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UNIVERSIDA NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA PROFESIONAL INGIENIERIA AGROINDUSTRIAL

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL AGROINDUSTRIAL

INGINIERIA DE ALIMENTOS I DOCENTE:

Dr. Alejandro Coloma Paxi

ALUMNA:

CODIGO:

ACERO CHOQUE, BETTY SEMESTRE:

140735

SEXTO

FECHA:

15/05/2016

PUNO – PERÚ 2016

INGINIERIA DE ALIMENTOS 1

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BALANCE DE MATERIA DE UNA DILUCION DE SACAROSA I.

INTRODUCCION

Los balances de materia permiten conocer los caudales y las composiciones de todas las corrientes de un sistema. Es un proceso en el que el balance de materia informa sobre el estado inicial y final del sistema. Los balances se plantean alrededor de un entorno, una determinada región del espacio perfectamente delimitada. El balance de materia está dado por: masa que sale menos masa que entra más masa acumulada es igual a masa que se genera. Según el caso ante el que nos encontremos este balance puede ser modificado, desapareciendo algunos de sus miembros. En un sistema en régimen no estacionario las variables físicas, químicas, mecánicas y termodinámicas del sistema no permanecen constantes con el tiempo. La ley de conservación puede aplicarse a la masa total del sistema o a la de cualquier componente individual que pertenezca a éste. La materia que sale y entra es la cantidad de propiedad que cruza los límites del sistema en uno u otro sentido por unidad de tiempo. La materia acumulada es la cantidad de propiedad existente en el sistema en un momento dado menos la que había en un instante inmediatamente anterior dividido entre el intervalo de tiempo. Puede ser positiva o negativa, según la cantidad de propiedad contenida en el sistema aumente o disminuya. La materia que se genera es la cantidad de propiedad que aparece o desaparece dentro del sistema por unidad de tiempo, sin estar presente inicialmente en el sistema y no habiendo atravesado sus límites. Nos planteamos los siguientes objetivos: Realizar un balance de materias de un

reactor tipo tanque de agitado de volumen constante. Dicho balance se hará determinando la variación de la concentración de una solución de azúcar en el tiempo al adicionar una corriente de agua. Comprobar con los datos experimentales si se cumple la ecuación exponencial resultante del tratamiento teórico del problema.

II.

REVISION BIBLIOGRAFICA

Los balances de materia y energía son una contabilidad de entradas y salidas de materiales y energías de un proceso o de una parte de este. La teoría de estos balances es muy sencilla, pero su aplicación puede ser muy complicada, a menos que se tenga una metodología adecuada para resolver estos pr oblemas (VALIENTE, 1998).

Una de las leyes básicas de la física se conoce como la “L ey de la conservación de la masa” y dice que la masa no puede crearse ni destruirse. Por consiguiente; la masa o

el peso de todos los materiales que entran a un proceso de operación unitaria debe ser igual a la masa total de todos los materiales que salen del mismo.


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El proceso de elaboración de un producto alimenticio tiene una serie de tareas complejas lo cual puede resultar en un entendimiento pobre de la actividad para personas no experimentadas. El conocimiento de la transformación de muchos diferentes ingredientes con características físicas y químicas tan variadas, son necesarias para garantizar el buen desempeño del producto final a nivel doméstico o industrial. Esto requiere de un conocimiento y disciplina en el proceso para asegurar y mantener el producto en un estado balanceado y homogéneo. La elaboración de productos alimenticios balanceados, a pesar de ser un proceso científico, es uno que depende de personas y donde es importante hacer hincapié en la demostración de las múltiples aplicaciones del balance de materia en el procesamiento de alimentos (HELDMAN, D. 1997). Los balances de materia se desarrollan comúnmente para la masa total que cruza los límites de un sistema. También pueden enfocarse a un elemento o compuesto químico. Cuando se escriben balances de materia para compuestos específicos en lugar de para la masa total del sistema, se introduce un término de producción (que equivale a lo que se genera en la reacción química menos lo que desaparece):

El término de producción puede utilizarse para describir velocidades de reacción. Los términos de producción y acumulación pueden ser tanto positivos como negativos (CALLEJA. PÁG 112-126) La mayoría de los procesos industriales son continuos, con un mínimo de alteraciones o paradas. En este tipo de procesos, a excepción de los periodos de puesta en marcha y paradas, el tiempo no es una variable a considerar, por lo que las variables intensivas dependen solamente de la posición, siendo el régimen estacionario. En estos sistemas en estado estacionario el término acumulación desaparece, simplificándose la ecuación a la siguiente:

A su vez, en aquellos sistemas donde no se produzca reacción química, se simplifica todavía más:


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III.

MATERIALES Y METODOLOGIAS

3.1.- Materiales             

Solución de sacarosa en 30° Brix. Refractómetro. Depósito de agua. Agitador magnético. Tanque de agitado con rebosadero. Gradillas y tubo de ensayo. Tubo de conexión entre el deposito t el tanque. Cronometro. Probeta graduada. Vaso de precipitación. Matraces aforados de 50 o 100ml. Pipetas de 5, 10, 20ml. Embudo.

El depósito experimental, tal como se expone en la figura 1 consta las siguientes partes:

3.2.- Métodos Antes de comenzar la experiencia en si será preciso determinar algunos datos que son necesarios en los cálculos posteriores. INGINIERIA DE ALIMENTOS 1

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Como el volumen del tanque agitado, el caudal de la entrada de agua: mediante la probeta y cronometro, también se puede determinar por pesada. Los caudales deberán estar entre 150 600ml/min. Para la realización del experimento se procederá de acuerdo con la siguiente metodología siguiente: Preparamos la solución sacarosa al 2000ml a 30° Brix.

600gr DE AZUCAR

2000ml DE

AGUA

2000ml 23.1 a 30 brix

2000ml --------------- 100% Xml

---------------30%

x= 600gr

Para el experimento n°1 Se determinó de la siguiente manera para todos los grupos en el resultante se considera a cuanto Brix te pide y esto tiene que ser determinado teóricamente en todos los casos

25 ml de sol de azúcar

Sol. requerid a

1

29.1

10 Brix

¿

2

29.1

12 Brix

¿

3

29.1

14 Brix

¿

4

29.1

16 Brix

¿

5

29.1

18 Brix

¿

Grupo 25ml de agua a 30

x ml de a ua

X Brix y X ml

X ml de agua

Para lo cual se desarrollaron de forma teórica para determinar la cantidad de agua con la siguiente formula: INGINIERIA DE ALIMENTOS 1

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C1 T1 + C2 T2 = CT TT

Reemplazamos todo en esta formula Para el caso n°1:

0ml agua + 25ml (29.1 Brix) = Vml (10 Brix) 727.5 ml/ 10 = Vml V ml = 72.75 ml 0ml agua + 25ml (29.1 Brix) = Vml (12 Brix) 727.5 ml/ 12 = Vml V ml = 60.625 ml 0ml agua + 25ml (29.1 Brix) = Vml (14 Brix) 727.5 ml/ 14 = Vml V ml = 51.96 ml Para el experimento n°2 Se desarrolló con la solución sacarosa que se obtuvo primeramente y seguidamente introduciéndole agua en cada tiempo que nos pidió la practica en la que mediamos la concentración y con el agua que salía calculábamos el volumen total para poder comparar con los resultados en forma calculada y experimental en la que necesitábamos algunos datos como:

Q (caudal volumétrico) = 573/600 = 0.96 ml/s V (volumen del tanque)= 1280 ml Co (concentración inicial )= 22.9 Brix


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Para obtener los datos y llenar el cuadro de resultados se utilizó la siguiente formula:

   

   

R e em p l a za n d o v a l o r e s p a r a c a d a u n o t e n e m o s :

Ct = 22.9





    

Ct = 22.9 Ct = 21.2





    

Ct = 20.267 Ct = 20.3





    

Ct = 18.553 Así para cada uno de los tiempos para compararlos con la del experimental la diferencia existente entre ellos. Para el caudal sea:

Q (caudal volumétrico)= 6420/600 = 10.7 ml/s

V (volumen del tanque)= 1280 ml Co (concentración inicial )= 22.9 Brix Ct = 13.0





    

Ct = 13 Ct = 7.0





    

Ct = 4.24 Ct = 4.0





    

Ct = 1.27


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IV.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

Los resultados que se obtuvieron por grupo en tanto teóricamente y experimental se observan por grupos en el cuadro n° 1

Cuadro n° 1: Resultados del experimento 1 GRUPOS 1 2 3 4 5

25 ml de solución de AZUCAR 29.1 29.1 29.1 29.1 29.1

X ml de AGUA

SOLUCION REQUERIDA

EXPERIMENTAL

36.87ml 26.96ml 21.875ml 16.8ml

10Brix 12Brix 14Brix 16Brix 18Brix

9.7 Brix 11.96Brix 13.3Brix 15.80 Brix 18.6Brix

Los resultados obtenidos en el experimento no variaron mucho en cuanto al experimental y la calculada por lo que podríamos decir que hicimos la práctica de la manera correcta ya que no es tanta la diferencia Del resultado obtenido del grupo N° 1 con referencia a la dilución es 9.7 °Brix estando cerca al valor de 10 ° Brix. Del resultado obtenido del grupo N° 2 con referencia a 12 ° Brix se obtiene un 11.96° Brix donde este valor experimental está muy cerca a la solución requerida. Del resultado obtenido del grupo N° 3 con referencia a 14 ° Brix se obtiene un 13.3° Brix donde este valor experimental está algo cerca a la solución requerida. Del resultado obtenido del grupo N° 4 con referencia a 16 ° Brix se obtiene un 15.80° Brix donde este valor experimental está muy cerca a la solución requerida. Del resultado obtenido del grupo N° 5 con referencia a 18 ° Brix se obtiene un 18.6° Brix donde este valor experimental está muy la solución requerida pues será que hubo errores de manejo. Los resultados obtenidos del experimento 2 se observan en el cuadro n° 2 Cuadro n° 2: Resultados del experimento 2

TIEMPO ( S) 0 60 120

°Brix EXPERIMENTAL 22.9 13.0 21.2 7.0 20.3 4.0


°Brix CALCULADA 22.9 13 20.267 4.24 18.553 1.47 Página 8


180 240 300 360 420 480 540 600

19.5 18.7 18.0 17.5 16.8 16.2 15.7 15.2

2.7 1.9 1.2 0.6 0.3 0.2 0.2 0.2

17.037 15.620 14.373 13.359 12.260 11.302 10.472 9.692

0.60 0.26 0.10 0.03 0.008 0.004 0.002 0.001

Los resultados obtenidos en la tabla 2 se puede observar que existe mucha diferencia entre lo experimental y la calculada por lo que hubo un error de cálculo de volumen. En la figura 1 se puede observar la diferencia entre lo teórico y experimental del primer caudal. Figura: 1

En la figura 1 se puede observar que no hay mucha diferencia entre lo teórico y experimental la variación de los dos resultados es demasiado por lo que se puede decir gráficamente que hubo errores de desarrollo de la práctica.

En la figura 2 no hubo muchos errores ya que al observar la gráfica que los resultados no están muy lejos de lo experimental y de lo calculado.


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Figura n°2 14 12 10 8 experimental 6

teorico

4 2 0 0

60 120 180 240 300 360 420 480 540 600

Discusiones En los diferentes procesos que involucran la alteración o transformación de la misma, así como las medidas se precaución que se deben de tener para evitar la contaminación de los alimentos, cabe mencionar que fue una práctica muy agradable debido a que estos son ejemplos claros y cotidianos que involucran a la materia. Según teóricamente donde se observa que depende al tiempo cambia el (%, de ºBrix ). Con menor concentración el tiempo de 600 es 0.2 °Brix y con mayor concentración el tiempo 0 es 22.9 y según Callega G. 1993, indica que cuando es de 20% de ºBrix con una diferencia de 2%, esto se debe a que las propiedades varían de acuerdo a los tipos de azúcar. Podemos decir que la diferencia no debería variar mucho ya que está estipulado en algunas prácticas realizadas anteriormente por lo que debería existir en nuestro trabajo un error de cálculo de caudal, volumen o concentración inicial. Por qué se pudo observar gráficamente que el error es mucho del caudal 1 que el del caudal 2 ya sea por un error presentado en la práctica. En esta práctica se pudo comprobar la importancia del balance de materia. Según el autor Heldman, 1998 menciona que la solución de adquirir sustancia en agua y la concentración de grados Brix tanto calculada y experimental son iguales y con la variación al resultado. En la práctica tanto en el experimento 1 y 2 donde la concentración experimental no era casi exacta con la calculada, esto se debe a factores como la mala operación y la concentración de algunas sustancias en el agua que alteran el resultado final .


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V.

CONCLUSION En esta práctica se pudo comprobar la importancia del balance de materia por medio de una dilución de sacarosa. Concluyendo diríamos que la práctica nos ayudó a determinar la cantidad de concentración de la solución mientras se aumentaba el caudal, ya que esta práctica era para realizar balance de materias.

VI.

REVICION BIBLIOGRAFICA













Crotti, L.C.; Schmalko, M.E. y Surkan, S.A. 2002. Influencia de las Características Físicas de las Ramas en el Tiempo de Residencia en Secaderos Rotatorios. IX Congreso Argentino de Ciencia y Tecnología de los Alimentos. Buenos Aires, 7-9 de Agosto de 2002. Hinmelblau, D. (1968). Balance de materia y Energia. 4° Edicion Editorial Prentice Hall. Hispanoamericana S.A. Mexico. V aliente.b,a, (1998). “ PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIA DE ENERGIA EN LA INDUSTRIA ALIMENTARIA”. méxico. 1° edicion. editorial limusa. s. a. Perry, R.H. and Green, D.W. 1997a. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook. 7°

Edition Mc Graw Hill. Pp.12-56 Engineering. 31, pp. 531-540. Singh, R.P. y Heldman, D.R. Introducción a la Ingeniería de Alimentos. 1997. Editorial Acribia S.A. pp.385-394. G. Calleja Pardo, F. García Herruzo, A. de Lucas Martínez, D. Prats Rico y J. M. Rodríguez Maroto, "Introducción a la Ingeniería Química" Editorial Síntesis. Pág 112-126


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