Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS PURAS
Temperatura
°C
25
0
0 0.61 1
Aislamiento
Fin del enfriamiento
(0 °C, 0.61 kPa)
3.17
Bomba
de vacío
Presión de vapor baja
Evaporación
Presión de vapor alta
Hielo
Agua
Inicio del enfriamiento
(25 °C, 100 kPa)
10
100
Presión (kPa)
FIGURA 3-14
Variación debida a la presión de la temperatura
de frutas y vegetales durante la
refrigeración por vacío de 25 °C a 0 °C.
Aire + vapor
baja temperatura deseada, y evaporando parte del agua de los productos que
serán enfriados. Durante este proceso, el calor de evaporación es absorbido de
los productos, lo que disminuye su temperatura. La presión de saturación del
agua a 0 °C es de 0.61 kPa, por lo que los productos pueden enfriarse a 0 °C
disminuyendo la presión a este nivel. La velocidad de enfriamiento se incrementa
al disminuir la presión debajo de 0.61 kPa, pero esto no es conveniente
debido al peligro de congelación y al costo adicional.
En el enfriamiento por vacío existen dos etapas diferentes: en la primera,
los productos a temperatura ambiente (por ejemplo 25 °C) se colocan en la
cámara y se inicia la operación. La temperatura permanece constante hasta
alcanzar la presión de saturación, que es de 3.17 kPa a 25 °C. En la segunda
etapa, se mantienen las condiciones de saturación a presiones cada vez más
bajas y a sus correspondientes menores temperaturas hasta alcanzar la deseada
(Fig. 3-14).
El enfriamiento por vacío normalmente es más caro que el convencional
llevado a cabo por refrigeración, y su uso se limita a aplicaciones en los que el
enfriamiento es mucho más rápido. Los productos apropiados para ser enfriados
por vacío son aquellos con una gran área superficial por unidad de masa
y una alta tendencia a liberar humedad, como la lechuga y la espinaca. Son
inadecuados los productos con una baja relación entre área superficial y masa,
en especial los que tienen cáscaras relativamente impermeables, como tomates
y pepinos. Algunos productos, como las setas y los chícharos o guisantes verdes,
se enfrían por vacío de modo exitoso si se humedecen primero.
El enfriamiento por vacío se convierte en congelación por vacío si la presión
de vapor en la cámara de vacío disminuye por debajo de 0.61 kPa, que es
la presión de saturación del agua a 0 °C. La idea de producir hielo mediante
una bomba de vacío no es nueva, el doctor William Cullen lo obtuvo en Escocia
en 1775 al extraer el aire de un recipiente con agua (Fig. 3-15).
La colocación del hielo se usa comúnmente en aplicaciones de enfriamiento
a pequeña escala, para eliminar calor y conservar fríos los productos
durante su transporte con el aprovechamiento del gran calor latente de fusión
de agua, pero su uso se limita a productos que no se dañan por el contacto
con hielo, el cual proporciona tanto humedad como refrigeración.
FIGURA 3-15
En 1775 se produjo hielo al crear vacío
en el espacio que ocupaba el aire en un
recipiente con agua.
3-4 ■ DIAGRAMAS DE PROPIEDADES PARA
PROCESOS DE CAMBIO DE FASE
Las variaciones que experimentan las propiedades durante los procesos de
cambio de fase se comprenden mejor con la ayuda de diagramas de propiedades.
A continuación se construyen y analizan los diagramas T-v, P-v y P-T
para sustancias puras.
1 Diagrama T-v
El proceso de cambio de fase del agua a una presión de 1 atm se describió
con detalle en la última sección y en la figura 3-11 se representó mediante un
diagrama T-v. Ahora se repite este proceso a diferentes presiones para elaborar
el diagrama T-v.
Se colocan pesas sobre el émbolo hasta que la presión dentro del cilindro
alcanza 1 MPa, presión a la que el agua tendrá un volumen específico un poco
más pequeño al que tenía cuando la presión era de 1 atm. A medida que se
transfiere calor al agua bajo esta nueva presión, el proceso seguirá una trayec-