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Folleto de Balance de matera y energa
Contenido2Balance de rgimen estable Diluciones y Concentraciones
14Balance de 1 o 2 etapas de rgimen estacionario
21Mtodo grafico para resolver problemas de mezclas (regmenes de momentos estacionarios)
21Mezclas binarias. Mtodo cuadro de Pearson
24Mezclas de 3 componentes. Diagramas triangulares
26LIPIDOS
31Balance para jaleas y mermeladas
34Calor especifico
35La energa total de un sistema constante
36Calor sensible, latente, viaje trmico.
40CARTA PSICOMETRICA
42LIOFILIZACION
44INTERCAMBIADOR DE CALOR
Balance de rgimen estable Diluciones y ConcentracionesEjercicio #1
Cuntos Kg de una disolucin que tenga 8% de sal, se puede obtener por una disolucin de otra solucin que pesa 15 Kg y contienen 20% de sal?
=37, 5 Kg
Se obtiene 37,5 Kg de disolucin al 8% de salSe emple 22,5 Kg de H2O para preparar esta disolucin.
Ejercicio #2
Cuantos Kg de salmuera al 25% se podra obtener por dilucin de 120 g de solucin concentrada al 58%?
Concentracin de solutos*masa de solucin concentrada+ concentracin de solutos*masa de agua = concentracin de solutos * masa de la dilucin de salmuera
120g*0.58+0*X=0.25*Y
69.6=0.25Y
Y=69.6/0.25= 278.4 gX=Y-120g
X=278.4-120=158.4gPor factores de conversin los 278.4g dividimos para 1000 para obtener los Kg y sabremos que se obtiene 0,2784Kg de dilucin de salmuera al 25%
Y se emple 0,1584 Kg de agua para preparar dicha disolucin de salmuera
Ejercicio #3Cunto jugo concentrado en Kg de 65% y jugo fresco con 10% se debe mezclar para obtener 100L y 40% y con una densidad de 1.09g/cm3?
0.65*X+0.1*Y=0.4*1040
0.65X+ 0.1Y=416
Tomando como resultado 0.55X=312, por lo que se obtuvo X=567,27 Kg de jugo concentrado
Y=1040Kg -567,27Kg= 472,73 Kg de jugo fresco al 10%
Ejercicio #4Cuantos Kg de agua son requeridas para incrementar el contenido de humedad de un material de masa 100 Kg desde un 30% hasta un 75%
Por tanto obtenemos que la masa humedecida al 75% es de 280Kg
Pero X=280-100=180Kg se necesita de agua para humedecer el material para llevarlo desde un 30% al 75%
Ejercicio #5
Cuantos Kg de jarabe al 5% de sacarosa podremos obtener una dilucin de 15 galones al 30% con una densidad relativa de 1.1
*X
X=374,715KgObtendremos 374,15Kg de jarabe al 5% y necesitaremos 312,2625Kg de H2O
Ejercicio #7Se dispone 100kg de sopa deshidratada con 20% de humedad y a partir de la cual debo obtener una sopa con 15% de slidos totales, determinar los litros de agua que se debe agregar y los kg totales
y=533.33-100=433.33KgCon la ayuda de la densidad vamos a conocer la cantidad de L que necesitamos para obtener la sopa terminada 433.33Kg/1000= 0.43m3 *1000= 433.33L
Ejercicio #8
Deseamos preparar 1200 frascos de 200cm3 para salsa de tomate con 12Brix y una densidad de 1.2g/cm3. Cuntos Kg de pasta de tomate de 33Brix y cuntos Kg de H2O necesito mezclar?
Como tenemos que elaborar 1200 frascos de 200cm3, tenemos que primero multiplicar los 1200 frascos para los 200cm3 para as poder obtener el volumen de dicha salsa de tomate y con la ayuda de la densidad podremos obtener la masa entonces 1200*200*1.2=288000g pero pasamos por conversin a Kg sabindose que la masa es de 288Kg de salsa de tomate a fabricar
+ C. slidos de agua=slidos de salsa de tomate*masa de salsa de tomate0.33X+0*Y=288*0,12
0.33X=34, 56
X=104, 73
Y=288Kg-104,73Kg=183,27Kg
Por conceptos de densidad vamos a tener que utilizar para conocer la cantidad de Litros que se debe emplear 183,27/1200=0,1527m3*1000=152.725L.Ejercicio #9Una embotelladora desea producir una bebida 2% de sacarosa. Para ello ingresa la frmula secreta a la mezcladora a una velocidad de Q=200galones/minuto y aade a la mezcla jarabe de 20`Brix
Qu tipo de mezcladora se debe utilizar?
Con que velocidad en kg/s deber ingresar el jarabe a la mezcladora?
Cuntos envases de 3,5L, 2L Y 1L Y 250 ml se producirn para obtener en 1 h de trabajo?
Balance total
c. de frmula secreta*masa de frmula secreta + c. de agua*masa de agua= c. bebida resultante*masas de bebida resultante0,2*498960+0(agua)=0.02*bebida resultante
99792=0.02bebida resultante
Bebida resultante=4989600 Kg
Agua= bebida-498960Kg
Agua=4989600kg -498960Kg
Agua=4490640 kg
Para el volumen de la bebida 498960Kg/1100Kg/m3=4536m3*1000= 4536000 LSe va a necesitar para 3.5 L
Se va a necesitar para 2L
Se va a necesitar para 1L
Se va a necesitar para 250ml
4536000L* envase/0.25L=18144000 envases
Ejercicio# 10
0.3 salmuera=0.03pf
Salmuera=0.03/0.3 Pf
Salmuera=0.1Pf
1 =PF-O.O1PF
PF=1.11
AYUDANTIASBalance de rgimen estable Diluciones y ConcentracionesEjercicio 1En una embotelladora se debe producir una bebida con 2% de sacarosa para ello ingresa a una procesadora a velocidad de 200 gal/min. El concentrado para hacer la bebida de frmula secreta que se deber mezclar con el jarabe para producir la bebida con 20 BRIX a densidad relativa de 1.1
a.- Con que velocidad kg/s deber ingresar al jarabe contiene 20% de sacarosa al fin de endulzar la bebida?
b.- Cuntos envases de 1 litro, 2 litros, 3 litros, 250 ml producir en 10 horas de trabajo?
Clculos
200 gal/min * 3.785 litro/ 1 gal * 1min/60s * m/1000 litro = 0.0126 m/s
a.- m = pQ
m= 1100kg/m * 0.006m/sm=13.88kg/s
m=13.88kg/s * 3600s/h = 49968 kg/h
pr = ps/pH2O
1.1 * 1000 = ps pr=1100kg/mBalance Total
J + A = B
49968 + A = B
Balance por componentes
JJx+Aax = Bbx
49968(0.2) + 0 = B(0.02)
B= (49968*0.02)/0.2 = 4996.8 x 10h
B=4996800 h
b.- V=m/p = 4996800Kg/1100(kg/m)= 4542.55 m Para un litro: 4542.55m * (1000L/m) =4542.55*10 envases Para dos litros: 4542.55*10/2= 2271275 envases Para 3.5 litros: 4542.55*10/3.5 = 1297871.4 envases Para 250 mililitros: 4542.55*10L*(1000mL/1L) = 4542550000mL/250mL = 18170200 envasesEjercicio 2
Se requiere producir un preparado de fruta que contenga 45% de solidos solubles partiendo de un sumo que contiene 10 BRIX la fbrica dispone de un evaporador capaz de concentrar el zumo hasta 65BRIX por lo que despus este concentrado se deber mezclar consumo inicial para conseguir la concentracin de solidos deseados. Calcular la masa de agua evaporada y el zumo que se debe derivar por cada 100 kg/zumo que entra al proceso.
BALANCE TOTAL (SISTEMA)
Z=W+PF
W=Z-PF
W=100-22.2=77.78Kg
BALANCE COMPONENTES
100(0.1)= 0 + 0.45PF
PF=22.2 Kg
BALANCE TOTAL MEZCLA
C+D=PF
D= PF-C
C=PF-D
C(0.65)+D(0.1) =22.2(0.45)
(PF-D)(0.65)+D(0.1)=22.2
-0.55D= 10.01
D=8.01Kg
El zumo que entro fue de 100-8.01 = 91.99 Kg
Ejercicio 3
Cunta azcar debe aadirse a 1000Kg de Zumo de naranja para incrementar su concentracin de 8 hasta 12% de Solidos Solubles?
BALANCE TOTAL
A+B=C
A=C-B=C-1000 = 1045.45 -1000
A=45.45Kg de Azcar se necesitaron.
BALANCE POR COMPONENTES (SOLIDOS SOLUBLES)Aax +Bbx=Ccx
Aax + 1000(0.08)= C(0.12)
C-1000+80=0.12C
C-920=0.12C
920=C-0.12C
0.88C=920
C=920/0.88
C=1045.45 Kg del producto final
Ejercicio 4
Calcular los litros de jugo concentrado de 65% de slidos y volumen especifico 0.03cm/g y la de jugo fresco de 10% de solidos que se deben mezclar para obtener 150 Litros de jugo p=104g/cc y 40% de concentracin.
p=1.04g/cc =1040kg/m *1m/1000L
p= 1.04 Kg/L
p=m/v
m=pv= (1.04Kg/L)*150L
m=150Kg
BALANCE TOTAL
A+B=C
B= C-A
BALANCE POR COMPONENTES
B(0.1)+A(0.65) = C(0.4)
(C-A)(0.1)+A(0.65)=C(0.4)
0.55A=0.3C
A=0.3C/0.55=85.09Kg*1000g= 85090gVp=V/m
V=Vp*m=0.93cc/g*85090g =79133.7cc*1L/1000cc=79.13 L
Se necesit 79.12 L de jugo concentrado en el proceso.
Ejercicio 5
Pulpa de Fruta con %H H2O es sometida a deshidratacin y se elimina al 60% de agua original. Determinar:
a.- La composicin de pulpa seca
b.- Cantidad de agua eliminada por Kg de pulpa hmeda que entra al proceso
BASE DE CALCULO: 100kg
a.- BALANCE TOTAL
B= A+C
100=(0.6)(100*0.71)=C
C=57.4Kg
BALANCE POR COMPONENTES
100*0.29=0+57.4cx
Cx=0.505=50.5%
b.- 100kg----42.6
1kg-------------x
X=0.426Kg de agua eliminada
Balance de 1 o 2 etapas de rgimen estacionario
Ejercicio #1Un nctar de mango debe contener pur de mango 100kg, 30kg de azcar, 170Kg de agua y 10 kg de cido ctrico. Qu cantidad de materias primas se debe emplear para producir 5300kg de nctar de mango?
Para saber la cantidad de nctar primero se debe sumar todos los ingredientes
Pur 100Kg
Ac. Ctrico 170Kg
Agua 170Kg
Azcar 30Kg
La suma del nctar es de 310 Kg
Cantidad de pur cantidad de ac. Ctrico
100kg 310 kg 10kg 310kg
X=1709.677kg 5300kg x=170.968kg 5300kg
Cantidad de agua cantidad de azcar
170kg 310kg 30 kg 310kg
X=2906.45 5300kg x=512.90Kg 5300KgSe tienen 2 tipos de alimentos balanceados uno de 50 el kilo y el otro de 65 el kilo, si se desea 1000kg para vender a 54el kilo. Cuantos kg de cada alimento se debe mezclar
B2 65/KgBalance total
Balanceado 1 + balanceado 2= balanceado total
Balanceado 1+ balanceado 2=1000Balanceado 1=1000-balanceado 2
Balance de componentes
Costo balanceado 1* masa del balanceado 1+costo balanceado2*masa del balanceado 2= costo balanceado 3* masa del balanceado 3
50*balanceado1+ 65 balanceado 2=54*1000
50*(1000-balanceado2)+ 65 balanceado 2=54000
50000-50balanceado 2+65 balanceado 2=54000
15 balanceado 2=54000-50000
Balanceado 2=4000/15
Balanceado2=266,67 kg
Balanceado 1=1000-266.67=733,33Kg
Se necesit para obtener 1000 kg a 54 dlares el kilo, la cantidad de 733,33Kg de 50 El kilo y 266.67 de 65 dlares el kilo.
AYUDANTIASBalance de 1 o 2 etapas de rgimen estacionario
Ejercicio 1Para obtener papas deshidratadas estas deben ser primero peladas y glaseadas antes de pasar por un secador de cabinas. La humedad de las papas es aproximadamente 78%.
a.- Cuntos kg de materia prima se debe comprar para obtener 100 lb del producto con 7% de humedad si el % de desperdicio en la 1 etapa del proceso es de 30%?
b.- Cuntas lbs de agua se evaporan en el secador?
Si tengo 2 sustancias grasas de 4% y 60% de concentracin responda. Qu cantidad de cada una debo mezclar para obtener 180 lt de producto 38% de grasa y densidad 1.3 gr/cc.
Balance Total
A+B = C
A+B= 234
B= 234-A
B= 91.93 Kg
Ejercicio 2
Una fruta con 25% en peso en jugo es procesada para elaborar jugo concentrado. Una parte del jugo extrado pasa al evaporador donde se obtendr 350 Kg/h de concentrado de 40 BRIX el cual se mezclara con el 15% del jugo fresco proveniente del repartidor. Determinar:
a.- Kg de concentracin del producto final
b.- Costo de Materia Prima para 8 horas de trabajo conociendo que el costo de fruta son $0.45/kg.
Ejercicio 3
Balance Total (Secado)
0.8MP = W+1
0.8 MP 1 = W
0.8 (21.25) 1 = W
W= 16 Kg * 2.2Lb/1Kg = 35.24 Lb
Balance Comp
0.8Mp*0.05 = 1(0.85)
Mp= 21.25Kg
Ejercicio 4
Balance Total
100+ KOH = KOH2
Balance Componente
(0.04) * 100 + KOH = KOH2 * 0.06
4 + KOH = (0.06) (100+KOH)
KOH = 6 + 0.06 KOH
KOH=2/0.94 = 2.13
1000 Kh/h 20% Azucar, 10% Alcohol
2000 Kg/h 25% Alcohol, 30% Azucar
Ejercicio 5
Balance Total
2000 + 1000 = Pf = 3000 Kg
Zanahoria 2585% ST
Az= 0.4 40% Azucar
Ac = 0.4 20% Alc
H2O = 0.4 40% H2O
Ejercicio 6
Bc= 100 Kg
Balance Total
Z = Z + W
W= 70.5
%M = Mp Pf / Mp 100
%M = 70.6%
%R= MP W / Mp
%R = 29.5
Ae (0.75) Z
Ae75%
Aw=75-15/75 * 100
Aw = 75- 4.41 / 75 * 100
Aw = 94.118%
Mtodo grafico para resolver problemas de mezclas (regmenes de momentos estacionarios)
Mezclas binarias. Mtodo cuadro de Pearson
1. Identifique las fuentes y sus proporciones o concentraciones
2. Identifique la concentracin a la que desea llegar
3. Realice la resta de la diagonal entre las proporciones o concentraciones de cada material y la deseada, el resultado de esta resta sern las partes
4. Sumo las partes
5. Calculo de la proporcin de cada fuente en la masa multiplico por 100 y divido pata el total de las partes
Ejercicio #1
Mezclar 15Kg de solucin al 20% con agua para obtener un producto final al 10% de concentracin Cuntos Kg de agua debemos mezclar y cunto de producto se obtiene?
Ejercicio#2
Se dispone de fuentes para obtener una mezcla al 18% de protena. La primera fuente es el maz cuya composicin es el 7.5%.La segunda fuente es la soya tostada con 36.8% protena. Si queremos obtener 2000Kg de mezcla final. Qu cantidad de maz y soya se debe mezclar?
Ejercicio #3
Partiendo de un jarabe al 90Brix, deseamos obtener un producto de 100Kg de 82brix
8*1.11= 8.88Kg
Ejercicio #4Deseamos trabajar con una solucin slido soluble, para ella contamos con 5 tanques de jarabe al 60 Brix en promedio y queremos llevarlo hasta 88 Brix. Cada tanque pesa 220 Brix Cuntos kg de azcar se debe agregar al jarabe de 60Brix hasta lograr nuestro propsito?
Ejercicio #5
Obtener un jarabe de 80 Brix
Ejercicio #6
Si mezclamos 100kg de jugo fresco con 10% de slidos solubles y 50Kg de jarabe de 75Brix Cul es el contenido de la mezcla resultante, si su suma es de 65 partes?
Ejercicio #7
Disponemos 5 tanques de 220kg c/u cuyo contenido de un jarabe es de 60brix y de azcar 300Kg a 100Brix Cul ser la concentracin del jarabe resultante?
AYUDANTIAS
Mtodo grafico para resolver problemas de mezclas (regmenes de momentos estacionarios)
Mezclas binarias. Mtodo cuadro de Pearson
10 Toneladas de pulpa de banana de 70 BRIX son procesados para un mix de banana con maracuya.
a.- Litros de jugios banacuya con residuos de 1.1 g/cc
b.- Cantidad de jugo de maracuy utilizado
Mezclas de 3 componentes. Diagramas triangulares
Ejercicio #1
Una corriente de 100kg/h que contiene 105 de alcohol, 20% azcar el resto de agua y con una mezcla 2 con 200kg de una corriente con 25% de alcohol, 50% de azcar y 25% de agua.
1000Kg 2000kg
2000+ 1000=3000
2 partes + 1 parte- 3 partes
Por tanto el segmento que uno el punto A con el B se debe dividir en tres partes iguales y el lado que este ms cerca al mayor ser la concentracin final en este caso es 42% de agua , 41% azcar y 18% alcohol
Ejercicio #2
Tenemos
500g 1500g
Masa 1+ Masa 2= Masa total
500g+1500g=2000g
1+3=4
Por tanto dividimos en cuatro partes y el que este ms cercano al mayor ser la respuesta en cuanto a concentracin.
Protena 50%, lpidos 7% y agua 43%
Para cumplir ciertas especificaciones del pedido de un fabricante mezcla dos sacos de pallets cpn 40% de protena, 45% fibra y 15% lpidos con un saco de pallets con 35% de protena, 18% de grasa y 47% de fibra. Cul es la composicin final?
2s2+ s1=300Kg
S1=100kg
S2=200Kg
2partes+1 parte= 3 partes
LIPIDOSComo resultado es protena 38%, 16% lpidos y 46% de fibra.
Fruta maracuy con un 25% de peso en jugo son procesados para elaborar jugo concentrado una parte del jugo extrado pasa al evaporador que se obtendr 350kg/h de concentrado 40Brix que se mezcla con jugo fresco de 15Brix del jugo proveniente del repartidor
Materia prima necesaria para el proceso
Kg y concentracin final
Como sabemos que el jugo fresco es 0.25*0.15mp solo reemplazamos y sabremos la masa que se necesita de jugo fresco para mejorar las propiedades organolepticas.
Jugo fresco = 0.15*0.25*6588.24=247.059 Kg
Jugo que entra al evaporador=0.25*0.85*6588.24=1400.001 Kg
agua= 1400.001-350=1050.001Kg
Por lo tanto el producto es la suma del jugo fresco y el jugo que sale del evaporador 247.059+350=597.059 Kg
La concentracin es
Es decir se va a obtener un producto de 28 Brix
Para saber el % de rendimiento haremos la siguiente ecuacion.
Rendimiento total
Disponemos de cierta cantidad de naranjas los desperdicios es del 75% de peso y 10% de slidos totales, el 90% de jugo pasara a un evaporador donde se obtendr 1600Kg concentrado de 65Brix el cul pasara a mezclarse con el jugo fresco que proviene del repartidor para obtener un jugo de buenas propiedades organolpticas.
Diagrama
Agua que se evapora
Cantidad de jugo fresco que entra al mezclador
Rendimiento del proceso
Cuntos pias enteras y cuntos kg de azcar se requiere para producir 8 kg de dulce de pia 70Brix. Si el porcentaje del pelado es del 30% y se utiliza una proporcin 1.3 en relacin con la pia que contiene 12 slidos totales y un peso promedio de 2 kg?
Se desea obtener un cierto producto cristalizado con 3% de agua residual partiendo de 100 toneladas/h que tiene una disolucin del 25% de sal para ello se dispone un evaporador y cristalizado y las aguas madres) se recirculan retornando al inicio del proceso al evaporador?
Masa en kg de cristales producidos
Cantidad de agua que se evapora
Kg de aguas madres que se recirculan si tiene 0.7Kg de sales por Kg agua y el porcentaje de sales que salen del evaporador es del 60%
Balance para jaleas y mermeladas
Siempre se debe tener 65 Brix en el producto final
Y en la mayora de los casos las pulpas estn a 10 Brix
Y la relacin fija es 45 fruta y 55 azcar
La pectina ayuda a gelificar pero no a porta con slidos solubles
Cuantos kg de fruta con 10% solidos totales se requieren para producir 100 frascos de mermeladas de 1lb, si usamos una relacin de 45 frutas y 55 de azcar. Calcular adems el grado de pectina 80 que se debe agregar y de la fruta entera si los desperdicios son del 20%.
Balance total
F+A+P=100+W+20F
Balance de slidos
0.10F+A=100*0.65+20*0.1FBalance de coccin
0.8F+A+P=W+100
Balance de coccin de solidos
0.8F*0.1+A*1=100*0.65
0.8*1.02*A*0.1+A=100*0.65
0.0816+A=65
A*1.0816=65
A=60.10
1.02*A=F
1.02*60.10=F
61.3=F
PECTINA=AZUCAR/80
PECTINA=60.1/80
PECTINA=0.75
Deseamos preparar 100 cajas de 48 frascos con 250 mermeladas de mango, que contenga un 10% de solidos solubles, la mermelada debe tener 65 % de slidos solubles y con una densidad de 1.4 g/cm3 se usa la pectina de grado 100. Calcular la cantidad de mangos, azcar y pectina, si los desperdicios representan el 60%.Ademas calcular el precio al pblico si conocemos que el valor del procesamientos es el 30% de los materiales y la utilidad esperado es del 35% si el Kg del mango es de dos dlares y el azcar es de 0.8 EL kg y la pectina es de 4 el kilo a ms de 0.50 los frascos.
45 A=55P
45 A=55*0.4F
A=0.49F
BALANCE DE COCCION
0.4F+P+A=W+1680
0.4F*0.1+A=1680*0.65
0.04F+0.49F=1092
F=2060.38Kg
Pulpa de entrada 824.15kg
A=1009.59Kg
Pectina=1009.59/100=10.10Kg
Valores
Fruta 2060.38kg*2dolares/kg=4120.76
Azcar 1009.59Kg*0.8 dlares/kg=807.67
Pectina=10.1*4=40.4
Frascos 2400
Valor total de la produccin 7368.83
Valor del procesamiento 7368.83*0.3=2210.65
Valor de produccin y procesamiento = 9579.48
Valor para utilidad 9579.48*0.35=3352.83
Valor total =12932.3P.V.P= 12932.3/4800=2.70
Calor especificoEs la energa necesaria que se necesita para elevar u gradiente de temperatura a una unidad de materia.
Mtodo de clculo del calor especfico para productos no congelados envase a su composicin qumica.
Cp=1(factor de agua)+0.4 (factor de grasa)+0.2 (factor no grasa) BTU/lbFCp=1(factor de agua)+0.4 (factor de grasa)+0.2 (factor no grasa) Kcal/KgC
CP=4186 (factor de agua)+1674.4 (factor de grasa)+837.2 (factor no grasa) J/KgK1kcal=4186Kcal
1kcal=3.96BTU
1BTU=1055J
1BTU=0.252Kcal
En base a l contenido de humedad
Productos que tienen alto contenido de humedad no grasos
Cp=0.008(%humedad)+0.2
Cp=33.49P+837.36 J/KgC
Ejercicio #1
Calcular el cp de unas salchichas que contienen 17% de protena, 22% de grasa y el resto de aguaCp=1(factor de agua)+0.4 (factor de grasa)+0.2 (factor no graso)
Cp=1(0.61)+0.4 (0.22)+0.2 (0.17)
Cp=0.732 BTU/lb F
CP=0.732Kcal/KgC
Cp=3058.15 J/KgC
Ejercicio #2Una tonelada de carne de res desde 25C a 100C conociendo que la composicin de la misma es 75% de humedad, 20% de protenas y el resto es grasa
Cp=1(0.75)+0.4(0.05)+0.2*0.20Cp=0.81BTU/lbF
Cp=0.81Kcal/Kgk
Cp=3380.66J/kgC
La energa total de un sistema constante
Calor de fusin=calor de congelacinSlido a lquido= lquido a slido
Calor de evaporacin=Calor de condensacinLquido a vapor=vapor a liquido
Temperatura es la medida de comportamiento de las molculas alteradas
T= Es la fuerza que tiene un flujo de energa desde una parte mayor a una menor
Cp es una energa que se necesita elevar en una unidad de masa
Csensible es la cantidad de energa necesaria para que exista un gradiente de temperatura pero no su estado a fase.
Clatente cantidad de energa para provocar un cambio de estados pero sin variar la temperatura.
Q=mCeT
Q=mCeT
Q=1000Kg*3390.66*75
Q=254299500J
1kwh=3.6x106J
254299500J/3.6x106J=70.64Kwh
Para saber cunto gasta es 70.64*0.08=5.65
Es decir que gasta 5.65 dlares en este procedimiento
Calor sensible, latente, viaje trmico.AYUDANTIAS
Costo E.E en pasteurizar 200000 L de leche de 1.02 g/cc y 12% SS utilizando un proceso de calentamiento rpido desde 25C hasta 100C seguido de un enfriamiento hasta 5C.
200000L * 1m/1000L * 100 cc/ 1mQs= M * T Cp1
Qs = (204*10) * (15) * 0.9
Qs = 13.83 * 10 Kcal
Qs2 = M * T * Cp2
Qs2= 204*10 * 95 * 0.904
=-17.519 * 10
Cp1= 88/100 + 0.2 * 12/100
Cp1 = 0.904 Kcal/ KgCQT = 31.35 Kcal = 2.911
25 Kg de Carne de vacuno a 75%H, 18% Proteina y 7% grasa desde 25C hasta -40C. Calcular:
a.- Cp carne sun cingelar y congelado
b.- Calor total del proceso en J
c.- Costo proceso conociendo que KWh por valor $0.08
Qs1 = M1 Cp1 T
= 24 * 0.8 * 25
Qs1 = 500 Kcal
Cp1 = 75/100 + 0.2* 25/100
Cp1 = 0.8 Kcal/ KgC
QL1 = M * L
= 80 * 18..75
QL1 = 1500 Kcal
Qs12= M2 Cp2 T
= 25 * 40 * 0.425
Qs1 = 425 Kcal
QT = Qs1 + QL1 + Qs2 = 2425 * 10 Kcal * 4.186 J / 1 Kcal = 10.15 * 10 J
QT = 2.8157 Kwh
$0.08 Kwh * 2.8157 Kwh
$0.22
Para concentrar 100000 lb/h de jugo de caa que se encuentra a 180F desde 16 BRIX hasta 25 BRIX , se cuenta con un evaporador que trabaja a 242F y 25 psia (8 horas). Calcular:
a.- Lb de producto concentradob.- Lb H2O evap
c.- Entalpia a 242F
d.- Consumo de energa en BTU
100000= W + X
100000= 0 + X*0.25
X= 64000 Lb
W= 36000Lb
Cp= 0.008*84 + 0.2
Cp= 00.872 btu/lbF
QL = 34.23 * 10
Qs = 100000*62*0.872
Qs= 5.4*10
QT = (Qs + QL) * 8h
Secar condiciones Atm 80%H hasta 10%. To=20C.
a.- Calor necesario Kcal/ KgMp
b.- Calor necesario Kcal/Kg Agua evap
P = W+ PF
W= 77.78
P*0.2 = 0.9 PF
PF= 22.2 Kg
Qs= M Cp T
Qs= 6720 Kcal
QL= 77.7 * 540
QL = 41958 Kcal
Cp1= 80/100 +0.2 * 20/100
Cp1 0.84 Kcal/Kg
CARTA PSICOMETRICA
AYUDANTIAS
El evaporador de pelicula ascendente de nuestro laboratorio espera a una presion de 0.55 Bar de vacio determiner el calor latent de evaporacion que corresponderia a esa P e indique cada temperatura.
Pvacio = Po Pabs
Pabs = P vacio Po
= 0.5*100 101.4
Pabs = 51.325
HR40%
Procio 37.8C
El aire de un espacio interior temperatura de bulbo seco 75F con 50% HR cuando se mezcla con aire del exterior a 90F de bulbo a 60%HR. Sus 4 partes de aire se mezclan con 1 parte de aire exterior. Composicion final de la mezcla.
Aire 20C, 25C, 20%H, 15C 60% HR, Mezcla 760 mmHg
760mmHg = 1 Atm = 101.3 Kpa
Zapallo 30% desperdicio va a ser tratado para obtener rodajas con 12%Humedad si utilizamos 100 KG de rodajas frescas con 88%Humedad. Determinar:
a.- Kg Producto Final de agua evaporada
b.- Kg de MP
c.- Si el proceso se realiza utilizando aire precalentado a 80!C con 15% HR y abandona el secador a 40C y 85% HR
Calcular la masa y volumen aire requerido para introducir en el proceso
BT
100= W+ Y
W = 100 Y
W= 6.39 Kg
BC
100*0.94 = W+ Y
Y= 93.61 Kg
X= 100+ 0.3 X
X= 142.86 Kg
INICIA 80C , 15%HR, 47 g / kg aire
SALE 40C, 85%HR, 40 g/ Kg aire
V= mV = 911.43 * 1.075 = 979.77 m3
LIOFILIZACIONAYUDANTIAS
Liofilizacin camarones en condiciones ambientales se requiere calcular el costo de la operacin para obtener 1000 Kg de camarones liofilizados con 7%Humedad a una temp 10C y 25C.
BT
X= 10000 + W
W= 32272.72 Kg
BC
X*0.22 = W + 10000*0.93
X= 42272 Kg
QS1= m * cp * T
= 42772*0.824 * 25
Qs1 = 8701818 Kcal
Cp= 75/100 + 0.2 * 22/100 = 0.824
QL1 = mL
QL1 = 32973*80 = 2581760 Kcal
QL2 = ML2
= 32272 * 678
QL2 = 21880904.16 Kcal
QL3 = ML3
QL 700*80
QL3 = 56000
QS2= MCPT
QS2 = 10000*0.256*10
QS2= 25600
QT = 25471139.92 Kcal*4186 kJ/1Kcal
25471139.92 Kcal * 4186 KJ/1 Kcal * 1Kwh/3.6*10 * $0.08/1kwh = 2369.38
El aire debe de estar caliente y seco y sale frio y hmedo finalmente aire arrastra humedad. Deshidratar 10 Kg de papas en trocito desde 72% Humedad hasta 12% humedad utilizando un secador de aire precalentado, 15% H a 80C
BT
10 = W + P ; W= 6.8 Kg
2.8 = 0 + P*0.88
P= 3.2 Kg
Ae = 0.08
As= 0.09
A?= 0.01 Kg Agua/ Kg Aire
6.8Kg Agua * 1 Kg As/0.01 Kg Agua
680 Kg aire
INTERCAMBIADOR DE CALOR
Calcule la eficiencia del proceso en relacin al V del aure y Kg de vapor saturado y Kg de vapor saturado utilizado si noo es factible llevar a cabo el proceso, calcule:
a.- Cuantos m de aire se requerir para secar el producto.
b.- Cuantos Kg de vapor deber usarse para calentar ese nuevo volumen de aire, si la T ambiente es 30C
Pm= 10lb/in = 10psi + 14.7 psia = 24.7 psia
BT
200= W+ PF
200= 55.55 = W
W=144.4 Kg
BC
200*0.25 = 0 + PF*0.9
PF= 55.5Kg
QS1 = MCPT
QS1 = 1275 Kcal
QL1 = ML
QL1= 150 * 80 = 12000 Kcal
Cp2 = 0.75 + 0.05 = 0.8 Kcal/ Kg
QS2 = MCPT
QS2= 200*0.8*65 = 10400 Kcal
QL2= ML = 144.4*2345.4 = 338675.76 = 80926.1 Kcal
Qentreg Aire = McpT
Qentreg Aire = 13780 * 1Kj/KgC ** 15 = 207733.5 KJ = 49637.6 Kcal
Paire = m/v = 1.06*13000 = 3780 Kg
Por lo tanto no va existir eficiencia ya que Qreq es mayor Qentreg.
Para la Pasteurizacin 10000 L/h de leche con 12% SS y una To = 5C se utiliza un intercambiador de calor de placas que opera a 130C. Calcular los Kg de vapor necesarios para el proceso si la Temperatura de la leche es 75C. L= 2173.7 KJ/Kg
Evapor = E ganada
QL = QS
ML = MCP T
M= 10320 Kg/h * 3.78 KJ/KgC * 70C/ 1256.23 Kg/h
M = 1256.23 Kg/h
Cp= p/100 + 0.2(100.p)/100 = 0.904 Kcal/KgC
0.904 Kcal * 4.186 KJ/1Kcal = 3.78 KJ/KgC2014
Jeanneth Hernndez Estefana Ulloa
Folleto de Balance de matera y energa
X H2O
MEZCLA
15 Kg (20%)
8% NaCl Y
H2O X
Y 25%
120g 58%
MEZCLA
Y 10%
100L 40%
X 65%
MEZCLA
X H2O
100Kg 30%
Y 75%
MEZCLA
62.4525Kg 30%
Y H2O
X 5%
MEZCLA
Y H2O
MEZCLA
X 85%
100Kg 20%
Y 33Brix
H2O X
288Kg 12Brix
MEZCLA
Agua
498960Kg 20
2%
MEZCLADORA
MEZCLA
A
2%
B
J
MEZCLA
pr=1.1
20BRIX
200 gal/min
Zumo 100Kg
10%
W
Evaporador
D
65%
C
MEZCLA
45%
PF
A
C
B
MEZCLA
12%
8%
1000Kg
A
Vp=0.93cc/g
65%
C
B
MEZCLA
150Litros
p= 104g/cc
40%
10%
0.3P
78% H
C
B
MEZCLA
71%H
29%Ss
0.6*100*0.71
A
B1 50/Kg
Balanceado total 54/kg
Mezcla
A
Balance Total - Secador
A + B = C
A(0.22) + 0 = 100(0.93)
A= 422.72 Lb
Balance Total Pelado y G.
A= DP+B
Balance General Sistema
A = W + DP + C
A=B+0.3A+C
0.7A-100=W
W=322.72 Lb
DP
0.3P
78% H
0%
100 Lb
7%H 93%S
W
78% H
C
B
Secador
Pelado y glaceado
180lt
0.38
V=1.3g/cc
C
B
MEZCLA
0.04
0.6
A
M=p*v=1.3g/cc*100cc/m * 1m/1000lt
180lt=234kg
(2.34-A)(0.04)+A(0.6)=88.92
0.56A= 79.56
A=142.07 Kg
Balance Total - Evaporador
0.85J=W+350
0.85 (0.1)J=W(0)+350(0.9)
J=1647.06 Kg
0.85J-350Kg=W
W=1000
Balance Total Mezclado
0.15J+350=PF
0.15(1647.06)+350=PF
Componentes
(0.15)(0.1)J+(0.4)(350)PFx
X=0.28
28%
J=0.25F
F=6588.16Kg
a.- PF = 597.05 KG
B.- F= D + J
F- J =D
Ft=8f
P=$23717.3
MP
D
Extraccin
10%
J
W
Evaporador
Repartidor
0.85 J
350 Kg/h
40 BRIX
Mezcla
PF
0.8 mp
1 Kg
15%H
Secado
Q = 20%
0.2MP
Pelado
W (lb)
MP
95% H
100 Kg KOH
KOH2
KOH1X
Mezcla
1000 Kg/h
2000 Kg/h
25% Alcohol
30% azucar
Mezcla
Z 85%
25 %
Deshidratador
W
45 X 10 TON
1 Y = 10/(45-X)
45 100 10 TON
25 M
M = 250/45-M
10 Ton
45 - X
70
M
B = 10 + M
70 - X
25%
X
45%
25% alcohol50% azucar
25% agua
10% alcohol
20% azucar
70% agua
agua
Alcohol
Azcar
60% protenas
5% lpidos
35% agua
20% protenas
15% lpidos
65% agua
agua
Proteina
lipidos
Proteina
Fibra
PARED
SISTEMA
Pared imaginaria lo suficientemente alejada
QL
Qs
Qs
100
100
25
5
25
-40
0
0
Qs2
QL
Qs1
Evaporacion
W (lb)
X
25 BRIX
100000 lb
16BRIX
180
242
242
Qs
QL
Secado
W (lb)
X
10% H
P
20% ST
20
100
100
Qs
QL
Y Kg 69%H
94% st
w
100 Kg
30%
88%HR
X Kg
Cortado
Secador
1000 Kg
7%H
ST 93%
Evaporacion
W (lb)
78%H
22%ST
QL2
QL1
Qs2
Qs1
0
-40
10
0
0
Deshidratador
W (lb)
12% H
10 Kg
72% 80C
Aire hmedo 65C
Secador
Se
secador
PF 10%
65C
W (lb)
Deshidratador
W (lb)
200 Kg
75%, - 15C
W (lb)
W (lb)
W (lb)
200 Kg
75%, - 15C
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