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8/16/2019 Betty Imprimeeeeee

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UNIVERSIDA NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA

PROFESIONAL INGIENIERIA AGROINDUSTRIAL

INGINIERIA DE ALIMENTOS 1 Página 2

BALANCE DE MATERIA DE UNA DILUCION DE SACAROSA

I. INTRODUCCION

Los balances de materia permiten conocer los caudales y las composiciones de todaslas 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 cualquiercomponente 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 unreactor tipo tanque de agitado de volumen constante. Dicho balance se harádeterminando la variación de la concentración de una solución de azúcar en eltiempo al adicionar una corriente de agua. Comprobar con los datos experimentales si se cumple la ecuación exponencialresultante 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 problemas (VALIENTE, 1998).

Una de las leyes básicas de la física se conoce como la “Ley de la conservación de lamasa” y dice que la masa no puede crearse ni destruirse. Por consiguiente; la masa oel peso de todos los materiales que entran a un proceso de operación unitaria debeser 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 tareascomplejas lo cual puede resultar en un entendimiento pobre de la actividad para personas no experimentadas. El conocimiento de la transformación de muchosdiferentes ingredientes con características físicas y químicas tan variadas, son

necesarias para garantizar el buen desempeño del producto final a nivel doméstico oindustrial. 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 procesocientífico, es uno que depende de personas y donde es importante hacer hincapié enla 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 loslímites de un sistema. También pueden enfocarse a un elemento o compuestoquímico. Cuando se escriben balances de materia para compuestos específicos enlugar de para la masa total del sistema, se introduce un término de producción (queequivale a lo que se genera en la reacción química menos lo que desaparece):

El término de producción puede utilizarse para describir velocidades de reacción. Lostérminos 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 alteracioneso 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 variablesintensivas dependen solamente de la posición, siendo el régimen estacionario. Enestos 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 simplificatodavía más:

https://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_qu%C3%ADmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_qu%C3%ADmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Procesos_industrialeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Estado_estacionariohttps://es.wikipedia.org/wiki/Estado_estacionariohttps://es.wikipedia.org/wiki/Procesos_industrialeshttps://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_qu%C3%ADmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_qu%C3%ADmicohttps://es.wikipedia.org/wiki/Elemento_qu%C3%ADmico


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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 queson necesarios en los cálculos posteriores.


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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 caudalesdeberán estar entre 150 600ml/min.

Para la realización del experimento se procederá de acuerdo con la siguientemetodología 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°1Se determinó de la siguiente manera para todos los grupos en el resultante seconsidera a cuanto Brix te pide y esto tiene que ser determinado teóricamente entodos los casos

Para lo cual se desarrollaron de forma teórica para determinar la cantidad de aguacon la siguiente formula:

Grupo25 ml desol deazúcar

Sol.requerida

X ml deagua

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 ¿

x ml de

a ua

X Brix y X

ml

25ml de

agua a 30


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

Reemp lazando valores para cada uno tenemo 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 experimentalse observan por grupos en el cuadro n° 1

Cuadro n° 1: Resultados del experimento 1

GRUPOS

25 ml de

solución de AZUCAR

X ml de AGUA

SOLUCION

REQUERIDA EXPERIMENTAL

1 29.1 10Brix 9.7 Brix2 29.1 36.87ml 12Brix 11.96Brix3 29.1 26.96ml 14Brix 13.3Brix

4 29.1 21.875ml 16Brix 15.80 Brix5 29.1 16.8ml 18Brix 18.6Brix

Los resultados obtenidos en el experimento no variaron mucho en cuanto alexperimental y la calculada por lo que podríamos decir que hicimos la práctica de lamanera correcta ya que no es tanta la diferencia

Del resultado obtenido del grupo N° 1 con referencia a la dilución es 9.7 °Brixestando cerca al valor de 10 ° Brix.

Del resultado obtenido del grupo N° 2 con referencia a 12 ° Brix se obtiene un11.96° Brix donde este valor experimental está muy cerca a la soluciónrequerida.

Del resultado obtenido del grupo N° 3 con referencia a 14 ° Brix se obtiene un13.3° Brix donde este valor experimental está algo cerca a la soluciónrequerida.

Del resultado obtenido del grupo N° 4 con referencia a 16 ° Brix se obtiene un15.80° Brix donde este valor experimental está muy cerca a la soluciónrequerida.

Del resultado obtenido del grupo N° 5 con referencia a 18 ° Brix se obtiene un18.6° Brix donde este valor experimental está muy la solución requerida puesserá 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) °Brix EXPERIMENTAL °Brix CALCULADA

0 22.9 13.0 22.9 1360 21.2 7.0 20.267 4.24

120 20.3 4.0 18.553 1.47


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180 19.5 2.7 17.037 0.60

240 18.7 1.9 15.620 0.26300 18.0 1.2 14.373 0.10

360 17.5 0.6 13.359 0.03420 16.8 0.3 12.260 0.008

480 16.2 0.2 11.302 0.004540 15.7 0.2 10.472 0.002600 15.2 0.2 9.692 0.001

Los resultados obtenidos en la tabla 2 se puede observar que existe mucha diferenciaentre 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 yexperimental la variación de los dos resultados es demasiado por lo que se puededecir gráficamente que hubo errores de desarrollo de la práctica.

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


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Figura n°2

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 lacontaminación 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 eltiempo 0 es 22.9 y según Callega G. 1993, indica que cuando es de 20% de ºBrix conuna diferencia de 2%, esto se debe a que las propiedades varían de acuerdo a lostipos de azúcar.

Podemos decir que la diferencia no debería variar mucho ya que está estipulado enalgunas prácticas realizadas anteriormente por lo que debería existir en nuestrotrabajo 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 delcaudal 2 ya sea por un error presentado en la práctica. En esta práctica se pudocomprobar la importancia del balance de materia.

Según el autor Heldman, 1998 menciona que la solución de adquirir sustancia enagua y la concentración de grados Brix tanto calculada y experimental son iguales ycon la variación al resultado. En la práctica tanto en el experimento 1 y 2 donde laconcentración 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 aguaque alteran el resultado final .

0

2

4

6

8

10

12

14

0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600

experimental

teorico


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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 deconcentración 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 SecaderosRotatorios. 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 EditorialPrentice Hall. Hispanoamericana S.A. Mexico.

V aliente.b,a, (1998). “ PROBLEMAS DE BALANCE DE MATERIA DE ENERGIAEN 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. Pág112-126

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