ingenieria

1. UNSM-T-FIAI-DAIAI
Ingeniería Agroindustrial I
Problemas Balance de Materia
1. Se desea elaborar mermelada para lo cual se mezclan 1000 kg de fresa, cuya concentración inicial de sólidos es 10 %, con
1000 kg de azúcar. Esta mezcla es sometida a calentamiento, siendo la velocidad de evaporación de 180 litros por hora.
Determinar una ecuación que indique la variación del contenido acuoso de la mezcla en función del tiempo.
2. Un tanque de 1.0 m3 perfectamente agitado con rebosadero contienen 850 kg de zumo clarificado de manzana con 50
°Brix. En un instante determinado se alimentan al tanque de forma continua 50 litros de agua/min. Determinar el tiempo
que tarda en rebosar el tanque y en ese instante, ¿Cuál es la concentración de la corriente que sale por el rebosadero?
Calcular el tiempo adicional necesario para que la corriente de salida posea un contenido de sólidos solubles de 12 °Brix.
Todo el proceso se lleva a cabo a 20°C y a esta temperatura la variación de la densidad con la concentración se puede
expresar mediante la ecuación: r = 999 + 3.8C + 0.018 C2 kg/m3, en la que C se expresa en °Brix.
3. Tomate en rodajas es deshidratado como se muestra en el diagrama, se usa un flujo paralelo de aire y tomate para la
primera etapa y en contracorriente para la segunda etapa. En el diagrama, X es la humedad del tomate (kg agua/kg ss), Y
la humedad absoluta del aire en lb de agua/lb de aire seco. Determinar: a) El flujo del aire seco G que se supone igual para
ambas etapas, b) la humedad del tomate Xi
4. Un horno de combustión está proyectado para quemar 200 lb/h de coque. El coque tiene la siguiente composición en peso:
carbono, 89.1 % ; cenizas, 10.9 %. La eficiencia de la parrilla del horno es tal que se quema el 90% de carbono presente en
la carga de coque. Se suministra aire con un exceso del 30%. Se supone que el 97% del carbono se oxida a dioxido de
carbono. Formando monóxido el restante. a) Calcular la composición en volumen de los gases de chimenea que salen del
horno, b) Si los gases de chimenea abandonan el horno a la temperatura de 550°F y a una presión de 743 mm Hg, calcular
la velocidad de flujo del gas.
5. Un sólido que contiene 45% en peso de agua, se seca con aire hasta reducir su humedad al 7 %. La alimentación de aire
fresco contiene 0.01 kg agua/kg a.s. La corriente de recirculación contiene 0.1 kg agua/kg a.s. y el aire que entra al
secadero contiene 0.03 kg agua/ kg a.s.. ¿Cuántos kg de aire recirculado por cada 1000 kg de sólido de alimentación y
cuanto de aire fresco se alimenta?
6. Un tanque contiene 240 litros de agua pura. Se introduce luego una solución salina que contiene 0.3 kg de sal por litro, a
razón de 8 litros por minuto. a) Hallar la concentración de sal en el tanque en cualquier instante, b) Hallar la concentración
de sal al cabo de 8 minutos.
7. Se alimenta continuamente un evaporador con 25 ton/h de una solución que contiene 10% de Na Cl y 80 % de agua en
peso. durante el proceso de evaporación, el agua se elimina por ebullición de la solución, cristalizando en NaCl, el cual se
separa del líquido restante por filtración. El licor concentrado que abandona el evaporador contiene 50% de Na OH, 2% Na
Cl y 48% de agua. Calcular: a) los kg de agua evaporada por hora, b) los kg de sal precipitados por hora y c) Los kg de
licor concentrado que abandona el evaporador por hora.
8. La especialidad de la casa en el oasis de Oswaldo consiste en una mezcla que contiene 75% de etanol en peso, y el resto de
agua. El costo de alcohol ha aumentado, sin embargo, Oswaldo decidió que quizás una mezcla de 60% de alcohol
resultaría igualmente efectiva. Posee un tonel que contiene 300 galones de mezcla de 75% (D.R. = 0.877) y puede adquirir
cualquier cantidad deseada de una mezcla de 40% (D.R. = 0.952). ¿Cuántos galones de esta última mezcla deberá adquirir?
9. Los granos de café contienen componentes solubles en agua y otros que no lo son. El café instantáneo se produce
mediante la disolución de la porción soluble en agua hirviendo, es decir mediante la preparación del café, en grandes
percoladores, luego se alimenta el café a un secador por aspersión en el cual se evapora el agua, quedando el café como
polvo seco. La parte insoluble de los granos de café (el material molido y extraido) atraviesa varias operaciones de secado,
empleándose el material seco como combustible o como relleno de terrenos. La solución eliminada de este material en la
primera etapa de la operación de secado se alimenta al secador por aspersión junto con los efluentes de los percoladores.
Puede apreciarse un diagrama de flujo de este proceso, en el cual los símbolos S e I representan los componentes solubles e
insolubles de los granos de café; W es agua y C es una solución que contiene 35% de S y 65 % de W en peso. a) calcular
los flujos (kg/h) de las corrientes 1 a 8; b) Si pudiera alimentarse el efluente líquido de la prensa al secador por aspersión
sin afectar el sabor del producto, ¿en qué porcentaje podría aumentare el ritmo de producción de café instantáneo?

2. 11. Para fabricar jalea, la fruta macerada conteniendo 14% de peso de sólidos solubles, se mezcla con azúcar
(1.22 kg/kg de fruta) y pectina (0.0025 kg/kg de fruta). La mezcla resultante se evapora en una olla para producir una jalea
conteniendo 67 % en peso de sólidos solubles. Calcúlense, para una alimentación de 1000 kg de 1000 kg de fruta
macerada, los kg de mezcla obtenida, los kg de agua evaporada y los kg de jalea producida.
12. Una alimentación de 10 000 kg de frijoles de soja se procesa en una secuencia de tres etapas. El alimento
contiene 35% de proteínas, 27.1 % de carbohidratos, 9,4 % de fibra y cenizas, 10.5 % de humedad y 18% de aceite (todos
los porcentajes en peso). en la primera etapa los frijoles se maceran y se prensan para extraer el aceite, obteniéndose
corrientes de aceite y de pasta prensada que todavía contiene 0.5 % de aceite en peso, la que va al extractor en donde se
adiciona hexano de donde sale una corriente de aceite y hexano y otra de extracto de soya en la que se supone que no sale
hexano. Finalmente, en la última etapa se seca el extracto para obtener un producto con 8% de humedad en peso.
Calcúlense: a) los kg de pasta de soya que sale en la primera etapa, b) los kg de extracto de soya y c) los kg de extracto
seco final y el porcentaje en peso de proteína en el producto final.
13. Un proceso de extracción de aceite de algodón sigue la secuencia de la figura. El análisis de la semilla de
algodón es 4% de cascarilla, 11% de fibra, 38% de harina y 47% de aceite. Durante la etapa de extracción, deben utilizarse
2 kg de solvente (hexano) por cada kg de semillas limpias procesadas. Para cada tonelada de semillas crudas que se
procesa, determine las cantidades de aceite y de harina libre de aceite que se producen, así como la cantidad de Hexano que
deberá recircularse a través de la unidad de extracción.
14. El jugo de naranja fresco contienen 12 % de sólidos y el resto es agua, mientras que el jugo de naranja
concentrado contiene 42% de sólidos. Inicialmente se empleaba un solo proceso de evaporación para la concentración,
pero los componentes volátiles del jugo escapaban con el agua afectando el sabor final del concentrado. El proceso actual
supera este problema mediante la derivación de una fracción del jugo fresco, de modo que pase por el evaporador; el jugo
que entra al evaporador se concentra hasta alcanzar un 58% de sólidos, mezclándose el producto el producto con la
corriente derivada de jugo fresco, a fin de lograr la concentración final de sólidos deseada. Calcular la cantidad de jugo

3. concentrado producido por cada 100 kg de jugo fresco alimentados al proceso, así como la fracción de alimentación que se
deriva antes de llegar al evaporador.
15. Con la finalidad de separar alcohol puro de una mezcla alcohol-agua (F) es necesario añadir un tercer
componente, tal como el benceno (B) para reducir la volatilidad del alcohol y producir, por medio de una destilación
alcohol puro como resultado final. En tal operación, la alimentación de la mezcla (F) contiene 88 % de alcohol y 12 % de
agua en peso. Un subproducto de la destilación (D) contiene 17,5 % de alcohol, 7,9 % de agua y 74,6 % de benceno en
peso. a) ¿Qué volumen de benceno (B) debe ser alimentado a la columna de destilación por unidad de tiempo con la
finalidad de producir 1 250 cm3/s de alcohol puro (H)? b) ¿Qué porcentaje del alcohol de alimentación es obtenido como
alcohol puro? Nota: densidad del benceno, 870 kg/m3; densidad del alcohol, 785 kg/m3.
16. Un material sólido que contiene 15% de humedad en peso se seca hasta reducirla a 7% en peso por medio de
una corriente de aire no recirculado contiene 0.01 kg de agua/kg a.s., el aire de recirculación tiene 0.1 kg de agua/kg de
a.s.. Para una alimentación de 100 kg de sólidos/h al secador, calcúlense los kg de aire seco/h del aire de recirculación y
los kg/h de producto “seco”.
17. En un proceso para producir sal, el evaporador se alimenta con 1000 kg/h de una solución que contiene 20%
de sal en peso y se concentra a 422 K para obtener una solución de sal al 50% de peso. Esta solución se alimenta a un
cristalizador a 311 K, donde se obtienen cristales de sal a 96% en peso. La solución saturada que contiene 37.5 % de sal
en peso se recircula al evaporador. Calcúlense la cantidad de corriente de recirculación R en kg/h y la corriente de salida
de cristales en P kg/h.
18. Considere un tanque esférico de radio R = 50cm que contiene agua y tiene en el fondo una salida de radio r0 =
5cm. En el instante t = 0 se abre la salida y el agua fluye hacia afuera. Determinar a) el tiempo en que el tanque quedará
vacío, suponiendo que la altura inicial del agua es h(0)R=50cm; b) el tiempo necesario para que salga el 50% del agua y c)
¿Por qué el tiempo en (b) es menos de la mitad del tiempo necesario para drenar completamente el tanque?
19. Un tanque contiene 400 litros de salmuera en los que están disueltos 5 kg de sal. Se vierte agua dulce en el
tanque a la rapidez de 20 litros/min, y la mezcla, que agitándola se mantiene prácticamente uniforme, se extrae a la misma
rapidez ¿Cuanta sal habrá en el tanque al término de dos horas?.
20. Un depósito conteniendo 1000 litros de disolución del 95% en peso de alcohol etílico en agua opera en
régimen estacionario con caudales continuos de entrada y salida de 100 litros/min de alcohol del 95% en peso (densidad =
0.804 g/ml). El flujo de alcohol es interrumpido bruscamente y sustituido por un caudal de 100 litros/min de agua pura. Si
la masa total de material en el depósito permanece constante y está bien agitada, ¿Cuánto tardará el porcentaje en peso de
alcohol en el depósito en descender hasta 5%?
CH OH 1 3 + 2 ® 2 + 2 , la
21. El formaldehído se obtiene por oxidación parcial del metanol: O CH O H O
2
mezcla de gas que entra en el reactor contiene 8 moles por ciento de metanol y 10 moles por ciento de oxigeno (corriente
4). El metanol es completamente convertido a formaldehído en el reactor, que contiene un lecho catalítico de partículas de
Fe2O3.MoO3. Calcular la composición (fracción molar) y el caudal (mol kg/min) de las corrientes 1,2,3,4,y,5 necesarias
para producir 3000 kg/min de solución de formaldehído del 37% en peso.
22. Una torta de filtración que contiene 30% de agua y 70% de inertes se seca con aire caliente en un secador que
opera en contracorriente. El aire ingresa con un 0.8% de humedad y sale con el 5%. La torta de filtración seca contiene
8% de agua. ¿Cuántos kg de aire pasan a través del secador por cada kg de sólidos inertes?
23. En una planta de procesamiento, las aguas residuales son almacenadas en un recipiente cuya capacidad es de
100 000 litros. Inicialmente el recipiente se encuentra lleno hasta ¾ partes y contiene 60 000 kg de materia orgánica en
suspensión. Para la eliminación de las aguas residuales se hace circular agua hacia el tanque de almacenamiento a razón de

4. 20 000 l/h y la descarga al mismo tiempo se realiza a razón de 15000 l/h. ¿Qué cantidad de materia orgánica queda en el
tanque al cabo de 3 horas?
24. Un tanque de gas de 20 m3 de capacidad contiene metano a 400 atm de presión. Se produce una pérdida en el
tanque y la presión comienza a disminuir. El ritmo de pérdida es elevado en un principio pero disminuye uniformemente y
puede representarse aproximadamente mediante la ecuación:
Q (kg moles/h) = 0.2 exp(-11.84 x 10 -3 t)
donde t (h) es el tiempo a partir del momento en el que el gas comenzó a escapar. La temperatura del contenido del tanque
es constante e igual a 28°C. a) Escribir un balance diferencial para el contenido del tanque, permitiendo que “n” indique el
número de kg mol de metano; b) Integrar el balance y utilizar el resultado para calcular la presión en el tanque luego de dos
semanas.