FOLLETO DE BALANCE DE MATERÍA Y ENERGÍA [Subtítulo del documento]
Balance de régimen estable – Diluciones y Concentraciones Ejercicio #1
¿Cuántos Kg de una disolución que tenga 8% de sal, se puede obtener por una disolución de otra solución que pesa 15 Kg y contienen 20% de sal?
X H2O 15 Kg (20%)
8% NaCl Y
MEZCLA
=37, 5 Kg
Se obtiene 37,5 Kg de disolución al 8% de sal Se empleó 22,5 Kg de H2O para preparar esta disolución. Ejercicio #2
¿Cuantos Kg de salmuera al 25% se podría obtener por dilución de 120 g de solución concentrada al 58%?
120g 58%
H2O X Y 25% MEZCLA
Concentración de solutos*masa de solución concentrada+ concentración de solutos*masa de agua = concentración de solutos * masa de la dilución de salmuera
120g*0.58+0*X=0.25*Y 69.6=0.25Y Y=69.6/0.25= 278.4 g X=Y-120g X=278.4-120=158.4g Por factores de conversión los 278.4g dividimos para 1000 para obtener los Kg y sabremos que se obtiene 0,2784Kg de dilución de salmuera al 25% Y se empleó 0,1584 Kg de agua para preparar dicha disolución de salmuera Ejercicio #3
¿Cuánto 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?
Y 10% X 65%
100L 40%
MEZCLA
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 #4
Cuantos Kg de agua son requeridas para incrementar el contenido de humedad de un material de masa 100 Kg desde un 30% hasta un 75%
X H2O 100Kg 30%
Y 75% MEZCLA
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 dilución de 15 galones al 30% con una densidad relativa de 1.1
Y H2O 62.4525Kg 30%
X 5%
MEZCLA
*X
X=374,715Kg
Obtendremos 374,15Kg de jarabe al 5% y necesitaremos 312,2625Kg de H2O Ejercicio #7
Se dispone 100kg de sopa deshidratada con 20% de humedad y a partir de la cual debo obtener una sopa con 15% de sólidos totales, determinar los litros de agua que se debe agregar y los kg totales
Y H2O 100Kg 20%
X 85% MEZCLA
y=533.33-100=433.33Kg
Con 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 12°Brix y una densidad de 1.2g/cm3. ¿Cuántos Kg de pasta de tomate de 33°Brix y cuántos Kg de H2O necesito mezclar?
Y 33°Brix H2O X
288Kg 12°Brix
MEZCLA
Como tenemos que elaborar 1200 frascos de 200cm3, tenemos que primero multiplicar los 1200 frascos para los 200cm3 para así 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 conversión a Kg sabiéndose que la masa es de 288Kg de salsa de tomate a fabricar
+ C. sólidos de agua=sólidos de salsa de tomate*masa de salsa de tomate 0.33X+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 #9
Una embotelladora desea producir una bebida 2% de sacarosa. Para ello ingresa la fórmula secreta a la mezcladora a una velocidad de Q=200galones/minuto y añade a la mezcla jarabe de 20`Brix ¿Qué tipo de mezcladora se debe utilizar? ¿Con que velocidad en kg/s deberá ingresar el jarabe a la mezcladora? ¿Cuántos envases de 3,5L, 2L Y 1L Y 250 ml se producirán para obtener en 1º h de trabajo?
Agua 498960Kg 20
2% MEZCLADORA
Balance total
c. de fórmula secreta*masa de fórmula secreta + c. de agua*masa de agua= c. bebida resultante*masas de bebida resultante
0,2*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 L Se 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
MEZCLA
0.3 salmuera=0.03pf Salmuera=0.03/0.3 Pf
Salmuera=0.1Pf
1 =PF-O.O1PF PF=1.11 Balance de 1 o 2 etapas de régimen estacionario Ejercicio #1
Un néctar de mango debe contener puré de mango 100kg, 30kg de azúcar, 170Kg de agua y 10 kg de ácido cítrico. ¿Qué cantidad de materias primas se debe emplear para producir 5300kg de néctar de mango?
Para saber la cantidad de néctar primero se debe sumar todos los ingredientes Puré 100Kg Ac. Cítrico 170Kg Agua 170Kg Azúcar 30Kg La suma del néctar es de 310 Kg Cantidad de puré
cantidad de ac. Cítrico
100kg
310 kg
X=1709.677kg
5300kg
Cantidad de agua 170kg
10kg x=170.968kg
310kg 5300kg
cantidad de azúcar 310kg
30 kg
310kg
X=2906.45
5300kg
x=512.90Kg
5300Kg
Se 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 54 el kilo. Cuantos kg de cada alimento se debe mezclar
B1 50/Kg B2 65/Kg
Mezcla
Balanceado total 54/kg
Balance total Balanceado 1 + balanceado 2= balanceado total Balanceado 1+ balanceado 2=1000 Balanceado 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 necesitó para obtener 1000 kg a 54 dólares el kilo, la cantidad de 733,33Kg de 50 El kilo y 266.67 de 65 dólares el kilo.
Método grafico para resolver problemas de mezclas (regímenes de momentos estacionarios) Mezclas binarias. Método cuadro de Pearson
1. Identifique las fuentes y sus proporciones o concentraciones 2. Identifique la concentración 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 serán las partes 4. Sumo las partes 5. Calculo de la proporción de cada fuente en la masa multiplico por 100 y divido pata el total de las partes
Ejercicio #1
Mezclar 15Kg de solución al 20% con agua para obtener un producto final al 10% de concentración ¿Cuántos Kg de agua debemos mezclar y cuánto de producto se obtiene?
Ejercicio#2
Se dispone de fuentes para obtener una mezcla al 18% de proteína. La primera fuente es el maíz cuya composición es el 7.5%.La segunda fuente es la soya tostada con 36.8% proteína. Si queremos obtener 2000Kg de mezcla final. ¿Qué cantidad de maíz y soya se debe mezclar?
Ejercicio #3
Partiendo de un jarabe al 90°Brix, deseamos obtener un producto de 100Kg de 82°brix
8*1.11= 8.88Kg
Ejercicio #4
Deseamos trabajar con una solución sólido 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 ¿Cuántos kg de azúcar se debe agregar al jarabe de 60°Brix hasta lograr nuestro propósito?
Ejercicio #5
Obtener un jarabe de 80 Brix
Ejercicio #6
¿Si mezclamos 100kg de jugo fresco con 10% de sólidos solubles y 50Kg de jarabe de 75°Brix ¿Cuál 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 60°brix y de azúcar 300Kg a 100Brix ¿Cuál será la concentración del jarabe resultante?
()( ) ()( )
Mezclas de 3 componentes. – Diagramas triangulares
Ejercicio #1
Una corriente de 100kg/h que contiene 105 de alcohol, 20% azúcar el resto de agua y con una mezcla 2 con 200kg de una corriente con 25% de alcohol, 50% de azúcar y 25% de agua. 1000Kg
10% alcohol 20% azucar 70% agua
2000kg
25% alcohol 50% azucar 25% agua
2000+ 1000=3000 2 partes + 1 parte- 3
partes
Por tanto el uno el punto A con
segmento que el B se debe
dividir en tres partes iguales y el lado que este más cerca al mayor será la concentración final en este caso es 42% de agua , 41% azúcar y 18% alcohol
Alcohol
a ua
Azúcar
Ejercicio #2
Tenemos 500g
20% proteínas 15% lípidos 65% agua
1500g
60% proteínas 5% lípidos 35% agua
Masa 1+ Masa 2= Masa total 500g+1500g=2000g 1+3=4 Por tanto dividimos en cuatro partes y el que este más cercano al mayor será la respuesta en cuanto a concentración.
Proteina
agua
Proteína 50%, lípidos 7% y agua 43%
lipidos
Para cumplir ciertas especificaciones del pedido de un fabricante mezcla dos sacos de pallets cpn 40% de proteína, 45% fibra y 15% lípidos con un saco de pallets con 35% de proteína, 18% de grasa y 47% de fibra. ¿Cuál es la composición final? 2s2+ s1=300Kg S1=100kg S2=200Kg
2partes+1 parte= 3 partes
Fibra
Proteina
Lipidos
Como resultado es proteína 38%, 16% lípidos y 46% de fibra.
Fruta maracuyá con un 25% de peso en jugo son procesados para elaborar jugo concentrado una parte del jugo extraído pasa al evaporador que se obtendrá 350kg/h de concentrado 40°Brix que se mezcla con jugo fresco de 15°Brix del jugo proveniente del repartidor
Materia prima necesaria para el proceso Kg y concentración 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 concentración 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 sólidos totales, el 90% de jugo pasara a un evaporador donde se obtendrá 1600Kg co ncentrado de 65°Brix el cuál pasara a mezclarse con el jugo fresco que proviene del repartidor para obtener un jugo de buenas propiedades organolépticas.
Diagrama Agua que se evapora Cantidad de jugo fresco que entra al mezclador Rendimiento del proceso
¿Cuántos piñas enteras y cuántos kg de azúcar se requiere para producir 8 kg de dulce de piña 70°Brix. Si el porcentaje del pelado es del 30% y se utiliza una proporción 1.3 en relación con la piña que contiene 12 sólidos 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 disolución 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 mayoría de los casos las pulpas están a 10° Brix Y la relación fija es 45 fruta y 55 azúcar La pectina ayuda a gelificar pero no a porta con sólidos solubles
Cuantos kg de fruta con 10% solidos totales se requieren para producir 100 frascos de mermeladas de 1lb, si usamos una relación de 45 frutas y 55 de azúcar. Calcular además 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 sólidos 0.10F+A=100*0.65+20*0.1F Balance de cocción 0.8F+A+P=W+100 Balance de cocción de solidos 0.8F*0.1+A*1=100*0.65 0.8*1.02*A*0.1+A=100*0.65 0.0816ª+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 sólidos solubles y con una densidad de 1.4 g/cm3 se usa la pectina de grado 100. Calcular la cantidad de mangos, azúcar y pectina, si los desperdicios representan el 60%.Ademas calcular el precio al público 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 dólares y el azúcar es de 0.8 EL kg y la pectina es de 4 el kilo a más 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 Azúcar 1009.59Kg*0.8 dólares/kg=807.67 Pectina=10.1*4=40.4 Frascos 2400 Valor total de la producción 7368.83 Valor del procesamiento 7368.83*0.3=2210.65 Valor de producción y procesamiento = 9579.48 Valor para utilidad 9579.48*0.35=3352.83 Valor total =12932.3 P.V.P= 12932.3/4800=2.70
Para preparar jalea mixta de 665 Brix utilizamos papaya y 40 piña con una relación 45 frutos y 55 azúcar la papaya rinde un 90% y la piña un 60% y ambas poseen 15% de sólidos solubles ¿Calcular Kg de piña y papaya para preparar 2500 frascos de 250 g y kg de azúcar y pectina de grado 100?
Calor especifico
Es la energía necesaria que se necesita para elevar u gradiente de temperatura a una unidad de materia.
Método de cálculo del calor específico para productos no congelados envase a su composición química.
Cp=1(factor de agua)+0.4 (factor de grasa)+0.2 (factor no grasa) BTU/lbF Cp=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/KgK 1kcal=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 proteína, 22% de grasa y el resto de agua Cp=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 #2
Una tonelada de carne de res desde 25°C a 100°C conociendo que la composición de la misma es 75% de humedad, 20% de proteínas y el resto es grasa
Cp=1(0.75)+0.4(0.05)+0.2*0.20 Cp=0.81BTU/lbF Cp=0.81Kcal/Kgk Cp=3380.66J/kgC
La energía total de un sistema constante
PARED SISTEMA
Pared imaginaria lo suficientemente alejada
Calor de fusión=calor de congelación Sólido a líquido= líquido a sólido Calor de evaporación=Calor de condensación Líquido a vapor=vapor a liquido Temperatura es la medida de comportamiento de las moléculas alteradas ΔT= Es la fuerza que tiene un flujo de energía desde una parte mayor a una menor
Cp es una energía que se necesita elevar en una unidad de masa Csensible es la cantidad de energía necesaria para que exista un gradiente de temperatura pero no su estado a fase. Clatente cantidad de energía para provocar un cambio de estados pero sin variar la temperatura. Q=mCe ΔT
Q=mCe ΔT Q=1000Kg*3390.66*75
Q=254299500J 1kwh=3.6x106J 254299500J/3.6 x106J=70.64Kwh Para saber cuánto gasta es 70.64*0.08=5.65 Es decir que gasta 5.65 dólares en este procedimiento
