Balance de Materiales Ingenieria de Alimentos

7/27/2019 Balance de Materiales Ingenieria de Alimentos

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Mg Victor Terry C. Pgina 1

TOPICO: BALANCE DE MATERIALES

Docentes:

Mg Vctor Terry Caldern

Ing. Elia Rojas Rojas


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El balance de materia es un mtodo matemtico utilizado principalmente en IngenieraQumica. Se basa en la ley de conservacin de la materia, que establece que la masa de unsistema cerrado permanece siempre constante (excluyendo, por supuesto, las reaccionesnucleares o atmicas y la materia cuya velocidad se aproxima a la velocidad de la luz). La

masa que entra en un sistema debe, por lo tanto, salir del sistema o acumularse dentro de l,es decir:

Los balances de materia se desarrollan comnmente para la masa total que cruza los lmitesde un sistema. Tambin pueden enfocarse a un elemento o compuesto qumico. Cuando se

escriben balances de materia para compuestos especficos en lugar de para la masa total delsistema, se introduce un trmino de produccin:

El trmino de produccin puede utilizarse para describir velocidades de reaccin. Lostrminos de produccin y acumulacin pueden ser tanto positivos como negativos.

La ecuacin general

Los balances de materia son una contabilidad de todos los materiales que entran, salen, se

producen o acumulan dentro de un sistema en particular, siendo una informacin necesaria

para anlisis posteriores (De la Pea Ramn, 1999),

En su forma ms general, el balance de materia se puede representar por medio de la

siguiente ecuacin (Himmelblau, 1994):

EntradasSalidas + Produccin = Acumulacin


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El modelo matemtico propuesto es del tipo fenomenolgico (Ayala, 1995), el cual se

fundamenta en el principio de conservacin de la materia y en los dos primeros trminos de

la serie de Taylor.

Entrada .t .t+t

Flujo msico (me) .me .dt

dmm

e

e t

Salida .t .t+t

Flujo msico(ms) .ms .dt

dmm ss t

Acumulacin .t .t+t

Masa acumulada(M) M .dt

dMM t

(Himmelblau, 1994)

Para un tiempo tal como t = t, la ecuacin para en flujo msico planteada y basado en el

principio (Entradas - Salidas = Acumulacin)

mtdt

dmmtt

dt

dmmtt

dt

dmm ss

ee )..().(

Simplificando la ecuacin propuesta queda

se mmdt

dM


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Ecuacin global para la masa (M)

n

t

n

t

se dtmdtmM1 1

Si en las operaciones no se presentan acumulacin del valor dt

dm

= 0, por lo

se mm

La ecuacin plantea un sistema de flujo continuo en el Balance de materiales:

Entradas = Salidas

CLASIFICACION DE LOS PROCESOS

a) Con respecto al Tiempo:

* ESTADO ESTACIONARIO

i) No existe acumulacion de materia en el sistema dm/dt = 0

ii) Ocurre en sistemas continuos

iii) No existen variaciones en los flujos, composicion, temperatura

presion,..etc en las corrientes de entrada y salida del sistema

(dxi/dt, dP/dt, dT/dt , . = 0)

* ESTADO TRANSIENTE

i) Al menos una de las variables cambia con el tiempo

ii) Operaciones Batch o Semibatch

iii) Puede existir en sistemas continuos en la puesta en marcha, paradas

y perturbaciones en el sistema

iv) Existe cambios en alguna de las variables de las corrientes

de entrada y salida del sistema en funcion del tiempo.

( dm/dt , dx/dt, dT/dt, dP/dt, ..etc = 0)

b) Como Opera el Proceso

* CONTINUO: siempre existe flujos de entrada y salida

* BATCH: el proceso opera en forma discontinua. Se carga, se procesa

y descarga

* SEMIBATCH: algunos de los compuestos quimicos no entran o


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salen en forma continua.

c) Con Reaccion y Sin Reaccion:

* Sin reaccion: no existe cambio o transformaciones en los compuestos

quimicos en la alimentacion

* Con reaccion: existe cambio o transformaciones en los compuestos

quimicos en la alimentacion

En esta parte del curso nos preocuparemos de balance en estado

estacionario (ss)

SISTEMAS SIN REACCION QUIMICA

La materia que entra al sistema no sufre transformacion quimica:

===> Cantidad de masa de cada uno de los compuestos que entra

al sistema se conservapor lo tanto para cada componente:

flujo masico que entra de i = flujo masico que sale de i

flujo molar que entra de i = flujo molar que sale de i

PROCEDIMIENTO EN LA RESOLUCION DEL BALANCE DE MASA

1) Construir un diagrama del proceso

a) numerar cada corriente

b) identificar componentes en cada corriente

2) Identificar las cantidades conocidas en cada corriente: velocidad de flujo,

composicion, temperatura, presion,etc

3) Establecer una base de calculo

4) Establecer ecuaciones de Conservacion de Masa en el volumen de

control definido.

5) Chequear que el numero de ecuaciones es igual al numero de incognitas.

6) Resolver el sistema de ecuaciones

7) Chequear que las soluciones son "realmente las soluciones

BY-PASS

Parte de la corriente de alimentacion al proceso no entra a este. La corriente


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que se forma y que no pasa por el proceso se denomina by-pass. Esta se une

mas adelante con una de las corrientes que sale del proceso.

Haciendo los balances de masa: en I)

F1 = F2 + F3 Por componente

Restricciones en II) F4 = F5 + F2 Por componente

Restricciones en el By-pass:

F1 = F4 + B Composicion es la misma en las 3

corrientes

En la union de los flujos

F3 = F5 + B Por componentes

Restricciones


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Mtodos directos

Efectuar los clculos respectivos

Operacin 1

Operacin 2

Operacin 3

Operacin 4

Operacin 5

1

2

3

4

5

Base de clculo (M): 100 u

Residuo Slidos (R): 5% M

Residuo slidos (R1): 2,5% M1

M1

Efluente (E1):2.1% M1M2

Residuo Slidos (R2): 1.25% M2M3

Empaques (E ):unidades de 1,5 kg

Producto (P )


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USO DE MODELOS ALGEBRAICOS

Problema

Problema

Filtracin

Base de clculo : 100 u.MP%Slidos totales :

%Agua:

Filtrado (F)%Slidos totales:%Agua:

Cake ( C)% Slidos totales:%Agua:

Centrifugacin(Tricanter)

Base de clculo: 100 uSlidos: 10%Grasa: 3%Humedad 87%

Cake ( C)Solidos: 45%Grasa: 5%Humedad: 50%

Aceite ( A)Slidos: 0.5%Grasa: 99.%Humedad: 0,5%

Agua Residual (AR)Slidos : 6%Grasa: 0.2%

Humedad: 93.8%


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(Ingresando con materia prima) Problema de elaboracin de nctar de

durazno.

Ingreso de datos

Materia prima: 500 kilos de durazno

Diagrama de flujo de elaboracin de nctar

Durazno (D) 1 Recepcin

Agua (A) 2 Lavado Efluente

Perdida de

3 Coccin Peso (P)5%

4 Pulpeado Residuo ( R)

Pulpa (Pu) 28%

8,%

Agua (A1) 5 Dilucin

Pulpa diluida

(Pd) 1,75%

Azcar (AZ) 6 adicin de azcar

99,5% Nctar (N)

12,5%

Aditivos 7 adicin de aditivosAC. Citrico 1 o/oo

Sorbato 1 o/oo

CMC 1 o/oo 8 Proceso trmico

Envases 9 Envasado

360 ml

peso especifico Producto final (PF)

1,021


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(Ingresando con numero de botellas) nctar de durazno

Ingreso de datosElaboracion de 1200 envases de 360 ml.

Diagrama de flujo de elaboracin de nctar

Durazno (D) 1 Recepcin

Agua (A) 2 Lavado Efluente

Perdida de

3 Coccin Peso (P)

5%

4 Pulpeado Residuo ( R)

Pulpa (Pu) 28%

8,%

Agua (A1) 5 Dilucin

Pulpa diluida

(Pd) 1,75%


99,5% Nctar (N)

12,5%

Aditivos 7 adicin de aditivos

AC. Citrico 1 o/ooSorbato 1 o/oo


Envases 9 Envasado

360 ml


1,021


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(Trabajando con pulpa congelada)

Base de clculo : 650 kilos de pulpa

Elaboracin de nctar de durazno

Pulpa (Pu)

8,%

Agua (A1) 1 Dilucin

Pulpa diluida

(Pd) 1,75%


99,5% Nctar (N)

12,5%

Aditivos 3 adicin de aditivos

AC. Citrico 1 o/oo

Sorbato 1 o/oo


Envases 5 Envasado

360 ml


1,021

( Preparar 5000 botellas de 250 ml)


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Elaboracin de mermelada de fresa

Preparar 500 kilos de mermelada de fresaComposicin qumica:

69% de slidos totales; 31% de agua 1 g / kilo de sorbato de potacio 1 g/ kilo de cido citrico 3 g/ kilo de pectina

La fresa tiene un contenido de slidos totales : 8,% ; 92% de aguaDurante la preparacin de la fruta se pierde el 5 % como residuo slidoSe adicio azcar en una proporcion de 1: 1, la composicin del azucar es : 98,9% de slidostotales, 1,1 % de agua.Determinar la cantidad de materiales que se requiere.

Solucin:

Planteamiento del balance de materiales:


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FR + AZ = FR1

Balance de sli dos 0,989 AZ + 0.08 FR = x FR1 (1)Balance de agua 0,011 AZ +0.92 FR = y FR1 (2)

FR1 = FR3 + V

Balance para sli dps x FR1 = 0.69 FR3 + (0)V (3)Balance para agua y FR1 = 0.31 FR3 + V (4)

En (1) Az = FR=W

Entonces0,989 W +0.08 W = x FR1(0,989+0.08) W = x FR1

1,069W = x FR1

Reemplanzando en (3)

1,069 W = 0,69 FR3

Pero

FR3 = 498 kg

Luego1,069 W = 0,69 x 498

069,1

49869,0 xW

W = 321.44 kil os

AZ = Azcar = 321,44 ki losFR = F resa = 321,44 kil os

Elaboracin de conservas


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Se tiene un envase cuyas dimensiones son las siguientes:Dimetro: 10 cmAltura: 15 cmFruta 300 g, densidad de la fruta 0,985Almbar: 35% de azcar, 1 % de acido ctrico y 1% de CMC, densidad 1,035

La fruta y el almbar ocupan el 95% del volumen del envaseLa empresa requiere preparar 500 cajas de 24 envases c/u, determinar la cantidad dematerial requerido.


Se tiene una capacidad de sellado de envases de 35 envases por minutos, considerando losdatos del problema anterior determinar la cantidad de material que se requiere,considerando que la selladora trabajo 7 horas.


Una autoclave vertical tiene dos canastillasCuyas dimensiones son las siguientes:Dimetro 1mAltura 0.9 mConsiderando las dimensiones de envase del problema anterior, determinar la cantidad deenvases que requiere, y que cantidad de material necesita


Una autoclave horizontal tiene dos carrosCuyas dimensiones son las siguientes:Dimetro 1mAltura 1,2 mConsiderando las dimensiones de envase del problema anterior, determinar la cantidad deenvases que requiere, y que cantidad de material se requiere.


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CALCULO DE CONTENIDO POR

ENVASE

Clculos bsicos para los materiales que ingresan al envasado de una

conserva,

1 INFORMACION

NUMERO DE ENVASES A PRODUCIR 1500

CAJAS 24 ENAVES /CAJA

dimetro del envase D= 10 cm

altura del envase H= 15 cm

2, VOLUMEN DEL ENVASE

Volumen= AxH= R2xH

V= 0,0011781 m3

V= 1,1781 litrosla densidad total del contenido=

= 1,025 kg/l

3, PESO DEL CONTENIDO DEL ENVASE

Peso del contenido del envase

W = V,

W= 1,2075525 kg

Pero solo el 95% del envase es ocupado por el alimento

W1= 0,95xW

W1= 1,14717488 kg

El 85% es alimento

W2= 0,85xW1

W2= 0,97509864 kg

El 15% representa el almbar o liquido de gobierno

W3= 0,15xW1

W3= 0,17207623 kg

4, PESO DEL CONTENIDO DEL


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Formula p ropuesta por M. Dikis, para de terminar el nmero de envases cili ndric

ingresan en una canasta

n1 0 .785hb

hc

db

2

dc2

n1 : nmero de envases

n1 487.28 envases

nmero total de envases que i ngresan al autoclave

nc 2 n1

nc 974.56 envases

2. Calculo del tiempo y produccin de la autoclave

Tiempo que toma en cargar una canasta

tcn1

60

tc 8.121 minutos

El autoclave posee dos canastas, por lo que el tiem po que dem ora en cargar l

dos canastas en la autoclave sera:

ta 2 tc

ta 16.243 minutos

Tiempo que pueden permanecer los envases sellados en la canasta, antes de

sar al autoclave

El tiem po permi tido por norma en Rusia es:

Tp 30 min

1. Calcular el numero de envases que pueden ocupar en una canasta de una aut

vertical

Datos

Capacidad de la selladora C 60 envases N:8 por minuto

Diametro de l a canasta db 0 .700 m

Al tura de la canasta hb 0 .700 m

Diametro externo del envase dc 0.1023 m 10 23( )cmAl tura del envase hc 0.0528 m 5.28cm( )

Ecuaciones


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Gnc

tt

envases

minautoclave

G1 60nc

tt

envases

hora autoclave

G1 433.138envases

hora autoclave

El nmero de autoclaves requeridos ser:

Capacidad de produccion de la selladora:

CA C 60CA 3.6 10

3

envases

hora

RCA

G1

envases

h

envases

h autoclave

R 8.311 autoclaves

4. numero de operaciones de esterilizacin que se van ha realizar

La produccin de la selladora por hora es CA 3.6 103

envases

h

La planta trabaja en la selladora ts 7 horas

El tiempo de operacin de la autoclave es la siguiente:

Carga del autoclave t1 5 min

Tiempo de puesta en regimen t2 15 min

Tiempo de esterili zacion t3 90 min

Tiempo de enfriamiento t4 20 min

Tiempo de descarga del autoclave t5 5 min

Tiempo total de operacin

tt t1 t2 t3 t4 t5

tt 135 min

3. Nmero de autoclaves requeridos

La produccion por hora de la autoclave ser:


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ciclosM 2 5. 858Numero de ciclos por da

autoclavesR 8. 311Nmero de autocl aves requeridos

envases

diaEnv 2. 52 10

4Produccin dia

horats 7Trabajo de la selladora

mintt 135Tiempo de operacin del autoclave (tt)

envases

autoclave

nc 974.56Capacidad de la autoclave (nc)

envases

minutoC 60Capacidad de planta (C)

Resumen

ciclosM 2 5. 858

envases

envases

ciclo

MEnv

nc

El nmero de autoclavados requeridos es.

envases

daEnv 2. 52 10

4

En v CA t sLa produccin de envases por da es.


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Vr 0 .95 V cm3

Volumen real

W Vrg

envasePeso del material

W1W

1000

kg

envase

Material env asado Menv W1 Env kgda

Resultados

Peso del material W 1 0. 35kg

envase

Material envasado M en v 8. 83 1 1 03

kg

da

Calcular la cantidad de material que se envasa

Datos de entrada

Diametro externo del envase dc 0.1023100 cm

Al tura del envase hc 0.0528100 cm

Densidad del alimento 0.850g

cm3

La produccin diaria es Env 2. 52 104

env

dia

Ecuaciones

Volumen del env ase V dc

2

2

hc cm3


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He 0 .05Al tura del evase

De 0 .12Diametro del envase

Tamao de l os envases:

Dc 2 .00Diametro del carro

Lc 1.80Largo de carro

Cada carro que ingresa al autoclave tiene l as sigu ientes medi das

Li 4Largo interno

Di 2.5Diametro interno

La sala de autocl aves de una empresa cuenta con 3 equ ipos de autoclavado horizo

cuyas dimensiones son las siguientes:

DETERMINAR EL NUMERO DE ENVASES

Problema: autoclave horizontal


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Diagrama del carro del autoclave

2 m

dx0 m

0.8m

y

radio del carro rDc

2

r 1

Area del el em ento y dx

Area del rea bajo la curva del el em ento

0

0.8

xy

d

Frmula del circulo x2

y2

r2

y r2

x2

Sustituyendo

El vol umen del carro ser Vc 4 Lc0

0.8

xr2

x2

d


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envases

minS 253.841

SEa

60

Capacidad de sellado por minuto

cajas

autoclaveCja 317.301

Cja 2 Cj

Numero de ca jas por autoclave

cajas

carroCj 158.651

CjE

48

Numero de cajas por carro

envases

autoclaveEa 1.523 10

4

Ea 2 E

Numero de envase por autoclave

envases

carroE 7.615 10

3

E0.85Vc

Ve

Numero de envases por carro

m3Ve 5 .655 10 4

Ve 3.1416De

2

2

He

El volumen de cada envase es.

m3

Vc 5.066


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PROBLEMA

Calcular la cantidad de leche en polvo que se obtiene por secado:

Base de calculo : 1000 litros de leche, peso especifico = 1,025

Composicin de la leche

COMPONENTE %

Agua 88

Proteinas 3.2

Grasa 3.2

Lactosa 4.7

Minerales 0.72

N.d

Leche (L)

Agua

q secado evaporada

(V)

Leche en polvo

(LD)

El producto final debe tener una concentracin de 0,2% de agua

Calcular la cantidad de leche en polvo que se obtiene y la composicin del producto final

Problema inverso: se requiere conocer la cantidad de leche que se requiere para producir

1000 kilos de leche en polve

PROBLEMA

Se mezclan 100 kilos de harina de quinua, con 50 kilos de concentrado de soya

COMPONENTE HARINA DE QUINUA CONCENTRADO

Proteinas 12% 52%


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Grasa 6% 2%

Humedad 8% 8.5%

Resto

PROBLEMA Calcular la composicin de la mezcla y su rendimiento.

Si la harina de quinua tiene 4,3 g de lisina / 100 g de lisina y el concentrado de soja posee

7,8 g de lisina / 100 g de protenas, calcular el contenido de lisina en la mezcla

PROBLEMA

Considerando los valores del problema anterior (composicin qumica), determinar la

cantidad de harina de quinua y concentrado de soja que se requiere para obtener una mezcla

que tenga 35,% de protena, calcular el contenido de lisina que tiene.

PROBLEMA

Se debe obtener grasa de la leche (G), la cual tiene una composicin de 99,9% de grasa y

0,1% de agua.

La leche descremada (LD) posee un contenido de grasa de 0,1%

Y la leche deshidratada (LP) tiene o,1% de humedad

Base de clculo : 2500 litros (peso especifico : 1,034)

Leche (L)Centrifuga Grasa (G)

Leche descremada (LD)

Secado

Leche en polvo

(LP)

La composicin de la leche (L)

COMPONENTE %

Agua 88


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Protenas 3.2

Grasa 3.2

Lactosa 4.7

Minerales 0.72

N.d

Calcular la cantidad de grasa obtenida y su rendimiento

Calcular la cantidad de leche descremada y su rendimiento

Calcular la cantidad de leche en polvo y su rendimiento

PROBLEMA 1

Los frijoles de soya se procesan en tres etapas:

1. En la primera ingresan 10 000 Kg. de frijoles con 35 % en peso de protenas, 27,1%

de carbohidratos, 9,4 % de fibra y cenizas, 10,5 % de agua y 18% de aceite, se

muelen y prensa para eliminar parte del aceite, saliendo la torta con 6% en peso del

aceite

2. En la segunda etapa, los frjoles prensados se extraen con hexano para producir un

cake o torta con 0,5% de aceite.

3. En la tercera etapa sale una harina con 8% de aceite.


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PROBLEMA 2Se tienen dos tipos de alimento para cerdos uno a 3,5 USA$, y el otro a 6.,5 USA $.

Debiendo hacerse una mezcla para 1 000 kilos a un precio de 5,4 USA $.Cuantos kilos de

cada alimento se debern mezclar

PROBLEMA 3Calcular la composicin en % de una mezcla cuya carga suministrada al mezclador es:

ALIMENTO KILOS

Concentrado de protenas 55Harina de quinua 22Almidn de papa 85

RECEPCIN

MOLIENDA

PRENSADO

EXTRACCIN

DESOLVENTIZADO

ACEITE

HEXANOACEITE

SOLVENTE

HARINADE SOJA


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Grasa vegetal 5Sales minerales 2Saborizantes 0.02Antioxidantes 2 ppmRefuerzos vitamnicos 4 ppm

PROBLEMA 4Se tiene una mezcla de las siguientes harinasCOMPONENTES(%)

HARINA DESOJA

CONCENTRADOPROTEICO

HARINA DE PAPA

Protenas 30 89 12Hidratos de carbono 50 1 68Grasa 10 0 0.2Fibra 5 0 1Cenizas 1 1 1.5Agua 4 9 17.3

PROBLEMA 5Tomando como base 100 kilos de harina de soja, 10 kilos de concentrado proteico y 250kilos de harina de papa, calcular la composicin del producto final.

PROBLEMA 6Se mezcla pulpa de fruta conteniendo 10% de slidos totales, con agua hasta reducir la

concentracin a un 2,5 % , posteriormente se adiciona azcar que contiene 98,2% de

slidos totales, y si la mezcla se debe realizar hasta una concentracin final de 13 %,

determinar las respectivas cantidades.

PROBLEMA 7

Se tiene una mezcla de pulpa de fruta al 8 % de slidos totales con azcar conteniendo 99,1

% de slidos totales, y en una proporcin de 1:1, determinar la cantidad de mermelada que

se obtiene, si se obtienen despus de la concentracin, un producto que contiene 69,9 % de

slidos totales.

PROBLEMA 8La pulpa ms el azcar contiene un contenido de acidez del 0,01%, debiendo incrementarse

hasta un 0,5% con adicin de acido ctrico, determine la cantidad de acido ctrico que se

requiere.


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PROBLEMA 9

Un jugo de fruta con 50% de humead tiene un precio de 10 $ por 100kg .El mismo

fabricante oferta jugo de fruta con 10% de agua, si el flete es de 0,6 centavos de dollar /100

kilos, cual es el precio mximo que puede pagarse por el segundo producto con 10% de

agua.

PROBLEMA 10Se debe preparar 500 kilos de mermelada de fresa, para los cual se cumplen las siguientes

etapas:

1. Recepcin (fresa tiene un contenido de slidos del 9,5 %

2. Seleccin: se pierde el 5% como residuo

3. Lavado

4. Extraccin del pednculo 1%

5. Coccin

6. Adicin de azcar ( 98,5% de slidos totales )en una proporcin de 1: 1

7. Adicin de aditivos: 1 0/00 de acido ctrico, 1 0/00 de sorbato de potasio 2 0/00 de

pectina

8. Concentracin de la mezcla hasta 69,9 % de slidos totales

9. Envasado en frascos de 250 gramosDeterminar el respectivo balance de materiales

PROBLEMA 11Calcular la cantidad de materiales que se requieren para la preparacin de 1 000 envases de

mermelada de fresa de capacidad de 250 gramos y 500 envases de 1,00 kilo

PROBLEMA 12Determinar la cantidad de destilado que se obtiene en un alambique cuya carga es 1000

kilos de fermentado con 10% de etanol y 90 % de agua, el destilado tiene una

concentracin de 35% de etanol y la vinaza o residuo contiene 0,5 % de etanol.

PROBLEMA 13


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Pulpa de fruta conteniendo 30 % de agua y 70 % slidos, se debe deshidratar con aire

caliente en secador a contracorriente, el aire contiene 0,8 % de agua. Cuantos kilos de aire /

kilo de slidos, ingresan al secador.

PROBLEMA 14Para la elaboracin del ketchup se emplea la siguiente formulacin:

N PRODUCTO %1 Pasta del tomate (33%) 40.132 Azcar blanca 14.533 Vinagre (5% de cido actico) 19.714 Cebolla molida 5,445 Pimiento molido 4,536 Pimienta chapa 0.17 Pimienta molida 0.18 Clavo de olor 0.059 Nuez moscada 0.0510 Agua 15,1611 Canela molida 0.112 Sorbato de potasio 0.01

Mtodo de preparacinVinagre aromatizado:

Colocar el vinagre +pimienta chapa, molida +canela+clavo de olorNuez moscada. Calentar por 10 min. a 80 C, calentar y enfriar

Mezclar

La pasta de tomate, pimentos, cebolla, agua y 0, volumen de vinagre aromatizado, y llevar asu punto de ebullicin.

Adicin

Adicionar, azcar el vinagre restante, medir la concentracin final en 30 Brix, yposteriormente el sorbato de potasio.

Envasado

Envasar en botellas de 350 ml (densidad 1,08)

Se debe prepara 1600 litros de ketchupConsiderando lo siguiente:

Residuos de cebolla 6% Residuos de pimiento 4.5%

Calcular los materiales necesarios, para una produccin da, ao (5dias /semana, 4semanas/mes, 11 meses / ao). Efectuar los respectivos diagramas de flujo.


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PROBLEMA 15En un programa experimental, una planta piloto de evaporacin a vaci, esta siendoutilizada para concentrar pulpa de tomate, en esta operacin el evaporador es primerollenado con pulpa de tomate, el proceso de evaporacin se mantiene la alimentacin,

manteniendo constante el nivel. Cuando el material llega a la concentracin deseada, laoperacin se detiene y vaca el equipo

Los datos son los siguientes:

TIEMPO (H) FRACCI NPESO(SLIDOS)

DENSIDAD PESO FRACCI NPESO (AGUA)

0 0.050.5 0.081.0 0.114

1.5 0.14502.0 0.1702.5 0.1823.0 0.2053.5 0.2174.0 0.2364.5 0.2455.0 0.251Cuando el evaporador esta a nivel contiene 28 galones.La pulpa de tomate tiene una gravedad especfica )(

x428.01

Donde x: fraccin en peso de slidos.

PROBLEMA 16Durante un proceso de vaporarizacin se ha estado realizando mediciones con elrefractmetro obteniendo los siguientes resultados.:Peso inicial : 50 kilos

TIEMPO(MIN) % BRIX PESO (W)KG AGUAEVAPORADA(V)

0 54.00 50 02 56.124 57.296 58.518 59.78


34/39


10 61.1112 62.5014 63.9516 65.4718 67.07

20 68.7522 70.51

Determinar el peso en funcin del tiempo.Determinar el volumen de agua evaporada en funcin del tiempoLa velocidad de vaporizacin kg de agua / min.

PROBLEMA 17La preparacin del manjar blanco tiene los siguientes ingredientes

MATERIALES PARTES %Leche 83.97Azcar 15.64Glucosa 0.21Bicarbonato de sodio 0.07

La composicin de la leche es la siguiente:MATERIALES PARTES %agua 88.00protenas 3.2

grasa 3.2lactosa 4.7minerales 0.72

Preparacin

El agregado del bicarbonato de sodio, cumple una doble funcin:

Neutraliza la leche para que no se corte al concentrarla. Favorece la Reaccin de Maillard, encargada de incrementar el color pardo (que ya

posee en parte por la caramelizacin de la sacarosa). Esta reaccin consiste en unacombinacin y polimerizacin entre la casena y la lacto albmina con azcaresreductores.

Industrialmente se obtiene por alguno de los siguientes mtodos:
http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_de_Maillardhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sacarosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Case%C3%ADnahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Lactoalb%C3%BAmina&action=edithttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Lactoalb%C3%BAmina&action=edithttp://es.wikipedia.org/wiki/Case%C3%ADnahttp://es.wikipedia.org/wiki/Sacarosahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_de_Maillard


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I. Mtodo: Concentracin de leche: En este mtodo primero se concentran laleche y el azcar + glucosa al vaco hasta unos 45 a 50 Brix. Luego se pasa a unapaila donde se agrega el bicarbonato y se lleva hasta los 68 Brix.

II. Mtodo: Sin pre-concentracin de leche: En este caso se trabaja a pailaabierta. A toda la leche se le agrega el azcar + glucosa y se concentra hasta los 50 a

55 Brix; y finalmente se calienta hasta llevar a la concentracin de 68 Brix. III. Mtodo: Casero: La leche, el bicarbonato y el azcar + glucosa se concentranen la paila hasta los 72 Brix.

Base de calculo: Preparar 100 kilos de manjar blanco

Efectuar su diagrama de flujo

Determinar los materiales

Problema

DESTILACION DE ALAMBIQUES

La carga de alimentacin de una unidad de destilacin continua de 20 galones/min, si la alimentacin, el producto y el material contienen 20%, 83% y 2% enpeso de etano l, calcular los flujos correspondientes en gal/min

Carga:0,2 ETOH0,8 agua(A)

Destilado0.83 ETOH0.17 agua(D)

Efluente0.02ETOH0.98 Agua(E )

%peso de etanol densidad2 0.99620 0.97183 0.840
http://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Pailahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Pailahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Brix


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Calcular los flujos de A, D y ELos indicadores I1= kg de destilado/kg de carga

I2= kg de efluente /kg de cargaI3= kg de destilado/kg de efluenteLo mismo efectuar los clculos en litros.

I4=lt de destilado/litro de efluente

Problema

Una cantidad equivalente de 1480 gal de ETOH al 95,2% en peso a 60F y conuna densidad de 0,8080 se diluye con agua hasta 2777 galones. Obteniendo unproducto con una densidad de 0,93%. Cuantos galones de agua se requiere dedensidad = 1.

De acuerdo a la ley de densidad de mezclas

21

21

vv

wwm

Densidad de la mezcla m : 0.8080

21

21

vv

wwm

2121 wwvvm

1212 wvvw m

W1: peso de etanol con densidad al 0.8080

25,4526785.314808080.01 xw kgLa mezcla


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kgxvvm 638.9784785.327779309.021

W2 peso de etanol con densidad al 0.9309

W2=9784.638-4526.25=5258,38 kg

Siendo la densidad =1

Volumen de mezcla = 5258,38 litrosVolumen de mezcla = 1389, 26 galones.

Problema

En el diagrama se muestra una columna de destilacin, cuantos kilos de destiladose obtienen y cual es la proporcin destilado/ efluente

Carga (F)35%ETOH65%agua

Destilado (D)85%ETOH15%agua

Efluente (W)5% ETOH95%agua


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PRoblema

SECADO

Pulpa de fruta con 30% de agua y 70% de solidos se seca con aire calitne acontracorriente, el aire de ingreso contiene 0.8% de humedad y sale con 5% dehumedad

La pulpa deshidratada contiene 8% de humedadCuantos kg de aire pasan por el secador.

1.- Calcular la cantidad de Pulpa y agua evaporada

F= V+P

0.7(F)=0.92(P)70=0.92(P)

P=76.086 kgAgua evaporada (V)

V=P-VV=100-76.086

Secador

Aire(A) 0, 8% deagua

Aire(B) 5% deagua

100 kg de pulpa(F)30% agua70% slidos

Producto (P)8% de agua92% de solidos

F V

P


39/39

V=23.9131 kg

Calcular la cantidad de aire que ingresa y sale

E=SA+F=B+P

Balance de agua

0.008(A)+0.3(100) = 0.95(B)+0.08(76.086)

Balance de slidos

0.992(A)+0.7(100)=0.05(B)+0.92(76.086)

Aire a la salida del secador

B= 564.82

Aire de ingreso al secador

A=540.875

Calcular la cantidad de aire seco.

Problema

Media tonelada de zanahorias son secadas en un secdor de flujo paralelo desdeun contenido de agua de 85% hasta 20%. El aire ingresa con un contenido deagua de 0.013 lb de agua/lg de aire seco a razn de 400 de lb de aire por lb desolido seco. Calcular el contenido de aire saliente del secador.

Secador

F

B

P

A

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Balance de Materiales Ingenieria de Alimentos