Ingeniería de procesos alimentarios: balances, calor y operaciones unitarias
El dominio Ingeniería de procesos alimentarios examina balances de materia y energía, transferencia de calor y masa, mecánica de fluidos, psicrometría y operaciones unitarias como secado, evaporación, congelación y extrusión. Las preguntas suelen pedir cálculo con unidades coherentes y diagnóstico de cuellos de botella.
Balances y calor
- En régimen estacionario, Σentradas = Σsalidas + acumulación (0).
- Calor sensible: Q = ṁ cp ΔT; con cambio de fase, añadir ṁ λ.
- En intercambiadores: Q = U A ΔTlm; ΔTlm = (ΔT1-ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2).
- El coeficiente global U incluye incrustación (fouling), que reduce U y obliga a sobredimensionar.
Fluidos y operaciones
- Reynolds define régimen; en placas y tubos, la caída de presión crece con v².
- En secado, la velocidad constante está limitada por transferencia externa; la fase decreciente por difusión interna.
- La congelación exige retirar calor sensible y latente; la velocidad afecta tamaño de cristales y calidad.
Ejemplo resuelto. Leche a 2.000 kg/h se calienta de 10 a 75 °C con cp=3,9 kJ/(kg·K). Q = (2.000/3.600) × 3,9 × 65 = 140,8 kW. Con vapor de λ=2.200 kJ/kg y eficiencia 0,90, el consumo es 140,8×3.600/(2.200×0,90) = 256 kg/h. Razonamiento: primero se convierte el flujo a kg/s; después se divide la energía horaria entre el calor útil por kg de vapor.
Errores que cuestan puntos
- Mezclar kg/h con kg/s y arrastrar el error a Q.
- Usar ΔT simple donde corresponde ΔTlm, sobre todo con flujos en contracorriente.
- Ignorar que el vapor condensante cede λ, no cp ΔT.