PROCESOS TÉRMICOS DE LAS SUSTANCIAS

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UNIVERSIDAD

NACIONAL DEL CALLAO

Facultad de Ingeniería Pesquera y de Alimentos

Escuela Profesional de Ingeniería de Alimentos

“PROCESOS TÉRMICOS EN LAS SUSTANCIAS”

Curso: Física II

Profesor: Guillermo Aguilar Castro

Integrantes:

Chagua Alvarez, Alexander Herrera Figueroa, Juan Carlos Monge Echevarría, Brenda Rojas Alcalá, Adriana Tinco Taboada, Sandra

2014 – B

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INTRODUCCIÓNLa termodinámica es la parte de la física que trata de los fenómenos relacionados con la energía térmica y de las leyes (que a continuación se detallaran) que rigen su transformación en otro tipo de energía. La variación de energía térmica acumulada en un medio en un proceso de calentamiento o de enfriamiento se obtiene como el producto de la masa del medio, por su calor específico y por el salto térmico. Pero no toda la energía térmica almacenada en un medio es utilizable.

El desarrollo tecnológico ha sido el elemento básico que ha permitido al hombre utilizar nuevas fuentes de energía de manera cada vez más eficiente. Pero este progreso también tiene sus límites.

Todos los procesos de aprovechamiento energético recurren en un momento al intercambio de energía térmica. La energía nuclear genera una energía cinética que se transforma en energía térmica. La energía eólica es consecuencia de las variaciones térmicas en la atmosfera.

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OBJETIVOS Comprender la primera ley de la termodinámica como una correspondencia del

principio de conservación de la energía.

Comprender los procesos termodinámicos e identificarlos a partir de la interpretación de gráficos.

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MARCO TEORICO

TERMODINAMICA

La termodinámica puede definirse como el tema de la Física que estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.

Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una transferencia de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo.

El calor se define como una transferencia de energía debida a una diferencia de temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se debe a una diferencia de temperatura.

Al hablar de termodinámica, con frecuencia se usa el término "sistema". Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar. El resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al sistema, se conoce como su "ambiente". Se consideran varios tipos de sistemas. En un sistema cerrado no entra ni sale masa, contrariamente a los sistemas abiertos donde sí puede entrar o salir masa. Un sistema cerrado es aislado si no pasa energía en cualquiera de sus formas por sus fronteras.

Previo a profundizar en este tema de la termodinámica, es imprescindible establecer una clara distinción entre tres conceptos básicos: temperatura, calor y energía interna. Como ejemplo ilustrativo, es conveniente recurrir a la teoría cinética de los gases, en que éstos sabemos están constituidos por numerosísimas moléculas en permanente choque entre sí.

La temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas individuales. El calor es una transferencia de energía, como energía térmica, de un objeto a otro debida a una diferencia de temperatura.

La energía interna (o térmica) es la energía total de todas las moléculas del objeto, o sea incluye energía cinética de traslación, rotación y vibración de las moléculas, energía potencial en moléculas y energía potencial entre moléculas. Para mayor claridad, imaginemos dos barras calientes de un mismo material de igual masa y temperatura. Entre las dos tienen el doble de la energía interna respecto de una sola barra. Notemos que el flujo de calor entre dos objetos depende de sus temperaturas y

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no de cuánta energía térmica o interna tiene cada uno. El flujo de calor es siempre desde el objeto a mayor temperatura hacia el objeto a menor temperatura.

La primera ley de la termodinámica, que se conoce como el principio de conservación de la energía, señala que, si un sistema hace un intercambio de calor con otro, su propia energía interna se transformará. El calor, en este sentido, constituye la energía que un sistema tiene que permutar si necesita compensar los contrastes surgidos al comparar el esfuerzo y la energía interior.

La segunda ley de la termodinámica supone distintas restricciones para las transferencias de energía que, en hipótesis, podrían llevarse a cabo si se tiene en cuenta la primera ley. El segundo principio sirve como regulador de la dirección en la que se llevan a cabo los procesos termodinámicos e impone la imposibilidad de que se desarrollen en sentido opuesto. Cabe destacar que esta segunda ley se respalda en la entropía, una magnitud física encargada de medir la cantidad energía inservible para generar trabajo.

La tercera ley contemplada por la termodinámica, por último, destaca que no es posible lograr una marca térmica que llegue al cero absoluto a través de una cantidad finita de procedimientos físicos.

Entre los procesos termodinámicos, se destacan los isotérmicos (no cambia la temperatura), los isócoros (no cambia el volumen), los isobáricos (no cambia la presión) y los adiabáticos (no hay transferencia de calor).

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EL PROCESO TERMODINÁMICOA cualquier transformación en un sistema, desde un estado de equilibrio a otro, se le conoce como proceso. Dicho en otras palabras, es el cambio de estado de una sustancia o un sistema, desde unas condiciones iniciales (estado inicial) hasta unas condiciones finales (estado final) por una trayectoria definida.

Para describir completamente un proceso se requiere de los estados de equilibrio inicial y final, así como de la trayectoria o las interacciones del sistema con su entorno durante el proceso. Observando la figura. Piense en el proceso A como una sucesión continua de estados por los que pasa el sistema, que inicia en el estado1 y finaliza en el 2.

En muchos procesos es común observar que una propiedad permanece constante, y para indicar esto se usa el prefijo Iso; por lo tanto, un proceso a temperatura constante se denomina isotérmico, uno a presión constante, isobárico, uno a volumen constante, isométrico o isicórico, uno a entalpia constante, isentalpico, y uno a entropía constante, isentrópico.

En general los procesos dependiendo de sus características, trayectoria, o del comportamiento de las propiedades de la sustancia involucrada se pueden clasificar en procesos desarrollados con una propiedad constante y en procesos con características especiales. El primer grupo abarca los procesos Iso, y el segundo grupo enmarca los procesos Adiabáticos (Sin transferencia de calor a los alrededores) y politrópicos (donde ninguna propiedad permanece constante).

Para el estudio de los procesos termodinámicos se considera que cualquier estado intermedio entre el inicial y el final se encuentra muy cerca al equilibrio, esto es lo que se denomina proceso en cuasi equilibrio o casi al equilibrio.

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ESTUDIO TERMODINAMICO DE SUSTANCIAS PURAS

COMPORTAMIENTO DE UNA SUSTANCIA PURA.

Una sustancia pura puede modificar su estado de agregación al modificar sus variables termodinámicas. Esto implica un cambio de comportamiento, a menudo difícil de reproducir por medio de ecuaciones de estado sencillas. Por medio de una superficie tridimensional representada en las coordenadas p-v-T es posible describir el conjunto de los posibles estados termodinámicos de una sustancia. Dichas superficies son distintas para cada sustancia, y en ellas se distinguen las regiones propias de cada fase: sólida (S), líquida (L) y gaseosa (G). También se distinguen las regiones en las que coexisten varias fases, como la campana de saturación, en la que coexisten las fases líquida y gaseosa. Se representan igualmente en la figura 3.1 las proyecciones p-v y p-T, de gran utilidad.

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Como puntos característicos de esta superficie se encuentra el punto triple (PT), donde coexisten las tres fases, y que aunque en el diagrama tridimensional es una línea, se le llama punto triple por ser un punto al proyectarse sobre el plano p-T, y el punto crítico (PC), extremo superior de la campana de saturación. Por encima de éste, está la región fluida, donde el fluido, en condiciones supercríticas, pasa de gas a líquido sin un tránsito claramente distinguible. Las líneas que limitan la campana a ambos lados son la línea de líquido saturado y la de vapor saturado.

Puede observarse que durante los cambios de fase las líneas isotermas (algunas de ellas representadas en la figura) son también isóbaras, siendo el volumen la única coordenada que se modifica. Debido a esto, las superficies de cambio de fase se convierten en líneas (de vaporización-condensación, de fusión-congelación y de sublimación) en el diagrama p-T.

Existen algunas excepciones al comportamiento general mostrado en la figura 3.1, como el caso del agua, y de otras sustancias como el bismuto, germanio o galio, que se dilatan al solidificarse. En el caso del agua además, la temperatura de fusión disminuye al aumentar la presión, al contrario que la mayoría de las sustancias. Su diagrama tridimensional se muestra esquemáticamente en la figura 3.2.

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Primera ley de la termodinámicaTambién conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará.

Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolas Léonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Que aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, queda de la forma:

Donde U es la energía interna del sistema (aislado), Q es la cantidad de calor aportado al sistema y W es el trabajo realizado por el sistema.

Esta última expresión es igual de frecuente encontrarla en la forma ∆U = Q + W. Ambas expresiones, aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en que se aplique el convenio de signos IUPAC o el Tradicional.

Se dice que un sistema pasa por un proceso termodinámico, o transformación termodinámica, cuando al menos una de las coordenadas termodinámicas no cambia. Los procesos más importantes son:

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Procesos isotérmicos: son procesos en los que la temperatura no cambia.

Procesos isobáricos: son procesos en los cuales la presión no varía.

Procesos isócoros: son procesos en los que el volumen permanece constante.

Procesos adiabáticos: son procesos en los que no hay transferencia de calor alguna.

Procesos diatérmicos: son procesos que dejan pasar el calor fácilmente.

Procesos isoentrópicos: procesos adiabáticos y reversibles. Procesos en los que la entropía no varía.

Por ejemplo, dentro de un termo donde se colocan agua caliente y cubos de hielo, ocurre un proceso adiabático, ya que el agua caliente se empezará a enfriar debido al hielo, y al mismo tiempo el hielo se empezará a derretir hasta que ambos estén en equilibrio térmico, sin embargo no hubo transferencia de calor del exterior del termo al interior por lo que se trata de un proceso adiabático.

TIPOS DE PROCESOS

Proceso isotérmico

Un proceso isotérmico es aquel que se realiza a temperatura constante. La gráfica de P versus V para un gas ideal, manteniendo la temperatura constante es una curva hiperbólica llamada isoterma. Como la energía interna

De un gas ideal es solo función de la temperatura, entonces en un proceso isotérmico. Para un gas ideal

ΔU = 0 y Q = W.

Se denomina proceso isotérmico o proceso isotermo al cambio de temperatura reversible en un sistema termodinámico, siendo dicho cambio de temperatura constante en todo el sistema. La compresión o expansión de un gas ideal en contacto permanente con un termostato es un ejemplo de proceso isotermo, y puede llevarse a cabo colocando el gas en contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente.

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De esta manera, el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.

Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las isotermas de un gas ideal en un diagrama P-V, llamado diagrama de Clapeyron, son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es P•V = constante.

Ejemplos de procesos isotérmicos en la vida cotidiana:

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Proceso isobáricoEs un proceso que se realiza a presión constante. En un proceso isobárico, se realiza tanto transferencia de calor como trabajo. El valor del trabajo es simplemente P (Vf - Vi), y la primera ley de la termodinámica se escribe:

ΔU = Q – P (Vf - Vi)

Un proceso isobárico es un proceso termodinámico que ocurre a presión constante. En el calor transferido a presión constante está relacionado con el resto de variables mediante:

∆Q = ∆U+ P ∆V

Donde:

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Q\! = Calor transferido.

U\! = Energía Interna.

P\! = Presión.

V\! = Volumen.

En un diagrama P-V, un proceso isobárico aparece como una línea horizontal eso es del proceso isobárico

Proceso isobárico de un gas

Una expansión isobárica es un proceso en el cual un gas se expande (o contrae) mientras que la presión del mismo no varía, es decir si en un estado 1 del proceso la presión es P1 y en el estado 2 del mismo proceso la presión es P2, entonces P1 = P2. La primera ley de la termodinámica nos indica que:

dQ = dU + dW

Ejemplos de procesos isobáricos en la vida cotidiana:

Proceso isovolumétrico.

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Un proceso que se realiza a volumen constante se llama isovolumétrico. En

estos procesos evidentemente el trabajo es cero y la primera ley de la termodinámica se escribe:

ΔU = Q

Esto significa que si se agrega (quita) calor a un sistema manteniendo el volumen constante, todo el calor se usa para aumentar (disminuir) la energía interna del sistema.

Un proceso isocórico, también llamado proceso isométrico o isovolumétrico es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante; ΔV = 0. Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define como:

ΔW = PΔV

Donde P es la presión (el trabajo es positivo, ya que es ejercido por el sistema).

En un diagrama P-V, un proceso isocórico aparece como una línea vertical.

Es un proceso a volumen constante, en consecuencia.

W = 0, y tendremos:

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En un recipiente de paredes gruesas que contiene un gas determinado, al que se le suministra calor, observamos que la temperatura y presión interna se elevan, pero el volumen se mantiene igual.

En un proceso que se efectúa a volumen constante sin que haya ningún desplazamiento, el trabajo hecho por el sistema es cero.

Es decir, en un proceso isocórico no hay trabajo realizando por el sistema. Y no se adiciona calor al sistema que ocasione un incremento de su energía interna.

Ejemplos de procesos isovolumétricos en la vida cotidiana:

Proceso adiabático.

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En termodinámica se designa como proceso adiabático a aquél en el cual el sistema (generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su entorno.

Durante un proceso adiabático para un gas perfecto, la transferencia de calor hacia el sistema o proveniente de él es cero. El cambio de presión con respecto al volumen obedece la ley

Es cuando un sistema no gana ni pierde calor, es decir, Q = 0. Este proceso puede realizarse rodeando el sistema de material aislante o efectuándolo muy rápidamente, para que no haya intercambio de calor con el exterior.

En consecuencia,

El trabajo realizado sobre el sistema (-W es positivo) se convierte en energía interna, o, inversamente, si el sistema realiza trabajo (-W es negativo), la energía interna disminuye.

En general, un aumento de energía interna se acompaña de uno de temperatura, y una disminución de energía interna se asocia de una de temperatura.

Los procesos adiabáticos son comunes en la atmósfera: cada vez que el aire se eleva, llega a capas de menor presión, como resultado se expande y se enfría

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adiabáticamente. Inversamente, si el aire desciende llega a niveles de mayor presión, se comprime y se calienta. La variación de temperatura en los movimientos verticales de aire no saturado se llama gradiente adiabático seco, y las mediciones indican que su valor es aproximadamente -9.8º C/km. Si el aire se eleva lo suficiente, se enfría hasta alcanzar el punto de rocío, y se produce la condensación.

En este proceso, el calor que fue absorbido como calor sensible durante la evaporación se libera como calor latente, y aunque la masa de aire continua enfriándose, lo hace en una proporción menor, porque la entrega de calor latente al ambiente produce aumento de temperatura. En otras palabras, la masa de aire puede ascender con un gradiente adiabático seco hasta una altura llamada nivel de condensación, que es la altura donde comienza la condensación y eventualmente la formación de nubes y de precipitación. Sobre ese nivel la tasa de enfriamiento con la altura se reduce por la liberación de calor latente y ahora se llama gradiente adiabático húmedo, su valor varía desde -5º C/km a -9º C/km de disminución con la altura, dependiendo de si el aire tiene un alto o bajo contenido de humedad.

Como por ejemplo cuando abrimos una botella de champán aparece una especie de humillo desde el cuello de la botella. El champán tiene disuelto dióxido de carbono producido de forma natural.

Cuando abrimos la botella disminuye la presión y el gas se expande adiabáticamente, de nuevo disminuyendo su temperatura y causando que el aire que se encuentra ahí disminuya su temperatura, alcanzando su punto de rocío y produciendo microscópicas gotas que dan ese aspecto de "humo" al vapor que emerge de la botella. Esta caída de temperatura es de unos 100 grados celsius.

Otro de los ejemplos es el estampido sónico producido cuando un avión sobrepasa la barrera del sonido, es decir, cuando se mueve más deprisa de la velocidad del sonido en ese medio. En esa situación el ruido que produce no es capaz de seguir al avión, los frentes de onda que van siendo generados se solapan produciendo un sonido similar al de una explosión. En esta situación se libera una enorme cantidad de energía.

A medida que el avión va avanzando, los frentes de onda desplazan el aire haciendo que disminuya la presión por lo que el frente de onda generado inmediatamente después "ve" una presión menor por delante. Esto llevado al límite en el estampido

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sónico hace que la presión varíe bruscamente en un instante. Este proceso de variación de la presión es totalmente adiabático. Se conoce como efecto Prandtl-Glauert. El motivo por el cual el aire se condensa es lo que se conoce como singularidad de Prandtl-Glauert y su causa es controvertida porque se trata de una singularidad matemática en los modelos aerodinámicos.

Ejemplos de procesos adiabáticos en la vida cotidiana:

PROBLEMAS RESUELTOS

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Problema 1:

(a) Determine el trabajo realizado sobre un fluido que se expande de i a ∫ como se indica en la figura P20.24. (b) ¿Qué pasaría si? ¿Cuánto trabajo es realizado sobre el fluido si se comprime de ∫ a i a lo largo de la misma trayectoria?

Solución:

Problema 2:

Un gas ideal está encerrado en un cilindro con un émbolo Un gas 2.- Un gas ideal está encerrado en un cilindro con un émbolo movible sobre él. El émbolo tiene una masa de 8000 gr. y un área de 5 cm2 y está libre para subir y bajar, manteniendo constante la presión del gas. ¿Cuánto trabajo se realiza sobre el gas cuando la temperatura de 0.2 mol del gas se eleva de 20°C a 300°C?

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Solución:

Se utilizare la fórmula:

= -(0.200) x (8.314) x (280)

= -446 J

Problema 3:

Un mol de un gas ideal realiza 3000 J de trabajo sobre su entor- cuando se expande de manera isotérmica a una presión final 1.00 atril y volumen de 25.0 L. Determine (a) el volumen ini- y (b) la temperatura del gas.

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Problema 4:

Un bloque de 1 kg de aluminio se caliente a presión atmosférica de modo que su temperatura aumenta de 22°C a 40°C. Encuentre (a) el trabajo realizado sobre el aluminio, (b) la energía agregada a él por calor, y (c) el cambio en su energía interna.

Problema 5:

1. Para mantener un edificio la temperatura media de 18 ºC, su sistema frigorífico se ve obligado a extraer de su interior 600.0 cal·s–1, mientras consume un trabajo eléctrico de 1.00 kW. Determinar el incremento de entropía por segundo que sufre el universo debido al acondicionamiento del edificio sabiendo que el ambiente externo se encuentra a 35 ºC.

Solución:

Consideraremos el edificio y el medio como dos focos cuyas temperaturas permanecen inalterables todo el tiempo, y que sobre ellos trabaja una máquina frigorífica. Llamemos Q1 al calor por unidad de tiempo extraído por la máquina del edificio, W al trabajo consumido por unidad de tiempo, y Q2 al calor total producido por unidad de tiempo. Por tanto:

Q2 = Q1 + W = 600 cal/s + 1000 J/s = 839.2 cal/s

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La entropía por unidad de tiempo perdida por el edificio y cedida al medio es:

∆S1= Q1/T1= −600/291= −2.06 cal/K·s

∆S2= Q2/T2= 839.2/308= 2.72 cal/K·s

La producción total de entropía por unidad de tiempo es:

∆S = ∆S1 + ∆S2 = 0.66 cal/K·s 2º = 2.72 cal/K·s

Problema 6:

1. La reacción de formación del eteno C2H4(g) a partir de sus constituyentes en estado

normal es: (4) 2 C(s) + 2 H2(g) → C2H4(g)

(4) se puede expresar como 2 x (2) + 2 x (1) – (3)

luego ΔH40= = 2 x ΔH20 + 2 x ΔH10 – ΔH30 = 2 x (–393,13 kJ) + 2 x (–285,8 kJ) – (–1422 kJ) = 64,14 kJ

es decir, como en la reacción se ha formado 1 mol de eteno:

ΔH10 (eteno)= 64,14 KJ x mol-1

Se trata, pues, de una reacción endotérmica

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APLICACIONES EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA

El principal objetivo de todos los tratamientos térmicos es el de asegurar la destrucción de todos los microorganismos vivos que pueden deteriorar la calidad o de perjudicar la salud del consumidor.

Cada microorganismo tiene su propia resistencia al calor y aunque a 300°C se les mata a todos, no se le puede aplicar esta temperatura a los productos por las alteraciones organolépticas que estos sufrirían.

Lo que se pretende intentar con los tratamientos térmicos es eliminar la mayor parte de los microorganismos sin alterar demasiado las características propias del producto.

A determinadas temperaturas solo se acaba con ciertos microorganismos pero las características se conservan mejor. Las enzimas son bastante sensibles al calor y es de los elementos que más pronto se degradan.

Para diseñar un proceso térmico hay que conocer la termoresistencia de los microorganismos pertenecientes al producto, la naturaleza del alimento y los parámetros que le vienen asociados (conductividad del calor, alteraciones por calor, velocidad de transmisión de calor).

Todos los tratamientos térmicos en los que se apliquen altas temperaturas y tiempos prolongados se va a producir una destrucción de microorganismos y enzimas, los que apliquen las temperaturas altas pero tiempos cortos consiguen lo mismo salvo que se conservan mucho mejor las características organolépticas del alimento.

Según lo que se quiera conseguir, el tratamiento será más o menos severo. En algunos casos eliminar la flora microbiana pero solo superficialmente, en otros eliminaremos solo los que son perjudiciales para la salud y en otros será necesario eliminar todos los microorganismos.

El tratamiento térmico de un alimento depende de:

La termo-resistencia de los microorganismos y enzimas presentes en el alimento

La carga microbiana inicial que contenga el alimento antes de su procesado

El pH del alimento

El estado físico del alimento

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CLASIFICACION DE TRATAMIENTOS TERMICOS:

Temperatura Objetivo Alimento

Escaldado 85-95°C Facilitar procesos posteriores

Frutas y verduras (delicadas)

Pasteurización <100°C Reduce carga microbiana Leches

Esterilización 115°C-120°C Destruir todos los microorganismos

Líquidos, solidos necesitara más tiempo.

ESCALDADOEs un tratamiento térmico empleado para la destrucción de la actividad enzimática. Se emplea en verduras y frutas como paso previo a otros procesos: no constituye un único método de conservación si no que es más un pretratamiento entre la materia prima y las operaciones posteriores. Suele ser previo a esterilizaciones, congelación y deshidratación.

En alguna otra industria, patatas fritas, también hay escaldado pero su función en este caso es la de facilitar la labor de pelado (diferente a la de disminuir la actividad enzimática). En algún caso se suele combinar con el pelado o limpieza del producto, no siempre se puede, así se ahorra tiempo y energía.

El escaldado se lleva a cabo porque hay procesos en los cuales las temperaturas que se alcanzan son insuficientes para inactivas las enzimas. Si no las destruimos se van a producir alteraciones en los productos. En el caso de las conservas si se alcanzan estas temperaturas y las enzimas quedan inactivadas.

Es en el final de los procesos donde los alimentos pueden quedar alterados y, por tanto, la inactivación deberá realizarse durante el procesado.

Lo que nos marca la inactivación son los valores Dy T. Las enzimas más peligrosas son las lipoxigenasas, polifenoloxidasas, poligalacturonasas, florofilicasas. Lo normal es

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tomar como referencia a la enzima más resistente al calor, una vez eliminada esta tendremos la seguridad de haber destruido el resto. Lo que también se puede haces es medir el valor de las catalasas y peroxidasas, que son más resistentes al calor que los organismos y más fácilmente identificables.

Las funciones del escaldado también son:

Reducir el número de microorganismos en la superficie del alimento (así el tratamiento posterior no va a ser tan fuerte).

Ablandamiento de tejidos. En unos casos va a ser beneficioso (carnes, guisantes,…), pero en otros casos cambia las características del alimento.

Facilita el llenado de los envases.

Elimina aire en los espacios intercelulares

Efecto sobre los alimentos

Nutrientes

Mayores pérdidas, compuestos hidrosolubles (vitaminas hidrosolubles, minerales, otros).

Motivos por los que se producen las pérdidas de vitaminas

Lavado

Termodestrucción

Oxidación (menor grado)

Factores de los que dependen las pérdidas de vitaminas

Grado de maduración y variedad

Operaciones de preparación

Superficie/volumen

Tiempo y temperatura de escaldado

Método de enfriamiento

Relación alimento/agua

Color y aroma

Superficie más brillante Elimina el polvo superficial

Efecto sobre los pigmentos (según tiempo y temperatura)

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Para evitar las pérdidas de color:

Protección de la clorofila: Adición al agua de escaldado de Na2CO3 o CaO

Evitar el pardeamiento enzimático: Adición de NaOH

Aroma

Si el escaldado se realiza correctamente, no hay pérdidas de aroma y sabor significativas

Textura

Reblandece la textura: Facilidad de envasado

Si el reblandecimiento es excesivo: Se añade al agua de escaldado CaCl2.

Formación de complejos de pectato cálcico

PASTEURIZACIONTratamiento térmico relativamente suave (a temperatura inferior a los 100°C). Lo que se va a conseguir es un aumento de la vida útil del ´productos (varios días para la leche y hasta en varios meses para las fritas.

Hay inactivación enzimática, destrucción de microorganismos (mohos, bacterias no esporuladas); hay perdidas nutricionales y sensoriales.

Lo que determina la intensidad del tratamiento y la vida útil del alimento es su acidez (pH).

En productos con pH < 4,5 será necesario destruir la actividad enzimática y todos los microorganismos que afectan a la calidad del alimento.

La intensidad del tratamiento será la necesaria para la destrucción de los patógenos, por lo cual tendremos que emplear los valores de termorresistencia de los microorganismos más resistentes al calor. En la industria lo que se hace es practicar

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distintas pruebas para averiguar las temperaturas y los tiempos requeridos para la eliminación.

Ejemplo:

En la leche cruda hay una enzima (fosfatasa alcalina) que está siempre presente en la leche y que posee unos valores de resistencia térmica similar al de los patógenos más resistentes.

Si conseguimos hacer desaparecer a la fosfatasa (mediante la aplicación de calor durante un tiempo) habremos conseguido también destruir a los patógenos.

Leche Pasteurizada

Es la leche sometida a temperaturas de 72 a 75 °C por espacio de 15 a 20 segundos, para luego ser enfriada a temperaturas de refrigeración (4 a 5 °C). Durante este proceso térmico se eliminan todas las bacterias patógenas, como el bacilo tuberculoso, salmonellas, brucelas, etc. pero no las formas esporuladas ni las toxinas. Asimismo, existen métodos que se utilizan para evaluar la eficiencia del proceso de pasteurización, basados en la determinación de la actividad de la fosfatasa alcalina, enzima que tiene la capacidad de hidrolizar los esteres fenil-fosfóricos adicionados como sustrato a la muestra, liberando fenol, detectado por reactivos especiales. Este método es positivo cuando el proceso térmico no ha sido eficiente. Por otro lado, la leche contiene la enzima lactoperoxidasa, la cual se inactiva cuando el proceso térmico supera los 78°C, por consiguiente, su ausencia detectaría sobrecalentamiento de la leche.

ESTERILIZACIÓN

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La temperatura y tiempo de tratamiento ser función de la resistencia termina de los microorganismos, de la velocidad de penetración del calor, de las condiciones de calentamiento, el pH del medio, el tamaño del envase y del estado físico del alimento.

La resistencia al calor de los microorganismos viene determinada principalmente por el pH del alimento.

PH > 4,5 alimento de acidez baja.

3,7 < pH < 4,5 alimento de acidez intermedia.

PH < 3,7 alimento acido.

En cada uno de estos grupos existen unos microorganismos determinados que poseen una mayor resistencia.

En el grupo (I) destaca el chlostridium, produce el boyulismo y crece en condiciones anaerobias. Como mínimo habrá que destruir este (de los más termorresistentes). El tratamiento se hará a una temperatura ligeramente superior a la de la destrucción de este (por si queda alguno más resístete).

En el grupo (II) al disminuir la acidez, la resistencia es menor. En este grupo se encuentran los mohos, levaduras y enzimas.

En el grupo (III) lo que solemos haces es ir a desactivar las enzimas; bastara con tratamientos suaves.

También dependerá de la carga microbiana que porte el producto, ya que no hay que olvidar que el tratamiento que es efectivo en laboratorio puede no serlo en la industria, será necesario, por tanto que los productos o las materias primas lleguen con la menor carga microbiana posible, esto se puede conseguir con escaldado previo y con unas buenas prácticas de procesado y operación.

Para conocer la evolución de los productos contaminado, con pruebas de corta duración, lo que se suele hacer es almacenar los productos en condiciones muy adversas.

UHT (Ultra High Temperature)

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Consiste en un proceso térmico de fluido continuo, en el cual la leche se somete a temperaturas de 135 a 140 °C por espacio de 2 a 4 segundos para luego ser enfriada a temperatura ambiente, lográndose así la destrucción de todos los microorganismos vivos, incluyendo esporas. Al ser sometida a tan extremas temperaturas, sus nutrientes sufren daño. La leche se convierte en lo que se conoce como “leche inerte” pues ha perdido todo su valor alimenticio, el cual tiene que ser adicionado nuevamente artificialmente, lo que disminuye la eficacia con la que son absorbidos por el organismo.

Las proteínas, que no “desaparecen” a altas temperaturas, sufren sí un cambio en su estructura, haciendo que aparezcan como “extrañas” en el momento de entrar al organismo.

Pues bien, la leche UHT tiene su parte mala. Si se consume por el gusto de beber leche, tal vez no represente un problema; sin embargo, si lo que está buscando es una adecuada nutrición y la leche forma parte de su régimen necesario de proteínas, vitaminas y minerales, es mejor que considere una leche menos tratada, o tal vez incluso fresca de vaca, eso sí, bien hervida.

El calentamiento en el proceso UHT puede ser efectuado en forma directa por inyección de vapor o indirecta a través de un intercambiador de calor. En ambos casos se obtiene leche libre de microorganismos patogénicos. Este proceso se realiza en un sistema esterilizado cerrado que evita la re contaminación de la leche-

En la actualidad, la leche fresca ultra pasteurizada se envasa en bolsas de polietileno (llamadas de baja densidad) o de envases de larga vida (cartón, polietileno, aluminio). Sin embargo, sabemos que el tiempo de conservación de la leche en los envases de baja densidad es muy corto a diferencia de los envases de larga vida, en los que se prolonga su conservación por mucho más tiempo.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Termodinámica, obtenido de: http://www.jfinternational.com/mf/termodinamica.html, revisado el 9 de noviembre del 2014.

Definición de termodinámica - Qué es, Significado y Concepto obtenido de: http://definicion.de/termodinamica/#ixzz3IoSK0bMt, revisado el: 11 de noviembre del 2014.

Física, procesos termodinámicos, obtenido de: http://ocw.usal.es/ensenanzas-tecnicas/fisica-i/contenidos/temas_por_separado/8_ap_termo1011.pdf, revisado el: 9 de noviembre del 2014.

Leyes de la termodinámica, obtenido de:. http://primeraleytermodinamica6c.blogspot.mx/p/procesos-termodinamicos.html, revisad el 10 de noviembre del 2014.

Problemas resueltos primera ley de termodinámica, CAPITULO 20-FISICA I CUARTA, QUINTA, SEXTA Y SEPTIMA EDICION SERWAY,Raymond A. Serway, obtenido de: http://www.monografias.com/trabajos-pdf4/problemas-resueltos-cap-20-fisica-serway/problemas-resueltos-cap-20-fisica-serway.pdf, revisado el : 9 de noviembre del 2014.

Procesos Térmicos Aplicados a la Industria Alimentaria, obetenido de: http://www.ujcm.edu.pe/bv/links/cur_comercial/ProceAgroindustriales-4.pdf, revisado el: 9 de noviembre del 2014

Tratamientos térmicos, obtenido de: http://www.tetrapak.com/pe/Documents/Fas%C3%ADculo%206.pdf, revisado el 8 de noviembre del 2014.

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La leche, uht, obtenido de: http://www.lineayforma.com/nutricion/%C2%BFque-es-la-leche-uht.html, revisado el 9 de noviembre del 2014.