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Grado en Ciencia y Tecnología de los Alimentos
Fundamentos de Ingeniería de los Alimentos
RELACIÓN DE PROBLEMAS Nº 5
BALANCES DE ENERGIA
1. Se desean calentar 100 kg de alcohol etílico puro desde una temperatura de 10ºC
hasta 80ºC. Se pide:
a. Determinar la capacidad calorífica a presión constante a las temperaturas
de 10 y 80ºC y valorar si sería correcto tomar un valor medio constante
para este intervalo de temperaturas.
b. Calcular el calor necesario para calentar el alcohol desde 10 ºC hasta 80
ºC
Dato: c p  325.137  0.041379 102 T  1.4034 105 T 2  1.7035 105 T 3
(J/mol/K)
2. Calcular la entalpía de una corriente gaseosa, efluente de un horno de
combustión, que se encuentra a presión atmosférica y a una temperatura de 623
K, y tiene la siguiente composición: 10% de CO2, 5% de O2, 73% de N2 y 12%
H2O.
Datos: Las capacidades caloríficas a presión constante medias en el intervalo
para el CO2, el O2 y el N2 es de 43, 31 y 30 J/molK. Para el agua líquida se
puede tomar 75 J/molK y para el vapor de agua 35 J/molK. El calor molar de
vaporización del agua a 373 K es de 40.62 kJ/mol
3. Una columna de rectificación se alimenta con 100 kg/h de una mezcla de alcohol
etílico – agua al 40%. El destilado obtenido tiene una concentración en alcohol
del 96% y el residuo tan solo el 1%. La razón de reflujo L/V es igual a 0.4. El
vapor de la cabeza de la columna sale a la temperatura de saturación de 78ºC y
condensa mediante un cambiador de calor alimentado con agua a 15ºC, siendo la
temperatura de salida del agua de 60 ºC. Determinar la cantidad de agua de
refrigeración necesaria.
Datos: Calor latente de vaporización del alcohol de 96% = 8.54x105 J/kg.
Capacidad calorífica del agua:
c p  18.2964  47.212  102 T  133.88  105 T 2  1314.2  109 T 3 (J/molK)
4. Determinar, usando las tablas de vapor de agua saturado, la entalpía de un vapor
húmedo con un título x=0.4 a la presión de 1 atm y a la presión de 2 atm ¿Qué
temperatura tiene ese vapor a esas presiones?
5. Un cambiador de calor calienta zumo desde 4 ºC hasta 75ºC con objeto de
pasteurizarlo. Determinar el caudal de vapor de agua de título 0,90 y presión de
5 bares que debe emplearse para procesar 2000 kg/h de zumo admitiendo que el
vapor condensa completamente (pero no se enfría) y la capacidad calorífica a
presión constante del zumo es igual a 0,90 cal/(g ºC)
6. En una instalación para el tratamiento de leche a alta temperatura se inyecta
directamente vapor saturado en la masa de la leche para que se incremente
bruscamente la temperatura y conseguir una adecuada esterilización con una
degradación mínima de los nutrientes. La instalación trata 10.000 kg/h de leche,
que inicialmente se encuentra refrigerada a 4ºC y a una presión de 1 atm,
mientras que en la cámara de esterilización, la presión es de 5 atm y la leche se
encuentra en ebullición. Determinar la cantidad de vapor de agua húmedo de
título 0.7 a una presión de 5 atm que es necesario inyectar, si se considera que la
leche tiene las propiedades termodinámicas del agua.
Dato: c p  18.2964  47.212  102 T  133.88  105 T 2  1314.2  109 T 3 (J/molK)