Termodinamica

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo tiene como propósito que los estudiantes mediante un trabajo en grupo den aplicación a los conocimientos adquiridos mediante el estudio de los conceptos termodinámicos, para realizar cálculos termodinámicos para el proceso de elaboración de un producto a nivel industrial, del campo o casero que sea exequible a los integrantes del grupo para reproducirlo o evaluarlo.

Al estudiar un proceso, ya sea físico o químico, es necesario acotarlo en el espacio. Un sistema termodinámico es una parte del universo que es separada arbitrariamente del resto mediante límites definidos para hacerla objeto de alguna investigación.

Como ya se ha realizado un recorrido experimental por todo el modulo del curso de Termodinámica, y en cual se ha evidenciado el aprendizaje significativo por medio de los trabajos en pequeño grupo colaborativo, en el presente trabajo final o proyecto hallaremos un taller con énfasis en relacionar y plasmar en forma escrita lo aprendido durante el semestre, en el cual iniciaremos por definir un tema en concreto mediante una lluvia de ideas de todos los integrantes del grupo, luego pasaremos a desarrollar una serie de pasos para definir los diferente procesos termodinámicos, los consumos de consumos energéticos del proceso a analizar, cálculos del trabajo del mismo, cálculos de cambio de entropía y los ciclos termodinámicos. Esto con el fin de consolidar lo aprendido y desarrollar de forma experimental los cálculos termodinámicos de un proceso.

OBJETIVOS

-Objetivo General

Aprender a trabajar en grupo colaborativo y definir los diferentes cálculos termodinámicos de un proceso.

-Objetivos Específicos

• Desarrollar un trabajo colaborativo Final con el aporte de todos los participantes del curso.

• Determinar que Sistemas termodinámicos se hacen presentes en el proceso de la elaboración de mermelada de guayaba.

• Realizar cálculos de consumo energético del proceso.

• Determinar los cálculos del trabajo para la elaboración del proceso.

• Calcular el cambio de entropía del proceso.

• Determinar los ciclos termodinámicos que se emplearon el proceso.

PREPARACION DE LA MERMELADA

PROCESO DE ELABORACIÓN

1.- Proceso de elaboración.

Un sistema ideal de producción es aquel en el que se puede mantener un continuo fluir de Las materias primas hasta lograr el producto final. Esta continuidad debe aplicarse lo mismo al tiempo que al espacio; es decir, las diferentes fases de la producción deben estar tan estrechamente enlazadas como sea posible.

Proceso de elaboración.

En la anterior figura se muestran las distintas fases que compondrán el proceso de fabricación. El número de fases son tres, en la fase 1 se realiza la elaboración de la mermelada propiamente dicha desde el mezclado hasta que la mermelada está lista para ser envasada. En La fase 2 se manipulan los envases y se lleva a cabo de una forma paralela a la elaboración de la mermelada. Finalmente las fases 1 y 2 convergen en la fase 3, en la cual se realiza, desde el envasado del producto hasta la expedición de la mermelada.

Descripción del proceso.

A continuación se describen las características de los distintos procesos indicados.

ELABORACION DE LA MERMELADA

MEZCLA DE INGREDIENTES

Los distintos ingredientes a excepción de la fruta, son transportados y dosificados en su medida correspondiente por un alimentador, la pectina y el ácido desde sus respectivos bidones y el azúcar desde un silo, hasta los mezcladores. Los bidones de fruta, son colocados sobre una cinta transportadora y al final de la misma, se dispondrá de un dispositivo automático para volcar el bidón, introduciéndose el contenido en una tolva, que a su vez alimenta a un transportador de hélices con capacidad para transportar 2.500 kg/h.

Las materias primas son mezclados en dos tanques horizontales de acero inoxidables provistos de hélices opuestas de agitación, de tal forma que para que la línea sea continua, el proceso se realiza alternativamente, mientras uno de los tanques está alimentando la línea, en el otro se está llevando a cabo la mezcla. La agitación de la mezcla de ingredientes es suave, no rompiéndose los trozos de fruta.

El caudal previsto es igual al sumatorio de todos los ingredientes, igual a unos 5.000Kg/h, para ello se instalarán dos mezcladores que se encargarán de llevar a cabo la mezcla de 2.500 kg/h cada uno.Para que la mezcla sea realizada de la forma más homogénea posible en los tanques de mezcla se llevará a cabo un precalentamiento de unos 60ºC.

PRIMERA COCION

La mezcla es enviada por medio de una bomba lobular a un calentador de paletas

rascadoras donde se eleva la temperatura hasta 90-95º, temperatura suficientemente elevadapara el tratamiento de este producto, ya que éste tiene un pH inferior a 4’5. Se ha elegido estetipo de bomba, ya que no rompe los trozos de fruta, su funcionamiento será de la siguientemanera; se alimentará alternativamente de los dos tanques de mezcla, así siempre habrá untanque alimentando a la línea. El caudal teórico previsto con el que se alimenta ésta es igual aunos 5.000 kg/h.El calentador es un cilindro de diseño vertical, donde hay un eje central con paletasrascadoras. Por otra parte el fluido de calefacción (vapor), entra por arriba a una camisaconcéntrica a la cámara de producto, con lo que lo calienta. El producto sale por arribacalentado a 95ºC. La transmisión de calor del vapor al producto se ve favorecida por la agitación y rascado de las paletas. La velocidad de giro de las paletas es de unas 200 rpm (según la bibliografía consultada) para no dañar los trozos de fruta.

SEGUNDA COCION

Tras la primera etapa de cocido, el producto pasa a otra cocedora que se trata de un calentador de paletas rascadoras de iguales características que las del utilizado en la 1ª etapa de cocido. Con esta segunda etapa se da por concluido el proceso de cocción de la mermelada.

MANTENIMIENTO DE LA TEMPERATURA EN LA COCCION

Finalizada la operación descrita anteriormente, la mezcla cocida pasa a un tubo de

mantenimiento con el objeto de que el azúcar penetre en la fruta, evitando así fenómenos de sinéresis en los tarros de mermelada, manteniéndose la temperatura de la mermelada de 90 a 95ºC. Ésta se mantiene normalmente de tres a ocho minutos, que en este caso, es el tiempo óptimo se ha estimado en el anejo 4 (maquinaria e instalaciones), calculándose también las dimensiones oportunas del tubo de mantenimiento.

ENFRIAMIENTO PRE-ENVASADO

El calentamiento prolongado afecta al aspecto, así como a la resistencia al almacenamiento del producto terminado. Después de su descarga de los cocedores, la mermelada tiene una temperatura superior a 90ºC, y como la inversión de azúcar está influida grandemente por la temperatura, es evidente que es necesario un sistema de enfriamiento eficiente, para controlar y comprobar la buena marcha de la fabricación.

Otro factor a considerar es el peligro de que se produzca un cambio de color a causa de la caramelización. También se presentan dificultades en el envasado, debido a que algunas variedades de fruta tienen tendencia a mantenerse a flote estando entre ellas las frutas de hueso empleadas en este caso. Cuando están cerca del punto de gelatinización las mermeladas de esta clase de frutas deben enfriarse, pero hay que tener cuidado de no excederse del límite, porque, de lo contrario, el gel se rompe y la mermelada se coagula.

Una vez cumplido el tiempo de permanencia que la mermelada debe estar en el tubo demantenimiento, se procede a su enfriamiento. Por medio de agua de la red, baja la temperatura del producto hasta 60-70ºC, con cuidado de que no se produzca todavía la gelificación, que debe tener lugar en el envase.

Esta operación se realiza en un enfriador de paletas rascadoras, cuyas características soniguales a las de los calentadores de paletas rascadoras, salvo que el caso del enfriador seutiliza agua fría en lugar de vapor.

Entre la envasadora y el enfriador se coloca un depósito de regulación de capacidad iguala 5.000 litros. Este depósito debe estar aislado, con objeto de que no baje la temperatura de la mermelada y comience la gelificación de que hemos hablado antes.

Éste, dispondrá de unas paletas que agitarán a la mermelada para evitar que se formenestratificaciones y actuará de pulmón de la línea de envasado de la mermelada, está diseñadode forma que si ocurriese algún problema en esta fase de elaboración de la mermelada, lalínea de envasado siguiera con su normal funcionamiento.

VENTAJAS

La línea descrita en la primera fase, tiene una serie de ventajas ya comprobadas por las

- Se trata de un sistema cerrado que evita oxidaciones del producto, lo que lleva consigo mejoras notables en la calidad (color, sabor, aromas).

- Menor consumo de energía que el sistema tradicional.

- Un solo operario puede manejar una línea como ésta.

- Calidad uniforme del producto.

- Sistema de funcionamiento continúo.

ACONDICIONAMIENTO DE ENVASES

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