FENMENOS DE TRANSPORTE

FUNDAMENTOS DE INGENIERA DE PROCESOS AGROALIMENTARIOS

PROCESOS INDUSTRIALES AGRARIOS Y ALIMENTARIOS Las industrias agrarias incluyen actividades relacionadas con la manipulacin, transformacin y estabilizacin de materias primas de origen vegetal o animal. Desde la produccin de materia prima debe realizarse una serie de pasos denominado: PROCESO

La aplicacin de tcnicas industriales a los procesos constituye la ingeniera de los procesos industriales, agrarios y alimentarios.Las tcnicas de elaboracin pueden incluir:

- Separacin - Mezclado - Fermentacin - Conformacin - Reaccin enzimtica o qumica - Tratamiento trmico - Tratamiento qumico - Tratamientos especiales

Cualquier proceso industrial que comprenda una o varias tcnicas mencionadas puede ser esquematizado como una sucesin ordenada de operaciones

Al descomponer un proceso industrial en las operaciones que lo componen para permitir un estudio con profundidad, surge el concepto de Operaciones Unitarias como aquellas que, teniendo entidad propia y ejecutando un orden correcto, conforman cualquier proceso.En orden inverso, puede definirse un proceso como un conjunto de Operaciones Unitarias ordenadas en una secuencia lgica para obtener los productos finales deseados.

Los tres fenmenos fsicos en que se basan las Operaciones Unitarias son fenmenos de transferencia o de transporte de cantidad de movimiento, de materia y de calor, obedeciendo todos ellos a una ley de transporte general que puede ser expresada matemticamente en:

Siendo:

= concentracin de la propiedad que se transmite. = tiempo. = coeficiente de transferencia. = distancia en el mismo sentido de la transferencia.

El nacimiento del concepto de Operaciones Unitarias supuso un importante avance para la tecnologa industrial, permitiendo pasar del anlisis de cada industria individualmente, a un anlisis de conjunto, asimilando operaciones comunes y permitiendo un estudio ms profundo de cada una de estas operaciones.

Fue en Massachussets Institute of Technology en donde surge el concepto de Operaciones Bsicas, a raz de un informe presentado por Little en el ao 1915, y en el que se expone la idea de descomponer todo proceso industrial en una secuencia ordenada de procesos independientes.

Tras el parntesis de la segunda guerra mundial comienza una etapa de generalizacin al comprender que, los principios de casi todas las Operaciones Unitarias se fundamentan en un reducido nmero de fenmenos de carcter ms general: transferencia de cantidad de movimiento, transferencia de materia y transferencia de calor.

Los tres fenmenos de transferencia en que se basan casi todas las Operaciones Unitarias no se rigen por los mismos mecanismos, es posible establecer analogas en base a una abstraccin conceptual mediante el tratamiento matemtico de los que se han denominado Fenmenos de Transporte. De esta forma las Operaciones Unitarias se consideran aplicaciones prcticas de los Fenmenos de Transporte que son su base cientfica. **

me = materia que entra al sistemams = materia que sale del sistemamg = materia generada dentro del sistemamc = materia consumida dentro del sistemamacum = materia acumulada dentro del sistemame ms + mg mc = macum CONSERVACION DE LA MATERIA

me ms + mg mc = macum mg mc = 0 me = materia que entra al sistemams = materia que sale del sistemamacum = materia acumulada dentro del sistemame ms = macum

me ms = 0 me = materia que entra al sistemams = materia que sale del sistemaSistema estacionario me = ms

En condiciones de estado estacionario estado estable la T, P, [ ], V, m, no varan en el tiempo. No hay acumulacin de materia en el sistema No es igual al sistema termodinmico de equilibrio

Evaporador1000 kg/h jugo7.08 % slidosY kg/h de jugo concentrado58 % slidosX kg/h de agua

DIAGRAMAS DE FLUJOprocesoAlimentacin productoprocesoCorriente recirculadaCorriente desviadaprocesoAlimentacin Corriente recirculadaPurgaAlimentacin productoproducto

ClulaSustratoCwHxOyNzaO2Fuente de nitrgenobHgOhNiBiomasacCHONdCO2eH2O

Identificar los datos de masa y composicin de las corrientes que forman parte del enunciado del problema.

Dibujar un diagrama de bloques del proceso, indicando debidamente las corrientes conocidas y definiendo los lmites del sistema.

Indicar todos los datos disponibles en el diagrama de bloques

Elegir una base de clculo adecuada (una masa o un tiempo). De esta eleccin depender la dificultad de la resolucin.

Preguntarse si hay o no reaccin qumica, cuando hay reaccin se debe hacer un balance molar.

Escribir las ecuaciones de balances de materia, en funcin de la base de clculo elegida. Para poder resolver el sistema es necesario un balance de materia independiente por cada incgnita.

Resolver las ecuaciones de balances de materia para determinar los valores de las incgnitas. Secuencia til para realizar balances de materia

APLICACIN DE BALANCE DE MATERIA CASO I: EFECTO DE LA SUSTITUCIN DE HARINA DE TRIGO (Triticum aestivum) POR PUR DE ARRACACHA (Arracacia xanthorrhiza Bancroft) EN LAS CARACTERSTICAS REOLGICAS DE LAS MEZCLAS Y EN LAS FSICO-QUMICAS Y ORGANOLPTICAS DE GALLETAS DULCES

PROBLEMA Cul ser el efecto de la sustitucin en cuatro proporciones (10%, 15%, 20% y 25%) de harina de trigo (Triticum aestivum) por pur de arracacha (Arracacia xanthorrhiza Bancroft) en las caractersticas reolgicas de las mezclas y en las caractersticas fsico-qumicas y organolpticas de galletas dulces?

CASO I: Hoja Excel Formulaciones de Galletas de Arracacha

RESUMEN DE LAS FORMULACIONES TERICAS DE LAS MASAS Y GALLETAS DULCES

RESUMEN DE LAS FORMULACIONES TERICAS DE LAS MASAS Y GALLETAS DULCES

RESUMEN DE LAS FORMULACIONES TERICAS DE LAS MASAS Y GALLETAS DULCES

Conservacin de la energaAl igual que la masa Energa quequedaEnerga que entraEnerga que sale

La energa puede manifestarse de varias maneras

Entalpa Energa qumica (H de reaccin) Energa cintica Energa elctrica Energa potencial Trabajo Flujo de calor ( )En muchos casos de ingeniera de procesos casi siempre se llevan a cabo a presin constante Muchas veces no estn presentes o son despreciables

De esta manera slo es necesario tomar en cuenta:

Entalpa de los materiales ( a P = cte)La energa normal de reaccin qumica a 25 C (H)Calor aadido o extrado Se denomina balance de calor

Diagrama energtico de la produccin de pasta de tomate basado en una operacin de ocho horas.

Para establecer balance de calor en estado estableProcesoEnerga o calor que entra con los materiales alimentados+Energa que se aade al proceso Energa de salida de los materialesHrqHpH (+ exotrmico)H (- endotrmico)

: suma de las entalpas de todos los materiales que entran en el proceso de reaccin con respecto al estado de referencia para el calor normal de reaccin a 298 K y 101.325 KPa: calor normal de reaccipn a 298 K y 101.325 KPa: energa neta o calor aadido al sistema: suma de las entalpas de todos los materiales de salida con respecto al estado normal de referencia(298 K y 101.325 Kpa)

Sistema Mi(masa que entra) Ms(masa que entra) Q (+)Ws (+)[energa que entra a travs de los lmites del sistema] [energa que sale a travs de los lmites del sistema] = [energa acumulada en el sistema]Valores especficos

Las energas cintica y potencial pueden ser despreciablesPara un flujo en estado estacionario:Proceso adiabtico:

Procedimiento para calcular balance de energa sin reaccin

Dibujar un diagrama de flujo, indicando temperaturas presiones y fases.

Uniformizar unidades

Elegir una base de clculo.

El estado de referencia de H=0 esta determinado si no existe reaccin.

Hay que considerar suposiciones: ausencia de fugas, el sistema es homogneo, algunas veces se omite el trabajo mecnico aunque el sistema este agitado, se ignora la evaporacin, se ignora la prdida de calor a los alrededores (para los aislados y los que operan s temperaturas cerca a la ambiental).

CASO: Programa mediante hoja de calculo para obtener los valores de entalpa de vapor.

CASO: Un alimento con un contenido total en slidos del 12% se calienta mediante inyeccin de vapor, a una temperatura de 125C. El producto entra al sistema de calentamiento a 50C a una velocidad de 100 kg/min y se calienta hasta 120C, el calor especfico del producto de salida es 2.161 kJ/kg.C; el calor especfico del producto con un 12% de slidos es 3.936 kJ/kg.C. Determinar la cantidad y calidad mnima de vapor que aseguran que el producto que sale del sistema de calentamiento tiene un 10% de slidos totales.

Entrada del productomA = 100 kg/minCpA = 3.936 kJ/kgCTA = 50CXA = 0.12mB = ?CpB = 2.161 kJ/kgCTB = 120CXB = 0.1Salida del productoVaporTs = 125 CP = 232.1 kPa

Balance de materiamA + ms = mB100(0.12) +0 = mB(0.1)mB = 12/0.1 = 120 kg/minms = 120 100 = 20 kg/minBalance de energa:mACpA(TA-0) + msHs = mBCpB(TB -0)(100)(3.936)(50-0) + (20)Hs = (120)(2.161)(120 0)Hs = 1914.0 kJ/kg

De las propiedades de vapor saturado a 232.1 kPaHc = Hf = 524.67 kJ/kgHv =Hg = 2712.7 kJ/kg% Calidad = 1914.0 524.67 (100) 2712.7 524.67 % Calidad = 63.5

Cualquier calidad superior al 63% producir un contenido total en slidos en el producto calentado mayor que el requerido. **