Curso Practico Con Aplicaciones a La Ingenieria en Alimentos
Balance de Materiales Ingenieria de Alimentos
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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%
Azcar (AZ) 6 adicin de azcar
99,5% Nctar (N)
12,5%
Aditivos 7 adicin de aditivos
AC. Citrico 1 o/ooSorbato 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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(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%
Azcar (AZ) 2 adicin de azcar
99,5% Nctar (N)
12,5%
Aditivos 3 adicin de aditivos
AC. Citrico 1 o/oo
Sorbato 1 o/oo
CMC 1 o/oo 4 Proceso trmico
Envases 5 Envasado
360 ml
peso especifico Producto final (PF)
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.
Elaboracin de conservas
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.
Elaboracin de conservas
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
Elaboracin de conservas
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
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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
-
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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