Balance de Materia y Energia Yogurt

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA Base de cálculo=5L de leche ℓLECHE

=1.027 a 1.04 g/ml

ℓPROMEDIO 

=1.0335 g/ml

Kg de leche alimentada=1.035(g/ml)*(5L) Kg de leche alimentada=5.1675Kg

a) Sistema de mezclado mezclado 1 Sistema: Sistema cerrado discontinuo 1.25 kg Azúcar  T0 = 18 ºC 5.1675 kg leche T0 = 18 ºC

6.4217 kg mezcla TF = 55 ºC

Mezclado 1

W≈0 toperación = 10min Condensado

Vapor  saturado

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

E   Q  W  U   E p   E c   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

Q  U  Q  mmezclaC mezclaT 

 

Q  6.4217 kg 3,85

 

kJ   

55  18º C 

kg.º C  

Q  914.77 kJ  En unidades de flujo:

Q

0

Q1



914.77 kJ 

0

Q1

t operación





600s

1.5246

kJ  s

Cálculo del vapor de calefacción consumido: El balance de energía en la chaqueta del tanque calefactor es:(utilizando vapor  saturado a 10,1 psia) 0

Q 1

0 

m 1  

0 0

m1 

Q1  



1.5246 kJ  / s 2283 kJ  / kg

 6.678 *10  4 kg / s

b) Sistema de Pasteurización Sistema Sistema cerrado discontinuo 6.4217 kg mezcla T0 = 55 ºC

6.4217 kg mezcla TF = 72 ºC

Pasteurización

W≈0 toperación = 10min Condensado

Vapor  saturado

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

E   Q  W  U   E p   E c   Q  W 

…(2)

Consideraciones: 

No existe variaciones de energía cinética y potencial en el tanque de mezclado. 2



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  U  Q  mmezclaC mezclaT 

 

Q  6.4217 kg  3,85

 

kJ   

72  55º C 

kg.º C  

Q  420.30 kJ 

En unidades de flujo:

Q

0

Q2



420.30kJ 

0

Q2

t operación





600s

0.7005

kJ  s

Cálculo del vapor de calefacción consumido: El balance de energía en la chaqueta del tanque calefactor es:(utilizando vapor  saturado a 10,1 psia) 0

Q 2

0 

m 2  

0 0

m2 

Q2  



0.7005 kJ  /  s 2283 kJ  /  kg

 3.068 x10 4 kg /  s

c) Sistema de Enfriamiento - Incubación Sistema Sistema cerrado discontinuo 6.4217 kg mezcla T0 = 72 ºC

Enfriamiento 1

6.4217 kg mezcla TF = 43 ºC W=0 toperación = 4 h

 Agua TF = 23 ºC

Agua T0 = 18 ºC

Cálculo de la carga térmica retirada del sistema

3

Partiendo de la primera ley de la termodinámica para sistemas cerrados:

E   Q  W  U   E p   E c   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  U  Q  mmezclaC mezclaT 

 

Q  6.4217 kg 3,85

 

kJ   

43  72º C 

kg.º C  

Q  716.982 kJ 

En unidades de flujo: 0

Qe

 

t operación 716.982 kJ 

0

Qe

Q



4 x3600s



0.049

kJ  s

Cálculo del agua de enfriamiento consumido: El balance de energía en la chaqueta del tanque calefactor es:(utilizando agua a temperatura ambiental) 0

0

Q e   m e  .Cp agua T  0 0

me 

Qe CpaguaT 

0.049 kJ  /  s

 4,18

kJ  kg.º C 

23  18º C 

 2,344 x103

kg s

d) Sistema de Cocción Sistema: Sistema cerrado discontinuo

4

0,14 kg Azúcar  T0 = 18 ºC

0.5 kg fruta T0 = 18 ºC

0.29 kg Vapor  TF = 85 ºC 0.35 kg saborizante TF = 85 ºC

Cocción

W≈0 toperación = 1 h Condensado

Vapor  saturado

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

E   Q  W  U   E p   E c   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: : 0

Q3  0

Q3 

mmezclaC mezclaT   mvapor   t operación 0.35kg3,88 kJ  / kg.º C 85  18º C   0.29kg2283kJ  / kg 3600s

 0.209

kJ  s

e) Sistema de mezclado 2

YOGURT=6.7717 kg

0.35 kgjarabe Mezclado 2

6.4217 kg Mezcla 1

5

6