El documento presenta un diagrama de flujo y tablas con datos sobre el proceso de simulación de fermentación. Describe las etapas del proceso que incluyen la preparación del agua en un tanque de recepción, su movilización por una bomba a través de tuberías hacia un pasteurizador para su calentamiento y posterior fermentación, obteniendo agua pasteurizada. Adicionalmente presenta datos de los equipos, dimensiones, temperaturas y cálculos de áreas, balances de materia y energía y coeficientes de transferencia de calor

1. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO
PREPARACIÓN DE
AGUA EN TANQUE DE
RECIBO
MOVILIZACIÓN DEL
FLUIDO POR ACCIÓN
DE LA BOMBA A
TRAVÉS DE LA
TUBERIA
RECEPCIÓN DEL
FLUIDO EN EL
PASTEURIZADOR
CALENTAMIENTO DE
AGUA POR ACCIÓN
DE VAPOR
SATURADO
PASTEURIZACIÓN
LENTA
DE AGUA
OBTENCIÓN DE
AGUA PASTURIZADA

2. TABLA 1. Datos de equipos y accesorios utilizados en el proceso
Equipos y accesorios para el proceso de simulación de la fermentación
Dimensiones
de los
equipos
utilizados
Tanque de
recibido
Tanque de
fermentación
Numero de
Codos de la
tubería(16 )
Tubería recta Bomba Caldera
Ancho (m) 0.9 0.66 ------------------- ------------------- -------- --------
Largo (m) 1.1 1.236 ------------------- 14.37 -------- --------
Altura (m) 0.65 1.22 ------------------- ------------------- -------- --------
Diámetro
interno (m)
------------------- 0.035 ------------------- 0.035 -------- --------
Espesor (m) ------------------- 0.036 ------------------- 0.024 -------- --------
Presión de
operación
(Kpa)
------------------- ------------------- ------------------- ------------------- --------
20 PSI=
137.8951
Potencia
nominal (Kw) ------------------- ------------------- ------------------- ------------------- 0.67113 --------
K ;acero
inoxidable
(W/ m ºC)
15. 6 15. 6 -------------------- 15. 6 -------- --------
TABLA 2. Datos del proceso
Proceso de fermentación
Tipo de fluido Agua liquida
Tiempo del recorrido del fluido
desde el tanque de recibido al
tanque de fermentación
128.4 segundos
Profundidad del fluido en el tanque
de fermentación
0.182 metros
Temperatura del fluido en el tanque
de fermentación
Temperatura ambiente( 20°C)
Temperatura de enfriamiento del
fluido refrigerante (agua líquida)
11.6°C
Temperatura de vapor saturado
Cambio de temperatura durante el
proceso de fermentación
35°C – 20°C
Área utilizada en el proceso de transferencia de calor en el proceso de
fermentación

3. El cálculo para el área total utilizada por el agua donde la simbolizaremos como
ATotal es:
Área total utilizada por el agua = Área transversal total utilizada +Área
longitudinal del tanque
El área transversal utilizada (color azul) en la figura 1 la calculamos por la
diferencia del área del cuadrado (figura b) menos el área bajo la curva de color
rojo simbolizada como A1 (integral definida) multiplicado por 2; como vemos en las
siguientes 2 ilustraciones.
Profundidad del agua=0.182m
Diámetro de la figura b=0.33m
Acero
Agua
Figura1
Figura.a
Figura.b

4. Suponemos que la función de la curva es: y=f(x)= 𝑥2
; ahora calculamos su área
A1=∫ 𝑥2 𝑑𝑥0.182
0
A1 =
1
3
𝑥3
=
1
3
(0.1823
- 0)
A1=2.0095*10−3
𝑚2
Área del rectángulo= A2
A2= (Diámetro de la figura b*profundidad)
A2=0.33m*0.182m=0.06006𝑚2
Área transversal utilizada=2*(A2- A1)=0.0581𝑚2
Pero como son 2 áreas transversales en el tanque de fermentación, entonces
multiplicamos Área transversal utilizada*2
Área transversal total utilizada = 0.1162𝑚2
Ahora proseguimos calculando el Área longitudinal utilizada por el agua en el
tanque. Donde la simbolizaremos como A3, entonces como el área longitudinal de
un cilindro es 𝜋 ∗ 𝐷 ∗ 𝑙 y el área utilizada por el agua es la 4ta parte de un cilindro,
nuestra ecuación queda así:
A3 = 𝜋 ∗ 𝐷𝑖𝑎𝑚𝑡𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎 1 ∗ 𝑙𝑎𝑟𝑔𝑜/4
A3 = 𝜋 ∗ 0.66𝑚 ∗
1.236𝑚
4
= 0.6407𝑚2
Área longitudinal utilizada por el agua = 0.6407𝑚2
ATotal =0.1162𝑚2
+0.6407𝑚2
=0.7569 𝑚2
Área máxima de transferencia de calor
𝐀 𝐌𝐚𝐱𝐢𝐦𝐚 𝐓𝐫𝐚𝐧𝐬 𝐜𝐚𝐥𝐨𝐫 = 𝐀𝐭𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐭𝐫𝐚𝐧𝐬𝐯𝐞𝐫𝐬𝐚𝐥( 𝐝𝐞 𝐥𝐨𝐬 𝟐𝐬𝐞𝐦𝐢𝐜𝐢𝐫𝐜𝐮𝐥𝐨𝐬) + 𝐀 𝐓𝐨𝐭𝐚𝐥 𝐥𝐨𝐧𝐠𝐢𝐭𝐮𝐝𝐢𝐧𝐚𝐥( 𝐝𝐞 𝐦𝐞𝐝𝐢𝐨 𝐜𝐢𝐥𝐢𝐧𝐝𝐫𝐨)
𝐀 𝐌𝐚𝐱𝐢𝐦𝐚 =
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝐷2
𝟐 ∗ 𝟒
+ (𝜋 ∗ 𝐷 ∗ 𝐿/2)
𝐀 𝐌𝐚𝐱𝐢𝐦𝐚 =0.3421𝑚2
+1.2814𝑚2
=1.6235𝑚2
Balance de materia y energía

5. Entrada=salida +perdidas - genera + acumula
𝜌(𝑎𝑔𝑢𝑎) =
1000𝐾𝑔
𝑚3
E=entrada en masa de agua
S=salida en masa de agua
P=perdidas en masa de agua
Genera=0
Acumula=0
S=E-P
S=120Kg-10Kg=110Kg
% 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 =
𝑠𝑎𝑙𝑒
𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎
∗ 100 =
110𝐾𝑔
120𝐾𝑔
∗ 100 = 91.66%
Cantidad de combustible gastado por la caldera Qcaldera=mcalderacp∆𝑻
Qcaldera =Q1+Q2+Q3
Q ganado del agua del tanque de fermentación al agua de enfriamiento = Q3= Q1
Q3= magua enf riamiento*Cp∗ ∆𝑇
magua enf riamiento =Q3/ Cp∗ ∆𝑇
magua enf riamiento =6897kJ/(4.18KJ/Kg*°C)(11.6°C-20°C)=196.4286Kg
Q1= -Q3= magua liquida*Cp∗ ∆𝑇
Tanque de
recepción
Simulación del proceso
de fermentación
E
P
S

6. Q ceido del agua al fluido de enfriamiento agua
=Q1= -110Kg*(4.18KJ/Kg*°C)*(35°C-20°C)
Q1= -6897KJ
Q cedido del vapor al agua= Q2= -(-Q1) en magnitud
Q2= magua*(hg-hf)@presión de caldera
magua =Q2/(hg-hf)@ 137.8951kpa≈ 138𝑘𝑝𝑎
aquí interpolamos porque no están los valores exactos en las tablas de vapor para
buscar lambda de vaporización (hg-hf)
Presión (kpa) hf (KJ/Kg) hg( KJ/Kg)
125 444,36 2684,9
138 Xliquido Xvapor
150 567,13 2693,1
Xliquido=456,20 KJ/Kg
Xvapor=2689,164 KJ/Kg
Tsat a ≈ 138𝑘𝑝𝑎=109°C
m v apor =
6897𝐾𝐽
2689 .1640𝐾𝐽
𝐾𝑔
−
456.20𝐾𝐽
𝐾𝑔
=3.0887Kg
Qcaldera =Q1+Q2+Q3
Qcaldera = (-6897+6897 +6897) KJ=6897KJ
Qcaldera = m de combustible gastado*Cp∗ ∆𝑇
Qcaldera / Cp∗ ∆𝑇 = m de combustible gastado
m de combustible gastado =6897KJ/(4.18KJ/Kg*°C)*(109°c-100°c)=183.3333Kg
Donde 100°c se supone asumiendo que el agua en Manizales ebulle a 1 atm.
Calculo para el coeficiente global de transferencia de calor
CALOR CEDIDO POR EL MATERIAL
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙̇ = 𝐾 ∗ ( 𝐴𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎) ∗
∆𝑇
∆𝑋

7. K acero inoxidable=15,6 W/ m ºC
Asumiendo la ºT inicial y final del agua como la temperatura del material
ºT inicial=20ºC
ºT final =35ºC
Área =( 𝜋 ∗ 𝐷 ∗ 𝐿 ∗ 2)/2
L semicilindro del tanque de fermentación=1,236m
∆𝑋=0,035m
𝐴𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 𝜋 ∗ 0.66𝑚 ∗ 1.236𝑚
𝐴𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 2.5628𝑚2
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙̇ = 15,6
𝑊
𝑚º𝐶
∗ 2.5628𝑚2
∗
(35º𝐶 − 20º𝐶)
0,035𝑚
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙̇ = 𝐾𝐴𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎
∆𝑇
∆𝑋
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙̇ = 17134.14857 𝑊
CALORCEDIDO POR LA PLACA EN ENFRIAMIENTO
ºT inicial =35ºC
ºT final =15ºC
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎̇ = 𝐾𝐴𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎
∆𝑇
∆𝑋
𝐴𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 2.5628𝑚2
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎̇ = 15,6
𝑊
𝑚º𝐶
∗ 2.5628𝑚2
(15º𝐶 − 35º𝐶)
0,035𝑚
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎̇ = −22845.53143 𝑊
COEFICIENTECONVECTIVO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
𝑨𝒔𝒖𝒎𝒊𝒎𝒐𝒔 𝒆𝒔𝒕𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒔𝒕𝒂𝒃𝒍𝒆

8. Coeficiente convectivo (h) calentamiento
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎̇ = 17134.14857 𝑊
𝐴𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 = 2.5628𝑚2
𝑄̇ 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎̇ = ℎ𝐴𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 ∆𝑇
ºT inicial= 35
ºT final=20ºC
ℎ =
𝑄̇ 𝑔𝑎𝑛𝑎𝑑𝑜𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎
𝐴. 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 ∆𝑇
̇
ℎ =
17134.14857 𝑊
2.5628𝑚2(35 − 20)º𝐶
̇
ℎ = 445.7143
𝑊
𝑚2 º𝐶
̇
Coeficiente convectivo (h) enfriamiento
𝑸̇ 𝒄𝒅 = 𝑸̇ 𝒄𝒗 ESTADO ESTABLE
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎̇ = −3229,2 𝑊
ℎ =
𝑄̇ 𝑐𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜𝑝𝑙𝑎𝑐𝑎
𝐴. 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑎 ∆𝑇
̇
ℎ =
= −22845.53143 𝑊
2.5628𝑚2(15 − 35)º𝐶
̇
ℎ = 445.7143
𝑊
𝑚2 º𝐶
̇
𝑈 =
1
ℎ𝑣𝑎𝑝
+
1
ℎ𝑎𝑔𝑢𝑎
+
1
𝑘/𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟
=6.7308*10−3
Aplicación de la ecuación de Bernulli
Flujo másico (kg/s) =
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑐𝑢𝑟𝑟𝑖𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟𝑖𝑎
=
110𝑘𝑔
2.14𝑚𝑖𝑛∗60𝑠/1𝑚𝑖𝑛

9. Flujo másico (Kg/s) =0.8594Kg/s
Caudal ( 𝑚3
/s ) =
𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚𝑎𝑠𝑖𝑐𝑜
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 =
0.8594𝐾𝑔/𝑠
1000𝐾𝑔
𝑚3
= 8.5938*10-4 m3/s
Velocidad (m/s) =
𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙
𝐴𝑟𝑒𝑎
=
8.5938∗10−4 m3/s
2.5628𝑚2 = 3.3533m/s
Re=
𝜌∗𝑣∗𝐷
𝜇
=
1000𝐾𝑔 /𝑚3∗
3.3533𝑚 /𝑠∗ 0.035𝑚
1,01∗10−3 𝐾𝑔∗𝑚1 /𝑠
=116203.4653
0=
−1
√𝑓
+1.14-2log10(
𝑘𝑠
𝐷
+
9.35
𝑅𝑒∗√𝑓
)
0=
−1
√𝑓
+1.14-2log10(
0.9
0.035
+
9.35
116203 .4653 ∗√𝑓
)
f=0.6594
Donde:
𝑣=Velocidad del fluido
𝜇=Viscosidad Dinámica
Re=numero de Reynolds
f=factor de fricción
ks=Rugosidad relativa
D=Diámetro interno de la tubería en metros
L=longitud de la tubería en metros
hf total=
v2
2g
∗ (𝑓
𝐿
𝐷
+ ∑K)
k=1.2
∑K= (1.2)*16
∑K: Sumatoria total de coeficientes de carga por codos de 90°

10. hf total =
(3.3533m/s)2
2∗9,8m/s2
∗ (0,6594 ∗
14.37𝑚
0,66𝑚
+ 19.2)=19.2518m
𝑝𝑎 − 𝑝𝑏
𝜌𝑔
−
𝑣𝑏2 − 𝑣𝑎2
2𝑔
− 𝑧2 + ℎ𝑓 = ℎ𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜
0-0-7.845m+19.2518m=21.0968m
ℎ𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 = 21.0968𝑚
Potencia= ℎ𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜*densidad*gravedad*area*velocidad
Conclusiones
 La transferencia de energía por conveccion entre una superficie sólida y un
liquido que es sometido a un movimiento se ve afectado por este en una
medida proporcional a la transferencia de energía, de tal manera que este
factor se podría manipular para disminuir el tiempo del aumento de
temperatura como se hace en otros métodos de pasterización, pero en
nuestro caso no se puede debido a que si aumentamos la velocidad del
agitador podremos ocasionar cambios físicos no deseables, como lo es una
desestabilización de los glóbulos grasos de la leche teniendo efectos
perjudiciales para la transformación de nuestro producto.
 La perdida de volumen de un equipo a otro puede ser consecuencia de
algunos problemas internos en los componentes de este, como los filtros, la
bomba, la válvula de seguridad entre otros.
 Las suposiciones echas no producen error significativo en nuestros
cálculos.
 La pérdida del líquido por el problema de tuberías y empaques es
demasiada, por tal motivo no se deben realizar procesos por la tubería del
tanque de recibo de la planta.
 Entre mas matemático y menos suposiciones se hagan en los cálculos mas
exactos serán los resultados