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CURSO DE FISICOQUIMICA DE ALIMENTOS

UNIDAD 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES

Ing. RAMIRO TORRES GALLO

IV SEMESTRE

MONTERÍA, COLOMBIA

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Establecer el concepto de sistema termodinámico.

Clasificar los sistemas termodinámicos de acuerdo

al intercambio de materia y energía.

Identificar las propiedades de un sistema

termodinámico

Diferenciar por sus características particulares los

principales procesos termodinámicos

Analizar sistemas particulares que se presentan en

la industria de alimentos.

OBJETIVO

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CONCEPTOS BÁSICOS

SISTEMAS TERMODINÁMICOS

PROPIEDADES TERMODINÁMICAS

ESTADO, EQUILIBRIO, PROCESOS Y

TRAYECTORIAS

Procesos termodinámicos

Trayectorias

Diagramas termodinámicos

FUNCIONES DE PUNTO Y FUNCIONES DE

TRAYECTORIA

APLICACIONES DE LA TERMODINÁMICA

CONTENIDO

Es parte de la ciencia que estudia la materia ya

su comportamiento a partir de las propiedades

físicas..

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QUE ES LA FISICOQUIMICA?

Clave para determinar

propiedades de compuestos

en diferentes condiciones y

comprender naturaleza de

cambios en ellos como

consecuencia de los procesos

a que se somete.

Termoquímica,

Cinética química,

Química cuántica,

Mecánica estadística,.

5

AREAS DE ESTUDIO DE LA

FISICOQUIMICA

Electroquímica

Espectroscopía

6

QUE ES LA TERMODINÁMICA ?

Ciencia que estudia la energía, sus

transformaciones y sus restricciones,

observando y midiendo las propiedades

macroscópicas de la sustancie en el

equilibrio o cerca de este.

7

Brinda las herramientas conceptuales

necesarias para realizar análisis de

condiciones energéticas, evaluar la eficiencia

y tomar las decisiones pertinentes frente al

diseño, control y optimización de procesos.

PORQUE ES IMPORTANTE SU ESTUDIO ?

8

Es una cantidad de masa o región en el

espacio en la cual estamos interesados y

limitamos para estudiar o analizar desde

el punto de vista energético

SISTEMAS TERMODINAMICOS

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PAREDES, FRONTERAS O LIMITES DEL

SISTEMA

AMBIENTE, ENTORNO O ALREDEDORES

Todo lo que se encuentre fuera del

sistema y tenga alguna relación con él se

le denomina

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Abierto o volumen de controlCLASES DE SISTEMAS

Transporte de maíz en un tornillo,

Pasterización leche, bomba para transporte

de fluidos, ¿Cuál otros?

Superficies de

control.

11

Abierto o volumen de controlCLASES DE SISTEMAS

Transporte de maíz en un tornillo,

Pasterización leche, bomba para transporte

de fluidos, ¿Cuál otros?

Superficies de

control.

12

CLASES DE SISTEMASCerrado o masa de control

Masa Constante

13

Mezclado de ingredientes. Horneado

tradicional de panes. ¿Podría Ud. indicar

otros ejemplos?

CLASES DE SISTEMASCerrado o masa de control

14

Almacenamiento de CO2 en Ind. Bebidas.

En la práctica es difícil tener un sistema

real completamente aislado

CLASES DE SISTEMASAislado

No Masa No Energía

15

Sus variables termodinámicas son

constantes a través de todo el sistema.

CLASES DE SISTEMASSistema Homogéneo

16

Sus variables termodinámicas son

constantes a través de todo el sistema.

CLASES DE SISTEMASSistema Heterogéneo

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Las paredes de un sistema

abierto tienen la característica de

ser permeables, diatérmicas y

móviles.

Las paredes de un sistema

cerrado son impermeables,

diatérmicas y móviles.

Las paredes de un sistema

aislado son impermeables,

adiabáticas y rígidas.

¿Podría indicar la razón de estas

características?

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VARIABLES TERMODINAMICAS

Magnitudes que son necesario

especificar para dar una descripción

macroscópica de los estados del sistema

Estado 1

p, t, V, H,S, E, etc

0q

w

Estado 2

p, t, V, H,S, E, etc

q

w

0Variables de Proceso

Variables de sistema

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No son aditivas no dependen de

la magnitud del sistema

VARIABLES DE SISTEMA

Propiedades intensivas y extensiva

Son aditivas dependen de la

magnitud del sistema

Extensiva Total

20

Extensiva de

transporte

VARIABLES DE SISTEMA

Propiedades intensivas y extensiva

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PROPIEDADES INTENSIVAS

Propiedades intrínsecas y extrínsecas

Intrínsecas no dependen de La

velocidad o posición del observador

Extrínsecas dependen de la

velocidad o posición del observador

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PROPIEDADES INTRINSECAS

Propiedades de la materia

Masa molecular,

temperatura crítica,

entalpía de

formación.

Propiedades termodinámicas

Temperatura T , presión

p, volumen específico v,

, energía interna u,

entalpía h, entropía s .

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ESTADO DEL SISTEMA

La especificación del estado de un sistema no nos da ninguna

información acerca de los procesos mediante los cuales el

sistema fue llevado a dicho estado.

1 2

Cuando se especifican

variables del sistema: p, t, V,

H,S, E,

0

24

Temperatura del sistema uniforme e igual a los

alrededores

EQUILIBRIO TERMICO

100 °C 20 °C

48,351 °C 48,351 °C

25

Fuerzas dentro del sistema contrarrestan a fuerzas

de los alrededores

EQUILIBRIO MECANICO

400 kP 100 kP

160 kP160 kP

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Composición química no sufre ningún cambio

(igual potencial químico).

EQUILIBRIO QUIMICO

μ=-10829 kJ/kg μ = -9467 kJ/kg

μ=-9831 kJ/kg μ = -9831 kJ/kg

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EQUILIBRIO TERMODINAMICO

p,T,v,u,h,s,etc. son

constantes en todo el

sistema y en el tiempo.

Aislante

Está en equilibrio si, y solo si, no es posible ningún

cambio sin que haya cambios netos en el ambiente.

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Conjunto de cambios de estado que

conducen a un sistema determinado desde

unas condiciones iniciales, el “estado

inicial”, hasta unas condiciones finales,

“estado final”.

PROCESOS TERMODINAMICO

A en

estado

1

B en

estado

1A y B en estado 2

29

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

Reversible

Se realiza

mediante

una

sucesión

de estados

de

equilibrio

del sistema

Reversibilid

ad =

equilibrio

30

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

Irreversible

Trayectoria

31

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

Isotérmico

Calor controlado

Calor controlado

32

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

Isobárico

33

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

Isocórico

34

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

Adiabático

Aislante

Aislante

35

DIAGRAMAS TERMODINAMICOS

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Funciones de Estados dependen del

estado inicial y final del sistema. Entalpía,

Entropía, Energía libre.

Funciones de trayectoria dependen del

camino por donde se coja para pasar el

sistema del estado inicial al estado final.

Calor y trabajo

1.5 FUNCIONES DE PUNTO Y DE

TRAYECTORIA

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Escaldado, cocción, pasterización,

esterilización, evaporación, secado,

refrigeración, congelación para la

conservación y el procesamiento de

alimentos a escala industrial.

El correcto manejo de la energía es un

factor crítico y determinante para

mantener el valor nutricional del alimento,

la calidad del producto y establecer los

costos de producción.

1.6 APLICACIONES DE LA

TERMODINAMICA

38

CONSULTAR EL CUSTIONARIO DE

CONCEPTUALIZACION Y ANALISIS

EN AULA VIRTUAL.

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

Solución de

Ejercicios

en clase

39

VAN NESS SMITH, Abbott. Introducción a la termodinámica en la ingeniería

química. México: Mc Graw Hill, 1997.

J. VAN WYLEN, Gordon y E. SONNTAG, Richard. Fundamento de

termodinámica. México: Limusa, 1980.

CASTELLAN, Gilbert W. Fisicoquímica. México: Fondo Educativo

Interamericano S.A., 1976.

MARON y PRUTTON. Fundamento de fisicoquímica. Limusa Wiley.

LEVINE, Ira N. Fisicoquímica. España: Vol. I y II. Mc Graw Hill, 1996.

SERWAY, Raymond A. Física. México: Tomo I y II. Mc Graw Hill, 1994.

LÓPEZ TASCON, Carlos. Mecánica newtoniana. Santafé de Bogotá:

Universidad Nacional de Colombia, 1995.

BIBILOGRAFIA