UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería
Curso de Procesos Térmicos
Actividad 8: Trabajo Colaborativo Unidad Dos
Nombre de curso: 201007
– Procesos Térmicos.
Unidad 2 Propiedades Térmicas y Aplicaciones.
La actividad a desarrollar es la siguiente:
Unidad II Propiedades Térmicas y Aplicaciones
Trabajo Colaborativo Unidad Dos
Temáticas revisadas:
Unidad 2 – Propiedades Térmicas y Aplicaciones
1. Convección natural, forzada y radiación
2. Propiedades térmicas de los alimentos
3. Procesos térmicos aplicados a los alimentos
Estrategia de aprendizaje: trabajo de grupo colaborativo
Descripción resumida:
Fase 1:

Investigación: o Con base al tema específico seleccionado por su grupo de trabajo, se elabora un artículo en donde se evidencia su estado del arte. En el artículo se acostumbra a incluir al tutor como autor del mismo junto con los estudiantes que lo elaboran. o El número mínimo de referencias es 20. o El artículo cumple con los parámetros exigidos por una revista indexada de alimentos.

Cada estudiante debe resolver cada uno de los ejercicios aplicativos que se muestran al final de esta guía, paso por paso, utilizando para esto el editor de fórmulas que trae incorporado Word.

Cada estudiante debe revisar cada uno de los ejercicios resueltos por su compañero y seleccionar el mejor procedimiento de resolución para cada uno de ellos.
Fase 2: elaboración del informe final.
Objetivo

Elaborar un artículo sobre un tema específico seleccionado por el grupo de trabajo, que cumpla con los parámetros exigidos por una revista indexada de alimentos.

Resolver los ejercicios que se presentan en el foro del grupo.

Revisar los ejercicios resueltos por sus compañeros de grupo.
Tipo de actividad y evaluación

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
Grupal –Trabajo Colaborativo – 50 puntos.
Documentos de referencia

Modulo: Procesos Térmicos. UNAD 2009.

Aula virtual: 201007 Procesos Térmicos.

Protocolo de Procesos Térmicos.
Páginas web y motores de búsqueda en internet

Biblioteca de la UNAD ( para su ingreso haga clic aquí ).

Bases de datos que incluyen artículos gratis: o http://highwire.stanford.edu/ o http://www.plos.org/search.php
o http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed o http://www.scielo.org/php/index.php
o http://dialnet.unirioja.es/ o http://www.doaj.org/ o http://www.erevistas.csic.es/ o http://redalyc.uaemex.mx/ o http://oaister.worldcat.org/

Oficina de patentes de los Estados Unidos: http://www.uspto.gov/ .
Para visualizar las patentes: http://patft.uspto.gov/ . Para buscar patentes por palabra clave: http://patft.uspto.gov/netahtml/PTO/search-adv.htm
. Para visualizar las imágenes: http://www.alternatiff.com/ .

Buscadores en internet: o http://scholar.google.com.co/schhp?hl=es&tab=ss o http://books.google.com.co/bkshp?hl=es&tab=wp o http://www.google.com.co/ o http://www.altavista.com/ o http://es.altavista.com/
Indicaciones para la presentación
Documento 1: artículo

Documento en Word con el artículo elaborado. Debe tener como mínimo 20 referencias bibliográficas (recuerden que el tutor del curso debe aparecer como coautor del mismo) y cumplir con los parámetros exigidos por una revista de alimentos.
Documento 2: ejercicios resueltos:

Portada.

Introducción.

Objetivo general.

Objetivos específicos.

Los ejercicios resueltos paso a paso utilizando el editor de fórmulas que trae incorporado Word.

Conclusiones.

Características del documento: o Página tamaño carta

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Curso de Procesos Térmicos o Márgenes: superior 3 cm, inferior 3 cm, izquierdo 3 cm y derecho 3 cm o Interlineado: sencillo o Texto: Arial 12 puntos o Formato de entrega: Word.
El documento de los ejercicios, en su totalidad incluyendo la portada, no debe superar las 12 páginas . Si esto sucede, se calificará hasta la página 12. Tengan en cuenta la Rúbrica de Evaluación para asegurarse de cumplir con cada uno de los aspectos a evaluar.
El documento del artículo, depende en su elaboración de las especificaciones de la revista seleccionada y del grado de profundización de la revisión bibliográfica.
Nota: estudiante que no entregue el trabajo solicitado en la fase 1 dentro del plazo solicitado tendrá como nota para esta actividad cero puntos (0.0).
Fase 2: todos los estudiantes deben estar revisando los aportes de los compañeros y, después de la fecha límite para aportes individuales (fase 1), deben consolidar un trabajo final.
Nota: tengan en cuenta que el grupo que no consolide un informe final, tendrá como nota para la actividad cero puntos (0.0), para todos los integrantes del grupo. Por lo tanto, los aportes individuales no serán tenidos en cuenta para dar algún puntaje. Si después de la fecha límite para aportes individuales, solo se tienen aportes de un estudiante, entonces el trabajo colaborativo será presentado
únicamente por él.
Trabajos iguales tendrán nota de cero (0.0), para ambos estudiantes.
Se debe entregar un archivo comprimido en zip, con el documento de los ejercicios resueltos y el artículo elaborado. Este archivo debe entregarse con el tema “Producto Intelectual del Grupo” del foro del equipo. El nombre del archivo debe ser el siguiente: ACT8_Procesos_Termicos_Grupo#.zip, donde # es el nombre del grupo así: 01, 02, etc…
El formato de entrega de ambos documentos comprimidos en zip es Word. No se aceptará otro tipo de documento.
Envío de la actividad: al tutor a través de la plataforma de aprendizaje Moodle. El archivo enviado debe tener un tamaño máximo de 2 MB.
La actividad debe enviarse en la fecha establecida en la agenda del curso. Tengan en cuenta que la fecha límite de entrega de la Fase 1 es diferente de la Fase 2.

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Observaciones finales
Recuerde que las actividades que se desarrollan en los foros requieren de cada grupo una especial organización y colaboración. Es muy importante que los equipos conformados se mantengan unidos y solidarios desde el comienzo a fin.
Para el debate en el foro:

Cada estudiante debe participar de manera profunda en los debates.

Presentar observaciones que sea pertinentes con la temática en discusión, especialmente en la selección y articulación de las estrategias de aprendizaje con el diseño de la propuesta.

Intercambiar ideas en forma conveniente para lograr los objetivos de aprendizaje.

Estudiante que no muestre su desarrollo de la actividad dentro de foro, esto es, que no presente aportes en el foro del grupo de manera pertinente y articulada tendrá una nota total de CERO (0 ).

El grupo que incluya en el trabajo final compañeros que no realizaron ningún aporte significativo para la construcción de la tarea tendrán en la nota del trabajo colaborativo diez (10) puntos menos . Es decir que si algún participante es incluido por el hecho de saludar, dejar solamente sus datos, decir vamos a trabajar, incluir un aporte a última hora y sin relevancia alguna o consolidar el trabajo de otros, sin realmente aportar nada, se sancionará al grupo.
Elaboración de un documento en Word, utilizando para esto el editor de ecuaciones que tiene incorporado. Recuerden que todos los ejercicios deben estar en Word. No se aceptan escaneados ni en PDF.
Distribución en Grupos
FREDY ALEXANDER FORERO
I ANDRÉS JOSÉ MOSQUERA
AURA Y RODRÍGUEZ R
II
Myriam Ardila Peña
JUAN CARLOS SABOGAL
III
YULIANA CANO
MARTHA ISABEL ACERO
V
JIACOBONY VARELA
NANCY YAMILETH RUEDA
VI
TRINIDAD JACQUELINE APONTE
LUIS CARLOS HERNÁNDEZ
VII
LEYDI YAMILE ALMEIDA
HILDA LUCILA PALACIOS
IV
HARLEN FIGUEROA
PAULA ANDREA RODRÍGUEZ
VIII
Cristian Mauricio Barreto
LORENA CEPEDA PAMPLONA

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IX
ÁNGELA MARÍA TABARES
INGRID TATIANA BUENO
Ejercicios Propuestos
Grupo Resuelve los ejercicios
I 1 10 19 6
II
III
2
3
11
12
20
21
7
8
IV
V
4 13
5 14
22
1
9
10
Grupo Resuelve los ejercicios
VI
VII
VIII 8
IX
6
7
9
15
16
17
18
2
3
4
5
11
12
13
14
Ejercicios Unidad Dos
1. A stream of milk is being cooled by water in a counter flow heat exchanger. If the milk flowing at a rate of 2 kg s
-1
, is to be cooled from 50°C to 10°C, estimate the rate of flow of the water if it is found to rise 22°C in temperature. Calculate the log mean temperature difference across the heat exchanger, if the water enters the exchanger at 5 °C. [ 11.8 °C ]
2. A flow of 9.2 kg s
-1 s
-1
34 m
2
]
of milk is to be heated from 65°C to 150°C in a heat exchanger, using 16.7 kg
of water entering at 95°C. If the overall heat-transfer coefficient is 1300 J m
-2
s
-1
°C
-1
, calculate the area of heat exchanger required if the flows are (a) parallel and (b) counter flow. [(a) 53 m
2
;(b)
3. A counter flow regenerative heat exchanger is to be incorporated into a pasteurization plant for milk, with a heat-exchange area of 23 m
2
and an estimated overall heat-transfer coefficient of 950 J m
-2
s
-1
°C
-1
. Regenerative flow implies that the milk passes from the heat exchanger through further heating and processing and then proceeds back through the same heat exchanger so that the outgoing hot stream transfers heat to the incoming cold stream. Calculate the temperature at which the incoming colder milk leaves the exchanger if it enters at 10°C and if the hot milk enters the exchanger at 72°C. [ Milk, originally colder, leaves the exchanger at 55.7 °C ]
4. Olive oil is to be heated in a hemispherical steam-jacketed pan, which is 0.85 m in diameter. If the pan is filled with oil at room temperature (21°C), and steam at a pressure of 200 kPa above atmospheric is admitted to the jacket, which covers the whole of the surface of the hemisphere, estimate the time required for the oil to heat to 115°C. Assume an overall heat-transfer coefficient of
550 J m
-2
s
-1
°C
-1
and no heat losses to the surroundings. [ 14 min. ]
5. A cold store is to be erected to maintain an internal temperature of -18°C with a surrounding air temperature of 25°C. It is to be constructed of concrete blocks 20 cm thick and then 15 cm of polystyrene foam. The external surface coefficient of heat transfer is 10 J m
-2
s
-1
°C
-1
and the internal one is 6 J m
-2
s
-1
°C
-1
, and the store is 40 x 20 x 7 m high. Determine the refrigeration load due to building heat gains from its surrounding air. Assume that ceiling and floor loss rates per m
2 are one-half of those for the walls. Determine also the distance from the inside face of the walls of the 0°C plane, assuming that the concrete blocks are on the outside. [ Refrigeration load 14.82 kJ s
-
1
; distance 5.7 cm from inside face of wall ]

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6. For a refrigeration system with a coefficient of performance of 2.8, if you measure the power of the driving motor and find it to be producing 8.3 horsepower, estimate the refrigeration capacity available at the evaporator, the tons of refrigeration extracted per kW of electricity consumed, and the rate of heat extraction in the condenser. Assume the mechanical and electrical efficiency of the drive to be 74%. [ Refrigeration capacity 12.82 kW, tons refrigeration; 0.59 per kW; rate of heat extraction 17.4 kW
7. A refrigeration plant using ammonia as refrigerant is evaporating at -30°C and condensing at
38°C, and extracting 25 tons of refrigeration at the evaporator. For this plant, assuming a theoretical cycle, calculate the:
(a) rate of circulation of ammonia, kg s-1
(b) theoretical power required for compression, kW
(c) rate of heat rejection to the cooling water, kW
(d) COP,
(e) volume of ammonia entering the compressor per unit time, m
[(a) 0.0842
3
s kg s-1 ;(b) 31.6 kW ;(c) 0.12 MJ s-1 ;(d) 2.8 ;(e) 0.08 m
3
-1
s
-1
]
8. Estimate the time needed to freeze a meat sausage, initially at 15°C, in an air blast whose velocity across the sausage is 3 m s
-1
and temperature is -18°C. The sausage can be described as a finite cylinder 2 cm in diameter and 15 cm long. [ 37 min ]
9. If you found by measurements that a roughly spherical thin plastic bag, measuring 30 cm in diameter, full of wet fish fillets, froze in a -30°C air blast in 16 h, what would you estimate to be the surface heat-transfer coefficient from the air to the surface of the bag? [ 13.5 J m
-2
s
-1
°C
-1
]
10. Cabbage containing 89% of moisture is to be dried in air at 65°C down to a moisture content on a dry basis of 5%. Calculate the heat energy required per tonne of raw cabbage and per tonne of dried cabbage, for the drying. Ignore the sensible heat. [ 2x10
6
kJ ; 1.73x10
7 kJ ]
11. The efficiency of a spray dryer is given by the ratio of the heat energy in the hot air supplied to the dryer and actually used for drying, divided by the heat energy supplied to heat the air from its original ambient temperature. Calculate the efficiency of a spray dryer with an inlet air temperature of 150°C, an outlet temperature of 95°C, operating under an ambient air temperature of 15°C.
Suggest how the efficiency of this dryer might be raised. [ 41% ]
12. Calculate the humidity of air at a temperature of 65°C and in which the RH is 42% and check from a psychrometric chart. [ 0.075 kgkg
-1 ]
13. Water at 36°C is to be cooled in an evaporative cooler by air which is at a temperature of 18°C and in which the RH is measured to be 43%. Calculate the minimum temperature to which the air could be cooled, and if the air is cooled to 5°C above this temperature, what is the actual cooling effected. Check your results on a psychrometric chart. [ 11°C ; 36°C to 16°C ]
14. A steady stream of 1300 m
3
h
-1
of room air at 16°C and 65% RH is to be heated to 150°C to be used for drying. (a) Calculate the heat input required to accomplish this. If the air leaves the dryer at
92°C and at 98% RH (b) calculate the quantity of water removed per hour by the dryer, and (c) the quantity of water removed per hopur from the material being dried. [ (a) 58.8 kW ; (b) 37.6 kg h
-1 ;
(c)
27.6 kg h-1 ]
15. In a particular situation, the heat transfer coefficient from a food material to air has been measured and found to be 25 J m
-2
s
-1
°C
-1
. If this material is to be dried in air at 90°C and 15% RH, estimate the maximum rate of water removal. [1.35 kg m
-2 h-1
]

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16. Food on exposure to unsaturated air at a higher temperature will dry if the air is unsaturated.
Steak slices are stored in a chiller at 10 °C.
(a) Estimate the maximum weight loss of steak pieces, 15 cm x 5 cm x 2 cm in air at 10°C and 50%
RH moving at 0.5 m s
-1.
The pieces are laid flat on shelves to age. Assuming that the meat behaves as a free water surface, estimate the percentage loss of weight in 1 day of exposure. Specific weight of meat is 1050 kgm-3.
(b) if the H of the air were invcreased to 80% what would be the percentage loss?
(c) it the meat pieces were also exposed to nearby surfaces at the temperature of the air (dry bulb), what would then be the percentage loss? Assume net emissivity is 0.8.
[ (a) 12% ; (b) 4.5% ; 18.4% ]
17. A single-effect evaporator is to produce a 35% solids tomato concentrate from a 6% solids raw juice entering at 18°C. The pressure in the evaporator is 20 kPa(absolute) and steam is available at
100 kPa gauge. The overall heat-transfer coefficient is 440 J m
-2
s
-1
°C
-1
, the boiling temperature of the tomato juice under the conditions in the evaporator is 60°C, and the area of the heat-transfer surface of the evaporator is 12 m
2
. Estimate the rate of raw juice feed that is required to supply the evaporator. [ 536 kgh
-1 ]
18. Estimate (a) the evaporating temperature in each effect, (b) the reirements of steam, and (c) the area of heat transfer surface for a two effect evaporator. Steam is available at 100 kPa gauge pressure and the pressure in the second effect is 20 kPa absolute. Assume an overall heat-transfer coefficient of 600 and 450 J m
-2
s
-1
°C
-1
in the first and second effects respectively. The evaporator is to concentrate 15,000 kg h
-1
of raw milk from 9.5 % solids to 35% solids.Assume the sensible heat effects can be ignored, and that there is no boiling-point elevation.
[ (a) 1st. effect 94°C, 2nd. effect 60°C, (b) 5,746 kgh
-1
, 0.53 kg steam/kg water (c) 450 m2 ]
19. A plate evaporator is concentrating milk from 10% solids to 30% solids at a feed rate of 1500 kg h
-1
. Heating is by steam at 200 kPa absolute and the evaporating temperature is 75°C. (a) Calculate the number of plates needed if the area of heating surface on each plate is 0.44 m
2
and the overall heat-transfer coefficient 650 J m
-2
s
-1
°C
-1
. (b) If the plates, after several hours running become fouled by a film of thickness 0.1 mm, and of thermal conductivity 0.1 J m
-1
s
-1
°C
-1
, by how much would you expect the capacity of the evaporator to be reduced? [ (a) 50 (b) 13% of its former value ]
20. (a) Calculate the evaporation in each effect of a triple-effect evaporator concentrating a solution from 5% to 25% total solids at a total input rate of 10,000 kg h
-1
. Steam is available at 200 kPa absolute pressure and the pressure in the evaporation space in the final effect is 55 kPa absolute.
Heat-transfer coefficients in the effects are, from the first effect respectively, 600, 500 and 350 J m
-2 s
-1
°C
-1
. Neglect specific heats and boiling-point elevation. (b) Calculate also the quantity of input steam required per kg of water evaporated. [ (a) 1 st. effect 2707 kgh
-1
, 2 nd. effect 2669 kgh-1 , 3 rd. effect 2623 kgh-1; (b) 0.343 kgkg-1 ]
21. (a) Estimate the 12°C cooling water requirement for a jet condenser to condense the 70°C vapours from an evaporator which concentrates 4000 kg h
-1
of milk from 9% solids to 30% solids in one effect. If the cooling water leaves at a maximumm of 25°C. (b) For the same evaporator estimate for a surface condenser, the quantity of 12°C cooling water needed and the necessary heat-transfer area if the cooling water leaves at a maximum of 25°C and the overall heat-transfer coefficient is 2200 J m
-2
s
-1
°C
-1
in the condenser. [ 130 x 10
3 kgh-1 Note in practice this is higher ;
(b) 130 x 103 kgh-1, 17.3 m2 ]
22. A standard calandria type of evaporator with 100 tubes, each 1 m long, is used to evaporate fruit juice with approximately the same thermal properties as water. The pressure in the evaporator is 80 kPa absolute, and in the steam jacket 100 kPa absolute. Take the tube diameter as 5 cm.

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Estimate the rate of evaporation in the first evaporator. Assume the juice enters at 18°C and the overall heat transfer coefficient is 440 J m
-2
s
-1.
°C
-1
. [ 72.5 kgh
-1
]
Autoevaluación y coevaluación
Al final la actividad cada estudiante debe autoevaluar y evaluar a cada uno de sus compañeros de grupo, con base al formato siguiente. En la tabla siguiente se debe resaltar, marcar con una x o colocar en negrilla el puntaje que considero adecuado.
Nombre:
__________________________________
Puntaje: _________ de 0 a
100 puntos
Nunca
Algunas veces
Siempre
Estuvo pendiente del proceso de las actividades del equipo, comunicándose oportunamente y participando activamente sugiriendo ideas, y compartiendo conocimientos.
Demostró responsabilidad y liderazgo en el desempeño del grupo, colocando sus avances oportunamente, y preocupándose por el enriquecimiento y mejora de la tarea.
Se comunicaba en forma clara, concisa y cordial con el grupo, aceptando las diferencias de opinión y estableciendo sus propios puntos de vista.
0
0
0
15
20
15
30
40
30