abundante agua. Eliminar las pepas a travs de un
cernidor o colador. Continuar la coccin durante 10 minutos a fuego
moderado con poca azcar. Agregar las restantes 2/3 partes de azcar
y e ir disolviendo rpidamente. Hervir a hasta alcanzar el punto de
ebullicin, resolviendo con una cuchara.1. Para la elaboracin de
este producto Mermelada de Guayaba Cacera se utilizaron 1000 g. de
fruta seleccionada. Se procede con el lavado, despulpado y
separacin de la semilla a travs de un colador; luego de este
proceso, se coloca en un recipiente de aluminio de 20 cm dimetro a
fuego lento, se utiliza 500 ml de agua para licuar la fruta.
Despus de haber cernido la fruta y separado la semilla, se
coloca en el recipiente a una temperatura a fuego moderado agitando
con regularidad la mezcla. Una vez alcanzado el punto de ebullicin
se agrega el resto del azcar y se contina la coccin hasta alcanzar
los 65-70 Brix. En este punto se reduce el calor y se agrega el
cido ctrico (reemplazado por el limn 20 ml favoreciendo la acidez y
la formacin del gel, tomamos la muestra, esperamos a que enfre
hasta alcanzar los 25C y medimos el pH el cual debiera estar entre
3.0 y 3.5.
Para reemplazar la pectina utilizamos 15gr. de gelatina sin
sabor, la cual se disuelve en medio vaso de agua, esto hace que la
mezcla obtenga la gelificacion deseada.
Como es un producto casero se deja enfriar por un rato y se
procede luego a envasar el producto, aqu no requiere envasar como
se hara para producto industrial el cual requiere este a una
temperatura para su envasado y sellado; al ser producto casero no
se utiliza preservativos o conservantes.
Producto Final Mermelada de GuayabaSISTEMA
TERMODINMICOCARACTERSTICA DE PRODUCCIN
Calentamiento LiquidoSe calienta la pulpa de fruta la cual
contiene 500 ml de temperatura ambiente 25C hasta el lograr el
punto de ebullicin 100C adicionndole azcar, gelatina sin sabor
(Pectina) y cido ctrico (zumo de limn).
Choque TrmicoSe miden 500 ml de agua a temperatura ambiente
(25C) y se mezcla con los 150 ml de agua hervida al disolver la
gelatina sin sabor (Pectina); adicional se mezcla 20 ml de cido
ctrico (zumo de limn), cuando la temperatura est a los (25C) en el
enfriamiento.
AcondicionamientoDespus de haber alcanzado la gelificacion se
deja enfriar el producto a temperatura ambiente 25C.
EnfriamientoSe envasa y se refrigera a 4-5 C
1.1 Calcular el consumo energtico de la licuadoraDatos
Tensin 126,9 V.
Intensidad: 3,2 A
1. 1 * $425=$14.38 por 5 minutos de trabajo.
1.2 La licuadora es un sistema termodinmico cerrado, intercambia
energa y no materia, es conocido como masa de control.
1.2 Consumo energtico en la estufa o cocina a gas.A continuacin
presentamos la tabla con el registro de temperaturas para la
preparacin de la mermelada.TIEMPO MINUTOSTEMPERATURA
CARACTERSTICAS
025Inicio calentamiento
687Primeras burbujas
894Inicio de ebullicin
1090Choque trmico agrego zumo de limn
1485Agrego 300 gr de azcar.
2293Hierve lentamente
2490Se revuelve la mezcla lentamente
2698A fuego vivo
40100Fin del proceso
10026Mezcla a temperatura ambiente.
Agua: 80.28% Protenas: 1.23%Grasa, 0.72%Materias extractivas no
nitrogenadas: 8.22Celulosa: 8.12%Cenizas: 0.66%cido frmicoVitaminas
B y C
El calor necesario para calentar el agua se calcula en funcin
del cambio de temperatura:
Para la estufa:
Julios
Julios Julios = 2.57269454 x JuliosLa transferencia de calor en
una cocina a gas es por conveccin y radiacin.La estufa de gas es un
instrumento de transformacin de energa en la que el gas se
transforma en calorfica ante una reaccin qumica, entre el
combustible y el aire. Por lo tanto se necesita identificar el
grado energtico del gas que regularmente se conoce con un valor de
La estufa durante su operacin diaria consume gas por lo tanto la
energa consumida es de:
Suponemos que las horas de trabajo de una estufa a gas son 4
horas diarias. Coccin inicial de la pulpa:
Datos.Tiempo 14 minutos.Temperatura inicial 25.Temperatura final
100 .Peso guayaba 1000 gr.Presin: 1 atm.Cantidad evaporada 350
gr.
Calor especfico de las guayabas es c1 = 3,77KJ/Kg se tiene:
Coccin de la pulpa:
La coccin de la pulpa se logra con el aumento de la temperatura
de la etapa de pre coccin hasta los 100C, en ese momento la
evaporacin es de 1/3 del lquido de la pulpa en proceso, en este
punto se adiciona el azcar a la mezcla (65% = 650 gr.) y el cido
ctrico (zumo de limn)
Adicin del azcar y cido ctrico
Luego del proceso de coccin y el volumen total se ha reducido en
1/3, se debe adicionar el cido ctrico y la mitad del azcar en forma
directa. La cantidad total de azcar a aadir en la formulacin se
calcula teniendo en cuenta la cantidad de pulpa obtenida
Datos:
Azcar 1000 grs.
Clculo de la energa suministrada para la adicin de azcar:
1.3 Clculo de la energa interna :
En este proceso el volumen ha sufrido un cambio por accin de la
temperatura en 2/3 del volumen inicial de la mezcla, este proceso
es realizado a presin atmosfrica constante 1 atm.
.
, remplazando, Clculo de la entropa :
Envasado: Luego de la coccin se realiza el envasado mientras la
preparacin este ms o menos a 80C.
Clculo de la energa suministrada para el envasado:Peso de la
mezcla: 2535 gr.Evaporacin 1/3 de la mezcla.Mezcla final: 1690.09
gr
Clculo de la energa interna : Como en el proceso no hay variacin
de volumen, entonces .
, entonces,
Clculo de la entropa :
Enfriado: El producto envasado debe ser enfriado rpidamente para
conservar su calidad y asegurar la formacin del vaco dentro del
envase.
Clculo de la energa suministrada para el enfriado:
Clculo de la energa interna : Como en el proceso no hay variacin
de volumen, entonces .
, de esta manera,
Clculo de la entropa :
Eficiencia del proceso:
1.4 Clculos utilizando la primera ley para el proceso de
elaboracin de un producto
Como existen dos sustancias, es necesario realizar una separacin
en este proceso a travs de dos fases:
Al reemplazar tenemos:
AUTO EVALUACINY EVALUACIN DE LA ACTIVIDAD
Nombre del Estudiante:
RICARDO JAVIER ORTIZ
Puntaje: 100/100
NuncaAlgunas vecesSiempre
Estuvo pendiente del proceso de realizar las actividades, las
coloc oportunamente en el foro y particip activamente sugiriendo
ideas, y compartiendo conocimientos. 01530
Demostr responsabilidad y liderazgo, colocando sus avances
oportunamente, y preocupndose por el enriquecimiento y mejora de la
tarea. 02040
Se comunicaba en forma clara, concisa y cordial con el grupo,
aceptando las diferencias de opinin y estableciendo sus propios
puntos de vista. 01530
Nombre del Estudiante:
MILLER JAER RUIZ ESPITIA
Puntaje: 100/100
NuncaAlgunas vecesSiempre
Estuvo pendiente del proceso de realizar las actividades, las
coloc oportunamente en el foro y particip activamente sugiriendo
ideas, y compartiendo conocimientos. 01530
Demostr responsabilidad y liderazgo, colocando sus avances
oportunamente, y preocupndose por el enriquecimiento y mejora de la
tarea. 02040
Se comunicaba en forma clara, concisa y cordial con el grupo,
aceptando las diferencias de opinin y estableciendo sus propios
puntos de vista. 01530
Nombre del Estudiante:
ROLANDO VERGARA MERA
Puntaje: 100/100
NuncaAlgunas vecesSiempre
Estuvo pendiente del proceso de realizar las actividades, las
coloc oportunamente en el foro y particip activamente sugiriendo
ideas, y compartiendo conocimientos. 01530
Demostr responsabilidad y liderazgo, colocando sus avances
oportunamente, y preocupndose por el enriquecimiento y mejora de la
tarea. 02040
Se comunicaba en forma clara, concisa y cordial con el grupo,
aceptando las diferencias de opinin y estableciendo sus propios
puntos de vista. 01530
CONCLUSIONES
La termodinmica es la ciencia que se ocupa del estudio de la
energa y sus transformaciones de calor en trabajo.
La Ley Cero de la Termodinmica establece el equilibrio trmico
entre diferentes sistemas es la igualdad de las temperaturas, si
dos cuerpos se encuentran en equilibrio trmico con un tercero, los
dos se encontraran en equilibrio trmico entre s
El trabajo no es una propiedad del sistema, sino una interaccin
entre el sistema y los alrededores que se manifiesta slo cuando
cruza o atraviesa las paredes del sistema.
El calor es una forma particular de energa en transicin que se
identifica slo cuando cruza las paredes del sistema que se
encuentra a temperatura diferente de otro sistema o de los
alrededores.
El cambio o los cambios de energa interna del sistema
termodinmico es igual a la suma del trabajo y calor.
En todo proceso cclico se ha pretendido realizar un trabajo
sobre los alrededores, para ello son necesarios dos focos con
cambios de temperatura. La diferencia de calor absorbido y el
cedido se transforma en calor.
La energa interna y entalpia son el tipo de trayectoria
utilizado para efectuar el intercambio de calor.
Con este proyecto de procesos para la elaboracin de un producto,
aplicamos los conocimientos adquiridos en el transcurso del
semestre, la prctica es muy divertida, cambia la metodologa
tradicional y compromete a los miembros del equipo a investigar,
profundizar y puesta en marcha planes de accin, acompaamiento y
lluvia de ideas.
Los choques trmicos permiten a nivel industrial convertir el
calor generado en trabajo, se debe tener en cuenta la eficiencia
del sistema, los cambios de estado, la composicin molecular, la
fuente energtica, la presin atmosfrica y el tipo de sistema en el
cual estamos operando.
REFERENCIAS
Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. (2013). Mdulo
de Termodinmica (Palmira): Munera.Tangarife. R.D.; Capera. A.S.
Recuperado el 05 de Diciembre de 2013 en:
http://guayabafamily.blogspot.com/2012/11/composicion-quimica-de-la-guayaba-su_5.htmlRecuperado
el 05 de Diciembre de 2013 en:
http://corpomail.corpoica.org.co/BACFILES/BACDIGITAL/55462/55462.pdfRecuperado
el 06 de Diciembre de 2013 en:
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/mca/salazar_g_c/apendiceA.pdfRecuperado
el 07 de Diciembre de 2013 en:
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/mca/salazar_g_c/capitulo6.pdfRecuperado
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http://www.slideshare.net/claudiakatherine/presentacion-del-calor-especifico-en-fisica
Recuperado el 08 de Diciembre de 2013 en:
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/spht.htmlRecuperado
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http://gasure.udea.edu.co/docs/comparativo.pdf