116789907-Balance-de-Materia-y-Energia-Yogurt.docx

Mezclado 1

5.1675 kg lecheT0 = 18 ºC

CondensadoVapor saturado

6.4217 kg mezclaTF = 55 ºC

1.25 kg AzúcarT0 = 18 ºC

W ≈ 0toperación = 10min

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

Base de cálculo=5L de lecheℓLECHE =1.027 a 1.04 g/mlℓPROMEDIO =1.0335 g/ml

Kg de leche alimentada=1.035(g/ml)*(5L)

Kg de leche alimentada=5.1675Kg

a) Sistema de mezclado 1

Sistema:Sistema cerrado discontinuo

Cálculo de la carga térmica hacia el sistemaPartiendo de la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados:

ΔE=Q−WΔU +ΔE p+ΔEc=Q−W …(2)

Consideraciones:

No existe variaciones de energía cinética y potencial en el tanque de mezclado.

El trabajo realizado por el agitador es despreciable.

No existe pérdidas de calor apreciables ya que el tanque tiene aislamiento.

Sistema de densidad constante.

La ecuación (2) queda reducida a:

1

Pasteurización

6.4217 kg mezclaT0 = 55 ºC

CondensadoVapor saturado

6.4217 kg mezclaTF = 72 ºC

W ≈ 0toperación = 10min

Q=ΔUQ=mmezclaCmezcla ΔT

Q=6. 4217 kg(3 ,85 kJkg .ºC ) (55−18 )ºC

Q=914 .77 kJEn unidades de flujo:

Q0

1=Qt operación

Q0

1=914 .77 kJ600 s =1 .5246 kJs

Cálculo del vapor de calefacción consumido:El balance de energía en la chaqueta del tanque calefactor es:(utilizando vapor

saturado a 10,1 psia)

Q0

1=m0

1 λ

m0

1=Q0

1

λ=1 .5246 kJ / s2283 kJ /kg

=6 .678∗10−4 kg/ s

b) Sistema de PasteurizaciónSistemaSistema cerrado discontinuo

Cálculo de la carga térmica hacia el sistemaPartiendo de la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados:

ΔE=Q−WΔU +ΔE p+ΔEc=Q−W …(2)

Consideraciones:

2

Enfriamiento 1

6.4217 kg mezclaT0 = 72 ºC

AguaAguaTF = 23 ºC T0 = 18 ºC

T0 = 18ºC

6.4217 kg mezclaTF = 43 ºC

W = 0toperación = 4 h

No existe variaciones de energía cinética y potencial en el tanque de mezclado.

El trabajo realizado por el agitador es despreciable.

No existe pérdidas de calor apreciables ya que el tanque tiene aislamiento.

Sistema de densidad constante.

La ecuación (2) queda reducida a:

Q=ΔUQ=mmezclaCmezclaΔT

Q=6. 4217 kg(3 ,85 kJkg .ºC ) (72−55 )ºC

Q=420 .30 kJ

En unidades de flujo:

Q0

2=Qtoperación

Q0

2=420 . 30kJ600 s =0 .7005 kJs

Cálculo del vapor de calefacción consumido:El balance de energía en la chaqueta del tanque calefactor es:(utilizando vapor

saturado a 10,1 psia)

Q0

2=m0

2 λ

m0

2=Q0

2

λ=0 .7005 kJ /s2283 kJ /kg

=3 .068 x10−4 kg/ s

c) Sistema de Enfriamiento - IncubaciónSistemaSistema cerrado discontinuo

3

Cálculo de la carga térmica retirada del sistemaPartiendo de la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados:

ΔE=Q−WΔU +ΔE p+ΔEc=Q−W …(2)

Consideraciones:

No existe variaciones de energía cinética y potencial en el tanque de mezclado.

El trabajo realizado por el agitador es nulo.

No existe pérdidas de calor apreciables ya que el tanque tiene aislamiento.

Sistema de densidad constante.

La ecuación (2) queda reducida a:

Q=ΔUQ=mmezclaCmezclaΔT

Q=6. 4217 kg(3 ,85 kJkg .ºC ) (43−72 ) ºC

Q=−716.982 kJ

En unidades de flujo:

Q0

e=−Qt operación

Q0

e=716 .982 kJ4 x 3600 s =0 .049 kJs

Cálculo del agua de enfriamiento consumido:El balance de energía en la chaqueta del tanque calefactor es:(utilizando agua a

temperatura ambiental)

Q0

e=m0

e .CpaguaΔT

m0

e=Q0

e

Cpagua ΔT= 0 . 049 kJ /s

4 ,18 kJkg . ºC

(23−18 )ºC=2 ,344 x 10−3 kg

s

d) Sistema de Cocción

Sistema:Sistema cerrado discontinuo

4

Cocción

0.5 kg frutaT0 = 18 ºC

CondensadoVapor saturado

0.35 kg saborizanteTF = 85 ºC

0,14 kg AzúcarT0 = 18 ºC

W ≈ 0toperación = 1 h

0.29 kg VaporTF = 85 ºC

Cálculo de la carga térmica hacia el sistemaPartiendo de la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados:

ΔE=Q−WΔU +ΔE p+ΔEc=Q−W …(2)

Consideraciones:

No existe variaciones de energía cinética y potencial en el tanque de mezclado.

El trabajo realizado por el agitador es despreciable.

No existe pérdidas de calor apreciables ya que el tanque tiene aislamiento.

Sistema de densidad constante.

La ecuación (2) queda reducida a en unidades de flujo:

:

Q0

3=mmezclaCmezcla ΔT+mvapor λt operación

Q0

3=0 .35 kg (3 ,88 kJ /kg .ºC ) (85−18 ) ºC+ 0 .29kg (2283 kJ /kg )3600 s =0.209kJs

e) Sistema de mezclado 2

5

Mezclado 2

0.35 kgjarabe

6.4217 kg Mezcla 1

T0 = 18ºC

YOGURT=6.7717 kg

6