UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO TRANSFERENCIA DE CALOR CARLOS GERMAN PASTRANA BONILLA (Director Nacional) VICTOR JAIRO FONSECA VIGOYA Acreditador BOGOTA Septiembre 2010

2 2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO La presente guía de laboratorio de Transferencia de Calor fue diseñada por el Ing. Carlos Germán Pastrana Bonilla, tutor de la UNAD, Ingeniero Químico (Universidad Nacional de Colombia, 1967), Especialización en Procesos en alimentos y Biomateriales (UNAD 2008), basado en el software Virtual Plant V 2.0, diseñado para la UNAD por IngCo LTDA Ingenio Colombiano (Calle 64 No. 9A - 14 Of Bogotá Colombia

3 3. INDICE DE CONTENIDO Características generales 4 Descripción de Prácticas 7 Pág. Práctica 1: Determinación de la conductividad térmica Práctica 2: Transferencia de calor por convección Práctica 3: Transferencia de calor por radiación Práctica 4: Congelación Práctica 5: Esterilización Práctica 6: Evaporación continua Práctica 7: Evaporación por lotes Práctica 8: Intercambiador de calor de doble tubo Práctica 9: Intercambiador de calor de placas Práctica 10: Intercambiador de calor de tubos y coraza Práctica 11: Pasteurización Práctica 12: Refrigeración Fuentes Documentales 60

4 4. CARACTERÍSTICAS GENERALES Introducción Justificación Intencionalidades formativas La automatización de los procesos industriales ha permitido la interacción del operador con los equipos que conforman los procesos en un entorno virtual donde por medio de una sala se control se accede a la información de todo cuanto sucede en la planta de proceso y es posible realizar desde allí modificaciones y cambios a las condiciones de operación, manual o automáticamente. De este modo hoy la operación de las plantas de proceso, la manipulación de las válvulas y las lecturas de los instrumentos, se ejerce hoy con mayor frecuencia en un escenario remoto. La simulación de operaciones unitarias en una planta piloto virtual para el desarrollo dentro del ámbito académico acerca al educando a la nueva realidad de los procesos automatizados con donde el computador es la interfaz entre el operador de la planta y sus equipos. Dado que al ingeniero de alimentos le corresponde analizar, seleccionar y manejar equipos y maquinas térmicas en los cuales se transfiere calor, es necesario que conozcan los principios para cuantificar los recursos energéticos y la forma de aprovecharlos lo mejor posible, optimizándolo en los diferentes usos y aplicaciones, por lo que debe adquirir conocimientos y herramientas básicas que le permitan tomar decisiones. Ello obliga a que el profesional analice, conozca, y aplique apropiadamente los principios y leyes físicas que rigen la transferencia de calor, el manejo industrial de maquinaria y equipos, construidos de acuerdo a los principios de transferencia de calor Propósitos: Brindar herramientas a los estudiantes de aprender y reforzar más sobre procesos que se realizan en el sector de alimentos y que pueda realizar diferentes prácticas en diferentes áreas de la química y la ingeniería de alimentos. Objetivos: Incentivar al estudiante a concretar decididamente su propio proceso de aprendizaje y afianzar el aprendizaje con otros. Que el estudiante tenga una fundamentación conceptual y

5 Denominación de practicas Número de horas 44 Porcentaje 30% matemática y práctica sobre del curso de Transferencia de calor dentro del programa de Ingeniería de Alimentos para que pueda organizar su autoaprendizaje consciente del futuro profesional que quiere labrar Aportar al estudiante información básica sobre los fundamentos teóricos y prácticos la TRANSFERENCIA DE CALOR para aplicar en las diferentes operaciones de procesamiento de alimentos y con ello lograr un buen desempeño profesional acorde a las competencias que se pretenden desarrollar. Reconocer operaciones y procesos desarrollados en la obtención de productos Metas: Presentará y sustentará trabajo como resultado de una búsqueda sistemática de información, en donde transfiera la utilización de nociones, conceptos, modelos matemáticos y categorías en el análisis de ejercicios propuestos en el software de aplicación diseñado para el curso. Competencias: entiende las generalidades y fundamentos de la transferencia de calor y sus alcances para el manejo controlado de los procesos de producción y conservación de alimentos. Práctica 1: Determinación de la conductividad térmica Práctica 2: Transferencia de calor por convección Práctica 3: Transferencia de calor por radiación Práctica 4: Congelación Práctica 5: Esterilización Práctica 6: Evaporación continua Práctica 7: Evaporación por lotes Práctica 8: Intercambiador de calor de doble tubo Práctica 9: Intercambiador de calor de placas Práctica 10: Intercambiador de calor de tubos y coraza Práctica 11: Pasteurización Práctica 12: Refrigeración Curso Evaluado por proyecto Seguridad industrial SI No aplica NO_X_

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7 5. DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS PRACTICA No. 1 CONDUCTIVIDAD TERMICA Tipo de practica Presencial Autodirigida x Remota Otra Cuál Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica La práctica se desarrolla para determinar la conductividad térmica de Jugo de Guayaba aplicando sobre él una corriente eléctrica a un determinado voltaje y midiendo la diferencia de temperatura que se establece entre la probeta interior del equipo. Intencionalidades formativas Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivo(s): Estudiar el fenómeno de transferencia de calor por conducción. Meta(s): Obtener el valor de calor por conducción transferido en un equipo especializado. - Estimar el valor de la conductividad del Jugo de Guayaba, para diferentes porcentajes de agua contenida en el jugo. - Competencia(s): entiende las generalidades y fundamentos del fenómeno de Transferencia de calor por conducción.. Fundamentación Teórica

8 Descripción de la práctica: El usuario seleccionará el contenido de agua en el Jugo de guayaba, y sobre él aplicará una corriente a un voltaje determinado para tomar medida de la diferencia de temperaturas que se establece entre el inicio y el final de la prueba. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la práctica plantasvirtuales.unad.edu.co Seguridad Industrial No aplica Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver. a. Se calcula el calor transmitido por conducción con la ecuación 1. b. Se calcula la temperatura del fluido de prueba (Jugo de guayaba) a la salida del interior del equipo de prueba. Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y

9 conclusiones Informe o productos a entregar Como resultado de la práctica se debe generar una tabla donde estén consignados los valores de las temperaturas del material de prueba a la salida del equipo, en función del voltaje aplicado a cada material. Rúbrica de evaluación Item Evaluado Participación individual del estudiante en el grupo RUBRICA DE EVALUACION Valoración Valoración Valoración Baja Media Alta nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos Máximo Puntaje 2 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8 Retroalimentación

10 Tipo de practica PRACTICA No. 2 Transferencia de calor por convección Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica El equipo para el estudio de transferencia de calor por convección consiste en un segmento de tubería provisto de una chaqueta por donde fluye vapor. Al interior del tubo fluye aire que recibe el calor que cede el vapor al condensarse. Se ubican dos manómetros al inicio y al final del segmento para evaluar la temperatura del aire en estos puntos. Intencionalidades formativas Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos Estudiar el fenómeno de transferencia de calor por convección en un fluido calentado con vapor.. Metas Determinar el coeficiente convectivo de transferencia de calor de un fluido calentado con vapor Evaluar la longitud de tubería enchaquetada requerida para calentar el aire hasta una temperatura dada. Competencias entiende las generalidades y fundamentos del fenómeno de transferencia de calor por convección en un fluido calentado con vapor. Fundamentación Teórica

11 Descripción de la practica El usuario debe variar el diámetro nominal de temperatura y la temperatura de salida del aire para encontrar la longitud de tubería necesaria para calentar el aire desde su condición inicial hasta su condición final. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la practica Plantasvirtuales.unad.edu.co Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver.

12 Procedimiento a. Habiendo ingresado la temperatura de salida del aire se calcula la temperatura promedio. b. Se evalúa la viscosidad y densidad del gas a la temperatura promedio aplicando las Ecuaciones 1 y 2, correspondientes a las correlaciones de datos para las propiedades del aire. La viscosidad se calcula con datos encontrados en el Apéndice 9 de McCabe (Ver referencia 12); los datos para densidad se reportan en la referencia 3. c. Con base en la velocidad y densidad del aire se calcula el flujo másico con la Ecuación3. d. Teniendo en cuenta el diámetro de tubería seleccionado se calcula el número de Reynolds para el aire con la Ecuación 4. e. Se calculan el calor específico y la conductividad térmica a temperatura promedio del aire aplicando las Ecuaciones 5 y 6. Las correlaciones para estas propiedades están basadas en datos encontrados en los Apéndices 12 y 15 de McCabe ( Ver referencia 1) f. Con base en el área de la sección transversal interna de la tubería se calcula la velocidad másica de aire con la Ecuación 7. g. Se calcula la diferencia media logarítmica de temperatura con la Ecuación 8. h. Se calcula la carga de calor con la Ecuación 9. i. Se calcula el coeficiente de transferencia de calor con la Ecuación 10, y debido a que se desconoce la longitud de la tubería se deja en términos de L. j. Se calcula el coeficiente de transferencia de calor con la Ecuación 11 y se deja en términos de L (longitud de tubería). k. Se igualan las ecuaciones obtenidas en los dos pasos anteriores y se halla el valor de la longitud de tubería requerida para calentar el aire desde la temperatura inicial hasta la final. Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y conclusiones Informe o productos a entregar Como producto del desarrollo de la práctica de debe generar una tabla que contenga la longitud requerida de tubería en función de la temperatura de salida del aire y el diámetro de tubería utilizado. Rúbrica de evaluación Item Evaluado Valoración Baja RUBRICA DE EVALUACION Valoración Media Valoración Alta Máximo Puntaje

13 Participación individual del estudiante en el grupo nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos 2 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8 Retroalimentación

14 Tipo de practica PRACTICA No. 3 Transferencia de calor por radiación Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica La práctica de radiación se desarrolla en un horno eléctrico de pastelería donde se calienta un ponqué. La superficie radiante se ubica en el techo al interior, en tanto el ponqué se coloca en la parte inferior; las paredes laterales, incluyendo la de la puerta, están cubiertas con un material refractario. El horno mantiene constante la temperatura de la superficie de calentamiento variando su demanda de energía mientras se calienta el ponqué. Intencionalidades formativas Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos Estudiar la transferencia de calor por radiación desde una superficie caliente. Metas Determinar la carga energética ligada a la temperatura de la superficie radiante y su variación durante el calentamiento del ponqué. Competencias entiende las generalidades y fundamentos de la transferencia de calor por radiación desde una superficie caliente. Fundamentación Teórica

15 Descripción de la practica El usuario seleccionará la temperatura de la superficie de calentamiento del horno y registrará los valores de la temperatura de la superficie del ponqué y la corriente eléctrica del horno en función del tiempo de horneado (90 minutos). Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la practica Plantasvirtuales.unad.edu.co Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver. Procedimiento: Se determina la temperatura de la superficie de la ponqué con la Ecuación 1 ó 2, según sea el tiempo. b. Se calcula el flujo de calor en superficie de la ponqué usando la Ecuación 3.

16 c. Se halla la corriente eléctrica demandada por el horno para mantener la temperatura de la superficie de transferencia de calor, aplicando la Ecuación 3. Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y conclusiones Informe o productos a entregar práctica debe generar una tabla que contenga la temperatura de la superficie del ponqué y la corriente eléctrica demandada por el horno, en función del tiempo de calentamiento para una determinada temperatura en la superficie de calentamiento. Rúbrica de evaluación Item Evaluado Participación individual del estudiante en el grupo RUBRICA DE EVALUACION Valoración Valoración Valoración Baja Media Alta nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos Máximo Puntaje 2 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8 Retroalimentación

17 Tipo de practica PRACTICA No. 4 Congelación Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica Luego de que los filetes de pescado son empacados al vacío en bolsas de polietileno, se transportan al túnel de congelación donde luego de ser inspeccionados se someten a un descenso critico de temperatura con el fin de inhibir el crecimiento de microorganismos que perjudiquen su calidad durante el almacenamiento y distribución. En la presente práctica se realizara el estudio de un cuarto de congelamiento con aire enfriado. Intencionalidades formativas Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos Estudiar el comportamiento de un cuarto de congelación de pescado. Metas Determinar el efecto de la temperatura final de congelación en el tiempo de congelación de una fruta fresca en un cuarto de congelación enfriado con aire, aplicando la ecuación de Pham. Competencias entiende las generalidades y fundamentos del comportamiento de un cuarto de congelación de pescado. Fundamentación Teórica

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19 Descripción de la practica El usuario debe ingresar la temperatura de congelación de las guayabas en el campo del termómetro T1 y el diámetro de la rodaja de pescado asociada a un cilindro finito, como salida obtendrá el tiempo requerido de congelación que aparecerá en el cuadro de texto respectivo Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la practica Plantasvirtuales.unad.edu.co Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un

20 menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver. Procedimiento a. Se calcula la temperatura media de congelación aplicando la Ecuacion 1 b. Se calculan los cambios en entalpía volumétrica para cada periodo aplicando las Ecuaciones 2 y 3. c. Se calculan los gradientes de temperatura con las Ecuaciones 4 y 5. d. Se calcula el numero de Biot usando la Ecuación 6 Calculo del factor de forma Al utilizar el modelo de Pham`s para calcular el tiempo de congelación es posible estimar el factor de forma de mas precisa para la geometría del producto, como se muestra a continuación. e. Se determinan los factores b1 y b2 aplicando las Ecuaciones 7 y 8. f. Se calculan los factores X1, X2, E1 y E2 con las Ecuaciones 9,10,11 y12 respectivamente. g. Se calcula el factor de forma con la Ecuación 13 Calculo del tiempo de congelación h. Finalmente se calcula el tiempo de congelación con la Ecuación 14. El resultado obtenido se encuentra en segundos, pero debe expresarse en horas. Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y conclusiones Informe o productos a entregar El desarrollo de esta práctica debe generar una tabla que contenga los valores del tiempo de congelación en función de la temperatura del aire y el diámetro del filete de pescado. Rúbrica de evaluación Item Evaluado Participación individual del estudiante en el grupo RUBRICA DE EVALUACION Valoración Valoración Valoración Baja Media Alta nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos Máximo Puntaje 2

21 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8 Retroalimentación

22 Tipo de practica PRACTICA No. 5 Esterilización Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica El proceso de esterilización comercial continua a temperatura "ultra-alta", conocido también con el nombre de ultrapasterización, UHT; implica un tratamiento térmico de la leche a 138ºC durante 4 segundos que garantiza la obtención de un producto de larga vida, eliminando prácticamente la totalidad de los microorganismos y esporas. El modelo de la práctica de esterilización permite establecer la temperatura requerida para lograr un tratamiento térmico equivalente de esterilización UHT para distintos caudales de leche, correspondientes a distintos tiempos de tratamiento. Intencionalidades formativas Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos Estudiar el funcionamiento de un sistema de esterilización comercial de ultra-alta temperatura, UHT. Metas Determinar la temperatura requerida para ofrecer la letalidad estándar en la esterilización comercial de leche ante diferentes caudales de alimentación, correspondientes a diferentes tiempos de tratamiento. Competencias entiende las generalidades y fundamentos de un sistema de esterilización comercial de ultra-alta temperatura, UHT. Fundamentación Teórica

23 Descripción de la practica El usuario variará el caudal de leche alimentada al sistema de esterilización. El simulador ofrecerá como salida la temperatura requerida para obtener un tratamiento estándar de esterilización UHT de acuerdo con el tiempo de residencia de la leche dentro del tubo de retención. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la practica Plantasvirtuales.unad.edu.co Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver. Procedimiento. Se ingresa un caudal como de leche y se determina el tiempo de residencia de la leche dentro del tubo de retención aplicando la Ecuación 1. Con base en el tiempo de retención se calcula la temperatura de esterilización usando la Ecuación 2. Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y conclusiones

24 Informe o productos a entregar El desarrollo de esta práctica debe generar una tabla que contenga los valores las temperaturas de esterilización en función del caudal de leche. Rúbrica de evaluación Item Evaluado Participación individual del estudiante en el grupo RUBRICA DE EVALUACION Valoración Valoración Valoración Baja Media Alta nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos Máximo Puntaje 2 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8 Retroalimentación

25 PRACTICA No. 6 Evaporación continua Tipo de practica Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica Intencionalidades formativas A partir de la guayaba es posible producir concentrado de pulpa realizando una evaporación al producto que se obtiene a la salida de la despulpadora. En este proceso se requiere un sistema de evaporación continua de doble efecto en el que se retira la cantidad de agua suficiente para que la pulpa alcance una concentración de sólidos de 62º Brix, aproximadamente Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos continuo. Estudiar el comportamiento de un evaporador Metas Estudiar el efecto que tiene el caudal de alimento, sobre la cantidad de vapor vivo requerido, y la cantidad de fluido evaporado en el primer y segundo efecto. Competencias entiende las generalidades y fundamentos del comportamiento de un evaporador continuo. Fundamentación Teórica

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27 Descripción de la practica El usuario variará el caudal el de alimentación de pulpa al evaporador y tomará los valores operación correspondientes a los pesos del condensado de vapor vivo y vapor proveniente del primer efecto, así como la altura de los tanques de almacenamiento del condensado del vapor generado en el segundo efecto y el licor concentrado.. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la practica Plantasvirtuales.unad.edu.co Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos de

28 específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver. Procedimiento. Se ingresa el caudal de alimentación de solución a concentrar. i. Conociendo la concentración de la pulpa al ingreso y a la salida del evaporador, se calcula el flujo de producto con la Ecuación 1. b. Se halla el flujo total de agua evaporada, definido como la diferencia entre el flujo de alimentación y el de producto concentrado. Ecuación 3. d. Se define el gradiente total de temperatura como la diferencia entre la temperatura de saturación del vapor de calentamiento y la temperatura de ebullición en el segundo efecto. Se asume que el gradiente de temperatura en el primer efecto es igual al del segundo efecto. e. Se calculan las entalpías del alimento al primer efecto, alimento al segundo efecto y producto aplicando las Ecuaciones 4, 5 y 6. f. Se calculan las entalpías del agua como vapor y líquido a las siguientes temperaturas: temperatura de entrada de vapor vivo, temperatura de primer efecto, temperatura de producto. Ecuaciones 7 y 8.Estas ecuaciones corresponden a las correlaciones de las tablas encontradas en la Tabla A.4.2 de libro Introduction to Food Engineering referenciado en la bibliografía. g. Para calcular los flujos requeridos es necesario definir un sistema de cinco Ecuaciones con cinco incógnitas halladas a partir del balance de masa y energía alrededor del evaporador. Las Ecuaciones se muestran en la página anterior y se definen las siguientes incógnitas: mp, mv1, mv2, mf1, ms. Para resolver el sistema se utiliza el método de sustitución llegando a resultados positivos validos. h. A partir de la solución del sistema de ecuaciones y tomando un tiempo de estabilización de 1 hora se encuentran directamente los valores del peso de condensado de vapor de calentamiento y vapor generado en el primer efecto. i. Se calcula la altura de liquido en el tanque de almacenamiento de condensado de vapor proveniente del segundo efecto con la Ecuación 9. j. Se calcula la altura de líquido en el tanque de almacenamiento de licor concentrado con la Ecuación 10. Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y conclusiones Informe o productos a entregar El desarrollo debe generar una tabla que contenga los valores del caudal de alimentación en función de los flujos principales de vapor que se condensa, producto y licor concentrado. Los caudales de los condensados de proceso y servicio correspondientes a un determinado caudal de alimentación.

29 Rúbrica de evaluación Item Evaluado Participación individual del estudiante en el grupo RUBRICA DE EVALUACION Valoración Valoración Valoración Baja Media Alta nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos Máximo Puntaje 2 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8 Retroalimentación

30 PRACTICA No. 7 Evaporación por lotes Tipo de practica Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica En el proceso de elaboración de concentrados de fruta - Bocadillo, se desea elevar la concentración de sólidos solubles Intencionalidades formativas (de X carga ºBrix, seleccionada) de la mezcla de pulpa de guayaba para la elaboración de zumo por lotes, ésta operación tiene lugar en un evaporador de tubos horizontales, con el cual, se retira la cantidad de agua necesaria para obtener un producto con un contenido de sólidos solubles de y 66ºBrix. Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos Estudiar la operación de concentración de soluciones por evaporación simple. Metas Evaluar el desempeño de un evaporador por lotes en la concentración de pulpa de guayaba para la elaboración de zumo. Determinar la variación del volumen en el tanque de condensado, en función del tiempo de operación y de la concentración de la solución inicial. Observar la tendencia de la solución a elevar su temperatura de ebullición Competencias entiende las generalidades y fundamentos del funcionamiento de un evaporador por lotes en la concentración de pulpa de guayaba para la elaboración de zumo. Fundamentación Teórica

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33 Descripción de la practica En esta práctica, el estudiante deberá asignar una carga de alimentación al evaporador, esto es, un caudal en la carga para un tiempo de carga calculado (como dato de salida), requiriendo que terminado este tiempo se suspenda la alimentación de la solución insaturada. Luego elegirá la concentración de la solución de alimentación, la presión manométrica del vapor de calentamiento y la presión manométrica del vapor de vacío. Por último tomará luego los datos de temperaturas en el evaporador, nivel de vapor de proceso condensado en el tanque recolector al transcurso del tiempo de operación, y el flujo de vapor de servicio condensado, correspondientes a cada intervalo de tiempo, para poder realizar análisis de variables. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la practica Plantasvirtuales.unad.edu.co Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver. Procedimiento: a. Se define los parámetros de dimensión de los tubos de la calándria y del espacio de llenado de solución en el evaporador, y al tener seleccionados los valores de las variables de entrada tenemos las presiones y temperaturas de operación. b. Ahora se determina la elevación del punto de ebullición para la concentración inicial y final, al hacer regresión polinomial sobre la gráfica que nos da el libro de Kern en su gráfica 14.34ª. Y se la sumamos a la temperatura de saturación antes calculada, para tener una aproximación más real de la temperatura de ebullición. c. Ahora tomamos el valor de coeficiente de transferencia de calor de diseño, que nos sugiere el libro de Kern en su apéndice A, en la tabla 8. Y con este valor y las temperaturas definidas anteriormente calculamos el calor al iniciar la evaporación del agua de la solución y al terminar ésta evaporación, con la ecuación (5 y 6) d. Calculamos el calor latente de evaporización con la ecuación obtenida de la

34 regresión de los datos de las tablas de vapor. e. Con el cociente entre el calor sensible y el calor latente de vaporización, obtenemos el flujo de vapor proveniente de la evaporación. f. Haciendo un balance de agua sobre el evaporador, obtenemos la cantidad de agua evaporada. g. Por último, con el cociente entre el flujo y la cantidad de vapor evaporada tenemos, de la ecuación 10, el tiempo de evaporación Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y conclusiones Informe o productos a entregar desarrollo de esta práctica se debe generar una tabla que contenga los valores del flujo de condensado de servicio, temperatura en el evaporador y nivel de agua en el tanque V- 101, correspondientes a un intervalo de tiempo, para cada valor de carga de alimento. Rúbrica de evaluación Item Evaluado Participación individual del estudiante en el grupo RUBRICA DE EVALUACION Valoración Valoración Valoración Baja Media Alta nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos Máximo Puntaje 2 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8 Retroalimentación

35 PRACTICA No. 8 Intercambiador de calor de doble tubo Tipo de practica Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica En el proceso de producción de yogurt, en la etapa de pasterización; el fluido es bombeado hacia un intercambiador de doble tubo para disminuir su temperatura hasta los 4ºC.Para el fenómeno de transferencia de calor asociado con el yogurt generalmente se utiliza un intercambiador de placas; sin embargo el intercambiador de doble tubo también puede cumplir con esta función. En la presente práctica se analizara el funcionamiento de este tipo de intercambiador en la etapa mencionada dentro de la producción de yogurt. Intencionalidades formativas Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos Estudiar el funcionamiento de un intercambiador de calor de doble tubo. Metas Determinar el efecto que tiene sobre el desempeño de un intercambiador de calor el caudal de fluido de proceso. Determinar el coeficiente global de transferencia de calor para el intercambiador de calor. Estimar el coeficiente de transferencia de calor para el agua yogurt. Competencias entiende las generalidades y fundamentos del funcionamiento de un intercambiador de calor de doble tubo.

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38 Descripción de la practica El usuario debe variar el caudal de yogurt y hacer lectura del flujo de agua requerido y su temperatura de salida para generar la información necesaria para estimar el coeficiente convectivo de transferencia de calor del yogurt y el efecto que el caudal tiene sobre él. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la practica Plantasvirtuales.unad.edu.co Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver. Procedimiento Diseño

39 a. Con base en el caudal de yogurt a enfriar, y las temperaturas de entrada y de salida definidas previamente, se calcula la carga de calor a retirar con la Ecuación 1. b. Definiendo las temperaturas de entrada y de salida del fluido de servicio, se calcula la Media Logarítmica de Temperatura utilizando la ecuación 2. c. Habiendo seleccionado el diámetro nominal de los tubos interno y externo, se calcula el área de flujo correspondiente al anulo, a partir de la Ecuación 3. d. En el caso del anulo el diámetro equivalente se define con la Ecuación 4. e. Se calcula la velocidad másica del fluido de servicio que circula por el anulo, con la Ecuación 5. f. Se calcula el Número de Reynolds con la Ecuación 6. g. Con la Ecuación 7 se halla el coeficiente de película para los fluidos de proceso y de servicio. h. Se corrige el coeficiente de película del fluido que circula por el tubo interior utilizando la Ecuación 8.. Con los coeficientes hallados previamente se calcula el coeficiente total limpio de transferencia de calor. Se usa la Ecuación 9. j. Teniendo en cuenta el factor de ensuciamiento se calcula el coeficiente total de transferencia de calor para el diseño, utilizando la Ecuación 10. k. A partir de la media logarítmica de temperatura, la carga de calor y el coeficiente total de diseño, se usa la Ecuación 11 para encontrar el área requerida para la transferencia de calor. Cálculo de la caída de presión en el intercambiador. Para calcular el coeficiente de fricción de ambos luidos se utiliza la Ecuación 12, la cual se aplica para régimen turbulento. El cálculo de pérdida de presión por fricción se realiza utilizando la Ecuación 13. Cuando se aplica esta ecuación al fluido que circula por el anulo, el diámetro equivalente se calcula con la Ecuación 14. El fluido que viaja por el anulo, en este caso el yogurt presenta perdidas de presión a la entrada y salida del conducto, estas pérdidas se calculan con la Ecuación 15.La caída de presión total en el anulo se calcula sumando las pérdidas de presión por fricción y por entrada y salida del conducto, usando la Ecuación 15. Operación a. Se calcula la cantidad de calor entregado por el yogurt con la Ecuación 1. b. Se supone una temperatura de salida de agua. c. Se calcula la diferencia media de temperatura con la Ecuación 2. d. Se calcula el coeficiente total de diseño con la Ecuación de Fourier.

40 e. Teniendo en cuenta los factores de obstrucción se calcula el coeficiente total limpio. f. Se calcula el coeficiente de transferencia de calor corregido con la Ecuación 9. g. Se encuentra el coeficiente de calor aplicando la Ecuación 8. h. Se halla el Número de Reynolds para la corriente caliente con la Ecuación 7. i. Se calcula la velocidad masica de agua d enfriamiento con la Ecuación 6 y se convierte en caudal. j. Se calcula la temperatura de salida de agua con la Ecuación 1. Se desarrolla un procedimiento iterativo hasta que la temperatura de salida del agua supuesta sea igual a la calculada. Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y conclusiones Informe o productos a entregar El desarrollo de esta práctica debe generar una tabla que contenga los valores del flujo de agua de enfriamiento requerida y su temperatura de salida en función del caudal de yogurt que ingresa al intercambiador Rúbrica de evaluación Item Evaluado Participación individual del estudiante en el grupo RUBRICA DE EVALUACION Valoración Valoración Valoración Baja Media Alta nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos Máximo Puntaje 2 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8

41 Retroalimentación

42 PRACTICA No. 9 Intercambiador de calor de placas Tipo de practica Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica En la etapa de enfriamiento, el yogurt se somete a un tratamiento térmico continuo que busca detener la actividad biológica y por ende el proceso de acidificación. Este procedimiento consiste en enfriar el yogurt hasta una temperatura de 4ºC, para esto se hace uso de un intercambiador de placas que utiliza agua fría glicolada como fluido de servicio. En esta práctica se analizar el funcionamiento del intercambiador de placas y el efecto que tiene en este la variación del caudal de leche. Intencionalidades formativas Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos calor de placas. Metas Estudiar comportamiento de un intercambiador de Evaluar el desempeño de un intercambiador de placas ante cambios en el caudal de alimentación del fluido de proceso Determinar el efecto del caudal del fluido de proceso sobre el caudal y la temperatura de salida del fluido de servicio. Competencias entiende las generalidades y fundamentos del comportamiento de un intercambiador de calor de placas. Fundamentación Teórica

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44 Descripción de la practica El usuario variará el caudal del fluido de proceso a través de la válvula de diafragma y el número de placas térmicas que utilizara y hará un registro de los datos generados para el caudal de fluido de servicio (agua) requerido. Esta información será útil para estimar los coeficientes de transferencia de calor y determinar el efecto que el caudal tiene el desempeño del equipo. Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos) No aplica Software a utilizar en la practica Plantasvirtuales.unad.edu.co Metodología La práctica seleccionada, tendrá acceso a cuatro hojas diferentes de información relacionadas con la práctica y cuyo objetivo es presentar toda la información referente al proceso actual que le pueda ser de utilidad para el desarrollo del laboratorio. Existen cuatro tipos diferentes de páginas que han sido orientados a aspectos específicos de información. Lo primero que se puede observar es la imagen de la animación, ahí se encuentra un menú desplegable en el cual se observan los siguientes botones: Presentación, Variables, Procedimiento, Simulación, Volver. Procedimiento: a. Se calcula la carga de calor necesaria con la Ecuación 1. b. Se calcula la temperatura de salida del fluido frió utilizando la Ecuación 2. c. Se halla la media logarítmica de diferencia de temperaturas con la Ecuación 3. d. El diámetro equivalente se calcula como dos veces la distancia entre placas. e. El área de sección transversal de un canal se calcula como el producto entre el ancho de placa y la distancia entre dos placas.

45 f. Se calcula el número de Prandalt para las corrientes caliente y fría aplicando la Ecuación 4. g. Para la disposición en flujo paralelo se supone un número de placas, N; con base en este valor se calcula el número de canales dispuestos para las corrientes frías y calientes. h. Se calcula el flujo masico de cada corriente usando la Ecuación general 5. i. Con los valores obtenidos anteriormente para las velocidades màsicas se calcula el número de Reynolds para cada corriente. Ecuación 6. j. Utilizando la Ecuación 7 se calcula el coeficiente de película para ambas corrientes. k. Se calcula el coeficiente promedio global para el intercambiador de calor usando la Ecuación 8. l. Suponiendo un factor de corrección se halla el área requerida para la transferencia de calor usando la Ecuación 9. m. Se recalcula el numero de placas térmicas utilizando la ecuación 10. Se realiza un procedimiento de iteración hasta que el número de placas supuesto coincida con el número de placas calculado. Operación a. Se calcula el área disponible para la transferencia de calor teniendo en cuenta el número de placas que ingresa el usuario. b. Se calcula la carga de calor requerida con la Ecuación 1. c. Se halla la media logarítmica de diferencia de temperaturas con la Ecuación 3. d. Se calcula la velocidad masica del fluido caliente aplicando la Ecuación 5. e. Se calculan los números de Prandalt y Reynolds para la corriente caliente con las Ecuaciones 4 y 6. f. Se calcula el coeficiente de película para la corriente caliente usando la Ecuación 7. g. Se calcula el coeficiente promedio global con la Ecuación de Fourier y se supone un factor de corrección. h. Se calcula el coeficiente de película para la corriente fría con la Ecuación 8. i. Con el número de Prandalt se calcula el número de Reynolds para la corriente fría, usando la Ecuación 7. j. Con el numero de Reynolds se calcula la velocidad masica del agua glicolada. k. La velocidad masica se convierte en caudal requerido de agua glicolada. Sistema de Evaluación Se debe entregar un informe conteniendo, datos, gráficas, resultados, análisis y conclusiones Informe o productos a entregar Al desarrollarse esta práctica se debe mostrar al usuario una tabla donde se presenten los valores del caudal de entrada de yogurt caliente, el número de placas y el caudal requerido de agua de enfriamiento. Rúbrica de evaluación

46 Item Evaluado Participación individual del estudiante en el grupo RUBRICA DE EVALUACION Valoración Valoración Valoración Baja Media Alta nunca participó del trabajo participó en el trabajo, pero sus aportaciones no son pertinentes 1 punto participó de pertinente 2 puntos Máximo Puntaje 2 Fines del Trabajo El documento no da respuesta a los lineamientos de la actividad propuesta No soluciona de adecuada la situación planteada, las conclusiones no son las adecuadas 2 puntos Se cumplió con los objetivos del trabajo de satisfactoria 5 puntos 5 Referencias Se maneja de inadecuada el uso de citas y referencias El manejo de citas y referencias es satisfactorio 1 punto 1 Total de puntos posibles 8 Retroalimentación

47 PRACTICA No. 10 Intercambiador de calor de tubos y coraza Tipo de practica Presencial Autodirigida x Remota Porcentaje de evaluación 8% Horas de la practica 4 Temáticas de la práctica En el proceso de elaboración de jugos, se requiere el uso de un conjunto de equipos, donde se pueda realizar la pasteurización del jugo, equipos donde inicialmente se realiza el acondicionamiento del fluido de calentamiento que va entrar al pasteurizador. Para tal propósito se emplea un intercambiador de calor de tubos y coraza, con el cual se busca elevar la temperatura del agua de servicio a unos ºC a la salida del equipo intercambio de calor. Dicha salida alimenta luego a un intercambiador de calor de placas, donde se realiza el calentamiento del jugo. En la práctica se podrá analizar el funcionamiento del intercambiador de calor de tubos y coraza; con lo cual se busca determinar el comportamiento del fenómeno de transferencia de calor en este equipo y la influencia de parámetros de diseño y operación como el flujo de agua de servicio W, la MLDT y el coeficiente de película. Intencionalidades formativas Propósito(s) Afianzar información de procesos en el área de alimentos con información precisa de las etapas que conlleva cada proceso, diagramas de bloque, de flujo y animaciones. Objetivos calor de tubos y coraza. Metas Estudiar el funcionamiento de un intercambiador de Evaluar el desempeño de un intercambiador de calor de tubos y coraza ante cambios en el caudal de alimentación del fluido de servicio. Determinar la cantidad de tubos necesarios para satisfacer la demande de calor que se requiere para el calentamiento del fluido de servicio. Determinar la temperatura de salida del vapor.. Competencias entiende las generalidades y fundamentos del funcionamiento de un intercambiador de calor de tubos y coraza.