Balance de Materia y Energía

 

1.

En una operación operación de ósmosis ósmosis inversa inversa que funcion funciona a en contnuo contnuo y en régime régimen n esacion esacionario, ario, se desea desalinizar una corriene de agua de mar. Para ello se raan 4000 kg/h de una disolución salina con una concenración de sal del 4% en peso. La salida esá formada por una corriene de 1200 kg/h de agua desalinizada con 0,3% sales y ora corriene de salmuera que constuye el residuo. Calcular el caudal de salmuera de residuo y composición de la salmuera de residuo.

Balance global total: 4000 = 1200 + S S=2800 kg/h Balance global parcial a la sal: 4 0 0 0 ⋅ 0 . 0 4 =1 2 0 0 ⋅ 0 . 0 0 3 +S⋅ X

X=0.0558

2.

Qué Qué caud caudal al más másic ico o de zu zumo mo de de fru frua a de 10 Brix debe alimenarse a un evaporador para producir 10000 kg/h de zumo de 65 Brix y que cantdad de vapor se produce? 



El caudal de fruta debe ser 65000 kg/h  kg/h y el agua evaporada de 55000 kg/h Explicación:   Explicación:

 

Debemos tomar en cuenta que un Brix es una relación entre la materia seca disuelta y un líquido. Para este ejercicio se debe aplicar la teoría de la conservación de la masa. masa que entra = masa que sale

Entonces tenemos:  tenemos:  me = ms + ma Donde: me = masa que entra de fruta. ms = masa que sale de fruta. ma = masa de agua que se extrae a la fruta. me = 10000 kg/h + ma Por otra parte sabemos la relación de entrada y salida de fruta. 0,10 me = 0,65 * 10 000 kg/h  

me = 65000 kg/h

Entonces volviendo a la ecuación (1) 65000 kg/h = 10000 kg/h + ma   3.

ma = 55000 kg/h Se concenr concenran an por congelación congelación 1000 kg/h kg/h de zumo zumo de frua desde desde el 10 hasa el 40% de sólidos. Para ello, el zumo se alimena a un congelador (donde se forman los crisales de hielo que poseriormene se separan en un sisema de separación cenrífuga) del que se obtene zumo concenrado y hielo. Calcular los caudales másicos de hielo y concenrado producidos.

 

 Inicialmente en los 1000 Kg/h zumo de fruta al 10%, se encuentran 100 grs de sólidos y 900 Kg/h de agua. - Asumiendo que cuando se somete a congelamiento el agua se separa de los sólidos del zumo de fruta. En el zumo de fruta concentrado quedan los mismos 100 gr de sólidos que se tenían en el zumo de fruta ini inicial, cial, que representan una concentración de dell 40%, entonces la cantidad de agua que queda en el zumo concentrado, será: Caudal de agua en el zumo de jugo al 40 % = % = 100 Kg/h / 0,40 = 250 Kg/h -  Y, la Cantidad de hielo (agua) producido, es igual a la diferencia de agua que se tenía inicialmente - la cantidad de agua que se tiene en el zumo concentrado: concentrado:   900 kg/h - 250 Kg/h = 650 Kg/h 4.

En la insal insalación ación de de normalizac normalización ión de leche del diagram diagrama a de ujo, ujo, enran enran 1000 1000 kg/h de leche enera que contene un 6,5% de maeria grasa. En la separadora cenrífuga se producen una naa con un 88% de M.G. y una leche desnaada con el 0,3% de M.G. Si la leche debe normalizarse al 4% de M.G., calcular los caudales másicos de leche normalizada y de naa que se obendrán. Leche L = 1 0 0 0 k g /h

  C e n t rifu g a d e s n a ta d o r a

M G : 6 ,5 %

L e c h e d e s n a ta d a D  M G : 0 ,3 %

N ata B G M G : 88%

N

L e c h e n o r m a liz a d a P N o r m a l i z a d o r   

M G : 4%

 

- El diagrama de flujo de este proceso se encuentra anexo. En el mismo se indica el nombre de cada una de las variables. - Haciendo un Balance Balance Total en el Separador Centrifugo, se tienen que la corriente de entrada (LC) es igual a la suma de las corrientes de salida (LD + N) LC = LD + N

 LD = LC - N

LD = 1000 kg/h - N (1)

⇒

- Haciendo un Haciendo un Balance por Componente (Materia Grasa, MG), se tiene: LC x 0,065 = LD x 0,003 + N x 0,88 (2) - Sustituyendo (1) en (2), se resuelve y se consigue N, la cantidad de Nata Producida. LC x 0,065 = (1000 kg/h- N) x 0,003 + N x 0,88

⇒

1000 kg/h x 0,065 = 1000 kg/h x 0,003 - N x 0,003 + N x 0,88 65 kg/h = 3 kg + N x 0,877 N = 62 kg/h /0,877

⇒

N = 70,7 kg/h de Nata

  N = (65 kg/h - 3 kg/h)/ 0,877 ⇒

⇒

 

⇒

 

- Sustituyendo el valor de N en (1) se obtiene la cantidad de la Leche Desnatada (LD) separada en el Separador Centrífugo: Centrífugo: LD = 1000 kg/h - 70,7 kg/h desnatada

  LD= 929,3 kg/h de Leche

⇒

- Ahora, como la leche desnatada con 0,03% de MG se debe normalizar hasta 4% de materia grasa, ahora se hace un Balance Total y un Balance de Materia G Grasa rasa en el Normalizador , como sigue: - Balance Total en el Normalizador    LD + N1 = LN (3) - Balance de Materia Grasa, para conseguir la la cantidad de Nata (N1) que se debe mezclar con la leche desnatada para obtener  una leche normalizada al 4%   LD x 0,003 + N1 x 0,88 = LN x 0,04 (4) - Sustituyendo (3) en (4), queda: LD x 0,003 + N1 x 0,88 = (LD + N1) x 0,04 929,3 kg/h x 0,003 + N1 x 0,88 = 929,3 kg/h x 0,04 + N1 x 0,04  2,8 kg/h + N1 x 0,88 = 37,2 kg/h + N1 X 0,04 N1 X 0,88 - N1 X 0,04 = 37,2 kg/h - 2,8 kg/h  N1 x 0,84 = 34,4 kg/h

⇒

⇒

⇒

 N1 = 34,4 kg/h / 0,84

⇒

 N1 = 41 kg/h

⇒

- Sustituyendo este valor de N1 en (3) se tiene que el que  el caudal de leche normalizada LN, es: LN = 929,3 kg/h + 41 kg/h  kg/h ⇒ LN = 970,7 kg/h - La cantidad de Nata que se obtendrá luego de la normalización (N2), es igual a tal como se puede ver en el diagrama de flujo anexo, esta dado por:

 

N = N1 + N2

N2 = N - N1

N2 = 70,7 kg/h - 41 kg/h

 N2 = 29,7 kgh

⇒