1 UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS AGRICOLAS PROGRAMA DE INGENIERIA DE ALIMENTOS CURSO DE FISICOQUIMICA DE ALIMENTOS UNIDAD 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES.

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1 1 UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS AGRICOLAS PROGRAMA DE INGENIERIA DE ALIMENTOS CURSO DE FISICOQUIMICA DE ALIMENTOS UNIDAD 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES Ing. RAMIRO TORRES GALLO IV SEMESTRE MONTERÍA, COLOMBIA Universidad de Córdoba, comprometida con el desarrollo regional.

2 2 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

3 3 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

4 Es parte de la ciencia que estudia la materia ya su comportamiento a partir de las propiedades físicas.. 4 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.

5 Termoquímica, Cinética química, Química cuántica, Mecánica estadística,. 5 AREAS DE ESTUDIO DE LA FISICOQUIMICA Electroquímica Espectroscopía

6 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 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 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

9 9 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

10 10 Abierto o volumen de control CLASES DE SISTEMAS Transporte de maíz en un tornillo, Pasterización leche, bomba para transporte de fluidos, ¿Cuál otros? Superficies de control.

11 11 Abierto o volumen de control CLASES DE SISTEMAS Transporte de maíz en un tornillo, Pasterización leche, bomba para transporte de fluidos, ¿Cuál otros? Superficies de control.

12 12 CLASES DE SISTEMAS Cerrado o masa de control Masa Constante

13 13 Mezclado de ingredientes. Horneado tradicional de panes. ¿Podría Ud. indicar otros ejemplos? CLASES DE SISTEMAS Cerrado o masa de control

14 14 Almacenamiento de CO 2 en Ind. Bebidas. En la práctica es difícil tener un sistema real completamente aislado CLASES DE SISTEMAS Aislado No Masa No Energía

15 15 Sus variables termodinámicas son constantes a través de todo el sistema. CLASES DE SISTEMAS Sistema Homogéneo

16 16 Sus variables termodinámicas son constantes a través de todo el sistema. CLASES DE SISTEMAS Sistema Heterogéneo

17 17  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?

18 18 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 0 q w Estado 2 p, t, V, H,S, E, etc q w 0 Variables de Proceso Variables de sistema

19 19 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 20 Extensiva de transporte VARIABLES DE SISTEMA Propiedades intensivas y extensiva

21 21 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

22 22 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.

23 23 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. 12 Cuando se especifican variables del sistema: p, t, V, H,S, E, 0

24 24 Temperatura del sistema uniforme e igual a los alrededores EQUILIBRIO TERMICO 100 °C 20 °C 48,351 °C

25 25 Fuerzas dentro del sistema contrarrestan a fuerzas de los alrededores EQUILIBRIO MECANICO 400 kP 100 kP 160 kP

26 26 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

27 27 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.

28 28 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 1 A y B en estado 2

29 29 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS Reversible Se realiza mediante una sucesión de estados de equilibrio del sistema Reversibilid ad = equilibrio

30 30 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS Irreversible Trayectoria

31 31 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS Isotérmico Calor controlado

32 32 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS Isobárico

33 33 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS Isocórico

34 34 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS Adiabático Aislante

35 35 DIAGRAMAS TERMODINAMICOS

36 36 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

37 37 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 38 CONSULTAR EL CUSTIONARIO DE CONCEPTUALIZACION Y ANALISIS EN AULA VIRTUAL. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Solución de Ejercicios en clase

39 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