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¡CONVERSION DE UNIDADES! MAGNITUDES FUNDAMENTALES:  ¡CONVERSION DE UNIDADES! Tipos de magnitudes: Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades  ¡CONVERSION DE UN...

¡CONVERSION DE UNIDADES! MAGNITUDES FUNDAMENTALES:  ¡CONVERSION DE UNIDADES! Tipos de magnitudes: Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades Sistemas de Unidades  ¡CONVERSION DE UNIDADES! MAGNITUDES FUNDAMENTALES: El SI se basa en siete unidades fundamentales que, por convenio, son dimensionalmente independientes.  ¡CONVERSION DE UNIDADES! MAGNITUDES DERIVADAS:  ¡CONVERSION DE UNIDADES! MAGNITUDES DERIVADAS: Las unidades derivadas son combinaciones algebraicas, mediante productos y divisiones de las fundamentales. A veces, para simplificar, las unidades derivadas tienen nombres y símbolos particulares, que a su vez pueden utilizarse para definir otras ¡CONVERSION DE UNIDADES! MAGNITUDES DERIVADAS:  ¡CONVERSION DE UNIDADES! TABLA DE CONVERSION:  ¡CONVERSION DE UNIDADES! TABLA DE CONVERSION: TABLA DE CONVERSION: TABLA DE CONVERSION: Variables más comunes en los procesos agroindustriales Fuerza y peso Fuerza es aquello capaz de modificar la El peso es la fuerza con la cual la tierra velocidad de un cuerpo. De acuerdo con la atrae a los cuerpos hacia su centro, por ello primera ley de Newton: F= el peso tiene las mismas unidades que la fuerza. ma En el sistema SI la unidad de fuerza es el Newton, en el sistema MKS gravitacional es Relacionado con el concepto de peso está el el kilogramo fuerza kgf. peso especifico, es decir, el peso de la unidad de volumen de una sustancia. En el sistema inglés la unidad de fuerza es el poundal. Las unidades del peso específico son kgf/m3 o Ibf/pie3. Variables más comunes en los procesos agroindustriales Presión Es toda fuerza ejercida Cuando se miden presiones perpendicularmente sobre un superiores a la atmosférica se área. utilizan aparatos llamados manómetros. La fuerza total por unidad de Presión hidrostática: es la presión área ejercida por un fluido ejercida por el peso de un líquido recibe el nombre de presión sobre las paredes y el fondo del absoluta. En general, la presión recipiente. absoluta es igual a: Variables más comunes en los procesos agroindustriales Densidad Está relacionada con el concepto de concentración y se define como la cantidad de masa por unidad de volumen. Muchos densímetros miden la densidad relativa que es la relación de la densidad de una sustancia a la densidad del agua, la densidad varía en función de la temperatura, es decir que a mayor temperatura menor densidad. Variables más comunes en los procesos agroindustriales Temperatura La temperatura es una medida del nivel energético de las sustancias. Para medirla se usan termómetros que aprovechan la propiedad del aumento del volumen con la temperatura que sufren todos los cuerpos. Se usan diferentes escalas de temperatura; entre las más comunes están la escala centígrada y la Farenheit. La conversión es: Además de esas escalas, en termodinámica y en química se utilizan las escalas absolutas que parten del cero absoluto. Las escalas más usuales son la Kelvin y la Rankine. Variables más comunes en los procesos agroindustriales Energía, calor y trabajo La energía se define como todo aquello capaz de producir un trabajo, siendo el trabajo el producto de la fuerza por una distancia. T = Fd Como se aclara, la unidad de energía en el sistema SI es el julio (J), otras unidades son el kgm, el pie-lb, la kilocaloría y el B.T.U. 1 kg m = 9.81J 1 pie-lb = pie-libra fuerza = 1.3569 J 1 kcal = kilocaloría = 4185 J 1 B.T.U = British Thermal Unit = 1054.62 J Variables más comunes en los procesos agroindustriales Energía, calor y trabajo La energía se manifiesta de muchas formas y todas ellas se intercambian entre sí. Las formas de energía que más se usan son: La energía potencial debida a la posición que guarda un cuerpo con respecto a otro. E P = energía potencial; m = masa; h = altura; g = aceleración de la gravedad. La energía cinética, debida a la velocidad que tiene un cuerpo. EC= energía cinética; m= masa; v= velocidad. Variables más comunes en los procesos agroindustriales Energía, calor y trabajo La energía interna es la suma de todas las energías que contiene un cuerpo y es definida por la primera ley de la termodinámica. ΔU = Cambio de energía interna; Q = calor añadido; T = trabajo efectuado. La energía de presión, es aquella que contiene un cuerpo debido a la presión a que está sometido. EPe= energía de presión; P= presión; V= volumen El calor es la energía que se transfiere de un cuerpo a otro mediante una diferencia de temperaturas. El calor se mide en kilocalorías o BTU. La relación entre calor y trabajo es:  Caudal másico y volumétrico El flujo másico o caudal másico es la magnitud física que expresa la variación de la masa con respecto al tiempo en un área específica. En el Sistema Internacional se mide en unidades de kilogramos por segundo M1 = M2 El caudal volumétrico, también denominado caudal real, es un volumen que se mueve por unidad de tiempo. Las unidades comunes para el flujo volumétrico son m3/h, m3/min.  Caudal másico y volumétrico Para que se conserve la Caudal materia, la másico masa contenida en el espacio XY debe ser igual Caudal a la que está volumétrico en el espacio X’Y’.  UNIDAD 2: REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LOS PROCESOS AGROINDUSTRIALES LA AGROINDUSTRI A Es un susbsistema donde se realizan los procesos continuos de transformación de la productos agrícolas y cuyo producto final contiene una parte significativa de insumos agropecuarios, con impactos sociales, económicos, técnicos, culturales, e históricos en la sociedad.  Es un subsistema dinámico que implica la combinación de dos procesos productivos, el agrícola y el industrial, para transformar de manera rentable los productos provenientes del campo. La Industri Agroind Agroindustria a Agrícola us-tria  Escenarios de transformación 1. Transformación parcial: procesos de selección de la calidad, clasificación conforme a los tamaños, embalaje y empaque, almacenamiento de la producción agrícola, aunque no se realice transformación completa. Pollo despresado empacado en atmósfera Arroz y granos empacados modificada  Escenarios de transformación 2. Transformaciones total: proceso de transformación completo tanto de los productos como de los subproductos agrícolas. Harina de maíz Azúcar refinada Línea de Harina de trigo emulsionados: precocida mortadela de pollo Producción Agroindustrial, características de los procesos físicos, químicos y bioquímicos Producción agroindustrial La agroindustria tiene el potencial de generar empleo para la población rural, no sólo a nivel agrícola, sino también en actividades fuera de la explotación como manipulación, envasado, procesamiento, transporte y comercialización de productos alimentarios y agrícolas. A su vez, la agroindustria forma parte del concepto más amplio de agronegocio, que incluye proveedores de insumos para los sectores: agrícola, pesquero y forestal, además de distribuidores de alimentos y de productos no alimentarios procedentes de la agroindustria.  Procesos agroindustriales La agroindustria requiere de equipos, aparatos y maquinaria para procesar los productos naturales y convertirlos en los productos que requiere el consumidor final. Para fabricar esos productos se siguen una serie de pasos o etapas conectadas entre sí; a esa secuencia se le llama PROCESO. EXISTEN TRES TIPOS DE PROCESOS: PROCESOS FÍSICOS PROCESOS QUÍMICOS PROCESOS BIOQUÍMICOS  Operaciones unitarias en la ingeniería agroindustrial Una operación unitaria se define como un área del proceso o un equipo donde se incorporan materiales, insumos o materias primas, son actividades básicas que forman parte del proceso  Características de los procesos físicos, químicos y bioquímicos ¡Procesos ¡Procesos químicos! ¡Procesos físicos! bioquímicos! Son transformaciones Son Involucra a operaciones en las que intervienen transformaciones en mecánicas que se una o más reacciones las que intervienen efectúan a las materias químicas de las una o más primas, las cuales materias primas; en reacciones cambian su estado este tipo de procesos bioquímicas de las físico, pero no alteran cambian las materias primas; sus propiedades propiedades físicas y entre ellas tenemos químicas. químicas de las las siguientes: Ejemplo: Molienda, sustancias. filtración, prensado, Ejemplo: Ejemplo: Mezcla, Sedimentación, hidrogenación, Fermentación, Extracción, hidrólisis, combustión Esterilización, Evaporación, Secado, Refinado, Pelado Pasteurización, etc. químico etc. Pelado enzimático Características de los procesos físicos, químicos y bioquímicos  Variables que intervienen en los procesos Propiedades extensivas: Mas Son aquellas que varían dependiendo de la a cantidad de materia que tenga una sustancia. Longitu Mientras mayor masa o mayor tamaño tenga d el cuerpo o sistema, mayor será la proporción Capacidad de esa propiedad. Variable calorífica s Potencia Esto quiere decir que las propiedades Resistencia extensivas no son fijas, varían según la eléctrica cantidad de materia Energía cinética Si en una piscina tenemos 100 metros Volume cúbicos de agua y sacamos 25 metros n cúbicos, ahora el volumen es de 75 metros cúbicos  Variables que intervienen en los procesos Densida Propiedades intensivas: d Viscosidad No varían, no depende de la cantidad de Punto de Fusión materia, es decir no cambian, siempre son las mismas. Esto quiere decir que Variable s Presión van a permanecer iguales, aunque la cantidad de materia de un cuerpo varie. Volumen específico Características organolépticas Un ejemplo cotidiano es que, si hervimos Temperatu agua, la temperatura va a ser la misma ra (100 °C) así sea 1 litro o 50litros de agua.  Químicas: Operaciones unitarias Transformaciones donde intervienen una o más reacciones químicas de la materia prima. Cambian sus propiedades físicas y Hidrogenación químicas. Es un proceso químico mediante el cual los aceites se transforman en grasas sólidas mediante la adición de hidrógeno a altas presiones y temperaturas y en presencia de un catalizador. La hidrogenación le da propiedades funcionales de sabor, textura, estabilidad y las hace mas resistentes a la oxidación y ayuda a que se conserven por mas tiempo, les da cremosidad  Operación Unitaria Química Hidrólisis La hidrólisis en los alimentos ataca fundamentalmente a las moléculas poliméricas de cadena larga, provocando una ruptura de enlaces y dando lugar a moléculas de menor longitud. En el caso de los alimentos con contenidos en hidrocarburos se tienen los polisacáridos, en el caso de las carnes las proteínas.  Operación Unitaria Química Pelado Químico La operación de pelado se realiza poniendo en contacto la solución acuosa del concentrado a una temperatura de aproximadamente 80-85°C con el producto a pelar durante unos 15-25 segundos. Después se somete el producto tratado a un lavado con abundante agua fría para eliminar los restos de piel.  Operación Unitaria Química Refinado Alimento tratado o modificado mediante un proceso físico o químico con el fin de eliminar alguna parte o componente. El proceso hace que se eliminen sustancias como la fibra, vitaminas o minerales. Un alimento refinado, tendrá por tanto, una calidad nutricional menor que el alimento de origen.  Físicas: Operaciones unitarias Involucra a operaciones mecánicas que se efectúan a las materias primas, las cuales Molienda cambian su estado físico, pero no alteran sus propiedades químicas. Con la molienda se reduce el tamaño de grano con el fin de exponer la superficie de la partícula a los efectos de operaciones y procesos posteriores (concentración y lixiviación). Llevar las partículas a un tamaño tal que queden parcial o totalmente liberadas unas de otras.  Operación Unitaria Física Filtración Se denomina filtración al proceso de separación de partículas sólidas de un líquido utilizando un material poroso llamado filtro. La técnica consiste en verter la mezcla sólido-líquido que se quiere tratar sobre un filtro que permita el paso del líquido pero que retenga las partículas sólidas.  Operación Unitaria Física Prensado Técnica que consiste en someter un alimento a la fuerza de un peso sobre él para que, gracias a esta presión, se desprenda parte de su humedad o jugo y se compacte.  Operación Unitaria Física Mezcla La mezcla es una operación común en el procesamiento de alimentos que se utiliza para obtener un producto homogéneo y suave con una calidad uniforme.  Operación Unitaria Física Sedimentación La sedimentación se utiliza con mucha frecuencia en la industria de la alimentación para separar la suciedad y sustancias extrañas contenidas en las materias primas, para separar cristales de las aguas madres y el polvo o partículas de las corrientes de aire.  Operación Unitaria Física Extracción La extracción es el proceso por el cual se separan la esencia o las partes comestibles del resto de la materia prima para utilizarse en el producto procesado. El método varía un poco según la materia prima utilizada.  Operación Unitaria Física Evaporación Es una operación unitaria utilizada para concentrar alimentos líqui dos. Durante el proceso se elimina por ebullición del alimento líquido, un solvente volátil (normalmente agua), hasta que su contenido en sólidos alcance la concentración deseada.  Operación Unitaria Física Secado EI secado es una operación unitaria simultánea de transferencia de calor y de masa, el calor es necesario para evaporar la humedad, la cual es removida de la superficie del producto por medio de un agente secador externo generalmente aire.  Bioquímicas: Operaciones unitarias Son transformaciones en las que intervienen una o más reacciones bioquímicas de las Fermentación materias primas. Es la aplicación de bacterias vivas o levaduras que transforman un alimento o bebida. Además de sus propiedades nutritivas, la fermentación puede aportar a esos nuevos alimentos las siguientes propiedades: bacterias vivas y activas; mejora de su sabor, textura y digestibilidad.  Operación Unitaria Bioquímica Esterilización Esterilizar es la acción de conservar los alimentos destruyendo el 90% de los microorganismos. El proceso de esterilización consiste en destruir los organismos vivos que se encuentran en los alimentos, mediante el proceso de exponerles a las temperaturas adecuadas y así poder conservarles durante largos periodos.  Operación Unitaria Bioquímica Pasteurización La pasteurización consiste en el tratamiento del calor de un producto para matar todas las bacterias patógenas y reducir la actividad enzimática. El objetivo es hacer que los productos sean seguros para el consumo y que tengan una vida útil más prolongada. Régimen estacionario Régimen no estacionario Se entiende que un Por el contrario, sistema se cuando las variables encuentra en intensivas de la régimen operación no solo estacionario cuando pueden variar a través todas las variables del sistema en cada físicas permanecen momento, sino que las constantes e correspondientes a invariables con el cada punto del mismo tiempo, en cualquier varían con el tiempo, punto del sistema, el régimen se pero pueden ser denomina no distintas de unos estacionario. puntos a otros.  ¿Régimen estacionario o no estacionario? ¿Respecto de la temperatura? ¿Respecto la materia?  Operaciones discontinuas, continuas y semicontinuas Las operación discontinua Las operaciones continuas son aquellas son aquella en la que se carga en las que las etapas de carga, la materia prima y después de transformación y descarga se realizan realizarse la transformación se simultáneamente. La limpieza del aparato descargan los productos. Estas se efectúa cada cierto tiempo, operaciones, llamadas también dependiendo de la naturaleza de la por cargas o intermitentes, transformación y de las materias a tratar. se realizan en una serie sucesiva de etapas: 1. Carga del aparato con las materias primas. 2. Preparación de las condiciones para la transformación. 3. Transformación requerida. Discontin Semicontin 4. Descarga de los productos. Continuo uo uo 5. Limpieza del aparato.  Balance de materia y energía Los balances de materia y energía son una contabilidad de entradas y salidas de materiales y energía de un proceso o de una parte de éste. Se basan en las leyes de la conservación de la masa y la energía. Estas leyes indican que la masa y energía son constantes y que por lo tanto la masa y la energía entrante a un proceso, deben ser iguales a la masa y energía salientes a menos que se produzca una acumulación dentro del proceso. Estos balances son importantes para el diseño del tamaño de aparatos que se emplean y para calcular su costo. Si la planta trabaja, los balances proporcionan información sobre la eficiencia de los procesos.  Sistema Por definición, un sistema es cualquier porción arbitraria o completa de un proceso establecido específicamente, por lo tanto, es Ia elección crítica de una o varias unidades del proceso o todo el proceso para verificar si existe o no flujo de masa a través del sistema elegido, según esta condición el sistema puede ser abierto o cerrado. ABIERTO (CONTÍNUO): Aquel en el que la materia se transfiere a través de la frontera del sistema: entra al sistema, sale del sistema o ambas cosas. CERRADO (POR LOTES: Aquel en el que no se presenta transferencia de materia durante el intervalo de tiempo en cuestión. Representación: Diagrama de flujo Los diagramas de flujo cuando representan la secuencia u operaciones que se llevan a cabo Extracción de aceite de soya por medio de para fabricar cierto producto. hexano En los diagramas de flujo se dibujan los equipos mayores de un proceso, y las corrientes que entran y salen de estos equipos. A veces los equipos se representan por rectángulos sobre los que se indica el nombre del equipo que simbolizan. Estos diagramas se conocen como diagramas de bloques. En otros casos se emplea un dibujo que representa la forma del equipo.  Representación: Diagrama de flujo Nomenclatura: Las propiedades se designan por medio de letras latinas o griegas, las corrientes por números. L Flujo másico de líquido. L Flujo volumétrico de líquido. L1 Flujo másico en la corriente 1. T3 Temperatura de la corriente 3. G Flujo másico de gas. S Flujo másico de sólidos o de mezclas semi-sólidas. S2 Flujo másico de sólidos en la corriente 2. ρ Densidad de la corriente 1. En general: x Se refiere a concentraciones en fase líquida. y Concentraciones en fase gaseosa. w Concentraciones en fase sólida. Así Concentración de sal en la corriente uno líquida  Identificación de corrientes Nomenclatura para diagramas de equipo Las corrientes que unen a los equipos se emplean números o letras que las identifican y en ciertos casos se colocan también las condiciones de las mismas, las líneas que encierran al equipo o proceso demarcan el sistema termodinámico en estudio y en el cual se efectuará el balance de materia y energía.  Ley de conservación de la materia El balance de materia se basa en la ley de la conservación de la masa enunciada por Lavoisier de la siguiente manera: Nada puede crearse y en cada proceso hay exactamente la misma cantidad de sustancia presente antes y después de que el proceso haya sucedido. Solamente hay un cambio o modificación de la materia.  Ecuación general de conservación de la materia La ecuación general de conservación de la materia es la expresión matemática del principio de conservación de la materia, por lo tanto en cualquier proceso la expresión sera: Entra Generaci Consum Acumulaci da + ón - Salida - o = ón Dicho de otra forma, de un proceso se obtendrá todo lo que entra junto con lo que se produzca en él, descontando lo que se destruya. El balance de materia se puede aplicar a procesos y operaciones continuos o discontinuos y tendrá que producir una ecuación en la que se pueda despejar una variable en función de las restantes.  Ecuación general de conservación de la materia Ejemplo: Cada año llegan 50000 personas a la ciudad, se van 75000, nacen 22000 y mueren 19000. Un balance de la población de la ciudad es: Entra Generaci Consum Acumulaci da + ón - Salida - o = ón 𝑃 𝑃 𝑃 𝑃 𝑃 50000𝑎ñ 𝑜 + 22000 𝑎ñ 𝑜 - 75000𝑎ñ 𝑜 - 19000𝑎ñ 𝑜 = - 22000𝑎ñ 𝑜 La ciudad pierde 22000 personas al año  Ecuación general de conservación de la materia Los balances de materia para los sistemas continuos en donde la concentración de materia no cambia con el tiempo, se encuentran en estado estacionario, el término de acumulación se hace cero, entonces la ecuación se simplifica y queda de la siguiente manera: Entrada = salida + generación – consumo Esta es la ecuación que se empleará para realizar el balance de materia en los sistemas para los procesos industriales.  Ecuación general de conservación de la materia En los procesos físicos en donde no ocurre reacción química y además está en estado estacionario, los términos de generación de materia y consumo se hacen cero, por lo tanto la ecuación de balance para procesos físicos se simplifica quedando de la siguiente forma: Entrada de materia = salida de materia Esta ecuación de balance se aplica a las operaciones unitarias como la destilación, evaporación, secado, filtración, mezclado, tamizado etcétera. Ejemplos:  Ecuación general de conservación de la materia Entradas = salidas M (B) M M M Mezclad M Evaporad or (A) or M M Observa que en este sistema tenemos (C) tres entradas y una salida, entonces el Aplica el mismo principio al serun proceso balance de materia para este sistema en físico de evaporación hay una entrada y dos particular queda de la siguiente forma: salidas entonces el balance del proceso de evaporación queda: Entrada 1+ entrada 2 + entrada 3 = salida 4 Entrada A= Salida B + Salida C M1+M2+M3=M4 MA=MB + MC Balance de materia y energía Conclusión: Los balances de materia son una contabilidad de entradas y salidas de materiales de un proceso o de una parte de éste. Se basan en las leyes de la conservación de la materia. Estas leyes indican que la masa es constante y que por lo tanto la masa entrante a un proceso, deben ser igual a la masa saliente a menos que se produzca una acumulación dentro del proceso. Estos balances son importantes para el diseño del tamaño de aparatos que se emplean y para calcular su costo. Si la planta trabaja, los balances proporcionan información sobre la eficiencia de los procesos.  Procedimiento para resolver ejercicios de balance de materia Se sugiere seguir una serie de pasos que puede permitir resolver de manera clara, y sin mayores contratiempos, un problema de balance de materia. 1. Leer y entender el enunciado del problema, a fin de determinar qué información es suministrada explícitamente, qué información es suministrada de manera indirecta o implícitamente, qué variable(s) debe(n) ser calculada(s). 2. Dibujar el diagrama de flujo. En el diagrama, represente con letras o símbolos todas las corrientes o flujos, así como la composición (en fracciones molares o másicas) de cada una de estas corrientes. Igualmente, asigne variables alfanuméricas para aquellos valores desconocidos.  Procedimiento para resolver ejercicios de balance de materia 3. Seleccione la base de cálculo (de tiempo o masa), así como las unidades de trabajo que utilizará para las variables y parámetros del problema. 4. Analizar el número de incógnitas y construir la ecuación que puede ser general o especifica de alguna parte del proceso 5. Resolver las ecuaciones planteadas, haciendo uso de todas las herramientas matemáticas conocidas.  Métodos para resolver ecuaciones de balance de materia Paso 4. El valor obtenido se Paso 1. Se preparan las Paso 3. Se reemplaza en ecuaciones multiplicándolas por los Paso 2. Sumamos resuelve la cualquiera de las números que convenga. ambas ecuaciones. ecuación ecuaciones iniciales y resultante. se resuelve. Método de reducción: Este método consiste en sumar (o restar) las ecuaciones entre sí para eliminar una de las incógnitas. A veces, es necesario multiplicar por algún número las ecuaciones para que, al sumarlas, desaparezca una de las incógnitas.  Métodos para resolver ecuaciones de balance de materia Paso 1. Se elige Método de sustitución: cualquiera de las incógnitas y se Este método consiste en aislar una incógnita despeja en cualquiera en una de las ecuaciones para sustituirla en la de las ecuaciones. otra ecuación. De este modo, se obtiene una ecuación con una sola incógnita. Una vez resuelta esta ecuación, se sustituye en alguna de las ecuaciones para hallar la otra incógnita. Paso 3. Se resuelve la ecuación resultante del paso anterior para Paso 2. Se sustituye la expresión obtenida en la otra ecuación encontrar el valor de una de las incógnitas Métodos para resolver ecuaciones de balance de materia Paso 4. El valor obtenido se Paso 5. Verificación de la solución reemplaza en la expresión del del sistema. primer paso Reemplazamos los valores obtenidos para cada una de las incógnitas en ambas ecuaciones con la finalidad de verificar que se cumpla la igualdad en ambos casos: