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 el 07 de Diciembre de 2013 en:http://guayabafamily.blogspot.com/2012/11/composicion-quimica-de-la-guayaba-su_5.htmlRecuperado el 08 de Diciembre de 2013 en: http://www.inti.gob.ar/energia/index.php?seccion=uResidencial1Recuperado el 08 de Diciembre de 2013 en: 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 el 08 de Diciembre de 2013 en: http://gasure.udea.edu.co/docs/comparativo.pdf