TRABAJOCOLABORATIVO 1ELECTRICIDAD Y ELECTROMAGNETISMO

Tutor: ING. FREDDY TELLEZ

Presentado por

HERNAN ROBLES FLOREZCódigo: 91428143

YEINNY CABALLERO CORDOBA Código: 1065587864

Grupo: 2150502_12

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADESCUELA CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

INGENIERIA DE ALIMENTOS 2013

INTRODUCCION

La electrostática es el punto de partida para el estudio del fenómeno de la electricidad, su control por parte del hombre y, por cierto, es la base de numerosas aplicaciones científicas y tecnológicas.

La física por su carácter de ciencia provee modelos que le permiten a la ingeniería predecir comportamientos simular situaciones reales dimensionar equipos caracterizar los alimentos sometidos a proceso de producción o manipulación directa o indirecta y el desarrollo de nuevos alimentos.

La caracterización de alimentos se realiza a través de técnicas previamente definidas por la ingeniería y para su desarrollo puede utilizarse instrumentación altamente especializada cuyo soporte se fundamenta en principios físicos a partir de los cuales se definen los parámetros que determinan el estado de los alimentos

Alguna de estas técnicas se basa en la utilización de radiación electromagnética tanto para la conservación como para la caracterización de los alimentos.

La creciente demanda del consumidor de alimentos mínimamente procesados está impulsando el desarrollo de nuevos métodos de conservación. Procesos no térmicos (como alta presión hidrostática, ultrasonidos, irradiación, campos eléctricos de alta intensidad, campos magnéticos oscilantes y destellos de luz blanca) pueden utilizarse con este objetivo sin que se vea afectada la calidad de los alimentos. Aunque la eficacia de estos métodos se conoce desde hace tiempo, es ahora cuando se está produciendo los mayores avances tecnológicos para hacer posible su comercialización.

OBJETIVO GENERAL

El Grupo Colaborativo debe entregar la solución de los siguientes ejercicios y realización de algunas experiencias

OBJETIVO ESPECÍFICOS

El Grupo Colaborativo debe entregar la solución de los ejercicios

Replicar mínimo 1 de las experiencias presentadas.

Escoger un tema para realizar una consulta de profundización.

Fase 1:

Ejercicios de Aplicación.

1. Determinen la fuerza eléctrica que actúa sobre las cargas q1 = + 1 x 10-6 C y q2 = + 2,5 x 10-6 C, las cuales se encuentran en reposo y en el vacío a una distancia de 5 cm. Dibujen un esquema del ejercicio. La fuerza eléctrica es de atracción o de repulsión? Justifiquen su respuesta.

F = k q1 * q2

d2

F = 9 * 10-9Nm2 1 * 10-6C * 2.5 * 10-6 C C2 (0.05m)2

F = 9N

Como la respuesta es de signo positivo nos está indicando que la fuerza es de repulsión. Solución:La fuerza de repulsión tiene un módulo de 9 N. pero debemos indicar además en un esquema gráfico las demás características del vector tal como se indica en el gráfico.

2. Determinen el valor del campo eléctrico en un punto A sabiendo que si se coloca un electrón en dicho punto recibe una fuerza de F = 6,4 x 10 -14 N. Recuerden que la carga del electrón es e- = -1,6 x 10-19 C.

Dibujen un esquema del ejercicio.

SOLUCION

Para calcular el valor del campo eléctrico en el punto considerado debo recurrir a la definición general de Campo Eléctrico por lo tanto nos queda que:

Como la carga del electrón es negativa, el sentido de la fuerza es opuesto al del campo, dado que es una operación donde el escalar es negativo, el resultado del campo nos da negativo lo que nos está señalando que el vector fuerza y campo son colineales pero de sentidos opuestos.

El campo eléctrico en el punto vale 4 x 105 N/C. y además debemos indicar en un gráfico las demás características del vector (dirección, sentido y punto de aplicación).

3- Un campo eléctrico uniforme de valor 200 N/C tiene la dirección x positiva. Se deja en libertad una carga puntual Q = 3 x 10 -6 C, inicialmente en reposo y ubicada en el origen de coordenadas.

a) Cuál es el cambio en energía potencial del sistema, si la carga se desplaza desde x = 0m hasta x = 4m?

SOLUCION:

La diferencia de energía potencial se calcula como. Up = VAB x Q -800V x 3 x c= -2.4x 10-3J.

La variación de energía cinética es Ec =-∆Up = 2.4 X .

SOLUCION:

La variación de energía potencial eléctrica de la carga desde X 0 a X=4m es

2.4X J.

b) Cuál es la diferencia de potencial ΔV (0-4) = V (4m) - V (0m)?

E= - = -VAB= F.dAB =-200 X 4m = -800V=VAB = -800V

SOLUCION:

V (0-4)= -800V

4. Calculen la capacidad equivalente a los condensadores: C1 = 3 mF, C2 = 6 mF y C3 = 12 mF, si:

a) están conectados en serie b) están conectados en paralelo.

Recuerden que el prefijo “m” es de “mili” y equivale a 10-3

SOLUCION:

=3 mF, = 6mF, =12 mF

a) Para conexión en serie se conecta:

= + + = = = 1.71 mF ó 1.71 F.

SOLUCION:

La capacidad equivalente a la configuración de condensadores en serie propuesta es de 171 mF

b) Para conexión en paralelo:

Ctotal= C1+ C2 + C3….+C

Ctotal = 3mF+6mF+12mF= 21mF

La capacidad equivalente a la configuración de condensadores en paralelo propuesta es de 21 Mf

Fase 2:

Desarrollo de Experiencias Prácticas.

CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR

Capacitor de alto voltaje

Al capacitor llega un voltaje. Se carga

El capacitor de descarga y genera chispa en el explosor

Fase 3:

Consulta de Profundización.

APLICACIÓN DE LA ELECTROSTATICA EN LA INGENIERÍA DE ALIMENTOS

La electrostática es la rama de la física que estudia los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en reposo, sabiendo que las cargas puntuales son cuerpos cargados cuyas dimensiones son despreciables frente a otras dimensiones del problema.

La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.

LIMPIEZA EN SECO

La Limpieza en seco ocurre por la acción de una corriente de aire; se aplican los mismos principios aerodinámicos utilizados en los clasificadores con aire para productos alimentarios.

La operación más común es la de aspiración para remover los residuos livianos que acompañan los productos alimentarios (por ejemplo, piel, hojas), a partir de unidades de alimentos o trozos de los mismos más pesados, por ejemplo, cebollas, arvejas, frijoles.

La operación consiste en la separación sólido/sólido, y es ampliamente utilizada en la limpieza en seco de unidades de distintos alimentos y los residuos que los acompañan, como granos y semillas.

El equipo consiste de una configuración de tres mallas, la malla superior elimina los residuos más grandes, en la segunda malla se acumula el producto principal, mientras que las láminas de la bandeja inferior se acumulan productos indeseables tales como tierra y escombros. Dependiendo de la forma de los granos, se pueden utilizar mallas con huecos redondos o huecos triangulares o mallas ranuradas.

Otro equipo es el separador neumático o molinos tipo ventilador el cual consiste de un conjunto de mallas y un ventilador que permite que el aire se mueva a través del grano, con el fin de eliminar el residuo, la suciedad y la mugre liviana.

Se utiliza Una corrientes de soplo o de aspiración de un ventilador como sistema de separación. Otros sistemas emplean métodos de limpieza combinados para la separación completa de algunas materias primas, por ejemplo, el de la limpieza del trigo antes de la molienda. El trigo pasa a través de una serie de separaciones por ejemplo, de separación por detección magnética, luego pasa por una separación mediante lavado de disco, posteriormente por centrifugación y secado para eliminar los diferentes contaminantes y separar las fracciones de gran medida e inferior tamaño.

Otro método consiste en el cepillado, el cual se aplica en la limpieza en seco de algunas frutas y verduras.

La separación electrostática es considerada como un método de separación sólido/sólido

Los métodos de limpieza Físicos son aquellos que utilizan la acción mecánica de elementos o equipos especialmente diseñados para tal fin.

Equipos de Limpieza

Los métodos de limpieza de equipos se efectúan por medios de estaciones de limpieza desarmado: COP el equipo o sin desarmarlo: CIP

Equipos de Limpieza tipo correo o banda transportadora

Son muy utilizados en la industria de procesamiento de productos cárnicos, en los cuales se utiliza agua como insumo esencial para la limpieza de las piezas de carne

El transportador de evisceración está diseñado para servir tanto de sanitización como para el exigente ambiente de una sala de procesamiento de carne. Mediante la utilización de una banda modular y una correa transportadora de sanitización, la banda transportadora se lava durante cada revolución del transportador, lo que garantiza que el producto final no es contaminado por el material previamente procesado.

Elevadores de cinta permiten el acceso del personal de limpieza al chasis del transportador durante el lavado. Esta configuración contribuye a la reducción en el tiempo de lavado y el consumo de agua durante al final del proceso o durante el cambio del proceso de lavado de las piezas de carne.

Un diseño modular permite el fácil acceso de la correa y el recambio de las piezas, lo que permite al personal realizar fácilmente el mantenimiento programado, evitando tiempos muertos de producción que resultan costosos.

Transportadores de limpieza con vapor en seco

En las industrias de procesamiento de alimentos, existen muchas aplicaciones de vapor seco. Los resultados de limpieza con esta tecnología son muy eficaces y haciendo posible el proceso de limpieza y desinfección en un solo paso. Los Transportadores móviles de vapor seco se utilizan para tareas de limpieza extrema limpieza y mantenimiento periódico, por ejemplo, en las panaderías y plantas procesadoras de carne. También existen sistemas automáticos integrados de saneamiento (CIP) de varias líneas de producción.

Existen las siguientes unidades de limpieza:

Unidad de Correa de Sanitización

Los beneficios del equipo en la industria alimentaria son:

Limpieza y desinfección de las cintas transportadoras durante la producción Reducción del tiempo inactivo y el incremento de tiempo de producción

Automatización de tareas manuales

Beneficios sustanciales al saneamiento en el medio del producto (limpieza de alérgenos)

Sin partes móviles, no hay riesgo de contaminación del producto

Uso muy baja de agua

Menor dependencia de productos químicos de limpieza y desinfección

Adecuado para ambientes secos (panaderías)

Limpieza profunda in-situ

Descontamina los cinturones de E-coli, Salmonella, Listeria

Mejora de las normas de higiene y HACCP

Importantes beneficios ambientales.

Túnel de lavado al vapor

El túnel de lavado al vapor, dotado de sistemas de soplado y de secado se utiliza en todos los ámbitos industriales, para la limpieza de los envases, y también de las partes de producto en proceso: desengrasado industrial al vapor de partes mecánicas en inter operación o limpieza final, limpieza al vapor de partes plásticas en serie.

El desengrasado sin interrupción con vapor saturado es eficaz sobre todos los tipos de partes, de pequeña o gran importancia, de geometrías complejas, en general de todos los materiales cuya acción de limpieza es requerida.

La limpieza industrial en túnel elimina las grasas, los residuos de aceite y otros atascamientos de las partes mecánicas en el proceso de fabricación.

Características técnicas del desengrasado vapor en túnel

Limpieza en línea vapor de producción industrial

Ritmo de 100 a 200 partes/hora.

Producción de vapor útil hasta 100kg/h.

Sistema de recuperación de los condensados.

Son unidades sanitarias tipo cinta que están en dimensiones, materiales, temperatura ambiente y velocidad de las cintas transportadoras, factores importantes para determinar el sistema óptimo de saneamiento.

Filtros

Otra clase de equipo que se utiliza para la separación de sólidos y líquidos comprende los filtros, que pueden clasificarse en filtros de gravedad, filtros a presión (filtros prensas y filtros de bolsas), filtros al vacío (que a su vez pueden ser de tambor o de disco rotatorio o estacionarios), filtros de reborde y filtros de clarificación

Otro ejemplo seria

OSMOSIS INVERSA

La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el comportamiento de un sólido como soluto de una solución ante una membrana semipermeable para el solvente pero no para los solutos. Tal comportamiento entraña una difusión simple a través de la membrana, sin "gasto de energía". La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos.

Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo pasa agua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración. Pasa sólo agua.

En la osmosis inversa es un proceso de separación por membrana, en el cual se produce la retención o rechazo selectivo de solutos ionizables. Está retención es debida a la repulsión electrostática y efectos de tensión dieléctrica de la interfase.

En la industria de alimentos se determina el efecto de la concentración de las soluciones salinas y azucaradas, , en la presión osmótica durante procesos de osmosis inversa.

Ejemplo: Se determinó la presión osmótica mediante un procedimiento experimental que involucra determinar la resistencia de la membrana de osmosis inversa (acetato de celulosa) y la resistencia del proceso para cada concentración.

Se comparó los resultados de presión osmótica con los obtenidos con las ecuaciones de Van’t Hoff y la de Gibbs, concluyendo que ninguno de estos modelos representa adecuadamente el comportamiento de las soluciones de azúcares con concentraciones mayores al 2% p/v. 

Esta divergencia se acentúa en soluciones salinas. Las soluciones salinas fueron NaCl y KCl, mientras que las azucaradas fueron D-Fructosa y Lactosa. Las concentraciones estudiadas fueron 0.5, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, y 5.0% p/v de cada una.

El objetivo de la electrostática en una planta procesadora de alimentos es el ahorro de productos satinizantes y conservadores, como en el caso de la limpieza de plátanos, en la industria cárnica, etc. Las características de la electrostática

proporcionan un mejor cubrimiento de los productos y un ahorro de químicos.

Efectividad máxima en la descontaminación de agentes biológicos o químicos. Lo utilizamos para realizar la limpieza de utensilios y equipos en las plantas de procesoLa pulverización electrostática es un método de limpieza más eficaz para los productos frescos, sobre todo si se usa para aplicar antimicrobianos orgánicos Los pulverizadores electrostáticos les aplican a las gotas de los líquidos una carga eléctrica mientras son distribuidas a través de una boquilla, lo cual hace que envuelvan y recubran las superficies sobre las que caen.

Campos magnéticos oscilantes

En esta tecnología, el alimento envasado en un material plástico, se somete a un campo magnético oscilante de intensidad entre 5 y 50 teslas (1000 veces superior al campo magnético de la tierra) y una frecuencia entre 5 y 500 kHz. Se han ensayado tratamientos de 1 a 100 pulsos de 25 μs a 10 ms. La temperatura durante el procesado se mantiene entre 0 ºC y 50 ºC (10). El efecto conservador se debe, fundamentalmente, a dos fenómenos:

(a) a la ruptura de la molécula de ADN y de ciertas proteínas, y

(b) a la rotura de enlaces covalente en moléculas con dipolos magnéticos. Los alimentos más idóneos para someterse a este proceso de conservación son: zumos, mermeladas, frutos tropicales en soluciones azucaradas, derivados cárnicos, productos cocidos, envasados y listos para su consumo.

BIBLIOGRAFIA.

BOHORQUEZ ARIZA, HERNANDO ENRIQUE, MAQUINARIA Y EQUIPOS DE ALIMENTOS. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIA E INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA DE ALIMENTOS. BOGOTA D.C.- COLOMBIA 2011

www.fisica-facil.com/Temario/.../Ejer- Campo 1/ejer- campo 1.htm

proyectofisica3.blogspot.com/p/problemas.html

www.scielo.cl/scielo.php?pid=S0718-07642009. Fariñas, M.; Osmosis Inversa: Fundamentos, Tecnología y Aplicaciones, 225p., McGraw-Hill, Madrid, España (1999).

https://docs.google.com/viewer?pid=bl&srcid=ADGEESgKK6RE8wyL4vrf8uOd057xWIhnfAcq0HUHXYC9Gxe7C9CEiYTg0wBxlreJaTphOwp4sF4EAcqabz7kKKzyguftzpfKsIgCuKgRvYs_FsSZx2ns20ju0NJXfOuSFjXMMm3CNjXT&q=cache%3AHmkW4Obq0-sJ%3Awww.utadeo.edu.co%2Fcomunidades%2Festudiantes%2Fciencias_basicas%2Ffisica%2Ffisica_3.pdf%20APLICACION%20DE%20LA%20ELECTROSTATICA%20EN%20LA%20INGENIERIA%20DE%20ALIMENTOS&docid=744485a65842dc31700a1c9f0422d1fe&a=bi&pagenumber=1&w=707