lectura uii principios ing y tecno alimentos act enero 2015

8/21/2019 Lectura UII Principios Ing y Tecno Alimentos Act Enero 2015

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADEscuela: Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería- ECBTI Programa: Ingeniería de AlimentosCurso: Introducción a la Ingeniería de Alimentos Código: 90014LECTURA UNIDAD II: Principios Ingenieriles y Tecnológicos de los alimentos.

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PRINCIPIOS INGENIERILES Y TECNOLÓGICOS DE LOS ALIMENTOS1

Objetivos

Diferenciar entre operaciones unitarias y procesos unitarios que sufren los alimentos

Conocer y comprender las diferentes etapas de Preproceso de los alimentos de origen vegetal y animal ysu importancia en la industria alimentaria.

Conocer y comprender los diferentes métodos tradicionales y nuevos de conservación de los alimentos,para establecer sus ventajas y desventajas, frente a la calidad de los alimentos.


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CAPÍTULO 1. NOCIONES FUNDAMENTALES DE LAS OPERACIONES EN LA INDUSTRIA DE LOSALIMENTOS2

Las operaciones unitarias y procesos unitarios

Operaciones Unitarias

Toda industria, no importa su tamaño, tiene transformaciones de orden físico y/o químico, aún en actividades noindustriales, se tienen procesos de una u otra índole que implican siempre un cambio.

Cada industria en particular, tiene una serie de operaciones características que pueden tomarse cada una como unaunidad, por ejemplo, la industria del acero, la petrolera, la de plásticos, la manufacturera de chocolates, etc., En laindustria del alcohol, la adecuación de las materias primas puede tomarse como una unidad de operación, laagregación de la levadura al mosto constituye una segunda operación, una tercera, lo es la destilación del mostofermentado. La agregación de la levadura es una operación que se presenta en la industria de vinos, en laelaboración de pan, en la fabricación de cerveza. La destilación es común en la industria petrolera, en la obtenciónde aceites comestibles, en la purificación de aromas y sabores artificiales, en la obtención de solventes, entre otras.Existen pues, infinidad de procesos industriales y muchos de ellos tienen operaciones comunes y técnicas comunes,

basados en principios científicos.

El concepto de operación unitaria nace de la integración de operaciones comunes en la industria. El hecho que unproceso industrial contenga una serie coordinada de operaciones separadas y que el mejor método de analizar yentender el proceso es analizar y comprender así mismo esas operaciones, constituye la base del presente estudio.

La importancia que tienen las operaciones unitarias en la industria, fue inicialmente reconocida por el profesorGeorge Sunge del Colegio Politécnico Federal de Zurich en 1893 en un informe presentado al Congreso deQuímicos, para la exposición de Chicago en dicho año.


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El concepto o definición formal de la Operación Unitaria fue establecido por el Dr. Arthur D. Little delDepartamento de Química e Ingeniería Química del Instituto Tecnológico de Massachussets (M.I.T) en un reporte alpresidente del Instituto en 1915, uno de cuyo aparte dice:

“El arte de pulverizar, evaporar, filtrar, destilar y otras operaciones constantemente ejecutadas en trabajos químicosse ha desarrollado suficientemente como para constituirse en un tema muy importante, dentro de las cienciasespeciales”. “Cualquier proceso químico, en cualquier escala a que tenga lugar, puede ser ejecutado en una serie coordinada deaquellas operaciones que pueden ser llamadas operaciones unitarias, como pulverización, secamiento, tostación,cristalización, filtración, evaporación, electrólisis y otras".

El número de estas operaciones básicas no es tan grande y relativamente pocas de ellas están involucradas encualquier proceso en particular. La complejidad de la Ingeniería Química resulta de la gran variedad de condicionestales como presión, temperatura, concentración, etc., bajo las cuales se llevan a cabo las operaciones unitarias enlos diferentes procesos y de las limitaciones tales como materiales de construcción y diseño de aparatos impuestospor el carácter físico-químico de las sustancias reactantes’.

Las operaciones unitarias son en esencia de carácter físico y ellas se ajustan a las leyes básicas de la física que se

aplican a las demás ramas de la Ingeniería.

La teoría de las operaciones unitarias se fundamenta en leyes bien conocidas, pero debe tenerse una adecuadainterpretación en términos prácticos para el diseño, fabricación, operación y mantenimiento de los equipos usadosen los procesos.

El ingeniero bien sea químico, de alimentos, de petróleos, etc., debe ser capaz de desarrollar. Diseñar, y operar,tanto proceso como equipos.


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Debe tener la habilidad de operar las plantas en forma eficiente, segura y económica para procesar materiales yobtener un producto con las características exigidas por el consumidor. En consecuencia requiere sólidosconocimientos teóricos y una adecuada preparación, objetivamente práctica, lograda en los laboratorios y plantaspilotos.

Con la mención de procesos y operaciones, debe tenerse una definición adecuada y profunda de ellos. Losprocesos básicos en las industrias químicas y de alimentos, se constituyen en las reacciones químicas mínimasnecesarias para obtener productos de características muy diferentes, partiendo de materias primas adecuadas y sedenominan Procesos unitarios.

Las operaciones básicas involucradas en el manejo de los procesos de producción de alimentos, que realmente seconstituyen en los cambios físicos necesarios, se llaman: operaciones unitarias.

Definición de Operaciones unitarias.

Entonces se puede decir que una operación unitaria en la fabricación de un alimento es todo tratamiento físico alcual se somete una materia prima de un alimento sin que sufra una transformación en sus propiedades químicas, ybioquímicas, pero sí pueden sufrir transformaciones físicas y organolépticas.

Las operaciones unitarias en la industria de alimentos son de carácter físico y por lo tanto se ajustan a las leyes dela física.

Procesos unitarios.

Involucra las reacciones químicas mínimas necesarias para obtener productos con características muy diferentes alas materias primas utilizadas para obtenerlos.

Con pocas excepciones, el punto clave de toda planta, donde se tienen procesos unitarios, es el reactor , donde


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ocurre el cambio químico de los reactantes a los productos. En general, todo equipo, excepto el reactor, se empleapara generar cambios físicos; sea en las materias primas o en los productos

Lo anterior nos lleva a concluir que, en la mayoría de los procesos, existen tres etapas o fases: La primera antesque los reactantes ingresen al reactor y que comprende las operaciones de adecuación o alistamiento de las

materias primas; la segunda comprende la reacción propiamente dicha y la tercera la refinación del producto,eliminando o separando subproductos.

Las características de un proceso unitario,

Las características de un proceso unitario como se aplica en la industria de alimentos pueden resumirseasí:

1. Cada proceso unitario determina una reacción específica dentro de un grupo de varias reacciones.

2. Frecuentemente la planta se divide en zonas destinadas a un proceso unitario específico para varios productos,por ejemplo, la fermentación de lácteos, necesaria para la obtención de kumis, yogurt, entre otros, se constituye enun proceso unitario.

3. En la elaboración de diversos productos se tiene una relación muy estrecha entre el equipo empleado y elproceso unitario. Para la fermentación de lácteos se emplean tanques en acero inoxidable con dispositivos decontrol para mantener niveles adecuados de temperatura, dispositivos para llenar y desocupar el tanque y mediosde extracción del gas producido en la fermentación; tanques de este mismo tipo, se emplean en la fermentación demosto en la industria cervecera.

4. Dentro de un mismo proceso unitario, el equipo puede ser convenientemente empleado para procesar diferentesproductos. El uso múltiple de equipo, se facilita bajo un adecuado acondicionamiento del proceso dado. Por ejemplo,en la industria de pasabocas, los freidores sirven tanto para papa como para plátano, chicharrón, etc., teniendo en


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cuenta las temperaturas y tiempos adecuados para cada proceso.

5. El conocimiento de la clasificación de los procesos unitarios, así como el dominio de los principios que los rigen,permiten la selección o adaptación del proceso indicado para un nuevo producto.

6. El diseño de equipo se facilita enormemente, más por el conocimiento generalizado del proceso unitario que porla reacción considerada separadamente. La experiencia indica que un buen número de reacciones consideradasbajo un proceso unitario son una excelente guía para el conocimiento y manejo de otra nueva reacción similar.

Sin embargo no se debe confundir procesos de elaboración de productos con procesos unitarios. Ya que un procesode elaboración implica la integración de diferentes operaciones unitarias y de los procesos unitarios que intervienenen la obtención de un determinado producto.

A continuación se presenta una lista de los principales procesos unitarios y operaciones unitarias que se presentanen las industrias de alimentos.

Tabla 7. Procesos unitarios y operaciones unitarias en la industria de alimentos

PROCESOS UNITARIOS OPERACIONES UNITARIAS


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1. Neutralización2. Oxidación3. Combustión4. Hidrogenación5. Hidrólisis6. Hidrogenólisis

7. Calcinación8. Nitración – nitrificación9. Esterificación10. Reducción11. Halogenación12. Sulfonación13. Amonólisis14. Alkilación15. Condensación16. Fermentación17. Polimerización18. Pirólisis19. Aromatización20. Isomerización21. Intercambio iónico22. Electrólisis

1.Flujo de fluídos2.Transferencia de calor3.Enfriamiento4.Evaporación5.Humidificación6.Destilación

7.Sublimación8.Absorción9. Adsorción10. Extracción por solventes11.Secado12.Mezclado13.Clasificación14.Sedimentación15. Fluidización16.Lixiviación17. Filtración18. Tamizado19. Cristalización20. Extracción por cristalización21. Centrifugación22. Reducción de Tamaño ( Molienda)23. Aumento de tamaño

24. Manejo de materiales25. Osmosis26. Osmodeshidratación

Fuente. Fonseca V, López Darío, Leal J. y Kerneur S. Balance de materia y energía .UNISUR. 2001.

En la industria de alimentos se presentan otros procesos unitarios ya muy específicos como: cocción, freído,horneado y tostado.


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En seguida, se describirán brevemente, cada operación unitaria, ya que es objeto básico del estudio para eladecuado análisis de cada una de ellas.

Flujo de fluidos Lo constituye el transporte y manejo de fluidos como tales, entendiéndose por fluidos a los

gases y líquidos. En algunos procesos intervienen sólidos relativamente finos que se comportan como fluidosy se estudian como tales.

Transferencia de calor El flujo de calor que causa calentamiento o enfriamiento o cambio de fase,constituye el fundamento de esta operación.

Filtración Separación de sólidos suspendidos en líquidos, por medios filtrantes.

Tamizado Separación de fracciones de sólidos por tamaños, empleando mallas metálicas trenzadas.

Cristalización Formación de cristales de sólidos en soluciones saturadas, por evaporación o inoculación deun cristal.

Extracción por cristalización Separación de sólidos que cristalizan, de soluciones en la que existen varios

solutos.

Centrifugación Separación de sólidos finos suspendidos en líquidos, por acción de la fuerza centrífuga;separación de líquidos no miscibles.

Reducción de tamaño (molienda) . La molienda , pulverización y el corte son ejemplos de esta operación dereducción de sólidos gruesos, empleando medios mecánicos.

Aumento de tamaño o aglomeración Incremento de volúmenes de sólidos finos por aglomeración


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mecánica (compactación).

Manejo de materiales Es quizás la única operación que se tiene en todo proceso industrial y consiste, comosu nombre lo indica, en el transporte y almacenamiento de sustancias en cualquier estado.

Clasificación .- Es la separación de materiales sólidos por tamaños. En alimentos es la separación deproductos de acuerdo a una o más características físicas como color, tamaño, forma, peso o biológicascomo grado de madurez.

Mezclado. Combinación de dos o más sustancias sean sólidos, líquidos o gases.

Sedimentación. Separación de sólidos en líquidos de menor densidad.

Fluidización. Suspensión de sólidos insolubles, finamente divididos, en gases o líquidos

Lixiviación. Separación de sustancias solubles en otras insolubles por acción de líquidos solventes.

Adsorción. Separación de gases en la que uno ellos es removido por un líquido

Absorción. Separación de gases en el que uno de ellos es removido por un sólido.

Extracción liquido-solido . Separación de sólidos por acción de un liquido solvente

Extracción líquido-líquido.- Separación de líquidos por un tercero soluble con uno de ellos

Evaporación.- Concentración de soluciones por cambio de fase del solvente a vapor.

Secado. Disminución de humedad en sólidos y gases, por evaporación del agua, en el primer caso y por


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adsorción del vapor de agua, en el segundo.

Destilación. Separación de dos o más líquidos por evaporación, aprovechando los diferentes puntos deebullición de cada uno de ellos.

Sublimación (liofilización). Eliminación de la humedad de sólidos, por sublimación del agua contenida.

Humidificación.- Dispersión de una fase líquida en fase gaseosa o en fase sólida.

Osmosis. Extracción de líquidos a través de membramas semipermeables.

Osmodeshidratación.- Deshidratación de frutas y vegetales por medio de azúcares o sales afines con losalimentos.

Todo proceso y toda operación implica un cambio o transformación que en términos ingenieriles recibe el nombrede transferencia. Las operaciones unitarias se fundamentan en: la transferencia de momentun, de masa y de caloren forma individual o concurrente, van acompañadas de cambios en niveles de energías mecánicas o térmicas,estas últimas mensurables por las entalpías físicas.

La transferencia de Momentum produce cambios en la ubicación del material o cambios en la forma o tamaño.

La transferencia de masa establece flujo de masa de una fase a otra. Debe recordarse que fase es un sistematermodinámico con propiedades homogéneas

La transferencia de calor permite el flujo de calor de zonas de un cuerpo o cuerpos de alta temperatura a zonas ocuerpos de baja temperatura

Toda operación unitaria implica un cambio y requiere de una fuerza conductora que rige el fenómeno y a la vez esta


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fuerza conductora vence la resistencia o inercia que ofrecen los elementos o sustancias que participan en laoperación.

El cambio denominado Flujo se expresa como:

En términos de fenómenos o magnitudes, más no en términos de variables, cuando se tiene transferencia de

momentun, se expresa

Flujo = FuerzaInercia

Flujo de líquidos = PresiónViscosidad

Molienda = Fuerza de impacto Dureza

Fuerza ConductoraFlujo = ----------------------------

Resistencia


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En los procesos unitarios, oreacciones químicas, se tiene

fundamentalmentetransferencia de átomos omoléculas, para que tengalugar la reacción química ysiempre va acompañada decambios energéticos,mensurables por los cambios

en las cantidades de calor de índole químico, llamado entalpía química.

Entre las operaciones unitarias que se fundamentan en transferencia de momentun se tiene: manejo de materiales, reducción de tamaño, aumento de tamaño, clasificación, flujo de fluidos, mezclado, sedimentación. En transferenciade masa: fluidización, lixiviación, filtración, tamizado, adsorción, absorción, extracción líquido-sólido, extracciónlíquido-líquido, centrifugación.

Las operaciones de evaporación, secado, destilación, sublimación (liofilización), humidificación se fundamentan enla transferencia de calor , pero involucra también las operaciones de transferencia de masa y ambas ocurrensimultáneamente.

En transferencia de calor:Diferencial de temperatura

Flujo de calor = --------------------------------------- = -------Resistencia térmica Rt

En transferencia de masaDiferencial de concentración

Flujo másico = ------------------------------------------- = -----------Resistencia másica Rm


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Dentro de un proceso industrial, siempre se tendrá una operación que permite el transporte del material en proceso,es decir siempre se tiene una operación de transferencia de momentun, pero en el proceso propiamente dicho,tomado como sistema independiente, se tendrá la operación específica.

Clasificación de las operaciones unitarias

Como se mencionó anteriormente, las operaciones unitarias son de naturaleza física y su propósito es procesarmateriales dentro de unas especificaciones dadas de presión, temperatura, composición y fase. Desde este puntode vista, las operaciones se pueden clasificar en cinco grupos:

1. De flujo de fluidos.2. De transmisión de calor.3. De mezcla.4. De separación.5. De manejo de sólidos.

En algunos procesos no existe una clara separación de las operaciones y deben trabajarse simultáneamente, comoen operaciones de destilación continua al combinar el flujo de fluidos con la transmisión de calor. Caso similarocurre en evaporadores continuos de varios efectos (o cuerpos). Para ellos se han desarrollado procedimientos

matemáticos que se estudiarán en los cursos de operaciones unitarias en la industria de alimentos y de balance demateria y energía.

Ejemplo 1 proceso de elaboración del yogurt3

El proceso de elaboración del yogurt batido, a nivel industrial, la leche cruda se somete a una serie de tratamientoscomo: su estandarización (ajuste de grasa y acidez), homogenización, pasterización, enfriamiento entre 32 a 30oCpara inocular los bacilos lácticos, luego se somete a incubación entre 16 y 20 horas manteniendo la temperaturaanterior, para producir la fermentación, luego se agita, se envasa y refrigera. ¿ qué procesos y cuáles operaciones


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tienen lugar?

Solución.

Para dar respuesta a estas preguntas acudimos al diagrama de flujo siguiente.

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de elaboración del yogurt firme y batido

lecheestandarizada

Incubación2.5 horas

Refrigeración

6 oC

Envasado

Inoculación2.5% Inoculación

0.025%

Incubación16 – 20 horas

Refrigeración6 oC

Agitación

estárter

estárter

Envasado

Homogenización55oC 20Mpa

Pasterización alta5 min 85 oC

Refrigeración45 oC

Refrigeración30 -32 oC


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Reproducción. Walstra. Ciencia del la leche y tecnología de los productos lácteos.

En el diagrama de flujo anterior se observa lo siguiente:

Operación EstandarizaciónOperación HomogenizaciónOperación pasterizaciónOperación RefrigeraciónOperación InoculaciónProceso Fermentación o incubaciónOperaciones Agitación, envasado y refrigeración.


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Ejemplo 2

El proceso de elaboración de leche evaporada, se representa en el siguiente diagrama de flujo. En este serepresenta la obtención de leche evaporada en botella (izquierda) y leche ultrapasterizada (UHT), derecha. Definircuáles son operaciones y cuáles son procesos unitarios.

Solución. Acudimos a la figura 2 para visualizar el proceso y se encuentran las siguientes etapas:

Recepción de la leche Control de calidad de la leche Estandarización Precalentamiento Concentración por evaporación Homogenización Refrigeración, estandarización final y adición de sales estabilizantes Envasado Esterilización y enfriamiento Etiqueta y empacado Almacenamiento

Como se observa, en la figura 2, en este proceso industrial no se tienen procesos unitarios, únicamente hayoperaciones unitarias y ellas son transporte de materiales, concretamente flujo de fluidos y transferencia de calorcon calentamiento y enfriamiento.


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Figura 2. Diagrama de flujo. Obtención de leche evaporada

ESTANDARIZACIÓN

PRECALENTAMIENTO30 S a 130OC

CONCENTRACION

ENFRIAMIENTOA 10 OC

HOMOGENIZACIÓN45 MPa

ESTERILIZACIÓN15 S a 140 OC

ESTABILIZACI NCON Na2 HPO4 HOMOGENIZACI N

65 OC – 22 S- 5 MPa

ENVASADO

ESTABILIZACIÓNCON Na2 HPO4

ENFRIAMIENTOA 10 OC

PRUEBAS DECALIDAD

RECEPCIÓN DE LALECHE


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Reproducción. WALSTRA. Ciencia de la leche y tecnología de productos lácteos.

Diagramas de flujo en la industria de alimentos

Son gráficas o esquemas que representan la secuencia coordinada de los procesos y operaciones unitarias,aplicadas en la transformación de las materias primas de los alimentos para obtener productos finales ysubproductos.

Los diagramas de flujo también pueden representar los equipos en forma simbólica que se utilizan en cada una delas operaciones unitarias que intervienen en un proceso de alimentos. También permite identificar las cantidades


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transferidas de masa y energía en cada una de las etapas del proceso.

Clasificación de los diagramas de Flujo

Los diagramas de flujo se pueden clasificar de dos formas:

De acuerdo a la información suministrada pueden ser: cualitativos, cuantitativos y combinados.

Los diagramas cualitativos, representan el flujo de las diferentes operaciones, los equipos y las variables comotemperatura, tiempo, presión, entre otras que intervienen en cada etapa de un proceso de producción de unalimento por ejemplo los diagramas de flujo presentados para los procesos de elaboración del yogurt y de la lecheevaporada ( figura 1 y 2)

Los diagramas cuantitativos indican las cantidades de los materiales que entran y salen en cada etapa del proceso,hasta llegar al producto final y subproductos, estos diagramas son de gran utilidad para visualizar la entrada y salidade materiales en un proceso de industrialización de un alimento, por lo tanto son de gran ayuda para realizar elrespectivo balance de materia. Este tipo de diagrama se observará en el curso de Balance de Materia y Energía.

Diagrama de flujo combinado: Representan tanto el flujo de operaciones, de los materiales, como las cantidades deesos materiales, las variables o puntos críticos, aparatos de control e instrumentos de medidas y los equipos enforma simbólica, que intervienen en cada etapa del proceso de fabricación de un alimento.

De acuerdo a la profundidad de la información suministrada en: diagrama elemental simbólico general ysimbólico específico.

o El diagrama elemental, es el que generalmente se representan por bloques o rectángulos seguidosde flechas. En el interior de cada bloque se escribe la operación o proceso que interviene en cada


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etapa de fabricación de un alimento, pero, no se adiciona ninguna otra información. Es decir en estediagrama describe o representa en forma global todo el proceso de elaboración del producto.

Ejemplos de diagramas elementales lo presentados en la figura 1 y 2 (elaboración del yogurt y de la lecheevaporada respectivamente), pero sin especificar las variables de control en cada etapa del proceso.

o Diagrama simbólico general

Representa los equipos utilizados en las operaciones de un proceso de fabricación de un alimento en forma desímbolos estándares que permiten interpretar de una forma fácil y ágil cada una de las operaciones que ocurren.No incluyen información sobre el tamaño de los equipos, ni cantidad de las materias primas, en proceso oservicios. Estos diagramas son muy didácticos porque permiten una mayor comprensión de las operaciones quesuceden en forma secuencial en todo el proceso.

Diagrama simbólico específico: además de los elementos del diagrama simbólico general, se incluye lacapacidad de producción o tamaño de cada equipo en particular, áreas de la producción actual y también el áreaproyectada para expansión de la producción, así como los servicios en proceso ( agua, vapor aire). Estediagrama es de gran utilidad para realizar el diseño de un planta procesadora de alimentos.

Fundamentos científicos de las operaciones en la industria de alimentos

Las bases que se requieren para el estudio y comprensión de las operaciones unitarias son los conocimientos de lafísica y la química, basados en las leyes fundamentales de estas y otras ciencias similares.

Ya en detalle, el ingeniero debe estar capacitado para especificar equipos que manejen las cantidades apropiadasde materias primas y productos.


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Detallar los requerimientos de los servicios (energía, agua, vapor, etc.) en las formas específicas y en las tasas deconsumo dadas.

Establecer las normas de proceso acordes a las propiedades físico-quimicas de las materias primas y a lascaracterísticas del producto.

Establecer las normas de control de calidad, tanto para materias primas como para materiales de proceso yproductos terminados.

Lograr la mayor eficiencia de los equipos, traduciéndose esto en menores costos y mayor rentabilidad del proceso.En ocasiones el ingeniero enfoca su interés en predecir o evaluar resultados de una pieza, parte o equipo dentro dela industria.

Otras veces el objetivo es diseñar el equipo y esto se constituye en la etapa final de un problema.

El ingeniero puede cumplir sus objetivos partiendo de los procesos unitarios, operaciones unitarias y de lascaracterísticas, tanto de los materiales que va a transformar como de los equipos a usar.

Requiere, por lo tanto, de un adecuado conocimiento de la física y de la química, además de sólidos y muy

fundamentados conocimientos de matemáticas.

Las operaciones unitarias constituyen las mejores guías para la operación y diseño de plantas industriales, pero esmediante la observación y el análisis que se pueden identificar e interpretar las diferentes operaciones unitarias yprocesos unitarios, que se involucran en un proceso de fabricación de un alimento

Cuatro conceptos son el fundamento para los cálculos en todas las operaciones. Ellos son:

Balance de Materiales


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Basado en el principio de conservación de la materia: la masa total para todos los materiales que entran en unaoperación es igual al total de todos los materiales que salen de la misma, más la masa de los materiales retenidos oacumulados en la operación.

En las operaciones continuas, el material usualmente no se acumula en la operación y el balance de materiaconsiste simplemente en cargar o debitar la operación con todo el material que entra y descargar todo el materialque sale, en forma similar a como se hace en una contabilidad.

El ingeniero debe emplear unidades consistentes, sean de masa, volumen, etc. En gran número de procesos debeemplearse moles de los compuestos (como unidad de masa) pues ello facilita el manejo del proceso unitario.

El balance de materiales puede hacerse para la planta entera o para cualquier parte de ella, tomándola comounidad, dependiendo del problema en si.

Para efecto de cálculos, es conveniente tomar una base o cantidad fija de material que entra o sale de unaoperación, dicha cantidad se denomina “base de cálculo”

Balance de Energía

En forma similar puede hacerse un balance de energía para toda la planta o para una operación unitaria. Puededeterminarse la energía necesaria para llevar a cabo la operación o para mantener las condiciones dadas deoperación.

El principio del balance de energía es tan importante como el del balance de materiales y se usa de la misma forma.

Como se menciona anteriormente las entalpías físicas y químicas siempre acompañan a los procesos yoperaciones unitarias sin embargo en algunas de ellas los cambios energéticos en forma de calor son tan pequeños


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e imperceptibles, que no se determinan o calculan.

En el campo de aplicación de las ingenierías químicas y de alimentos los cambios energéticos relevantes son losde calor y en esto se fundamentan los Balances de Energía; circunstancialmente se manejan cargas eléctricas, quepueden ser involucradas a los balances de energía, como la generación de calor por medios eléctricos ( resistencias

eléctricas, medios dieléctricos, hornos microondas, etc.) .

Para establecer demandas de servicio de energía eléctrica, se determinan cargas eléctricas y se establecen losrespectivos balances de energía eléctrica.

Las Entalpías Físicas, que se toman, siempre por unidad de peso o masa, más importantes son:

Calor especifico que permite establecer cambios de energía térmica en procesos de enfriamiento o calentamiento,bien a presión constante o a volumen constante. La inmensa mayoría de procesos se lleva a cabo a presiónconstante, razón por la cual se generaliza el empleo del Calor especifico a presión constante o Cp.

Calor Latente, definido como las cantidades de calor requerida para cambios de fase. Siempre reciben el nombredel fenómeno que establece el cambio de fase generalmente se identifica con una letra griega. Entre los másempleados se tiene:

Calor Latente de Fusión, calor requerido para pasar una sustancia de la fase sólida a fase líquida; es igual al calorLatente de Solidificación

Calor Latente de Evaporación, calor requerido para cambio de fase líquida a fase gaseosa, es igual al calor latentede condensación

Calor Latente de Sublimación, calor necesario para cambio de fase sólida a gaseosa o viceversa. Numéricamentees igual la suma de los calores de fusión y evaporación.

Calor de Cristalización, calor requerido para el cambio de estructura amorfa a estructura cristalina


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Calor de Solución, requerido o producido en la obtención de soluciones.

Las Entalpias Químicas generalmente se toman por moles de las sustancias involucradas en los procesos.

Las más empleadas son:

Entalpía de Formación o calor requerido o desprendido en las reacciones de formación de sustancias a partir desus elementos.

Entalpía de Reacción es el calor necesario o generado en el transcurso de una reacción química. Esta definidocomo la suma de los calores de formación de los productos menos el calor de formación de los reactantes.

Entalpía de Combustión, es el calor desprendido en el proceso de combustión u oxidación rápida de uncombustible o sustancia susceptible de oxidarse rápidamente. En realidad es un calor de reacción de uncombustible con oxigeno con formación de gas carbónico y agua.

Todas las formas de energía que intervienen en la operación: calor, energía eléctrica, mecánica, entre otras,deberían ser incluidas en el balance, empleándose para tal fin unidades consistentes. Sin embargo en los procesosy operaciones unitarias, las energías diferentes a las térmicas son tan pequeñas, que no se tienen en cuenta a nivelde ingenierías de alimentos y química por lo tanto solo se tiene en cuenta la energía térmica o calor.

Contacto o Etapas de equilibrio

Mientras los materiales están siendo procesados en un lapso de tiempo, bajo condiciones dadas de temperatura,presión, concentración, composición química, etc., ellas tienden a alcanzar una condición definida de equilibrio.

En muchas ocasiones la tasa de aproximación a las condiciones de equilibrio es tan rápida, que dichas condicionesson prácticamente obtenidas en cada contacto que tengan los materiales entre sí. Este contacto se conoce con elcontacto de equilibrio o contacto ideal.


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El cálculo del número de contactos ideales es un paso importante, necesario para entender aquellas operacionesque envuelven transferencia de materiales de una fase a otra, tales como extracción, absorción, destilación ylixiviación.

Tasas de Operación

En un gran cantidad de operaciones no se alcanza un equilibrio, ya sea porque se tiene un tiempo insuficiente oporque no se desea lograrlo, o porque las mismas características del proceso lo exigen. Por esta razón las tasas deoperación, como las de transferencia de calor, de reacción química, de flujo, etc., son las de mayor importancia einterés en un problema.

Ya se ha mencionado que las tasas o cambios implican una “fuerza” o un “potencial” que va a vencer una“resistencia”. Para el caso de la transferencia de calor existe una “resistencia” al paso del calor, por el medio endonde está ocurriendo el fenómeno.

Para resolver problemas en que se van a determinar las tasas de transferencia, la mayor dificultad estriba en ladeterminación de la resistencia. En la práctica, los valores de este término son generalmente obtenidos decorrelaciones empíricas de muchas determinaciones bajo condiciones estrictamente controladas.

Los anteriores principios, usados solos o combinados y el adecuado conocimiento de las operacionesconstituyen la ciencia o la teoría de las operaciones unitarias.

La práctica de las operaciones consiste en la aplicación de los conocimientos tanto de operaciones como de equiposque pueden ser empleados en el diseño y operación de una planta industrial.

Ejercicio de aplicación


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1. En el proceso de la obtención del almidón de arroz, el arroz cristal se tritura y pasa a tanques que contienenNaOH en solución diluida (gravedad específica 1,005); después de diez horas de remojo, el licor obtenido se drenapara recuperación de proteína.

Los gránulos prelavados se someten a un segundo tratamiento con soda en tanques equipados con agitadores, la

masa pasa luego a molinos y después a través de tamices vibratorios centrífugos.

La torta de almidón es llevada luego a un proceso, llamado blanqueo, mediante la inyección de SO 2, para pasar aun lavado final en un filtro rotatorio de vacío. El secamiento se logra en un secador rotatorio de aire.

Las aguas de lavado y enjuague se reciben en concentradores, en donde se obtiene una torta del 35% de humedadpara ser vendida como alimento para ganado, o secada para elaboración de alimento para animales.

El SO2 empleado en la planta se obtiene quemando azufre en un horno, los gases de combustión se lavan en torrescon agua y luego se comprimen para su almacenamiento y posterior uso.

En el proceso anterior, determine las operaciones unitarias y los procesos unitarios.

Solución

Una vez analizado el proceso se realiza la lista de las diferentes etapas básicas involucradas en el proceso a saber:

a. Almacenamiento de arroz cristal.b. Trituración o molienda de arroz.c. Remojo o lavado con NaOH diluida.d. Drenaje o filtración (separación del líquido de lavado).e. Relavado de la masa con más soda diluida.f. Molienda de la masa ya lavada.


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g. Tamizado o separación de la torta de almidón.h. Blanqueo con inyección de SO2.i. Lavado final en filtración al vacío. j. Secamiento.

En las actividades secundarias se tiene:

k. Concentración de aguas de lavado y relavado (para obtener torta del 35%).l. Secamiento de la torta que contiene subproductos, y para el SO2.m. Combustión del azufre.n. Lavado del SO2 y demás gases.o. Compresión y almacenamiento.

Para el almidón, se encuentran muy claramente definidas las siguientes operaciones unitarias:

a. Reducción de tamaño o molienda, tanto en seco como en húmedo.b. Filtración (por gravedad, por acción centrífuga, vacío).c. Tamizado.d. Secamiento y dos operaciones no incluidas específicamente en la lista:

e. Flujo de fluidosf. Manejo de materiales.

Como proceso unitario se establecen los siguientes:

a. Remojo o lavado y relavado con NaOHb. Blanqueo por inyección de SO2

En las actividades secundarias se tiene como operaciones unitarias;


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a. Flujo de fluidos. Tanto agua como SO2 b. Evaporación. (Concentración de aguas).c. Secamiento de la torta de subproductos yd. Absorción o lavado del gas.

Y, como proceso unitario secundario, tan solo se presenta la combustión del azufre.

Se considera proceso unitario al remojo o lavado y relavado con NaOH (caustización), debido a que se presentauna reacción de la soda con la celulosa de las paredes de los gránulos de almidón, para lograr una fácil extraccióndel mismo.

Es importante tener presente que el almidón no es soluble en agua fría, en tanto que los subproductos sí.

2. En la elaboración de arepas o tortillas de maíz a pequeña escala, se realiza el siguiente proceso:

El maíz se cocina en agua con cenizas limpias de carbón de leña, hasta la ebullición. Una vez hierve se retira delfuego la vasija y se deja en reposo aproximadamente doce horas, al cabo de las cuales se cambia el agua,retirándose las cutículas que recubren el maíz. Se lavan muy bien los granos y se dejan escurrir para luego

pasarlos a molienda en un molino, hasta obtener una masa muy fina. El producto se cierne, para separar laharina fina de residuos de cutícula y de germen del grano.

Para la elaboración de la arepa, se toma la harina y se remoja con agua, adicionándole si se desea, manteca ograsa y sal. Al cabo de unos pocos minutos de reposo se amasa y se somete a moldeo manual o mecánico paraobtener una arepa, plana u ovalada que se somete a cocción, asado o freído, en parrillas o láminas calientes.

De acuerdo al proceso anteriormente descrito, represente un diagrama de flujo elemental e identifique y enumere,los procesos y operaciones unitarias que se llevarían a cabo en un proceso de elaboración de arepas a nivel


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industrial, acorde a los procedimientos anteriormente descritos.

Solución

Los procedimientos a los cuales puede someterse el maíz, a nivel industrial, para obtención de las arepas son los

siguientes:

a. Para retirar las cutículas se puede someter el maíz a una caustización con soda cáustica diluída y a unatemperatura relativamente alta, el tiempo de remojo se reduce considerablemente. Luego se lava el maíz para retirarlas impurezas diluídas.

b. El maíz se lleva a molienda fina. Ciertos molinos permiten conservar intacta la cutícula para facilitar suseparación.

c. La harina de maíz se separa de la cutícula en tamices adecuados.

d. Mediante transporte neumático se lleva la harina a su almacenamiento.

e. Para la elaboración de la arepa, se toma la harina, se le dosifica el agua y los aditivos en una mezcladora (o

batidora) y se homogeniza.

f. La masa, ya homogénea, se corta en porciones a las cuales se les da la forma y se envía a los hornos para sucocimiento o asado.

g. Una vez se logran las características finales el producto, se pasa a enfriamiento y empaque.

Los procesos unitarios son:


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a. Caustizaciónb. Hidrólisis

Las operaciones unitarias son:

a. Moliendab. Tamizadoc. Mezcladod. Transferencia de calore. Enfriamientof. Manejo de materiales

Dimensiones y unidades4

Los múltiples fenómenos físicos y químicos que continuamente ocurren, pueden ser planteados en las llamadasleyes, mediante el empleo de formulismos matemáticos.

Para representar dichos fenómenos se utilizan conceptos cualitativos como longitud, masa, tiempo, fuerza, etc., que

se identifican por diversos tipos de magnitudes o cualidades.

Una cualidad es una magnitud física y su medida implica un método de medición y también una unidad de medida,es decir, una magnitud de comparación de los valores exactamente conocida y de fácil reproducción.

Para poder comprender y desarrollar problemas específicos de cada una de las operaciones que se realizan en lasindustrias de alimentos o químicas, se hace necesario el conocimiento profundo de los diferentes sistemas dedimensiones y unidades que se utilizan con mayor frecuencia en este tipo de industrias.


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Lo anterior implica que usted domine, no solamente las interpretaciones matemáticas de las diferentes magnitudesfrecuentes en los procesos, sino que además sea capaz de trasladar a otro u otros sistemas de unidades, dichasinterpretaciones. Se considera, sin embargo, que en el desarrollo de las asignaturas de las áreas de Física yQuímica, usted ha logrado adquirir los fundamentos que le van a permitir identificar, reconocer y valorar los objetivosplanteados en esta lectura que más que complementar sus conocimientos lo lleva a reforzar las ya adquiridos.

La importancia de adquirir conocer y aplicar los principios y métodos para realizar la conversión de una unidad enotra es tal que se puede evidenciar en este ejemplo sencillo:

Imagínese usted, desempeñándose como el ingeniero de planta de una industria procesadora de jugos; allí seencuentra localizado un aparato de medición (temperatura, presión, volumen, etc.), que le proporciona informaciónespecífica sobre las condiciones de proceso que usted deberá confrontar con los cálculos; dichos datos podríanencontrarse en unidades diferentes a las manejadas por usted en sus cálculos, simplemente porque no hay en dichaindustria equipos que posean uniformidad en sus especificaciones, por lo cual usted tendrá diversidad de datos endiferentes unidades, que lo obligará a realizar cálculos de conversión para homologar todas las unidades a un solosistema y de esta forma poder identificar y estandarizar las condiciones de proceso. Estas y muchas másconsideraciones que nos tardaría enumerarlas, son las que hacen necesario el desarrollo en este módulo de dichosconceptos.

Desde sus inicios el hombre comprendió la necesidad de distinguir medidas rudimentarias, para realizar las laborespropias de su medio, desde la hechura de su vivienda y de su ropa, hasta el intercambio de alimentos con primitivosde otras tribus.

Primero usó como instrumentos de medida las partes del cuerpo humano, por ejemplo, el pie, el antebrazo, la manoy los dedos; que le servían para determinar la longitud de un espacio determinado; aún hoy, determinamoslongitudes con los pies cuando no tenemos un instrumento adecuado a la mano. Con el transcurrir del tiempo, elhombre fue perfeccionando el sistema de medición, hasta desarrollar aparatos de medida con cualidades defidelidad, sensibilidad y exactitud.


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Ahora se observará, cómo y de qué manera se utilizan las medidas en nuestra época. Empezaremos por conoceralgunas definiciones.

Magnitud

La palabra Magnitud sugiere una propiedad que puede representarse por un número; como ya se ha anotado, en elestudio de las operaciones que con mayor frecuencia se utilizan en la industria de alimentos, se aprecianmagnitudes como fuerza, velocidad, presión, tiempo, longitud, etc.

Dos magnitudes de la misma especie, por ejemplo: dos presiones, dos velocidades, de tiempos, etc., soncomparables entre ellas.

Para lograr medir una magnitud es necesario compararla con otra de su misma especie, elegida como unidad ¿hamedida usted la longitud de su dedo índice, de su “cuarta”, de su pie? ¿Por qué no lo hace? Anote estos datos y talvez, cuando algún día no encuentre un metro cerca, logre hacer la equivalencia necesaria.

Ecuaciones dimensionales

Antes de la adopción de un sistema único de medidas y aún hoy, en nuestro medio, se hace necesario poder pasarde un sistema de unidades a otro, en forma cómoda; de ahí que se presente, dentro de este capítulo, las relacionesmás usadas, llamadas ecuaciones dimensionales.

Se denomina, en este sistema de relaciones, a las magnitudes fundamentales por letras así:

Longitud = LTiempo = Temperatura = T


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Fuerza = FMasa = MEnergía = E

Denominando L, la longitud, si piden calcular la superficie, se debe multiplicar una longitud por otra, es decir una

magnitud de fórmula L x L (o L2); se plantea entonces que L2 es la dimensión principal de una superficie. Del mismomodo, una presión se obtiene al ejercer una fuerza sobre una superficie y por lo tanto tienen como dimensiónprincipal: F/L2 o también: F.L.-2

Por lo tanto, si se conocen las unidades fundamentales, se puede determinar las unidades derivadas.

En seguida se presenta un cuadro que relaciona las principales magnitudes utilizadas dentro del sistema absoluto ydentro del sistema gravitacional.

Antes de continuar con el desarrollo de este capítulo, se invita a que completar el cuadro anterior, teniendo encuenta las consideraciones teóricas de cada magnitud y las correlaciones expuestas.

Factores de conversión:

Para poder relacionar el sistema absoluto con el sistema gravitacional, se han determinado dos factores deconversión que son:

- Factor gc: Relaciona la magnitud fuerza en los dos sistemas.gc = Fuerza Absoluta/ Fuerza Gravitacional.gc = ML-2/F

- Factor J: Relaciona la magnitud Energía en los dos sistemas.J = Energía Calórica/Trabajo Mecánico.


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J = E/FL

CUADRO No. 1 Comparativo de los sistemas absoluto y gravitacional para diversas magnitudes

SISTEMA SISTEMAS SISTEMAMAGNITUD ABSOLUTO GRAVITACIONAL INTERNACIONAL

M, L, T F, L, T M, E, L, ,

Masa M F 2 L MTiempo Longitud L L LVelocidad L -1 L -1 L -1

Aceleración L -2 L -2 L -2 Fuerza M L -2 F M L -2

Presión M -2 L-1 F L-2 M -2 L-1

Volumen L L LDensidad M L- F L-4 2 M L

- Trabajo M L22 FL M L22 Energía M L22 FL E

Viscosidad M L-1 -1 F L-2 M L-1 -1 Calor específicoPotenciaCoef. de Transf. De CalorVolumen especifico

Ejemplo 3


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Determine la consistencia de la siguiente expresión:F = m.a (1)

Siendo. F = Fuerzam = masa

a = aceleración

a) En sistema gravitacionalb) En sistema absoluto

Solución

b) Sistema Gravitacional:

Tendremos en cuenta las magnitudes propias de este sistema (F, L, , T ), para determinar la consistencia:

De la ecuación (1) obtenemos:

m = F/a (2)

Pero a, (aceleración), no es una magnitud propia del sistema gravitacional, así que determinemos su expresiónequivalente:

a = v / (3)

A la vez, v (velocidad) es:


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v = L / (4)

De tal manera que remplazando en (3):

a = L / 2 = L 2

L y son magnitudes que pertenecen al sistema gravitacional de tal forma que si se reemplaza en (2):m = F/L2 = FL-1-2

Así que si volvemos a la ecuación (1) tendremos:

F = (F/L/2). (L/2) = FL-1 -2 L 2

Simplificando obtenemos:F = F

Lo que determina la consistencia de la expresión:F = m.a

Desarrolle ahora, teniendo en cuenta las pautas dadas, la parte b) del ejemplo.

Ejemplo 5

Verificar la consistencia del número de Reynolds para el flujo de un líquido en una tubería:Siendo: NR = Dvp/

p = Densidad del fluido.


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= Viscosidad del fluidov = Velocidad linealD = Diámetro interior de la tubería

Solución

Sistema MLT

L. L -1 M L -3 M L-1 -1 NR = Dvp/ = --------- ----------- = --------- ----------- = 1

M L-1 -1 M L-1 -1

El número de Reynolds es adimensional

Ejemplo 6

Verificar la consistencia de la velocidad de transferencia másica o tasa de flujo en transferencia de masaDc X Ca

Na = ----------L

SiendoNa = Velocidad de transferencia másica = .g.mol/hr.Dc = Difusividad Másica = L

2 / Ca = Concentración = G.mol/cm

3

Solución


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M 2 L2 -1 M L-3 Na = -------- = ----------------= L-2 -1 M

L

No es dimensionalmente consistente

Cuadro No. 2 sistemas de unidades más usados

SISTEMAS

MAGNITUD METRICO DECIMAL INGLESMKS CGS

Masa kg g Lb mLongitud m cm Pie (ft), pulgada (in)Tiempo s s sTemperatura OK ,OC OK ,OC OR ,OF

Area m2 cm2 ft2 Volumen m3 cm3 ft3

Fuerza Newton (N) dina PundalPresión N/m2 dina / cm2 lb / ft2 lb / in2 Velocidad m / s cm / s ft /sTrabajo Julio Ergio lb ft

Potencia Julio /s Ergio /s lb ft / s

Capacidad calorifica kcal / kg OC cal / g OC BTU / lb ft2 Flujo de calor kcal / hr cal /h BTU /hrConductividad térmica Kcal /m hr OC cal / cm hr OC BTU / hr ft OCViscosidad dinámica N s / m Poisse lb* s / ft

lb* = libra fuerza


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Las unidades de medida se pueden elegir arbitrariamente, sin modificar la naturaleza de las leyes físicas.

Si usted utiliza la yarda, la vara o el metro para medir una longitud, no tiene problemas siempre y cuandocomprenda lo que cada una de ellas le está definiendo. También usted puede utilizar, indistintamente, el kilogramo,

la libra inglesa, o la onza como unidad de masa; ello no cambiará de ninguna manera la ley de la gravitaciónuniversal.

Sin embargo, es interesante elegir las unidades de medida, pensando un poco en no complicar demasiado loscálculos numéricos; por otra parte, la ciencia es única y universal, lo que se hace aconsejable entenderse en unmismo idioma, de allí la importancia de la tarea realizada por el Bureau International des Poids et Mesures.

Igualmente es de gran utilidad, para usted, que conozca y maneje el Sistema Inglés de medidas, ellos (los ingleses)tienen la costumbre de efectuar las mediciones de longitud en yardas, pies o en pulgadas por lo que todavía se hacenecesario que tanto ellos como nosotros tengamos que manejar tablas de equivalencias.

Sabía usted que:

1 libra masa (Ibm) = 454 g.

1 Slug = 32,2 Ibm.1 Tonelada (ton) = 1000 kg.1 Pie (ft) = 30,48 cm.1 Galón americano (gl US) = 3,785 litros1 galón imperial (gl Eng) = 4,54 litros1 Newton (N) = 105 dinasDensidad: 1g/cm3 = 62,4 Ibm/Ft3 Presión: 14.7 Ibf/in2 = 1 atmPresión: 760 mm.Hg = 1 atm


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Viscosidad : 1 Poise = 1g/cm.sViscosidad cinemática: 1 stoke = 10-2m2/sEnergía: 1 julio = 107 ergios = 0.2389 calorías1 Caloría (cal) = 10-3 kcal1 British Thermal Unit (BTU) = 252 cal

1 British Thermal Unit (BTU) = 778 Ibf.Ft1 Julio/segundo (J/s) = 1 Watio1 Horse Power, (caballo de fuerza) Hp = 0,746. kW1 Caballo de vapor (CV) = 0,736 kW

Ejemplo 7

Expresar un slug en gramos.

Solución

32,2 Ibm / 1 slug. 454 g / Ibm = 14618,8 g / slug

Ejemplo 8

Expresar un Poundal en Dinas. (1 Poundal = 1 Ibm.ft/s2)

Solución

454 g / lbm.30,48 cm / pie. 1dina / (g.cm/ s2) = 13837,92 dinas


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Ejemplo 9

Expresar 1 Hp/h en Julios.

Solución

Hp/h . 0,745 Kw/Hp/h . 1000 W/kW. Julio/s W.3600s /h = 2,68 x 106 Julios

Ejemplo 10

Expresar un BTU en W/h

Solución

1 BTU.252 Cal/BTU. 1 Julio/0,2389 Cal. 1W/Julio/s. 1h/3600s = 0,293 Wat/h

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Los sistemas decimales LMT (excepción del tiempo que tiene divisiones sexagesimales), están reconocidos

oficialmente para las ciencias puras y técnicas.

Estos sistemas se basan en el Sistema métrico. El sistema CGS (centímetro, gramo, segundo) ha sido el más usadoen física en los últimos años; actualmente tiende a ser sustituido por el sistema M.K.S. (metro, kilogramo, segundo),que tiene la ventaja de estar acorde con el sistema de medida eléctrica absoluta, reconocido por las convencionesinternacionales.

Las medidas eléctricas absolutas fundamentales son: para la intensidad de campo eléctrico el voltio / metro y para laintensidad de corriente el amperio.


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Generalmente en la mayoría de los materiales o textos escritos, en Colombia se utiliza como base las unidades delSistema Internacional, aunque, en algunas ocasiones, usted encontrará medidas del sistema inglés, así que noolvide lo que hasta ahora ha aprendido sobre equivalencias.

Bien, en el año de 1960 la Conferencia General de Pesas y Medidas (Bureau International de Poids et Mesures),

estudió, revisó y adoptó una versión ampliada del sistema métrico, el Sistema Internacional de Unidades, el cual sedesigna como SI.

El sistema Internacional de unidades (SI) ha adoptado el sistema MKS, cuyas unidades de base son las siguientes:

L = Longitud m = MetroM = Masa kg = Kilogramo = Tiempo s = (seg) SegundoY = Intensidad de corriente eléctrica A = AmperioT = Temperatura termodinámica K = Grado Kelvincd = Intensidad luminosa cd = Candela

A continuación efectuaremos una descripción breve de las magnitudes fundamentales que conforman este sistema.En la lectura complementaria encontrará usted una descripción más detallada de ellas.

Longitud El metro (m), que desde 1960 ya no está representado por el prototipo internacional de platinoiridio que se encuentra en el pabellón de Bretevil, sino definido a partir de la longitud de onda en el vacío deuna raya espectral del átomo de Criptón.

Masa El kilogramo (kg m) prototipo internacional de platino iridio en forma de cilindro.

Tiempo El segundo (s), definido en 1960 a partir del movimiento de la tierra en torno al sol, pero para el cualse proyecta una definición en la que intervengan los fenómenos vibratorios en los átomos excitados.


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Intensidad eléctrica El amperio (A), se define como la cantidad de carga que pasa en una unidad de tiempo,a través de una sección de un material conductor.

Intensidad lumínica La candela (cd), se define como la iluminación que produce en una superficie

determinada una cantidad de luz conocida. Estableciendo (cd) como una sesentava parte de la intensidadluminosa radiada por un centímetro cuadrado de un cuerpo negro a la temperatura de fusión del platino.

Temperatura El grado Kelvin (K), escala absoluta de medida de la temperatura que determina el valor máximo ymínimo del calor de los cuerpos.

K = oC + 273,15

Además de los sistemas de medida LMT, se han reconocido otros sistemas de medida internacionales como el cm-g-s (unidades fundamentales: centímetro, gramo fuerza, segundo) dentro del sistema CGS y el m, kg, s (unidadesfundamentales: metro, kilogramo fuerza, segundo) correspondiente al sistema M.K.S.

A continuación se presentarán una serie de ejemplos que le permitirán familiarizarce con el empleo del sistemainternacional de unidades:

Ejemplo 11

A cuantos kilogramos equivale 1 Slug:

Solución1 Slug. = 32,2 IbM.y 1 Kg = 2,2 IbMRelacionando obtendremos:


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l kg 2,2 IbmX 32,2 Ibm

Entonces:

X = 14,63 kg.

Ejemplo 12

A cuántos grados Kelvin (K) equivalen 20 C:

Solución:K = C + 273,15K = 20 + 273,15 K = 293,15

Ejemplo 13

A cuántos m equivalen 300 pies:

Solución1 pie = 30,48 cm.1 pie = 0,3048 mPor lo tanto:1 pie 0,3048300 Xdonde:X = 91, 44m.


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Principales variables y unidades de medida5

A manera de resumen para recordar, se darán a continuación, las definiciones de las principales unidades demedida y variables en los diferentes sistemas de unidades:

Longitud (L)

El patrón de longitud en el sistema MKS es el metro (m), cuya definición actual es: Un metro equivale a 165076373longitudes de onda en el vacío de la radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p 10 y 5d5 del átomode Kriptón - 86.Una yarda 9 (EUA) equivale a 0,914401829 metro.Una pulgada (inch, EUA) = 25,400051 mm = 4,1929399 x 104 longitud Onda kr.Para fines industriales:Una yarda = 0,914m.Una pulgada = 25,4 mm.

Un pie = 0,3048 m

Masa (M)

El patrón de masa en el sistema MKS es el kilogramo masa (kg), definido como la masa del kilogramo prototipointernacional conservado en el Bureau International des Poid et Mesures (Sevres, Francia).

Una libra avoirdupois (EUA) = 0,4535924277 kilogramos.Una libra imperial (Reino Unido) = 0,453592338 kilogramos.


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Una libra internacional = 0,45359237 kilogramos.Para fines industriales:Una libra = 0,454 kilogramos.

Tiempo (T)

El patrón de tiempo en todos los sistemas es el segundo (s,”,seg) y se define como una fracción fija de la duracióndel año trópico para 1900,0 (tiempo universal, 1 de enero a mediodía) basado en el movimiento orbitario de la lunacomo sigue:

Un segundo = 1/31556925,9747 a trop (1900,0)Para fines industriales, un segundo se define como:Un segundo = 1/86400 del día promedio terrestre (24 horas).

Temperatura (T)

En el sistema MKS el patrón es el grado Celsius o grado centígrado (C) y el grado Kelvin (K) y su definición

termodinámica es:

Un grado centígrado = T - Tc / 100 siendo T la temperatura al punto de ebullición del agua y T c la temperatura alpunto de congelación (inferior de 0,001 grado al punto triple del agua) a presión de una atmósfera.

Un grado Kelvin = un grado centígrado (aunque las escalas empiezan en 0C = 273,15K)

Las equivalencias al sistema inglés son: Farenheit = 1,8 Centígrado


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Rankine = 1,8 Kelvin

Debe tenerse en cuenta que la equivalencia en grados, para efectos de una diferencia de temperatura (T), es muydiferente a la equivalencia en la escala termométrica:F = 1,8 C + 32

Intensidad de corriente (Y)

En todos los sistemas el patrón es el Amperio (A) y se define como la intensidad de corriente eléctrica que depositaplata de una solución patrón de Nitrato de Plata en la proporción de 1,118 mg por segundo.Su equivalencia más usual es la relacionada a la unidad del sistema Electrostático (UES) que se define en elsistema CGS así:Una UES = cm-½ g½ S-2 y un amperio = 2,9979 x 109UESOtras unidades de común empleo en las Operaciones Unitarias y que son derivadas de las fundamentales son:

Superficie (L2)

Cuya unidad es el metro cuadrado m2 y sus equivalencias en el sistema inglés para EUA1 pie2 = 9,290341 x 10-2 m2

1 yarda = 8,361307 x 10 -1 m2

Volumen (L3)

Unidad: metro cúbico m3, con sus equivalencias en el sistema inglés para EUA :1 pie3 = 2,831702 x 10-2 m3 1 yarda3 = 7,645594 x 10-1 m3

Capacidad


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Físicamente no hay diferencia entre las unidades de volumen y capacidad. Mientras las primeras se basan en lasterceras potencias de longitud en una definición geométrica, las segundas se fundan en una definición física.La unidad fundamental de capacidad en el sistema métrico es el litro (Y) y se define como el volumen de unkilogramo de agua pura, sin aire, a su máxima densidad a 3,98 C y presión atmosférica normal. Por esta definición,

1 litro = 1,000028 dm3 1 galón imperial = 4,5459631 litros1 Galón EUA = 3,785434 litros1 Bushel = 36,35770 litrosLa unidad de volumen más usada en el sistema inglés es el galón americano.

Densidad (L-3 M)

Unidad: kilogramo por metro cúbico kg/m3, se acostumbra usas unidades del sistema CGS o sea gramo porcentímetro cúbico o g/cm3 1 libra por ft3 = 0,0128712 kg/m3

Velocidad lineal (LT-1 )

En el sistema MKS y SI las unidades son metro por segundo, m/s o ms-1

Un pie / s = 0,3048 m / sUna pulgada / s = 0,0254 m / s

Angulo ( )

El ángulo constituye una relación entre dos longitudes, por tanto no tiene dimensiones. Un ángulo plano, entre dossemirrectas, se define como la razón del arco s al radio r de un círculo, cuyo centro se halla en el punto deintersección de las dos semirrectas.


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El radián (símbolo rad) es el ángulo para el cual la razón s/r = 1Grado sexagesimal se denomina al ángulo equivalente a 1/360 del ángulo circular entero.Grado centesimal se denomina al ángulo equivalente a 1/100 del ángulo circular entero.Un grado sexagesimal = 60 minutos sexagesimales = 3600 segundos sexagesimales.

Velocidad angular (T-1 )

Se define la velocidad angular como el ángulo recorrido por unidad de tiempo; como el ángulo no tiene dimensiones,las dimensiones de la velocidad angular serán T-1. Normalmente se expresa como / s ó rad / s.

Aceleración (LT-2 )

Unidad derivada en todos los sistemas. En el MKS la unidad es metro sobre segundo al cuadrado m / s2 ó m s-2 . Launidad derivada en el sistema CGS es el cm / s2 ó cm.s-2 denominada Galileo, Gal.Para la aceleración gravitatoria universal de la tierra gn se toma el valor gn = 9,80665 m.s -2 = 32,17405 ft.s-2.Debe tener en cuenta que la gravedad depende del diámetro de la tierra y su valor de la latitudterrestre.

Presión (L-1

MT-2

)

Unidad derivada en todos los sistemas. En el sistema MKS la unidad es el Newton sobre metro cuadrado ó N / m -2 óN.m-2 y, reemplazando el newton, la unidad es m -1 kg.s-2 que se denomina Pascal (pa). En el sistema CGS la unidades el microbar (b) ó barye equivalente a cm-1, s-2.g.

Un kg. Fuerza m-2 = 9,80665 N m-2 Una atmósfera técnica = 9,80665 x 10-4 N m-2 Una atmósfera física = 101325 N m-2


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Un mm. de Hg = 1,31579 x 10-3 atmósferas

Energía (L2 MT-2 )

Unidad derivada en los correspondientes sistemas de medidas. En el sistema MKS es el Newton por metro Nm,

llamado Julio (J), equivalente a m2kg,s-2. En el CGS la unidad ergio (er) es dina por centímetro ó cm2.g. s-2 .1 kilovatiohora kWh = 3,6 x 106 Julios1 kilogramo fuerza - metro = 9,80665 Julios1 Litro atmósfera = 1,013278 x 102 Julio1 Caloría a 15C = 4,1855 Julios1 BritisH Thermal unity (BTU) = 1,0558 X 103 Julios

Potencia (L2 MT-3 )

Unidad derivada en los sistemas de medida. El sistema MKS tiene como unidad 1 Julio por segundo, equivalente anewton metro sobre segundo N. M. S-1 ó m2 .kg.s-3 y se llama Vatio (W). En el sistema CGS la unidad es ergio sobresegundo (ergio.s-1 )1 Caballo Vapor (HP) = 76,0402 kg. m. s-1 1 Caballo vapor interna = 75.0000 kg. m. S-1

Acción (Energía por tiempo) L2 MT-1

Unidad derivada. En el sistema MKS la unidad es julio por segundo J. S ó N. M. S ó m2. Kg. S-1 .

Entropía ( L2 MT-2 T-1 )

Unidades derivadas en los correspondientes sistemas. Para el sistema MKS la unidad es julio sobre Kelvin (J K -1 )equivalente a m2. kg. s2 K-1 .


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1 Clausio (CL) = Caloría (15C)/K1 Clausio = 4,1855 JK-1

Viscosidad dinámica (L2 MT-1 )

Unidades derivadas en los correspondientes sistemas. En el sistema CGS la unidad es dina por segundo sobrecentímetro cuadrado (dyn s cm -2 ) equivalente a cm-1 g s-1 y se llama Poise (P).

Viscosidad cinemática (L2T-1 )

Unidades derivadas en los correspondientes sistemas. La unidad en el sistema CGS es el Stokes (st) equivalente acentímetro cuadrado por segundo (cm2 s1 ). Eb el sistema MKS es el metro cuadrado por segundo (m2 s1 )equivalente a 104 Stokes.Pie cuadrado por segundo = 0.0929034 m2 s-1 Pie cuadrado por hora = 2,580650 x 10-5 m2 s-1

Tensión superficial (MT -2 )

Unidades derivadas en los correspondientes sistemas. La unidad en el sistema MKS es el Newton por metro (Nm-1 ).

En el CGS es dina por centímetro (dyn cm-1

).

Conductividad térmica (LMT -3 T-1 )

Unidades derivadas en los correspondientes sistemas. En el sistema MKS la unidad es vatio por metro por Kelvin(W m-1 K-1), equivalente m kg s-3 K-1 En el sistema CKS es el ergio por centímetro por segundo por grado Kelvin(er cm-1 s-1 K-1 ).1 (Wm-1 K-1 ) = 2,3892 x 10 -3 Cal(15) cm

-1 s-1 K-1


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1 BTU ft-1 s-1 F-1 = 1.5587 x 104 W m-1 K-1 ).

Transmisión térmica (MT-3 T-1 )

Unidades derivadas en los correspondientes sistemas de medidas. El sistema MKS tiene como unidad vatio por

metro cuadrado por grado Kelvin (Wm -2 k-1 ). Y en el CGS es ergio por segundo por centímetro cuadrado por gradokelvin (er seg-1 cm-2 k-1 )1 (W m-2 K -1 ) = 2,3892 x 10-5 cal (15) cm

-2 s-1 K-1

1 BTU ft2 s-1 F-1 = 5,1140 x 104 Wm-2 K-1

CAPÍTULO 2. PREPROCESO Y CONSERVACIÓN DE LOS ALIMENTOS

Operaciones de pre - procesamiento de los alimentos de origen vegetal6

El siguiente capítulo tiene como propósito de que el estudiante obtenga los fundamentos de las operaciones de pre -procesamiento y su desarrollo adecuado para mantener la calidad de las materias primas vegetales y obtener unproducto óptimo para el consumo directo o para ser transformada en la elaboración de un determinado producto.

Por lo tanto en este capítulo, no se pretende profundizar en el tema, pues ya el estudiante tendrá la oportunidad deampliar y profundizar conocimientos sobre esta temáticas en el curso de Tecnología poscosecha que se ofrece en elportafolio de electivas del área profesional específica.

A través de este capítulo, podrá conocer el manejo de los alimentos vegetales que van a someterse adiferentes métodos de conservación y de transformación.

Podrá identificar los productos obtenidos en la adecuación de la materias primas después de eliminar los


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productos no comestibles,

Podrá identificar y caracterizar el material de acuerdo a la tecnología de conservación que va a ser utilizada.

Manejo poscosecha

Imagen 2. Tratamiento poscosecha del mango

Fuente: Guinea. Elaboración y conservación de mangos. Foto de la FAO de R. Faidutti.

Consiste en las operaciones que intervienen en la adecuación de la materia prima una vez haya sido cosechada


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para obtener un producto conservado en fresco, apto tanto para su consumo en fresco como para sutransformación.

Comprende las siguientes operaciones:

Selección de la variedad según la naturaleza de procesamiento

Para la selección de la variedad se deben tener en cuenta los siguientes factores:

Semilla certificada: apta par ala germinación

Semilla mejorada: tratada genéticamente con un balance adecuado para el consumidor

Rendimiento: número de cosechas, peso o unidades por área o por planta.

Resistencia a plagas y enfermedades: selección de plantas vigorosas e inmunes a lasenfermedades.

Condiciones ambientales: se debe controlar las condiciones de temperatura del aire,

disponibilidad hídrica, humedad relativa y radiación solar.

Suelo: naturaleza geológica del suelo, fertilidad

Propiedades físico - químicas: las relacionadas con el manejo y procesamiento al cual va a ser sometido elmaterial antes de llegar al consumidor.

Recolección


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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADEscuela: Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería- ECBTI Programa: Ingeniería de AlimentosCurso: Introducción a la Ingeniería de Alimentos Código: 90014

lectura uii principios ing y tecno alimentos act enero 2015

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