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Universidad Nacional Federico Villarreal FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y SISTEMAS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL TEMA:

“RESOLUCION DE PROBLEMAS’’ (capítulos 1-2-3)

CURSO:

OPERACIÓN DE PROCESOS UNITARIOS

INGENIERO:

HUIMAN SANDOVAL, José

INTEGRANTES: AGARIE CONDOR, Suemi

CALLASACA MAMANI, Betsabe PINEDO HUAMAN, Iván URBINA VERA, Leonardo VALENCIA OBLITAS, Bruno

Capítulo 1 1. 2.

3. Mencione la clasificación de las materias primas y escriba un ejemplo de cada una 





De origen animal Las materias primas de origen animal, como la lana o las pieles, proceden de la ganadería y se utilizan en la industria textil para confeccionar, por ejemplo, prendas de vestir. De origen vegetal Las materias primas vegetales pueden ser productos forestales, como la madera para fabricar muebles; o el caucho utilizado en los neumáticos. De origen mineral Las materias primas de origen mineral se extraen del subsuelo. La mayoría de estos minerales no se pueden utilizar directamente para elaborar un producto, por lo que son sometidos a un proceso industrial que obtiene un material adecuado para fabricar un producto. Materias primas metálicas de origen mineral Son aquellos de los que extraen los metales, como la hematites (del que se obtiene el hierro) o la bauxita (de la que se extrae el aluminio). También son minerales metálicos los metales preciosos (oro, plata, etc.) Materias primas no metálicas de origen mineral No tienen utilidad para obtener metales, pero se utilizan con otros fines como la construcción, la industria química, etc. Ejemplos de estas materias primas son el cuarzo, el yeso, el mármol, etc.

De acuerdo a su composición química    

Orgánica Carbohidratos, grasas, aceites Inorgánica Cobre, carbón, sal, minerales Sintética Nailon, ácido sulfúrico, soda caustica Derivados del carbón Gasolinas, naftas, polímeros, etc.

4. Mencione cómo se clasifican los productos y escriba un ejemplo 

 

Productos de consumo Están destinados al consumo personal en los hogares. Dentro de los productos de consumo encontramos: a. Productos o bienes de conveniencia Caramelos, refrescos, aspirinas b. Productos de comparación Ropa de moda, automóviles c. Productos no buscados Seguros de vida Productos de negocios La intención de los productos de negocio es la reventa, su uso en la elaboración de otros productos Productos según su duración Este tipo de productos está clasificado según la cantidad de uso que se le da al producto, y el tiempo que dura si se trata de un bien tangible a. Bienes de consumo no duraderos Suelen consumirse rápidamente, ejemplo: cerveza b. Bienes de consumo duraderos Generalmente pueden usarse muchas veces, ejemplo: herramientas mecánicas c. Servicios Son intangibles, ejemplo: un corte de cabello

5. Mencione y explique cómo se clasifican las empresas y escriba un ejemplo de cada una de estas. De acuerdo con su especificidad  Industrias de proceso químico Es común que la producción esté enfocada a la obtención de un producto específico. En este tipo de industria la producción continua es la más empleada, sobre todo cuando se producen grandes volúmenes; por ejemplo, en refinerías, petroquímicas, etc.  Industrias de tipo mecánico Los productos por lo general están constituidos por múltiples piezas que requieren ser ensambladas o montadas. Como ejemplos de la industria mecánica están los automóviles, aparatos electrodomésticos, etc. De acuerdo con su actividad económica  Industrial Extractiva (a base de los recursos renovables y no renovables)

Agropecuaria Manufactureras (bienes de producción y de consumo final)  

Comercial Son empresas que se dedican a la compra y venta de productos terminados, ejemplo de ellos son los supermercados. Servicio Son las que buscan prestar un servicio para satisfacer las necesidades de la comunidad, ejemplo de ello son los servicios en educación, recreación, seguros, etc.

6. Indique cuales son las diferencias entre un proceso físico, un proceso químico y un proceso fisicoquímico 

Proceso físico Son las operaciones mecánicas que se efectúan a las materias primas, las cuales cambian su estado físico, pero no alteran sus propiedades químicas. También son llamadas operaciones unitarias.  Proceso químico Son transformaciones en las que intervienen una o mas reacciones químicas de las materias primas, en este tipo de procesos cambian las propiedades físicas y químicas de las sustancias. A estos también se les conoce con el nombre de procesos unitarios.  Proceso fisicoquímico Son las operaciones combinadas de manipulaciones físicas y reacciones químicas; por ejemplo, la electrolisis de una sal fundida. En este tipo de procesos existe un cambio de estado y un cambio de las propiedades químicas.

7. Explique en qué partes de la industria es necesario realizar controles de calidad El control se lleva a cabo a lo largo de todo el proceso, desde la recepción de la materia prima y el desarrollo del producto, hasta el producto terminado, pasando por una perfecta selección de la maquinaria y el control de las características físicas, químicas, biológicas y organolépticas del producto final, el cual deberá cumplir con lo establecido por toda la reglamentación sanitaria, de esta manera el producto podrá ser aceptado y sacado a la venta sin ningún problema.

8. ¿Cuál es la diferencia entre un subproducto y un desecho industrial? SUBPRODUCTO

DESECHO INDUSTRIAL

Son productos obtenidos Son materiales desechados por accesoriamente en el proceso presentar defectos o que resultan de producción no utilizables en el proceso de transformación

9. Explique las diferencias que existen entre una empresa de extracción, de explotación y una de transformación 





Industria de explotación Cuando se dedican a la explotación de recursos naturales, ya sea renovable o no renovable. Ejemplos de este tipo de empresas son las pesqueras, madereras, mineras, petroleras, etc. Industria de extracción Se encargan de extraer de la naturaleza las materias primas que pueden ser transformadas para su consumo final; sin embargo estas también pueden ser utilizadas en forma directa sin tener que pasar por una industria transformadora, como es el caso de la industria minera. Industria de transformación Se puede decir que estas pueden utilizar tanto materias primas obtenidas por las industrias extractivas como por las industrias intermedias, su finalidad es obtener un producto que pueda ser comercializado y utilizado directamente por los consumidores, como los alimentos enlatados.

PRODUCCION DE LA JALEA

La fruta se limpia y se eliminan la dermis y los pedúnculos, luego se lava y se tritura; la fruta contiene 86% de agua y 14% de solidos solubles. Una vez triturada, se mezcla con azúcar en una proporción de 45 a 55 % en peso, en este paso también se agrega pectina y ácido cítrico, con lo que el pH alcanza un valor de 3,5. Luego, esta mezcla se somete a una evaporación de 80°C por 20-30 minutos, con lo cual se elimina agua y la concentración de sólidos en el producto resulta ser de 67 % en peso.

LIMPIEZA DE LA FRUTA Y FRUTA Y ELIMINACION DE LA DERMIS Y LOS DERMIS Y LOS PEDUNCULOS PEDUNCULOS

LAVADO

TRITURACION

EVAPORACION (80°C POR 20-30 min)

FILTRACION FILTRACION

MEZCLADO AZUCAR (45-55%) AZUCAR (45-55%) PECTINA PECTINA Y Y ACIDO ACIDO

SELLADO Y ENVASADO ENVASADO

10. ¿Cuáles son las materias primas empleadas en el proceso productivo y como se clasifican estas por su origen y su composición?  Fruta Origen vegetal y composición orgánica Las frutas más comunes para la jalea son: papaya, fresa, naranja, frambuesa, mora, durazno, piña, ciruela, etc. 11. ¿Qué fenómenos físicos (operaciones unitarias) se llevan a cabo? Trituración, filtración, mezclado y evaporación.

12.

¿Qué desechos resultan del proceso?

No resulta ningún desecho.

13.

¿Cuáles son las condiciones de operación?

Se destacan las operaciones de mezclado en el cual se muestran las proporciones necesarias y la evaporación a 80°C por 20-30 minutos para que se pueda preparar adecuadamente la jalea.

14.

¿En qué tipo de empresa se clasificaría el proceso?

Según su especificidad: Industria de proceso Según su actividad económica: Industria manufacturera, debido a una producción final para el consumo.

Lea el siguiente texto y conteste lo que se le cuestiona: El proceso de fabricación de silicato sódico inicia con la eliminación de la humedad de todas las materias primas: polvo de cuarzo fino, sulfato sódico y carbón vegetal, en seguida estas se envían a un equipo en donde se mezclen en las siguientes cantidades: polvo de cuarzo fino (100kg), sulfato sódico (70kg) y carbón vegetal (4kg); el equipo se pone en movimiento hasta que esté perfectamente combinado. Este material se introduce a un horno donde se obtienen silicato sódico, bióxido de carbono y bióxido de azufre. El horno tiene un quemador que funciona con fuel-oíl y su temperatura de funcionamiento es de 1500°C. Finalmente, una vez formado el silicato, se vacía y se enfría con agua. El material se reduce de tamaño y se le agrega agua.

15. ¿Cuáles son las materias primas o insumos? Clasifíquelas de acuerdo a su composición y origen. Materias primas:  Polvo de cuarzo fino  El cuarzo es un mineral oxido compuesto de sílice (SiO2).  Composición química: inorgánica.  Sulfato sódico  La mayoría del sulfato de sodio producido globalmente proviene: Composición química: inorgánica – mineral. Origen: natural.  Se encuentra principalmente en lechos de lagos canadienses, rusos y estadounidenses.  Carbón vegetal  Se produce por calentamiento de madera y residuos vegetales, hasta temperaturas que oscilan entre 400 y 700 °C, en ausencia de aire.  Es un material combustible sólido, frágil y poroso compuesto por un alto contenido en carbono (del orden del 98%). Insumos:  Fuel-oil

16.

Identifique los suministros del proceso.    

Polvo de cuarzo fino Sulfato sódico Carbón vegetal Fuel-oil

17. ¿Cuáles son los subproductos?  Bióxido de carbono  Bióxido de azufre

18. Identifique los procesos físicos (operaciones unitarias).  Secado  Mezclado 19. Mencione los procesos químicos (procesos unitarios).  Calcinación Conteste las preguntas 20 al 22 con base en la descripción siguiente: En el proceso de hidrogenación del carbono, para obtener gasolina sintética, se alimenta carbón y un catalizador a un triturador y la descarga se empasta con aceite en un depósito. En seguida, una bomba toma la pasta, la comprime y la introduce en un horno donde se realiza la reacción de hidrogenación a 450 °C y 200 atm. El producto caliente pasa por una centrifuga para separar la materia volátil, la cual se envía a una columna de destilación. El aceite pesado que se descarga de la centrifuga y de la columna del fondo, va hacia un depósito para recircularlo después y empastar más carbón. El destilado de la columna se lleva al horno de gasolina donde reacciona con hidrogeno en presencia de un catalizador granulado, a 200 atm y 450°C. El producto gaseoso pasa a otra columna de destilación que descarga gases licuables (principalmente propano) y como producto de fondo es gasolina que se purifica con lejía alcalina (hidróxido de sodio).

20. Cuáles son las materias primas que se utilizan en el proceso antes descrito? Clasifíquelas de acuerdo con su composición y origen. A. Carbón Composición Se clasifican de acuerdo al porcentaje de carbono que contiene: 

Turba (50 a 55 %): producto de la fosilización de desechos vegetales por el micro organismos en zonas húmedas y pobres en oxígeno.



Lignito (55 a 75 %), o carbón café: de característica suave.



Carbón sub-bituminoso o Lignito negro.



Hulla (75 a 90 %):  Hulla grasa o Carbón bituminoso bajo en volátiles, tipo de carbón más corriente.  Hulla semi grasa.  Hulla delgada, o hulla seca.



Antracita (90 a 95 %): el que tiene mayor proporción de carbono.



Grafito: carbono puro, no utilizado como combustible.

Origen  Carbón húmico.- Carbón que ha sido formado a partir de la acumulación de restos vegetales que han conservado su estructura morfológica. La mayoría de los carbones húmicos son 

bandeados y tienden a desarrollar superficies de clivaje. Carbón sapropélico.- se clasifican en:  El carbón cannel o candeloide, que tiene mucha similaridad con el microlitotipo durita, pero es de grano mucho más fino. El constituyente principal parece ser materia vegetal sutilmente variada, esporas, algas y hongos. A veces se encuentran también glóbulos de resinas.  Los carbones boghead, constituidos por materias de algas y parcialmente

hongosa.

La

torbanita,

conocida

pizarra

petrolígena del valle interior de Escocia, es un carbón boghead típico.

B. Aceite Composición La mayor proporción de un aceite la constituyen los triglicéridos (también llamados triacilgliceroles), que son el resultado de la combinación de los tres grupos alcohólicos del glicerol (glicerina) con tres ácidos grasos igual o distinto. También pueden estar presentes mono glicéridos y di glicéridos, en los que cada molécula de glicerina se combina con uno o con dos moléculas de ácidos grasos, respectivamente, y también ácidos grasos libres (a los que se debe la acidez). En ese medio están disueltas otras sustancias como vitaminas, esteroles (colesterol en las grasas animales y fitoesteroles en las vegetales), así como pigmentos (la clorofila da tonos verdes, los carotenoides amarillos a rojos) y otras sustancias liposolubles Las grasas tienen mala prensa porque cada gramo aporta a la dieta en torno a 9 kilocalorías, pero suele desconocerse que el 50% del peso seco del cerebro humano está constituido por lípidos. Origen  Aceites Minerales: Los aceites minerales proceden del Petróleo, y son elaborados del mismo después de múltiples procesos en sus plantas de producción, en las Refinarías. El petróleo bruto tiene diferentes componentes que lo hace indicado para distintos tipos de producto final, siendo el más adecuado para obtener Aceites el Crudo Parafínico.



Aceites sintéticos: Los Aceites Sintéticos no tienen su origen directo del Crudo o petróleo, sino que son creados de Subproductos petrolíferos combinados en procesos de laboratorio. Al ser más largo y complejo su elaboración, resultan más caros que los aceites minerales. Dentro de los aceites Sintéticos, estos se pueden clasificar en OLIGOMEROS OLEFINICOS: esteres orgánico, poliglicoles, fosfato esteres.

C. Hidrogeno Composición El hidrógeno es el elemento químico más abundante, al constituir aproximadamente el 75 % de la materia visible del universo. En su secuencia principal, las estrellas están compuestas principalmente por hidrógeno en estado de plasma. El hidrógeno elemental es relativamente raro en la Tierra y es producido

industrialmente

a

partir

de hidrocarburos como,

por

ejemplo, el metano. La mayor parte del hidrógeno elemental se obtiene in situ, es decir, en el lugar y en el momento en que se necesita. Los mayores mercados del mundo disfrutan de la utilización del hidrógeno para el mejoramiento de combustibles fósiles (en el proceso

de hidrocraqueo)

y

en

la

producción

de amoníaco (principalmente para el mercado de fertilizantes). El hidrógeno puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis, pero resulta un método mucho más caro que la obtención a partir del gas natural. D. Catalizador granulado Composición Está compuesto de platino, rodio y paladio y cuando los gases nocivos se ponen en contacto con él, se generan y aceleran las reacciones químicas que descomponen y oxidan estos gases transformándolos en gases inocuos para el medio ambiente. Existen dos tipos de catalizador: 

Si el catalizador es positivo acelera la velocidad de reacción y disminuye la energía de activación.



Si el catalizador es negativo disminuye la velocidad de reacción y aumenta la energía de activación.

Origen  Electrocatalizador: colabora en la transferencia de electrones entre el electrodo y los reactivos, y facilita una transformación química intermedia (semirreacción). Por ejemplo, se emplean estos catalizadores en la producción de hidrógeno a partir de la 

electrólisis de agua. Organocatalizador: pequeñas moléculas orgánicas libres de metales con muy baja sensibilidad a la humedad y al oxígeno, por lo que no exigen condiciones de reacción especiales. Son particularmente atractivas para ser usadas en la preparación de compuestos en los que no se admite la contaminación con



metales (medicamentos, por ejemplo). Catalizador biológico: El ejemplo clásico son las enzimas



intervienen en diversos procesos naturales e industriales. Catalizador de partículas sólidas: Por ejemplo, el catalizador sólido metálico de automóvil, que aceleran la transformación de los gases de combustión que se quiere eliminar. Dentro de estos encontramos a los llamados catalizadores de tres vías, porque eliminan los tres contaminantes principales en el

mismo compartimento. E. Lejía alcalina (hidróxido de sodio) Composición Es una sustancia química compuesta por sodio, hidrógeno y oxígeno altamente corrosiva cuya fórmula es NaOH. Sus propiedades hacen que se utilice para muchos y variados propósitos, desde la fabricación de productos de limpieza, como el jabón de sosa, a la potabilización de agua pasando por la fabricación de lodos de perforación en la industria petrolera. En su forma pura y a temperatura ambiente, el hidróxido de sodio es un sólido de color blanco y sin olor. Es muy higroscópico por lo que absorbe fácilmente la humedad del aire y por ello ha de almacenarse con la menor cantidad de aire posible y en lugares secos. Es una

sustancia con muy alcalina con alta solubilidad en agua, característica que la hace apropiada para muchos productos líquidos.

21. Mencione cual es el producto, el subproducto y los desechos del proceso.  Producto: gasolina sintética.  Subproducto: propano.  Desechos: los residuos cuando el producto caliente pasa por la centrifuga y cuando el producto de fondo (gasolina) es purificado con la lejía alcalina (hidróxido de sodio). 22. Identifique las operaciones unitarias y los procesos unitarios que se llevan a cabo en este proceso. Operaciones unitarias   

Centrifugado Licuación Destilación

Procesos unitarios  

Hidrogenación Combustión

23. 24. 25. 26. Identifique lo que se pide en las preguntas 27 al 33 en el proceso de la industrialización del azúcar 27. Materias primas  Caña de Azúcar 28. Clasifique las materias primas  Composición química: orgánica  Origen: vegetal 29. Servicios  Agua y luz  Mantenimiento a las maquinarias  Transporte de la materia prima producto terminado entre otros. 30. Productos obtenidos  Alcohol

 Azúcar morena  Azúcar blanca 31. Subproductos y sus aplicaciones  Bagazo  Combustible  Alimento para ganado  Elaboración de papel  Pasta  Fertilizante  Alimento para ganado  Melazas  En la fermentación parea la producción de alcohol

32.

Procesos físicos y químicos

Procesos físicos  Lavado  Secado  Triturado  Prensado  Centrifugado Procesos químicos  Refinado  Fermentado  Clarificado

33.

Conceptos de cada termino de los incisos  Almacenado Es un concepto que se utiliza para hacer referencia a un acto mediante el cual se guarda algún objeto o elemento específico con el fin de poder luego recurrir a él en el caso que sea necesario.  Lavado Limpiar un objeto o cosa mojándola o empapándola con agua u otro líquido.  Triturado

Se refiere a desintegrar, disgregar o machacar algo, ya sea en sentido físico o simbólico.

 Prensado Apretar o comprimir algo en una máquina en algunos casos es para extraer el líquido que contiene.  Clarificado Es una técnica culinaria mediante la cual un caldo de aspecto turbio y oscuro se logra estabilizar en un aspecto más claro y cristalino.  Centrifugado Es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad por medio de una fuerza giratoria.  Secado Es un método de conservación de alimentos, consistente en extraer el agua de estos, lo que inhibe la proliferación de microorganismos y dificulta la putrefacción.  Refinado Es el proceso de purificación de una sustancia química obtenida muchas veces a partir de un recurso natural.

Capítulo 2 Una fábrica que produce pulpa de frutas tiene el siguiente plan de producción Producto(pulpa) Piña Durazno Densidad = 1,8 g/cm3

Consumo materia prima 500 kg/h

900 lb/min

Funcionamiento 95 dias/año 1 turno de 8 h/dia 250 dias/año 1 turno de 8h/dia

Envases utilizados Recipiente de vidrio de 750 g Recipientes de diámetro = 2,76 in Altura = 0.39 ft

El producto terminado se obtiene en un 75% respecto a la cantidad de materia prima utilizada y la temperatura del proceso es de 110°C. Con base al plan de produccion, calcule: 1)

a) El producto elaborado en Ton/h de piña y durazno

Piña 500

kg kg kg obtiene 75 x 500 =375 h h h →

375

kg 1 Ton Ton x =0,375 h 1000 kg h

Durazno 900

lb lb lb obtiene 75 x 900 =675 min → min min

675

lb 1Ton 60 min 0,454 kg Ton x x x =18,387 min 1000 kg 1h 1 lb h

b) El producto elaborado en kg/año de piña y durazno

Piña

0,375

Ton 1000 kg 24 h 365 dias kg x x x =3285000 h 1 Ton 1 dia 1año año

Durazno 18,387

Ton 1000 kg 24 h 365 dias kg x x x =161070120 h 1 Ton 1 dia 1año año

2) La cantidad de envases/año. Para el durazno efectue el calculo considerando el contenido en cm3.

Piña 0,375

Ton 1000 kg 24 h 365 dias 1000 g g x x x x =3285000000 h 1 Ton 1 dia 1año 1 kg año

3285000000

g 1 envase envases x =4380000 año 750 g año

Durazno 

volumen del envase=π x r 2 x h



1∈¿=3505 cm 2.54 cm 2,76∈ ¿ x ¿ 2 Diametro r= =¿ 2



h=0,39 ft x



3505 cm ¿ ¿ volumen del envase=π x ¿

30,48 cm =11,89 cm 1 ft

volumen del envase=458,89 cm3

18,387

Ton 1000 kg 24 h 365 dias 1000 g g x x x x =161070120000 h 1 Ton 1 dia 1año 1 kg año

densidad=

1,8

g = cm 3

masa volumen

161070120000

g año

volumen

volumen=89483400000

89483400000

cm3 año

cm 3 1 envase envases x =194999673.12≅ 194999674 año 458,89 cm 3 año

3) Exprese la temperatura del proceso en °F 5 ° C= (° F−32 ) 9 5 110= ( ° F−32 ) 9 ° F=230

Una empresa desea adquirir un generador de vapor para su proceso y tiene las siguientes opciones: Tipo de Generador de Vapor

Combustible

Consumo

Capacidad Calorífica

Costo del Combustible

Densidad

1

Gas

1.3 lb/h

11650 Kcal/Kg

1,55 $/lb

1,2 g/L

2

Gasolina

0.8 m3/turno

42,3 BTU/g

15 $/gal

0,85 g/cm3

3

Diesel

1350 L/dia

42,49 cal/g

90 $/ft3

0,91 g/cm3

Determine:

1) La cantidad de energía en forma de calor que genera cada equipo en 3 horas de trabajo. Exprese sus resultados en BTU (considere que calor = masa x capacidad calorífica). Equipo 1: calor=masa x capacidad calorífica

calor=( 1,3

lb kcal x 3 h)x 11650 h kg

calor=3,9 lb x

0,454 kg kcal 3,969 btu x 11650 x 1lb kg 1kcal

calor=81870,5078 btu

Equipo 2: densidad gasol . =

0,85

masagasol . volumen gasol .

masagasol . g = 3 3 cm m 0,8 turno

masagasol . =0,85

g 1003 cm3 m3 x x 0,8 8h cm3 1 m3

masagasol . =85000

calor=( 85000

g h

g btu x 3 h)x 42,3 h g calor=10786,500 btu

Equipo 3:

densidad diesel =

0,91

masadisel volumendiesel

masadiesel g = 3 cm 1350 L día

3

masadiesel =0,91

3

3

g 100 cm 1m L x x x 1350 3 3 1000 L 8h cm 1m

masadiesel =153562500

g h

(

calor= 153562500

g cal 1 btu x 3 h x 42,49 x h g 252.16 cal

)

calor=77627743,79 btu

2) Si se requieren 1.55 x 105 kcal en el proceso, ¿Cuál sería la opción más adecuada? Calor producido por máquinas en 8 horas:

105

x



= 20631.37 kcal x

0,252kcal 1btu

= 2718.20 kcal x

8 3

h = 2.06

kcal

10786,500 btu x 103



0,252kcal 1btu

81870,5078 btu x



8 3

h = 2.72 x

kcal

77627743,79btu

1.96 x

7

10

0,252kcal 1btu

x

= 19562191.44 kcal x

8 3

h=

kcal

3) Según los cálculos anteriores, ¿Cuál sería la mejor opción a elegir? Respuesta: La opción más adecuada sería la tercera. Se convierte a medidas estándar.

Consumo:



1.3

lb h

x

454 g 1 lb

x

1 Kg 1000 g

= 0,59

Kg h

(*)

m turno

x

1000 L 1 m3

L dia

x

1 dia 24 h

3



0.8



1 350

1turno 8 horas

x

= 56,25

L h

= 100

L h

(*) Dato: Como la densidad es la relación entre masa y volumen, podemos convertir la unidad del consumo en L/h:



g L

1,2

1 Kg 1000 g

x

= 0,0012

Kg L

Por lo tanto (regla de tres simple) 0,0012 Kg ---------------- 1 L 0,59 Kg ---------------- X L X=

0,59 x 1 0,0012

= 491,67

El consumo para el gas en L/h: 0,59

Kg h

L h

= 491,67

Capacidad Calorífica:



11650

Kcal Kg

x



42, 3

BTU g

x

4186 J 1 Kcal

= 48 766 900

252 cal 1 BTU

x

4186 J 1 Kcal

J Kg x

1000 g 1 Kg

= 44 621 085,6

J Kg



42,49

Cal g

x

4,186 J 1 cal

x

1000 g 1 Kg

= 177 863,14

Costo del Combustible:



1,55

$ lb

x

1 lb 454 g

x

1000 g 1 Kg

= 3,414

$ Kg

(*)

J Kg

 

15

$ gal

90

$ ft 3

1 gal 3,84 L

x x

$ L

= 3,906

1 ft 3 28,316 L

= 3,178

$ L

(*) Dato: Como la densidad es la relación entre masa y volumen, podemos convertir la unidad del Costo del Combustible en $/L:



1,2

g L

x

1 Kg 1000 g

Kg L

= 0,0012

Por lo tanto (regla de tres simple) 0,0012 Kg ---------------- 1 L 1 Kg ---------------- X L X=

1 x1 0,0012

= 833,33

El precio para el gas en $/Kg: 3,414

$ Kg

1 Kg 833,33 L

x

= 0.004

$ L

Densidad:

  

1,2

g L

x

0,85

g cm3

0,91

g 3 cm

1 Kg 1000 g

x

1000 L m3

x

1000000 c m 3 1 m3

x

1000000 c m 3 1 m3

= 1,2

x

1 Kg 1000 g

x

1 Kg 1000 g

Kg m3 = 850

Kg m3

= 910

Kg 3 m

Respuesta: la mejor opción a seguir seria la del gas ya que es más económica

Una empresa que fabrica empaques automotrices trabaja 7 horas efectivas cada día (un turno) y durante la operación presenta los siguientes consumos de energía con esta información determine: Energético o energía

Consumo

Costo

Gasolina

10 gal/semestre

130 $/ft3

Gas

5 kg/día

2,50 $/lb

Electricidad

10 KW h/día

0.003 $/BTU

7) Costo de operación de la fábrica durante 5 días hábiles Gasolina: 3 10 gal= 37,85 l= 1,3374 ft

1,3374

ft 3 1 semestre 130 $ x x 3 x 15 dias=173,862 $ semestre 180 dias ft

Gas: kg lb lb 5 día x 0.454 kg =11,0132 día lb $ 2,50 11,0132 x x 15 días=$ 412,99 = día lb

Electricidad: 10

kW h kcal BTU $ 0.003 x x x x 15 días=$ 1539,41 día 0.00116 kW h 0.252kcal BTU

Costo total= $1966,88

kcal 8) Si la gasolina tiene un poder calorífico de 11,83 cm 3 kcal g

y el gas de 10,30

¿Cuál será la cantidad en BTU utilizado durante cinco días de trabajo

por concepto de utilizar gasolina, gas y electricidad? kcal Gasolina 11,83 cm 3 :

3

10

3

gal 3785,3 cm 1 semestre cm x x =210,2944 semestre 1 gal 180 dias dia

210,2944

cm 3 kcal 1btu x 11,83 3 x 5 dias x =49329.4590btu dia 0,252 kcal cm kcal g

Gas 10,30

kcal BTU 5 kg 103 g x x x x 5 días=1021,83btu 10,30 g 0.252 kcal día kg Electricidad: kW h kcal BTU x x x 5 días=171045,42 btu 10 día 0.00116 kW h 0.252kcal 10) Proporcione las dimensiones para la N R = DρV/μ donde NR = Número de Reynolds, D = Diámetro, ρ = Densidad, V = Velocidad y μ = Viscosidad Cp (centiPoise).

NR=

(kg /m3) .(m/s).(m) kg /m. s = Pa. s kg /m. s

NR

=

Adimensional

11)

12) Cien libras de agua fluyen por una tubería a razón de 10 ft/s ¿Cuánta energía cinética tiene el agua en ft lb? Ec = (½).m.v2 m

=

100 lb x

v =10

ft s

x

453.6 g 1 lb 0.3048m 1 ft

x

1 kg 1000 g

= 3.048

= 45.36 kg m s

1 Ec = ( 2

).(45,36 kg).(3.048)2 = 210,704 J

Ec = 210,704 J x

0.7375 ft lb 1J

= 155,3942 ft lb

13) Convierta 130°C a: i) K:

130 5

=

K −273 5

ii) °F:

130 5

=

F−32 9

= 266°F

iii) R:

130 5

=

R−492 9

= 726R

= 403K

BTU

14) La conductividad térmica del aluminio a 32°F es 117 h. ft 2 . ° F calcular el valor equivalente a 0°C en términos de

117

BTU h. ft 2 . ° F

x

1,8 F 1K

= 210,6

BTU h. ft 2 . K

,

.

BTU h. ft 2 . K

15) La capacidad térmica del H2SO4 dada en un manual, tiene las unidades J -1 g . mol . ° C y está dada por la relación Cp = 139,10 + 1,56x10 T, donde T se expresa en °C. Modifique la fórmula de modo que la expresión BTU resultante tenga asociadas lb . mol . R .

Cp = (139,10 + 1,56x10-1T) 453,6 g 1 lb

x

1°C 1,8 R

=

0,2390

J g . mol . ° C BTU lb . mol . R

x

1 cal 4,184 J

x

1 BTU 252 cal

x

BTU lb . mol . R

Cp = (139,10 + 1,56x10-1T) x 0,2390

BTU lb . mol . R

-1

Cp = (33,2449 + 0,3728 x10 T)

16) Un cubo de hierro mide 2 cm por lado y tiene una masa de 62,9 g. Calcule kg su densidad en m3

ρ=

masa volumen

7862.5

=

62,9 g (2 cm)3

62,9 g 8 cm3 x

=

1 cm3 10−6 m3

1 kg

x 10 3 g

=

kg m3

17) Pasar los siguientes datos de unidades a condiciones normales de presión kg y temperatura: 15 m3 , 70 °F (considere que CNPT implican que P=1atm y T=0°C). ρ=15

(

6

kg 10 cm 3 3 cm m

3

)

6

15 x 10 (



Densidad:



Temperatura: T0 = 70°F = 294,261 K

=

kg ) m3

Tf = 0°C = 273,15 K 18) La torre Eiffel tiene 984 pies de altura, exprese esta unidad en: i) metros: 984 ft x

0.3048m 1 ft

ii) centímetros: 984 ft x

iii) yardas: 984 ft x

1 yd 3 ft

= 299,923 m

30,48 cm 1 ft

= 29992,32 cm

= 329 yd

19) ¿Cuál es la es la dimensión del lado de un cubo cuyo volumen es de 3375 cm 3 ?

Vc = (lado)3 = 3375 cm3 lado = 15 cm 20) ¿Cuál es el volumen en galones de un tanque de dimensiones: largo=2m, ancho=0.50 yd y alto=5in? Largo = 2 m 36∈ ¿ 1 yd ¿

Ancho = 0.50 yd x

Alto = 5 in x

1∈¿ 0,3048m ¿

x

1∈¿ 0.3048m ¿

= 5,4864 in

= 1,524 m

Volumen = largo x ancho x alto Volumen = 2m x 5,4864 x 1,524 m Volumen = 16,7225 m3 21. Un estudiante hizo tres mediciones de peso de un objeto: 19,17 oz, 9,16 g, 18,4 lb. ¿Cuál es el promedio en peso del objeto en mg? P1=19.17 oz ×

453.6 g =543.4695 g 16 oz

P2=9.16 g P3=18.4 lb×

Pp=

453.6 g =8346.24 g 1 lb

543.4695 g+ 9.16 g+ 8346.24 g =2966.2865 g 3 3

Pp=2966.2865 g ×

10 mg =2966286.5 mg 1g

22. La densidad de alcohol es 0.8 g/mL. ¿Cuál es el peso de 5 galones de esta sustancia? 3

5 gal ×

3.785 L 10 mL × =18925 mL 1 gal 1L

−3

P=0.8

g 10 kg ×18925 mL=15140 g × =15,1 kg mL 1g

23. Calcule la densidad de un bloque de madera en g/cm 3, el cual pesa 750 lb y tiene las dimensiones de 2,5 in, 0,10 m por 10 yd. 1∈¿=6.35 cm 2.54 cm D1=2.5∈× ¿ D 2=0.10 m×

D3=10 yd ×

100 cm =10 cm 1m

91.44 cm =914.4 cm 1 yd

Vol=6.35 cm× 10 cm× 914.4 cm=58064.4 cm3 M =750 lb× δ=

453.6 g =340200 g 1lb

340200 g g g =5.8590117 3 ≈ 5.86 3 3 58064.4 cm cm cm

24. La capacidad calorífica a presión constante del agua a 200 ºF es de 10,8 BTU/lbmolR. Calcule el Cp en kcal/kg.mol.K. Cp=10.8

¿ 10.8

BTU 0.252 Kcal 10 3 lb 1.8 R × × × lb . mol . R 1 BTU 453.6 kg 1 K

Kcal kg . mol . K

25. El valor de la constante R de los gases ideales es 1 545 lbf.ft3/ft2.lb.mol.R.

lb f . ft 3 1.8 R 1lb 0.0680 atm R=1545 2 × × × lb ft .lm . mol . R 1 K 0.4536 kg 1 2f ft

¿ 416.90476

atm . ft 3 atm . ft 3 ≈ 416.9 kg . mol . K kg . mol . K

26. Una ecuación simplificada para la transmisión de calor de un tubo de aire es Q = h.A.∆T donde es el coeficiente de transferencia de calor (h= 0.296 G0.6/D0.4) en BTU/h.ft2.ºF, A es el área, Q es la cantidad de calor en BTU/h, ∆T es la diferencia de temperaturas en ºF, G es la velocidad másica (lb/h.ft2) y D es diámetro en ft. a) En caso de expresar h en cal/min.cm2.ºC ¿Cuál sería la nueva constante de la ecuación en vez de 0.026? h ' =0.269

3 BTU 252 cal 1h 1 ft 1.8ºF × × × × 2 1 ºC h . ft .ºF 1 BTU 60 min 30.48 cm

(

¿ 0.00218899 ≈ 0.0022

)

cal min . cm3 . ºC

b) Si G y D fueran a utilizarse con las unidades G’=g/min.cm 2, h’= g/min.cm2.ºC y D’= cm ¿Cuál sería la constante Alfa h=alfa G0.6/D0.4? G=

2 lb 453.6 g 1h 1 ft × × × =8.137516 x 10−3 2 1lb 60 min 30.48 cm h . ft

(

≈ 8.14 ×10−3

D=ft ×

)

g min . cm2

30.48 cm =30.48 cm 1 ft

ALFA =0.0022×

(8.14 × 10−3)0.6 =3.1275 ×10−5 0.4 (30.48)

27.

Una unidad muy empleada para medir presiones es el bar (1dina/cm 2). ¿Cuál será la presión de la Ciudad de México en dicha unidad?

Tomamos la presión promedio en la Ciudad de México = 580mmhg 580 mmHg× ¿ 0.7733

28.

1atm × 760 mmHg

dina 2 cm

0.101325

N 2 m

1 atm

2

×

1 dina 1m ×( ) 5 100 cm 10 N

(bar)

De la ecuación de Fm=q.v.B donde B (fuerza magnética) está en dinas, 1 dina = 10-5 N, q (carga) en uem, 1uem = 10 C, y v (velocidad) en cm/s, se obtiene la unidad conocida como gauss (dina.s/uem.cm). obtenga la equivalencia entre una Tesla (T) y un gauss.

T=

N .s dina. s Gauss= m. C uem. cm

1Gauss=

dina. s 10−5 N 1uem 100 cm N .s × × × =10−4 uem. cm 1 dina 10 C 1m m. C

1Gauss=10−4 T

29. La densidad del aluminio metálico es de 2.7 g/cm 3. Sabiendo que una mol (6.022x1023 átomos/mol) de átomos tiene una masa de 26.91815 g (peso atómico): 1. Calcule el volumen que ocupa cada átomo de aluminio. Vol t=

26.91815 g =9.969 cm 3 g 2.7 3 cm

Vol atomo=

3 9.969 cm 3 −23 cm =1.655 ×10 23 atomo 6.022 ×10 atomos

2. Obtenga el radio de una esfera con ese volumen en cm, m y Å (angstrom). 4 Vol esfera = π r 3=1.655× 10−23 3 −8

r=1.58 ×10 cm r=1.58 ×10−8 cm ×

1m =1.58× 10−10 m 100 cm

r=1.58 ×10−10 m×

1Å =1.58 Å −10 10 m

30. Si un avión viaja al doble de la velocidad del sonido (1 100 ft/s), ¿Cuál es su velocidad en millas por hora y en km/s?

V avion =2× 1100

V avion =0.671

ft 30.48 cm 1 km km × × 5 =0.671 s 1 ft s 10 cm

km 3600 s 0.62 millas millas × × =1497.67 s 1h 1km h

Capítulo 3 1) En una industria productora de champú se procesan 1735 producto con una densidad de 0,944

lb h

de

g cm3 . Determine:

a) ¿Cuántos galones se procesan al año considerando 254 días laborales al año y dos turnos de trabajo, uno de 8 horas y uno de 6 horas?

ṁ ρ

Q=

=

1735lb/h 0.944 g /cm3

=

218,6 g / s 0.944 .10 6 g/m3

= 231,5783.10

# Volumen de champú al año = 231,5783.10 14 h 1 dia

x

3600 s 1h

-6

m3 s

-6

m3 s

x 254 día x

= 2964,5727 m3

# Volumen de champú al año = 2964,5727 m3 x

1000 l 3 1m

2964572,700 l Ojo 1 galón americano = 3,785 l # Galones que se producen al año = 2964572,700 l x

=

1 galón 3,785l

=

783242,45 b) ¿Cuántas botellas se requieren anualmente si cada recipiente tiene un volumen de 355 ml y se llena al 95% de su capacidad? Venvase = 355 ml 1 galon Vneto de envase = 95% Venvase = 0.95 x 355 ml = 337.25 ml x 3,785 ml x 10−3 g 1 kg

= 0,09966 galón

1 botella 0,09966 galón X 783242,45 galón # De botellas en un año = 7859145.5 c) La industria en cuestión tiene una requisición de 740000 botellas para entregar en un mes, ¿Logrará dicha producción? Considere que la planta productora trabaja 21 días al mes. En caso contrario, ¿Qué haría usted para cumplir con lo solicitado por el cliente?

lb h

En un mes se produce: 1735

14 h 1 dia

x

231376,81 kg

ρ = 0,944 v=

231376,81 kg 0,944 kg/l

−3

10 kg 1g

x

x

x

0,4536 kg 1 lb

=

m ρ

El volumen producido en un mes: v = g cm3

21 dia mes

x

10 6 cm 3 1m 3

3

x

1m 1000 l

= 0,944

kg l

= 245102,55 l

Ahora calculamos el volumen que necesitamos para obtener las 740000 botellas 1l 1 botella 337,25 ml x 10 3 ml = 337,25.10-3 l 740000 botella x = 249565 l Observación: - No se logra la cantidad de botellas requerida, ya que faltan 4462,45 l que son 13232 botellas. - Para poder cumplir con el cliente y con los futuros clientes seria aumentando los días de trabajo, ya que se pierde aproximadamente 1 semana de trabajo. 2) Una planta productora de puré de tomate (densidad =1,5 Kg/L) proceso 1,5 toneladas / hora de tomate, con un aprovechamiento de 85% en peso (el restante 15% corresponde a residuos).El plan de trabajo de la planta es de dos turnos de 8 horas cada uno y 5 días laborables a la semana. El producto final se envasa en recipientes de 8 cm de diámetro y 12 cm de altura, y se llena a 90% de su capacidad, una vez enlatado, el producto debe pasteurizarse a una temperatura entre 90°C y 92°C. Determine: a) Que cantidad en masa de puré de tomates se obtendrá en una semana de trabajo.

Qm = 1,5

t h

x 16

h dia

x5

dia semana

x 85%

Qm = 102000 kg b) ¿Cuántos envases se requerirán para envasar el producto obtenido en un mes, considere cuatro semanas por mes. Qm / mes = 102000 kg x 4 = 408000 kg Qv / mes =

408000 kg 1,5 kg/l

= 272000 l

3

2

3

3

Venvase = π.(4cm) . 12cm = 603,187 cm x

3

1m 10 L × 6 3 10 c m 1 m3

=

0,603 l # De envases =

272000 l 0.603 l

= 451077,94

c) ¿Qué cantidad de desperdicio se genera en un día de trabajo? t h Qmdesperdiciada = 1,5 h x 16 dia x 15% Qmdesperdiciada = 3600 kg / dia d) El laboratorio de control de calidad reporta que el equipo de pasteurización se halla trabajando a una temperatura de 205°F. Demuestre si cubre la especificación deseada y que haría usted en caso de algún error. T °=205 ° F

T °=

205−32° ×5 9

T °=96,1° F

3) Un limpiador de tuberías contiene 5 lb de agua y 6 lb de hidróxido de sodio (NaOH). Determine: A) ¿Cuál es la composición de los compuestos que integran el limpiador en ciento por ciento?

Masa

H2O

= 5 lb x

453 g 1lb

= 2268 g

= 6 lb x

453 g 1lb

= 2721,6 g

Masa

NaOH

Masa

TOTAL

= 4989,6 g 2268 g % Masa H2O = 4989,6 g % Masa

NaOH

=

2721,6 g 4989,6 g

x

100 = 45,45%

x

100 = 54,54 %

B) Si se tiene en el almacén 17850 kg de NaOH, ¿Qué cantidad de limpiador podría elaborarse y cuánta agua se requeriría? 6 lb 17850 kg 5 lb x = 14875 kg Se requiere 14875 kg y se puede elaborar 32725 kg. C) ¿Cuántos recipientes de un galón podrán llenarse al 90% de su g capacidad si la densidad de la solución de NaOH es 1,25 cm3 ?

Hidróxido de sodio

Agua

masaNaOH volumen NaOH

ρNaOH =

1,25.10

3

kg m3

=

ΡH2O =

2721,6.10−3 kg volumen NaOH

VNaOH = 2177,28.10-6 m3 x

1000 l m3

VNaOH = 2,177 l

1000

masa H 2 O volumen H 2 O kg m3

=

2268.10−3 kg volumen H 2O

VH20 = 2268.10-6 m3 x

1000 l 3 m

VH20 = 2,268 l

Total de limpiador = 2,177 l + 2,268 l = 4,445 l x

1 galón 3,785l

= 1,174

galón La capacidad de cada envase es 0,90 gal, por lo tanto se requieren 2 galones. 4) Una fábrica que produce puré de durazno tiene la siguiente programación de producción: Turno

Jornada/día

Semana

Operadores u operarios

1°

7 – 14 horas

Lunes a sábado

2

2°

16 – 20 horas

Lunes a viernes

1

Por cada kilogramo de fruta se generan 750 g de pulpa cada 6 segundos por cada operario. Los envases utilizados para el producto tienen una capacidad de 400 ml, llenados al 92,5% de su capacidad; la densidad del puré es 1,8

g cm3 . Con base en esta información, determine (llenando los espacios en blanco de la tabla siguiente): a)Kg de materia prima/día. F1° =

1 kg 6s

x

14 h 1 dia

x

3600 s 1h

= 8400 kg/día

F2° =

1 kg 6s

x

4h 1 dia

x

3600 s 1h

= 2400 kg/día

FTOTAL = 8400 kg/día + 2400 kg/día = 10800 kg/día b)Kg de pulpa/día. 750 g 14 h MP1 = x 1 dia 6s MP2 =

750 g 6s

x

4h 1 dia

x

3600 s 1h

x

1 kg 1000 g

= 6300 kg/día

x

3600 s 1h

x

1 kg 1000 g

= 1800 kg/día

MP1 + MP2 = 6300 kg/día + 1800 kg/día = 8100 kg/día c) % peso de fruta aprovechada.

%FNA =

18100 10800

x 100

%FNA = 75 % d) % peso de fruta no aprovechada %FNA =

10800−8100 10800

x 100

%FNA = 25 % e) Si el fabricante tiene un pedido de 80000 envases/semana, demuestre con cálculos si se satisface la demanda Volumen por semana: 80000 x 92.5% x 0.4L = 29600 l de pulpa Masa = Volumen. Densidad 1,8 g 1 kg 1000 cm3 Masa = 29600 l x cm3 x x 1000 g = 53280 kg 1l (Es lo que debería producirse a la semana para satisfacer el pedido) -Pero el fabricante produce a la semana: Cantidad de pulpa por día de lunes a viernes = 8100kg x 5=40500kg

Cantidad de pulpa producida el día sábado=

3600 sx 14 hr x 0.75 kg 6 s x 1 hr

=6300kg Por lo tanto, a la semana tenemos: 40500kg + 6300kg = 51300kg. Eso quiere decir que no cubre el pedido. f) Si no cubre el pedido, ¿Qué haría para cumplirlo?

Se puede implementar diversas formas para aumentar la producción, como:  Generar un turno de trabajo en el segundo turno del sábado.  Mejorar el proceso productivo, evitar pérdida de pulpa por cada kilogramo de materia prima. 5) En el proceso de industrialización de la naranja se obtienen los siguientes rendimientos por cada 1000 kg de fruta Jugo

47,65 kg

Cáscara

39,62 kg

Pulpa

Huesos

6,39 kg

6,34 kg

Funcionamien to 2 turnos de 8 horas cada uno 200 días/año

a) Si se procesan 2 toneladas/hora de fruta, ¿Qué volumen de jugo se obtendrá en 1 hora y en un año? 100 kg 47,65 kg 2000 kg/h ṁ = 953 kg/h 953 kg /h ṁ m3 -3 Volumen en 1 hora: Q = ρ = 1,05. 103 kg /m3 = 907,619.10 h x

1000 l 1 m3 l h

Volumen en 1 hora: Q = 907,619 Volumen en 1 año: Q = 907,619

l h

Volumen en 1 año: Q = 2904380,8

x

16 h 1 día

x

200 día 1 año

l año

b) ¿Cuál es la cantidad en libras de cada subproducto que se genera en un día?

Jugo 100kg 47,65kg 2000kg/h ṁjugo ṁjugo = 953kg/h

kg ṁjugo =953 h x 16 h 1 día x

Cáscara

Pulpa

100kg 39,62kg 2000kg/h ṁcascara ṁcascara = 792,4 kg/h

100kg 6,39kg 2000kg/h ṁpulpa ṁpulpa = 127,8 kg/h

kg ṁcascara = 792,4 h x 16 h 1 día x

2,205 lb 1 kg

ṁcascara = 27955,87

lb día

2,205 lb 1 kg

ṁpulpa = 127,8

huesos 100kg 6,34kg

kg 2000kg/h ṁhuesos h x ṁhuesos = 126,8 kg/h ṁhuesos = 126,8

16 h 1 día x

2,205 lb 1 kg

kg 16 h x h 1 día x

ṁpulpa = 4508,78

lb día

2,205 lb 1 kg ṁhuesos = 4473,50

lb día

ṁjugo = 33621,84

lb día

c) ¿Qué cantidad se gastó en la compra de la materia prima en dos turnos, si una caja de naranja de 44 lb cuesta $12,00? t 1000 kg 16 h 2,205 lb lb MP= 2 h x x 1 día x = 70560 día 1t 1 kg El gasto diario por materia prima: 44 lb $12,00 70560 lb/día x X (gasto de materia prima diario) = $19243,63 d) ¿Cuál es el costo de la naranja por kg? 44 lb = 19,96 kg 19,96 kg $12,00 1 kg x = $1,66 e) El jugo se pasteuriza a 70⁰C, exprese esta temperatura en ⁰F y ⁰K. 70 °C

6)

70/5 = F-32/9 158°F = 70°C

70°C 70/5 = k-273/5 343°K = 70°C

7) Se secan por aspersión 1500 ft3 de solución de café soluble la cual contiene 25% en peso de solidos la solución tiene una densidad de 0.95g/ml. El aire

entra al secador a una temperatura de 45°f.Con base a estos casos responda lo siguiente: a) ¿Cuál es la masa de alimentación en unidades del sistema mks? 0,3048m 3 Q = 1500 ft x ( )3 = 42,4752 m3 1 ft V x ρMa = Ma

1ml 10−3 l

1000 l 1 m3 x

ρMa = 0,95

g ml

x

Ma = 950

kg m3

x 42,4752 m3 = 40351,44 kg

x

1 kg 1000 g

= 950

kg m3

b) ¿Qué cantidad de solidos tiene el café soluble antes del secado expresado en libras? % sólidos = 25% (40351,44 kg) 2,205 lb % sólidos = 10087,86 kg x 1 kg

= 22243,73 lb

c) ¿Qué cantidad de agua contiene el café soluble antes del secado expresado en unidades del sistema cgs? % café soluble = 75% (40351,44 kg) 1000 g % café soluble = 30263,58 kg x 1 kg

= 30263580 g

d) Transforme la temperatura al sistema mks (45°F) °C/5 = 45-32/9 7,22°C = 45°F 8) Una planta industrializadora de leche evaporada ha determinado que las pérdidas (por sustitución de piezas dañadas) se valuaron en $ 2 848,00/año si la tubería carece de recubrimiento, siendo menor esta pérdida si esta se recubre con una capa de 2 pulgadas de óxido de magnesio. La tubería de acero estándar mide 105 ft de longitud y 4 pulgadas de diámetro. Si el costo de instalación del aislamiento es de $ 18,95 por cada 0,875 m 2 de tubería. Determine:

Tubería sin recubrimiento Diámetro: 4 in Longitud: 105 ft

≅

Tubería con 2 in de recubrimiento

0,1016 m

≅ 32,004 m

Gasto por mantenimiento anual = $2848

Diámetro: 8 in Longitud: 105 ft

≅ 0,2032 ≅

32,004 m

a) ¿Cuál será el costo de revestir 12,780 pulgadas de tubería? 0,875 m2 = 2 π. r. h 0,875 m2 = (2).(3,1416).(0,1016m).h h = 1,3708 m $18,95 1,3708 m X 0,3246 m X = $4,478 b) ¿Cuál sería el ahorro anual que tendría la planta si toda la tubería se recubriera de óxido de magnesio? Área dela tubería = 2 π. r. h Área dela tubería = 2.(3,1416).(0,1016).(32,004) Área dela tubería = 20,4304 m2 $18,95 0,875 m2 Y 20,430 m2 Y = $442,46 El ahorro es: $2848 - $442,46 = 2405,53 c) ¿Cuál es el grosor y el volumen de la capa de óxido de magnesio en el sistema internacional? VTUBERIA REVESTIDA – VTUBERIA NO REVESTIDA = VCAPA DE MgO π.D21.h/4 - π.D22.h/4 = VCAPA DE MgO (3,1416).(0,2032m)2.(32,004)/4 - (3,1416).(0,1016m)2.(32,004)/4 = VCAPA DE MgO 0,778 m3 = VCAPA DE MgO 9) Una empresa productora de aceite lubricante para motores tiene un almacén para producto terminado que mide 18 m de largo, 26,5 ft de ancho y 138 pulgadas de alto. En el almacén hay cajas, las cuales ocupan 75% de la capacidad del almacén; cada caja contiene 24 botes de aceite SAE- 40 listo para usarse, cada bote mide 0,09 m de diámetro y 7 pulgadas de altura y contiene aceite al 90% de su capacidad. El gerente desea saber:  Almacén Largo = 18 m 0,3048m Ancho = 26,5 ft. = 8,0772m 1 ft 12∈¿ 0,3048m Alto = 128 in. ¿

= 3,5054m

Volumen del almacén = (18m).(8,0772m).(3,5054m) = 509,619 m3 Volumen neto (75%) = (0,75).( 509,619 m3) = 382,214 m3  Bote de aceite Diámetro: 0,09m 12∈¿ 0,3048m Altura: 7in. = 2,13m ¿

Volumen del bote: π.(0,045m)2.(2,13m) = 0,0013 m3 Volumen de caja: 24.(0,013) = 0,0312 m3 a)

¿Cuántas cajas hay en el almacén? 382,214 m3 #cajas = 0,0312m 3 = 12250,4 ≅

12250

b) ¿Cuántos litros y cuántos galones de aceite hay en el almacén? Capacidad de aceite en el bote: 90%. (0,013 m3) = 0,00117 m3 Capacidad de aceite en una caja: 24. (0,0117 m3) = 0,02808 m3 Por lo que tenemos en 12250 cajas y 340 m3, que equivale a 340000 litros o 89821 galones. c)

¿Cuántos camiones de carga de 12 m3 de capacidad se requieren para enviar toda la producción a Querétaro? Hay 12 cajas en el almacén o sea 121 150 m3, entonces: #camiones: 121 150 m3/12 m3 = 10096

d) Elabore un informe para el gerente, en el cual se incluya la respuesta correcta a cada pregunta, con los resultados finales correspondientes. Según los cálculos realizados hechos anteriormente, concluimos:

 Que se cuenta con 12250 cajas en el almacén  Según los datos visto se cuenta con 340000 litros y hay 89821 galones en el almacén  Se requiere 10096 camiones para llegar a poder enviar toda la producción a Queretano.

10)El patio de un ingenio azucarero tiene las siguientes dimensiones: 131,23 ft de largo y 1181,10 pulgadas de ancho; mientras que su capacidad de almacenamiento es de 25 toneladas de caña/día, 7 días a la semana. Al procesar la caña se obtiene la melaza como un subproducto. Se reporta como dato técnico que por cada tonelada de caña se obtienen 23,78 kg de melaza (densidad=1,44 kg/l). La melaza se envía a tanques de almacenamiento con una capacidad de 254550 galones. Determine: a) Área del patio de almacenamiento. 0,3048m Largo: 131,23 ft. = 39,998 m 1 ft Ancho: 1181,10 in.

12∈¿ 0,3048m ¿

= 29,999 m

Área: (39,998 m) x (29,999 m) = 1199,96 m2

b) Volumen de melaza obtenida si se procesara toda la materia en un mes. t de caña 7 día 4 semana t de caña 25 . 1 semana . = 700 = 700000 día 1 mes mes kg/mes t de caña 700 mes

x

1 t de caña X = 16646 kg/mes m V= ρ V=

16646 kg/mes 1,44 kg /l

23,78 kg

= 11559,72 l/mes

c) ¿Cuántos tanques se requieren para almacenar el subproducto al procesar toda la materia prima en un año? l 12 mes l V MELAZA AL AÑO = 11559,72 mes x 1 año = 138716,66 año 1 tanque x

254550 gal.

3,785 l 1 gal

= 963471,75l

138716,66 l x (tanques anuales) = 0,14 tanques

11) Con base en el plan de producción siguiente, conteste lo que se pide: Producto

Consumo de materia prima

Funcionamiento

Pulpa de piña  = 1,7 g/ml

3 ton/hora

95 días/año 2 turnos 8 h/d

Pulpa de durazno  = 1,8 g/cm3

900 lb/hora

47 días/año 1 turno 8 h/d

Envases utilizados Recipientes de vidrio de ½ kg llenos al 92% Recipiente lleno al 92% en peso Diámetro= 2,76 in Altura= 0,39 ft

Para calcular la cantidad de producto terminado se considera que se obtiene un 65% de aprovechamiento respecto a la cantidad inicial de materia prima utilizada.

a. Producto elaborado en gal/hora de piña y durazno. g h 1 gal 10−3 L gal piña : × × × 0,65=303,0538 ≈ 303,1 g 3,785 L 1 mL h 1,7 ml 3000

900 durazno :

lb 453,6 g × 3 3 h 1 lb 1m 10 L gal ×( )× × 0,65=38,95 3 g 100 cm h 1m 1,8 3 cm

b. Producto elaborado en kg/año de piña y durazno. piña :3000

kg h dias kg ×16 × 95 ×0,65=2 964 000 h d año año

durazno : 900

lb 0,4356 kg h d kg × ×8 × 47 × 0,65=99 7773,856 h 1lb d año año

c. Cantidad de envases utilizados anualmente en ambos procesos. kg PesoT año envases piña : = ≈ 6 443 478 Peso por envase kg año 0,46 envase 2 964 000

volumen T durazno : = volumen por envase

g año envases ≈ 80 523 3 año g cm 1,8 3 ×688,37 envase cm 99 773 856

envases en total :6 443 478+80 523=6524 001

envases año

d. Producto elaborado con base en el proceso en unidades del sistema fps. piña :2 964 000

kg 1lb 1 año lb × × ≈ 0,207 año 0,4536 kg 31536 000 s s

durazno : 99773,856

kg 1 lb 1 año −3 lb × × ≈ 6,975 x 10 año 0,4536 kg 31 536 000 s s

e. Si en el proceso de fabricación de pulpa de durazno se consumen 25 000 L/hora de agua; ¿Cuántos m3 de agua se consumen anualmente y cuál es su costo si el m3 de agua cuesta $ 3.00? L 1 m3 h d m3 25 000 × × 8 × 47 =9400 h 1000 L d año año 9400 m 3 × $ 3.00 CostoT = =$ 28 200.00 1 m3

12) En una industria productora de crema facial liquida se procesan 2375 lb/hora de producto con una densidad de 1,144 g/cm3. Con base en estos datos determine: a. ¿Cuántos galones se procesaran al año considerando 1 turno de 8 horas 1 turno de 6 horas al día y 300 días laborables al año? lb 453,6 g × 3 h 1lb h d 1m 1000 L 1 gal gal × 14 ×300 ×( )× × =1044 946,467 3 g d año 100 cm 3,785 L año 1m 1,144 3 cm

2 375

b. ¿Cuántas botellas se requieren anualmente si cada reciente tiene un volumen de 485 ml y se llenan al 95% de su capacidad? capacidad botella =95 ( 485 ml )=460,75

1 044 946,467 Nº botellas=

460,75

gal año

ml envase

×

ml envase

3785 mL envases ≈ 8584 096 1 gal año

c. La industria tiene una requisición de 775 320 botellas para entregar en un mes, ¿lograra esta producción? Considere que se trabaja 25 días mensuales. En caso contrario, ¿Qué haría usted para cumplir con lo solicitado? 8 584 096

envases 1 año envases × ≈ 715 341 año 12 meses mes

No logra llegar a lo que se le pide mensualmente por un monto de 59 979 envases. 1m 100 cm ¿ ¿ cm3 h d 941 695,804 × X ×300 ׿ h d año ¿ 74 639,033 X

gal año

gal año 3785 ml envase Nº botellas= × =613 149,7339 X ml gal año 460,75 envase 74 639,033 X

755 320=613 149,7339 X

X =15,174

envase 1 año × año 12 meses

h ≈15 h 10 min d

Se aumentaría las horas diarias de trabajo en 1h y 10min.

13) Determine cuál será el costo de preparar las siguientes soluciones de azúcar y agua: Nota: considere que 1 kg de azúcar cuesta $ 4.85 y que 1,5 L de agua cuesta $ 8.00 (densidad del agua = 0,9986 g/cm 3)

3

¿ 0,9986

3

g 100 cm 1m g ×( )× =998,6 3 1m 1000 L L cm

a. 800 g de una solución al 20% peso de azúcar. azucar :20 ( 800 g ) ×

H 2 O :80 ( 800 g ) ×

$ 4,85 =$ 0,776 1000 g

$ 8,00 1L × =$ 3,418 1,5 L 998,6 g

CostoTotal =$ 0,776+ $ 3,418=$ 4,18

b. Si se dispone de 550 g de azúcar para obtener una solución al 35% peso de azúcar. Costoazucar =550 g × Costoagua =

$ 4,85 =$ 2,668 1000 g

100 ( 550 g ) $ 8.00 1L × × =$ 5.455 35 1,5 L 998,6 g

CostoTotal =$ 2,668+ $ 5,455=$ 8.123

c. Si se dispone de 950 g de agua para preparar una solución al 15% peso de azúcar. Costoagua =950 g × Costoazucar =

$ 8.00 1L × =$ 5.074 1,5 L 998,6 g

15 (950 g) $ 4.85 × =$ 0.813 85 1000 g

CostoTotal =$ 5.074+ $ 0.813=$ 5.887

14) La composición porcentual de un fertilizante para planta de ornato es:

Oxido de potasio (P2O5)

14,3% en peso

Sulfato de amonio ((NH4)2SO4)

78,0% en peso

Cloruro de potasio (KCl)

5,5% en peso

Humedad (H2O)

2,37% en peso

a. ¿Qué cantidad de fertilizante podría prepararse con 200kg de sulfato de amonio? PesoTotal =

200 kg ×100 =256,41 kg 78,0

b. ¿Qué cantidades se requieren de los otros materiales? Peso P O =14,13 ( 256,41 kg ) =36,23 kg 2

5

Peso KCl =5,5 ( 256,41 kg )=14,10 kg Peso H O =2,37 ( 256,41 kg )=6,08 kg 2

c. Si la tercera parte de esta producción se va a envasar en presentaciones de sobres de 150g cada uno y el resto en presentación de bolsas de 750g, ¿Cuántos sobres y cuántas bolsas se requieren para tal operación? 1 256 410 g sobres 150 g= × =569,8 sobres ≈ 569 sobres 3 g 150 sobres 2 256 410 g bolsas750 g= × =113,96 sobres ≈ 113 bolsas 3 g 750 bolsas

15) Una industria desea fabricar 8 500 jabones de 150g cada uno; la composición y su costo es el siguiente:

Compuesto

Composición

Costo

Aceite de coco

80% en peso

$ 20.55/1000g

Emolientes

15% en peso

$ 10.00/100g

Perfume

3% en peso

$ 14.50/100g

Colorantes

2% en peso

$ 3.30/100g

a. ¿Qué cantidades de cada ingrediente se requiere para la fabricación de un jabón? Aceite de coco=80 ( 150 g )=120 g Emolientes=15 (150 g ) =22,5 g Perfume=3 ( 150 g )=4,5 g Colorantes=2 (150 g ) =3 g

b. ¿Cuánto se requiere de cada ingrediente para satisfacer la producción total de jabones (expresar su resultado en kg). PesoTotal =8 500 jabones ×0,15

kg =1275 kg jabones

Aceite de coco=80 ( 1275 kg )=1020 kg Emolientes=15 (1275 kg )=191,25 kg Perfume=3 ( 1275 kg )=38,25 kg Colorantes=2 (1275 kg )=25,5 kg

c. ¿Según el costo de las materias primas ¿en cuánto sale la producción de cada jabón? Aceite de coco=120 g ×

Emolientes=22,5 g ×

$ 20.55 =$ 2.466 1000 g

$ 10.00 =$ 2.25 100 g

Perfume=4,5 g×

$ 14.50 =$ 0.6525 100 g

Colorantes=3 g ×

$ 3.30 =$ 0.099 100 g

Costo jabon=$ 2.466+ $ 2.25+ $ 0.6525+ $ 0.099=$ 5.4675

d. Si el fabricante tiene que pagar $ 0.05 por cada envoltura de mano de obra 8% del costo de jabón y por servicios otro 7% ¿Cuál será el costo global de todo este producto? CostoT .envoltura=$ 0.05 × 8500=$ 425 Costomano deobra =8 ( $ 5.4675 ) ×8500=$ 3717.9 Costo servicios=7 ( $ 5.4675 ) ×8500=$ 3253.1625 Costo total produccion=$ 7 396.0625

e. Si el proceso de venta de cada jabón es de $ 8.40 indique si es competitivo o no. Si este se vende al mismo costo ¿Cuánto se gana en términos porcentaje? Pv = $ 8.40 Porcentaje ganancia =

$ 8.40−$ 5.4675 × 100 =53,635 $ 5.4675

16)

17) Las plantas procesadas de ganado tienen una capacidad instalada de sacrificio de 385 467 cabezas de ganado, de las cuales el 4.7 % corresponde a ganado porcino. Cada cabeza de ganado porcino beneficiada pesa aproximadamente 74 kg y de esta se destina en promedio 45% a la producción de jamón. Determine: Ganado porcino =4,7 ( 385 467 )=18 116,949 ≈ 18 116 Pesogan . porc . =74 kg ( 18 116 )=1340 584 kg Peso jamon =45 ( 1340 584 kg )=603 262,8 kg

a. ¿Cuánto jamón se producirá de la industrialización y que cada cantidad de materia prima se requieren de curantes y otros materiales? Considerando que por cada kilogramo de jamón se requieren las siguientes cantidades: Sal común Azúcar Proteína de soya Cura premier Glutamato monosodico Pesosal comun =0,013 ( 603 262,8 kg )=7 842,4164 kg Pesoazucar =0,001 ( 603 262,8 kg )=603,2628 kg Peso proteina de soya=0,020 ( 603 262,8 kg ) =12065,256 kg Pesocura premier =¿

0,080 ( 603 262,8 kg )=48 261,024 kg

0,013 kg 0,001 kg 0,020 kg 0,080 kg 0,002 kg

Pesoglutamato =0,002 ( 603262,8 kg )=1206,5256 kg PesoTotal =69 978,4848 kg

b. ¿Cuál es por ciento en peso total de condimentos y el de la carne para 1kg de jamón? en peso=

0,116 kg ×100 =11,6 1kg

18) Una empresa produce pan de caja en dos presentaciones: paquetes chicos con 17 rebanadas y paquetes grandes con 27 rebanadas (el peso de cada rebanada es de 25g). En su formulación usa las siguientes materias primas: Salvado

7,70% en peso

Azúcar Sal

6,50% en peso 1,75% en peso

Harina integral

10,00% en peso

Manteca vegetal

1,50% en peso

Conservadores

25,75% en peso

Harina refinada

45,30% en peso

Aceite vegetal

1,50% en peso

En el almacén de la planta productora se tiene 750 kg de harina refinada, 500 kg de harina integral y 210 kg de azúcar. Si se tiene una demanda de 5000 paquetes chicos y 4800 paquetes grandes, determine: Pesohar .refinada =750 000 g Pesohar .integral =500 000 g Pesoazucar =210 000 g

Nº rebanadas en paquetes chicos:17 ( 5000 ) =85 000 Nº rebanadas en paquetes grandes: 27 ( 4800 )=129 600 Peso Total : ( 85 000+129 600 ) 25 g=5 365 000 g

a. ¿Cuál es la cantidad de materia prima faltante que se tendría que comprar para elaborar el total del producto demandado? H .refinada :45,30 ( 5 365 000 g )=2 430 345 g−750 000 g ¿ 1680 345 g H .integral :10,00 ( 5 365 000 g ) =536 000 g−500 000 g ¿ 36 500 g salvado :7,70 ( 5 365 000 g )=413105 g azucar :6,5 ( 5 365 000 g )=348 725 g sal : 1,75 ( 5 365 000 g )=93 887,5 g manteca :1,50 ( 5 365 000 g )=80 475 g conservadores : 25,75 ( 5365 000 g )=1381 487,5 g aceite :1.50 ( 5 365 000 g )=80 475 g

b. ¿Cuál es la masa de la mezcla obtenida? MasaTotal =5 365 000 g ≈ 5365 kg

c. ¿Qué porcentaje de la producción corresponde a paquetes chicos y cuál a paquetes grandes? paquetes chicos

=

paquetes grandes

85 000 × 100 =39,61 214 600

=

129 600 ×100 =60,39 214 600

d. Si la empresa decide destinar 60% de su producción a paquetes chicos y el resto a paquetes grandes, ¿Cuántos paquetes de cada presentación se producirán? ¿ paquetes chicos=60

( 214 600 ) ≈ 7 574 17

¿ paquetes grandes=40

( 214 600 ) ≈ 3 179 27

19) Un pequeño negocio naturista ha logrado comercializar con éxito su ensalada ‘Fruti-Light’, la cual se prepara de acuerdo a la siguiente composición (considere que la ensalada preparada para una persona pesa en promedio 1,55 lb y que diariamente se preparan 55 ensaladas individuales): Fruta Pera Melón Papaya Manzana Nuez Yogurt Miel Granola

% en peso 22 10 15 32 3 9 7 2

Precio promedio $ 1,20/100g $ 5,00/1000g $ 3,00/1000g $ 6,80/453,6g $ 0,05/g $ 15,00/1000g $ 0,35/ 10g $ 18,20/453,6g

a. Determine la cantidad en kg que se consume de materia prima durante 5 días de trabajo. PesoTotal =5 ×55 ×1,55 lb ×

0,4536 kg =193,345 kg 1 lb

b. El dueño del negocio considera que 55 ensaladas al día es una buena venta, pero por esta venta no tiene utilidades. Tiene dos teorías: i. El precio de venta de $ 20.00 por cada pieza es muy bajo. ii. El encargado esta robándole dinero.

¿Cuál será la verdadera razón? Fundamente su respuesta con cálculos. Pera: 22 (38 669,4 g ) ×

$ 1.20 =$ 102.087 100 g $ 5.00 =$ 19.335 1000 g

Melon:10 (38 669,4 g ) ×

Papaya:15 ( 38 669,4 g ) ×

$ 3.00 =$ 17.401 1000 g

Manzana :32 ( 38 669,4 g ) ×

Nuez : 3 ( 38 669,4 g ) ×

$ 0.05 =$ 58.004 g

Yogurt : 9 ( 38 669,4 g ) ×

Miel :7 (38 669,4 g ) ×

$ 6.80 =$ 185.504 453,6 g

$ 15.00 =$ 52.204 1000 g

$ 0.35 =$ 94.740 10 g

Granola :2 ( 38 669,4 g ) ×

$ 18.2 =$ 31.031 453,6 g

Costo produccion =$ 560.306 GananciaTotal =55 ( $ 20.00 )=$ 1100.00

El encargado le está robando.

22. En la industria del petróleo, por cada barril de petróleo crudo súper ligero que se somete a destilación fraccionada, solo el 86% de este se condensa de acuerdo con sus diferentes puntos de ebullición; así, se separa en las siguientes fracciones. Gas natural

34,2%

Gasolina

21,5%

Nafta

12 %

Queroseno

10%

Combustible

15,6%

Otros compuestos

El resto

La densidad del petróleo crudo es 0.83 Kg/L; un barril equivale a 159L y el tipo de cambio del dólar al cual se venden es de $10,30/ dólar, la jornada de extracción es de seis días a la semana. Con base en los datos anteriores, determine: 3 a) Si se cuenta con 50 x 10 barriles/día, ¿Qué cantidad de

cada fracción se obtendrá? Expresa sus resultados en tonelada. 50 x 103

(

barriles 159 L 7 950 000 L x = dia 1 barril dia

86 7950000

L L kg kg =6837000 x 0.83 =5674710 dia dia L dia

)

Cantidad para cada fracción

Gas natural

1 940 750,82

kg dia

1 940,75

Ton dia

Gasolina

1 220 062,65

kg dia

1 220,06

Ton dia

Nafta

680 965,2

kg dia kg dia

680,96

Ton dia

567,47

Ton dia

Querosene

567 471

Combustible

885 254,76

kg dia

885,25

Ton dia

Otros compuestos

380 205,57

kg dia

380,20

Ton dia

b) Si México vende cada barril de este petróleo en un dólar y paga el 30% de arancel, ¿cuánto ganara por la venta de 10 000 barriles/diarios y cuanto por semana? Gana : 10 000 x 10,30 - 10 000x0.3 x 10,30 = $ 72100 Semana : 72100(7) = $ 504700 c) De la cantidad de gas natural obtenido solo el 20% se destina a uso doméstico y el resto a la obtención de otros productos industriales, ¿Cuál es la masa que se distribuye? Exprese sus resultados en kilogramos. Uso domestico

20%(1 940 750,82) =388 150,164 Kg Otros productos

1 552 600,65 Kg

23. Para la fabricación de refrescos de cola se prepara un jarabe concentrado con la siguiente formulación:     

Extracto de cola Solución azucarada (71,34% peso de azúcar) Solución de acido fosfórico (29% peso de acido) Cafeína Color caramelo

1 200,00 kg 1 500,00 g 6,00 kg 3,00 kg 6,75 kg

Al jarabe se le inyecta CO2 para obtener el refresco. Cada botella se llena con 485,30 cm3 de jarabe (densidad del jarabe = 1,5 g/mL) La jornada laboral es de dos turnos de 8 horas cada uno, 6 días a la semana y 11 meses al año. Determine: a) La descomposición porcentual del jarabe concentrado. Total de jarabe: 1 217,25 kg/hora COMPUESTO

COMPOSICION PORCENTUAL

Extracto de cola

98,58%

Solución azucarada

0,12%

Solución de ácido fosfórico

0,49%

Cafeína

0,25%

Color caramelo

0,55%

b) La cantidad de agua que llevan las soluciones de la formula. Solución azucarada  Agua (28,66%): 429,9 g Solución de acido fosfórico  Agua (71%): 4,26 kg

c) ¿Cuántos envases se van a llenar por año si solo 85% del jarabe es envasado y el resto se almacena? Jarabe Producido 1217250

g 1mL mL *  811500 hora 1,5 g hora

De jarabe

24. Para la fabricación de la pólvora se requiere carbón (C), azufre (S) y nitrato de potasio (KNO3) en proporciones de 10, 15 y 75% en peso, respectivamente; estas sustancias se muelen finamente y se mezclan con cuidado para obtener el producto final. Determine a) ¿Qué cantidad de materia prima se necesitaría para producir 4 toneladas/día? Compuesto

Porcentaje

Toneladas

C S

10% 15%

0,4 0,6

KNO3

75%

3

b) ¿Qué equipo propondría para la molienda de cada una de las materias primas y que equipo para el mezclado? Un mortero para moler cada materia prima y un molino de bolas para mezclarlos. c) El costo de cada materia prima por día y el total por 6 meses de producción si los costos son los siguientes: carbón $0,80/lb; azufre $1,85/lb; nitrato de potasio $3,20/lb. 1 T = 2 204,6 lbs Compuesto

Masa (lbs)

Costo por día

Costo por 6 meses

C

881,84

$ 705,472

$ 126 984,96

S

1 322,76

$ 2 447,106

$ 440 479,08

KNO3

6 613,8

$ 21 164,16

$ 3 809 548,8

Considere que la jornada de trabajo es de 365 días al año.

25. Una empresa que produce gajos de mandarina en almíbar al proceso 180 kg/h de fruta entera, para lo cual ésta selecciona, registrándose una pérdida de 3% de fruta que está en mal estado. La fruta de calidad se envía al pelado, proceso en el cual se elimina 18% en peso de cascar con respecto al peso de la fruta seleccionad. Por último, esta se desgaja y se mezcla con el jarabe. La mezcla se envasa en frascos de 500 g. la composición del contenido de cada envase es de 50% peso de gajos y 50% peso de jarabe. El jarabe que se utiliza en el envasado de la fruta tiene la siguiente composición porcentual. Ingredientes

Peso

Costo

Azúcar refinada

50,00

$7,00/kg

Agua

24,97

$0,80/L

Glucosa

20,00

$7,61/kg

Citrato de sodio

3,00

$0,60/kg

Ácido cítrico

2,00

$0,50/kg

Benzoato de sodio

0,03

$0,65/kg

Los frascos se colocan en cajas y cada una contiene 18 frascos. Determine: a) La cantidad de materia prima que se requiere para preparar el jarabe, para la producción de 1 hora Materia prima en una hora Cantidad de mandarina pelada= 174,6 kg – 31,428 kg= 143,172 kg Como cada frasco contiene 50% peso de gajos y 50% peso de jarabe Entonces el peso del jarabe es 143,172 kg      

Azúcar refinada= 50%= 0,5x143.172 kg= 71,586 kg Agua= 24,97%= 0,2497x143,172 kg= 35,75 kg Glucosa= 20%= 0,20x143,172 kg= 28,634 kg Citrato de sodio= 3%= 0,03x143,172 kg= 4,295 kg Ácido cítrico= 2%= 0,02x143,172 kg=2,863 kg Benzoato de sodio= 0,03%= 0,0003x143,172 kg= 0,043 kg

b) El costo del jarabe para la producción de 1 hora (densidad del agua 0,998 g/mL)  Azúcar refinada=  Agua=

$ 7.00 x71,586 kg= $ 501,102 kg

$ 0.80 mL L 1000 g x35,75 kgx 0.998 g x 1000 mL x 1 kg = $ 28,66 L

 Glucosa=

$ 7.61 x28,634 kg= $ 217,9 kg

 Citrato de sodio=  Ácido cítrico=

$ 0.60 x4,295 kg= $ 2,58 kg

$ 0.50 x2,863 kg= $ 1,43 kg

 Benzoato de sodio=

$ 0.65 x0,043 kg= $ 0,028 kg

Costo del jarabe= $ 751,701

c) Cantidad de frascos utilizados para la producción de 1 hora

Si la cantidad de mezcla es 286.344 kg= 286344 g La mezcla se envasa en frascos de 500 g 

Necesitamos = 572.688 frascos por hora573 FRASCOS

d) Cajas utilizadas para la producción de 1 minuto 573 frascos por hora, entonces 9.55 10 frascos por minuto Los frascos se colocan en cajas y cada una contiene 18 frascos 

Cajas utilizadas por minuto: solo 1

e) Cantidad en kg de la fruta en mal estado y de cascara separada en 1 hora En una hora:  

Cantidad de fruta en mal estado= 5.4 kg Cantidad de cascara separada= 31.428 kg

f) Costo de la mandarina en una hora de trabajo si el precio es de $2,85/kg Se alimenta 180kg en una hora de fruta entera 

Costo de mandarina=

$ 2.85 x180 kg= $ 513 kg

g) Realice el balance total del proceso Alimentación: 180 kg/h Al seleccionar hay una pérdida de 3% de fruta que está en mal estado= 0.03x180 kg= 5.4 kg La fruta de calidad se envía al pelado= 180 kg – 5.4 kg= 174.6 kg En el pelado se elimina el 18% en peso de cascara= 0.18x174.6 kg= 31.428 kg

Luego esta se desgaja y se mezcla con el jarabe. La mezcla se envasa en frascos de 500 g Cada frasco contiene 50% peso de gajos y 50% peso de jarabe

26.Para efectuar un proceso industrial, se requiere diariamente de 136 lb de HCl reactivo puro, para satisfacer esta necesidad se tiene tres soluciones:  HCl al 83% peso $1,40/kg  HCl al 25% peso $0,47/kg  HCl al 40% peso $0,75/kg Determine con cuál solución resultaría más económico efectuar el proceso y con cual sería más costoso. 136 lb

×

454 g 1 lb

= 61 744 g

×

1 kg 1000 g

= 61,74 kg

Entonces el costo de cada una de las opciones es: Solución

Masa de HCl puro

Costo

HCl al 83% peso

51,24 kg

$ 71,74

HCl al 25% peso

15,44 kg

$ 7,26

HCl al 40% peso

24,68 kg

$ 18,51

La solución de 25% es la más económica, mientras la más costosa es la de 83%.

28. Una empresa productora de salchicha tiene una producción de 20 toneladas anualmente. La producción se distribuye en diferentes presentaciones de acuerdo con los siguientes datos: Tipo de producto

% peso

Peso unitario

Salchicha tipo Viena

48

50 g

Salchichón

12

125 g

Salchicha tipo Frankfort

10

80 g

Salchicha coctel

30

15 g

Se propone manejar paquetes de 20 piezas para los tipos Viena y Frankfort, 50 piezas para el tipo coctel y 10 piezas para el salchichón. Determine: a) ¿Cuántos paquetes de cada tipo se producirían por año, considerando la cantidad de producción que se destina a cada presentación?    

Salchicha tipo Viena Salchichón Salchicha tipo Frankfort Salchicha coctel

96 T/año = 96 000 000 g/año 24 T/año = 24 000 000 g/año 20 T/año = 20 000 000 g/año 60 T/año = 60 000 000 g/año

Tipo de producto

Peso unitario

Piezas/paquet e



Total de paquetes

Salchicha tipo Viena

50 g

20

96 000 000 50 x 20

96 000

Salchichón

125 g

10

24 000 000 125 x 10

19 200

Salchicha tipo Frankfort

80 g

20

20 000 000 80 x 20

12 500

50

60 000 000 15 x 50

80 000

Salchicha coctel

15 g

b) Si se incrementa la demanda anual en un 30% para la salchicha tipo Viena, ¿Cuánto más se tendría que producir para cubrir dicha demanda? 96 T/año + 30% (96 T/año) = 124,8 T/año 124,8 T – 96 T = 28,8 T De la producción total de 200 T/año se tendrá que producir 28,8 T más.

c) ¿Cuántos paquetes más de salchicha tipo Viena se obtendrían? 124,8 T/año = 124 800 000 g/año 124 800 000 g /año =2 496 000 piezas/año Total de piezas: 50 g / pieza 2 496 000 piezas/año 20 piezas/ paquete

= 124 800 paquetes/año

124 800 – 96 000 = 28 800 Se obtendrían 28 800 paquetes más.

d) ¿Cuál sería el nuevo porcentaje de distribución de la producción para los diferentes tipos de salchicha? Con una producción anual de 228,8 T/año % peso



Nuevo % peso

Salchicha tipo Viena

48

124800 x 100 228800

54,54

Salchichón

12

24000 x 100 228800

10,50

Salchicha tipo Frankfort

10

20000 x 100 228800

8,74

Tipo de producto

Salchicha coctel

60000 x 100 228800

30

26,22

30. En una procesadora de alimentos se preparan diferentes tipos de productos enlatados, uno de ellos es el coctel de frutas que tiene la siguiente composición: Fruta

Peso

Costo

Durazno

30,00

$ 20,00/kg

Pera

30,00

$ 12,00/kg

Piña

20,00

$ 3,50/kg

Albaricoque

15,00

$ 9,00/kg

Uvas sin semilla

2,50

$ 21,00/kg

Cerezas

2,50

$ 30,00/250 g

El durazno, la piña y el albaricoque se preparan con un escaldado en una solución de sosa al 6% en peso para eliminar la epidermis y se cortan en cubitos de 8 mm. Las cerezas y las uvas se enlatan enteras. Los envases se llenan con 70% de la mezcla de fruta y 30% de jarabe de 35 Brix, el cual se prepara agregando 537 g de azúcar por cada litro de jarabe; la densidad de este es de 1,54 g/mL. Las latas tienen una capacidad de 850g y un espacio de vacío de 10%. El costo del azúcar es de $6,00/kg. a) Para una producción de 5 000 latas/día determine la cantidad de fruta requerida en kg.    

Capacidad de una lata= 850g Espacio vacío = 10%= 0,1x850 g= 85g Una lata se llena hasta = 850 – 85= 765g Pero el peso de la mezcla de fruta = 70%= 0,7x765g= 535,5 g  Entonces para 5000 latas = 535,5x5000 g= 2677500 g= 2677,5 kg  Por lo que la fruta requerida es:

Durazno

803,25 kg

Pera

803,25 kg

Piña

535,5 kg

Albaricoque

401,625 kg

Uvas

66,9375 kg

Cerezas

66,9375 kg

b) ¿Cuánta solución de sosa se debe preparar si en un litro se escaldan 3 kg de fruta? Un litro de solución de sosa escalda 3 kg de fruta Cantidad de fruta:  Durazno= 803,25 kg  Piña= 535,5 kg  Albaricoque= 401,625 kg Total= 1740,375 kg Para esta cantidad de fruta se necesita 580,125 litros (L) de solución de sosa.

c) ¿Cuánto jarabe (L) se requerirá preparar? El peso del jarabe= 30%= 0,3x765g= 229,5 g Entonces para 5000 latas= 229,5x5000 g= 1147500 g= 1147,5 kg Densidad del jarabe es 1,54 g/mL Volumen= masa/densidad 

V jarabe= (1147500 g)/(1,54 g/mL)= 745129,8701 mL= 745,13 L

d) ¿Qué cantidad de azúcar y agua se necesita para preparar el jarabe? El jarabe se prepara, agregando 537 g de azúcar por cada litro de jarabe 

Si son 745,13 L de jarabe entonces necesitamos 400134,81 g= 400,13481 kg de azúcar

Como la masa del jarabe es 1147500 g= 1147,5 kg 

La cantidad de agua es 747,36519 kg 747,36 kg

e) Determine el costo unitario y diga si es competitivo o no, si se quiere obtener una ganancia de 35% y el costo de venta de la competencia es de $11,50. El peso de la mezcla de fruta por lata= 70%= 0,7x765g= 535,5 g= 0,5355 kg

Costo de mezcla de fruta en $      

Durazno= ($ 20,00)/kgx0,3x0,5355 kg= $ 3,213 Pera= ($ 12,00)/kgx0,3x0,5355 kg= $ 1,928 Piña= ($ 3,50)/kgx0,2x0,5355 kg= $ 0,375 Albaricoque= ($ 9,00)/kgx0,15x0,5355 kg= $ 0,723 Uvas sin semilla= ($ 21,00)/kgx0,025x0,5355 kg= $ 0,281 Cerezas= ($ 30,00)/(250 g)x0,025x535,5 g= $ 1,607

Costo del jarabe en $ El peso del jarabe por lata= 229,5 g= 0,2295 kg; V jarabe= 149,026 mL 0,149 L El jarabe se prepara, agregando 537 g de azúcar por cada litro de jarabe Entonces son 80,013 g 0,08kg de azúcar  Azúcar= ($ 6,00)/kgx0,08 kg= $ 0,48  Agua: se paga al mes y no menciona. El costo unitario de cada lata o envase: $ 8,607 Precio de venta = precio de costo + ganancia  Pv = $ 8,607+ $ 0,35x8,607  Pv = $ 11,61945 $ 11,62, este es el precio al que se tendría que vender, pero no se está contando el costo de la materia prima que es el agua.

Y si el costo de venta de la competencia es de $ 11,50, tendría una relativa ventaja con respecto al precio. Tiene una ventaja con respecto a costo de producción. Por lo que no sería competitivo con respecto a costos de producción.