balance de energia guayaba final

1. INTRODUCCIÓN

Una de las tareas en las que utiliza más tiempo el ingeniero consiste en la

acumulación de datos de las propiedades físicas, que son necesarias para

estimar la velocidad de los procesos de transportes de cantidad de movimiento,

transmisión de calor, transferencia de materia, cinética de las reacciones

químicas, así como equilibrios físicos y químicos.

La cantidad de datos necesarios para el estudio de los procesos varía según la

exactitud de los resultados que se desee y el tiempo disponible por el ingeniero.

En ocasiones vasta conocer su presión de vapor, temperatura normal de

ebullición, calor específico, etc. Para facilitar esto existen en un gran número de

fuentes donde se pueden obtener "Equivalencias de la Conductividad Calorífica",

por dar un ejemplo.

Durante las primera y segunda experiencia se realizaron procedimientos en los

cuales se utilizaron diferentes formas de Energía; fundamentalmente en las

operaciones de Escaldado de la guayaba, como la pasterización DEL JU, de ahí

la importancia de establecer los consumos Energéticos en algunas de ellas o la

transferencia de calos de la fruta al agua en el momento del enfriamiento de la

fruta durante la segunda fase de la pasterización del jugo de Guayaba.

Para este efecto se utilizaron los elementos esenciales como son el termómetro y

el Cronómetro, para la medición de las variables tales como La temperatura y el

tiempo fundamentales en el cálculo del Balance de Energía.

Para efecto de la estimación de los costos de la elaboración de los diferentes

productos derivados de la Guayaba, es de esencial importancia la realización del

Balance de Energía por lo tanto este trabajo tiene por finalidad la ejecución del

mismo con el propósito de establecer en el futuro eficiencias y costos asociados

con el consumo energético en los diferentes procesos que se llevan a cabo en la

industria y en este caso particular de la elaboración del jugo de Guayaba

1. PROCESOS DONDE SE CONSUME ENERGIA EN EL PROCESAMIENTO DE

LA GUAYABA

Durante las experiencias 1 y 2 de la práctica integral se efectuó proceso de

consumo Energético durante el procesamiento de la misma

1.1 OPERACIÓN DE ESCALDADO

A continuación mediante tabla se presentan las cantidades de materiales y el

valor de las variables que se determinaron durante la operación de escaldado del

Jugo de Guayaba

Tabla 1 Materiales y variables utilizados en el escaldadoMaterial Peso

(Kg)Variables

Peso Total de Guayabas 3.38 Temperatura inicial del agua en el recipiente de escaldado

19 °C

Peso Total de Guayabas desechadas

0.32 Temperatura del agua al momento del escaldado

92°C

Peso Total de Guayabas seleccionadas para escaldar

3.06 Tiempo de calentamiento del agua para escaldado

0.673 Horas

Agua para escaldado 4.8 Cp. del agua 1Agua después de escaldado

4.4 Cp. de Guayabas (1) 3.763kJ/kg K

Agua retirada por secado 0.4Gas Natural consumido: 0.133 m3 o 4.71 pie3

Poder calorífico del gas Natural 1076,97 Btu/pie3

Fuente: Bibliografía consultada

(1) Capacidad calorífica

Para carnes, pescados frutas y verduras con contenido en agua superior al 50%

Cp. = 1,675 + 0,025 x H2O (En kJ / kg ºC)

Donde:

H2O Porcentaje de Agua en la fruta de la Guayaba es: 83.55% De acuerdo con el

informe de composición de la fruta

Registro Fotográfico Operaciones de Selección Clasificación y EscaldadoFigura 1 Recipientes para

realizar el Escaldado

Fuente: Autor, Abril de 2010

Figura2 Suministro de calor al recipiente con Agua para

escaldar


Figura 3Toma de Tiempo y temperatura

Fuente: Autor, Abril de 2010Figura 4 Adición de fruta al recipiente para realizar el

Escaldado a 92°C


Figura 5 Retiro de la Fruta luego de realizar el Escaldado


Figura 6 Escurrido de la Fruta luego de realizar el Escaldado

Fuente: Autor, Abril de 2010Figura 7 secado de la Fruta luego

de realizar el Escaldado


Figura 8 Pesaje del papel impregnado con humedad

luego del secado de la fruta


1.2 OPERACIÓN PASTERIZADO

Mediante tabla se consignan las cantidades de materiales y el valor de las

variables que se determinaron durante la operación de Pasterización del Jugo de

Guayaba

Tabla 2 Materiales y variables utilizados en la PasterizaciónMaterial Peso

(Kg)Variables

Peso Total de Guayabas 1.44

Tiempo de Licuado180 segundos

Agua adicionada en el licuado de las Guayabas

1.6

Azúcar adicionado en la elaboración del Jugo

0.2

Agua para Pasterización fase a 70°C

5.9

Temperatura inicial del agua en el recipiente de Pasterización Primera fase

18 °C

Temperatura final del agua en el recipiente de Pasterización Primera fase

70°C

Tiempo de calentamiento del agua para Pasterización Primera fase

0.48 Horas

Agua para Pasterización fase a 10°C

4.7

Temperatura inicial del agua en el recipiente de Pasterización Segunda fase

10°C

Temperatura final del agua en el recipiente de Pasterización Segunda fase

20°C

Tiempo de enfriamiento del Jugo en el agua para Pasterización Segunda fase

0.75

Peso del jugo para pasterización

3.24

Temperatura inicial del Jugo entes sumergir las botellas en agua a 70

18 °C

Temperatura final del agua luego de sumergir las botellas en agua a 70

60 °C

Cp. Del jugo de Guayabas (2)

1.423 kJ/kg K

Cp. del agua 1 Kcal/kg K

Gas Natural consumido: 0.064 m3 o Poder calorífico del gas Natural 1076,97

2.26 pie3 Btu/pie3

Fuente: Bibliografía consultada

(2) Capacidad calorífica

CALOR ESPECÍFICO

Es necesario conocer este parámetro por que nos permitirá calcular la cantidad de

energía requerida para incrementar la temperatura del alimento. M. Orozco (1998)

presenta unas ecuaciones empíricas para el cálculo de la capacidad calorífica a

presión constante para alimentos.

Cp = XwCw + XsCs

Donde:

Xw es la fracción en peso de agua

Cw es la capacidad calorífica del agua

Xs es la fracción masa de sólidos

Cs = 1.46 kJ/kg K es el calor especifico de los sólidos.

Composición de los jugos

El agua, como es evidente, es el principal componente de los jugos (jugos de fruta

82 - 90%, jugos de vegetales 85 - 95%). Los hidratos de carbono son sacarosa,

fructosa y glucosa (jugos de fruta 10 - 16%, jugos de vegetales 2 - 10%).

Profesora: Georgette Villalón.

Registro Fotográfico Elaboración de jugo y Pasterización

Figura 1 Equipos para la elaboración del Jugo de Guayaba


Figura2 Utensilios para la elaboración del Jugo de Guayaba


Figura 3 Guayabas para la elaboración del Jugo

Fuente: Autor, Abril de 2010Figura 4 Pesaje de la Guayaba y de toma Temperatura ambiente


Figura 5 Suministro de Agua y fruta para la operación de licuado


Figura 6 Licuado de las Guayabas

Fuente: Autor, Abril de 2010Figura 7 Operación de filtrado del

Jugo


Figura 8 Separación de las semillas de Guayaba


Figura 9 Pesaje de las semillas


Figura 10 Pesaje de Azucar para adiconar al Jugo


Foto 11 Agua caliente primera fase pasterización


Foto 12 Agua fria con Hielo Segunda fase Pasterización

Fuente: Autor, Abril de 2010Foto 12 Jugo embotellado para

Pasterización


Foto 13 Primera fase Pasterización a 70°C


Foto 15 Segunda fase Enfriamiento a 7°C


2. BALANCE DE ENERGIA

Se presenta a continuación los balances de Energía de las dos experiencias; es

decir el escaldado y la Pasterización

Ecuación General del Balance:

Q’= (mu + Pv) + (mgy) + (mv2/2)

Donde (mgy) y (mv2/2) son despreciables

2.2 BALANCE DE ENERGIA PARA ESCALDADO

Entradas de Energía = Salidas de Energía + Pérdidas de Energía (1)

Balance de Energía Calentamiento agua para escaldado

Balance de Energía Calentamiento agua para escaldado

Se aplica la ecuación (1) para el cálculo de las pérdidas de Energía

Entradas de Energía: En este caso el Calor que entra es el generado en la

Combustión del gas natural. (ver Tabla 1)

Calor Generado por la Combustión del Gas natural = Poder calorífico del

Gas Natural * Volumen gastado de gas Natural.

Calor Generado por la Combustión del Gas natural = 4.71 pie3 * 1076,97 Btu/pie3 =

5074.06 Btu * 0.252 Kcal/1Btu = 1278.66 Kcal

Salidas de Energía: Resulta del consumo de Energía al elevar la

temperatura del agua

Determinado por la ecuación: Q = m * Cp. * (Tf – Ti) (2)

Donde m = Masa del agua calentada en el escaldado

Cp. = Calor específico del Agua

Tf = Temperatura final de calentamiento del agua de escaldado

Ti = Temperatura inicial del agua de escaldado antes de calentar

Reemplazando:

Q = 8.8 Kg * 1 Kcal/Kg K * (365 K - 292 K) = 642.4 Kcal

Balance de Energía

Entradas de Energía = Salidas de Energía + Pérdidas de Energía Kcal

Remplazando: 1278.66 Kcal = 642.4 Kcal + Pérdidas de Energía

Pérdidas de Energía en el escaldado = 1278.66 Kcal - 642.4 Kcal

Pérdidas de Energía en el escaldado = 636.26 Kcal

% de Pérdidas = 49.76%

2.3 ENERGIA CONSUMIDA EN EL LICUADO DEL JUGO

Potencia de la Licuadora: 0.6Kw

Tiempo de licuado: 180 segundos

Energía Eléctrica Consumida = 0.6 * 180/3600 = 0.03 Kw - H

1 Kw - H equivale a 859,84523Kcal

Energía suministrada para licuar el jugo = 0.03 Kw – H * 859,84Kcal/1 Kw – H

Energía suministrada para licuar el jugo = 25.79 Kcal

2.4 BALANCE DE ENERGIA PARA PASTERIZACIÓN

Entradas de Energía = Salidas de Energía + Pérdidas de Energía (1)

2.4.1 Balance de energía calentamiento agua para pasterización


Entradas de Energía: Para este caso el Calor que entra es el generado por la

Combustión del gas natural. (ver Tabla 2)

Calor Generado por la Combustión del Gas natural = Poder calorífico del Gas

Natural * Volumen gastado de gas Natural.

Calor Generado por la Combustión del Gas natural = 2.26 pie3 * 1076,97 Btu/pie3 =

2425.55 Btu * 0.252 Kcal/1Btu = 613.76 Kcal

Salidas de Energía: Resulta del consumo de Energía al elevar la temperatura del

agua

Determinado por la ecuación: Q = m * Cp. * (Tf – Ti) (2)

Donde m = Masa del agua calentada para pasterización

Cp. = Calor específico del Agua

Tf = Temperatura final de calentamiento del agua para pasterización

Ti = Temperatura inicial del agua para pasterización

Reemplazando:

Q = 5.9 Kg * 1 Kcal/Kg K * (343 K - 291 K) = 306.8 Kcal

Balance de Energía


Remplazando: 613.76 Kcal = 300.9 Kcal + Pérdidas de Energía

Pérdidas de Energía del agua para pasterización = 613.76 Kcal - 306.8 Kcal

Pérdidas de Energía del agua para pasterización = 306.96 Kcal


2.4.2 Balance de energía en la pasterización Incremento Temperatura a 70°C


Entradas de Energía: Para este caso el Calor que entra es el suministrado por el

calor del agua al jugo de 70 °C. a 60°C (ver Tabla 2)

Q = m * Cp. * (Tf – Ti) = 5.9 Kg * 1 Kcal/Kg K * (343 K - 333 K) = 59 Kcal

Salidas de Energía: Resulta del consumo de Energía al elevar la temperatura del

jugo

Determinado por la ecuación: Q = m * Cp. * (Tf – Ti)

Donde m = Masa del jugo calentada para pasterización

Cp. = Calor específico del jugo ver tabla (2)

Tf = Temperatura final de calentamiento del jugo para pasterización

Ti = Temperatura inicial del jugo para pasterización

Reemplazando:

Q = m * Cp. * (Tf – Ti) = 3.4 Kg * 1.423 kJ/kg K * (333 K – 291 K) 203.2 KJ *

1Kcal/4.186 KJ

Q = 48.54 Kcal

Balance de Energía


Remplazando: 59 Kcal = 48.54 Kcal + Pérdidas de Energía

Pérdidas de Energía del agua para pasterización = 59 Kcal – 48.54 Kcal



2.4.3 Balance de energía en la pasterización descenso Temperatura a 10°C


Entradas de Energía: Para este caso el Calor que entra es el suministrado por el

calor del jugo al agua de 60 °C. a 18°C (ver Tabla 2)


Donde m = Masa del jugo calentada para pasterización

Cp. = Calor específico del jugo ver tabla (2)

Tf = Temperatura final del jugo durante segunda fase de pasterización

Ti = Temperatura inicial del jugo durante segunda fase de pasterización

Reemplazando:

Q = m * Cp. * (Tf – Ti) = 3.4 Kg * 1.423 kJ/kg K * (291 K – 333K) = 203.2 KJ *

1Kcal/4.186 KJ

Q = 48.54 Kcal

Salidas de Energía: Resulta del retiro de Energía al elevar la temperatura del agua


Donde m = Masa del agua calentada para segunda fase de pasterización

Cp. = Calor específico del agua ver tabla (2)

Tf = Temperatura final de calentamiento del agua para segunda fase de pasterización

Ti = Temperatura inicial del agua para segunda fase de pasterización

Reemplazando:

Q = m * Cp. * (Tf – Ti) = 4.7 Kg * 1.0 Kcal/kg K * (291 K – 283 K) = 37.6 Kcal

Balance de Energía


Remplazando: 59 Kcal = 48.54 Kcal + Pérdidas de Energía

Pérdidas de Energía del agua para pasterización = 48.54 Kcal – 37.6 Kcal



3. CONCLUSIONES

El mayor gasto Energético se presenta durante el calentamiento del agua tanto

para escaldado como para pasterización, lo cual incide en los costos

operativos si no se manejan adecuados sistemas de recuperación de Energía

y aislamientos en los equipos donde se requiera

El mayor porcentaje de perdidas de calor se presenta en las operaciones de

escaldado y en la de pasterización en el momento de calentar el agua en

ambos casos

Otro facto que incide en las pérdidas de energía es al escaldar la fruta, lo

mismo sucede en la pasterización durante la fase de elevación de temperatura

del jugo

En las operaciones de enfriamiento se presentan pérdidas de calor en menor

porcentaje de las descritas en los ítems anteriores, sin embargo son

significativas

La práctica con tecnologías mínimas utilizando los elementos caseros resulta

de gran utilidad para apropiar tanto los conceptos y conocimientos teórico

prácticos de la elaboración adecuada de las operaciones de transformación de

la Guayaba en este caso para la obtención del jugo de la Fruta

3. BIBLIOGRAFIA

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Fonseca Vigoya Víctor Jairo 2009 Práctica integral No. 1.Procesamiento de frutas Primer Momento Experiencias fuera de la universidad Escuela de ciencias básicas, tecnología e ingeniería Bogotá D.C

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