LIBRO 1

*BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

*CAPÍTULO 3

1) En una industria productora de champú se procesan 1735 de producto con una densidad de 0.944 . Determine:a)¿Cuántos galones se procesan al año considerando

254 días laborables al año y dos turnos de trabajo por día, uno de 8 horas y uno de 6 horas?

b)¿Cuántas botellas se requieren anualmente si cada recipiente tiene un volumen de 355 mL y se llenan al 95% de su capacidad?

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?

Solución:

a)

b)

c)  

*Capacidad de botella al 95% en

*No logrará dicha producción.*Se podría aumentar un cuarto de hora (15 min) de trabajo diario al turno de 6 horas (así se producirán 740398 botellas).

2) Una planta productora de puré de tomate (densidad=1.5kg/L) procesa 1.5T/h de tomate, con un aprovechamiento de 85% en peso (el restante 15% corresponde a la piel y a las semillas del tomate). El plan de trabajo de la planta es de 2 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 12cm 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) ¿qué cantidad en masa de puré de tomate se obtendrá en

una semana de trabajo?b) ¿cuántos envases se requerirán para envasar el producto

obtenido en un mes, considere cuatro semanas por mes?c) ¿qué cantidad de desperdicio se genera en un día de trabajo?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 qué haría usted en caso de algún error.

Solución:

*Puré de tomate:

*1 día = 2 turnos de 8h = 16h*1 semana = 5 días

*Temperatura entre 90°C Y 92°C

a) Masa de puré de tomate en una semana:

b) Número de envases en un mes(4 semanas):

c) Cantidad de desperdicio en un día de trabajo:

d) El equipo de pasteurización trabaja a una temperatura de 205°F. Demuestre si cubre la especificación deseada y qué haría usted en caso de algún error.

No cubre con las especificaciones porque la temperatura permitida es entre 90°C-92°C. Tendríamos que regular la temperatura o ventilar el ambiente.

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 por ciento en peso?b) Si se tienen en el almacén 17850kg de NaOH, ¿qué cantidad de limpiador podría elaborarse y cuánta agua se requeriría?c) ¿Cuántos recipientes de un galón podrán llenarse al 90% de su capacidad si la densidad de la solución de NaOH es ?

Solución:

- 5 lb de agua:

- 6 lb de NaOH:

a) Composición de los compuestos:

b) Se tienen 17850kg de NaOH, ¿qué cantidad de limpiador podría elaborarse y cuánta agua se requeriría?

c) N° de recipientes de un galón llenados al 90%. Densidad de NaOH es

Turno Jornada/Día Semana Operadores u Operarios

1° 7 -14 horas Lunes a sábado 2

2° 16-20 horas Lunes a viernes 1

4.- Una fábrica que produce puré de durazno tiene la siguiente programación de producción:

Por cada kilogramo de fruta se generan 750 g de pulpa cada 6 s/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 materia prima/día* (Lun - Sab) (7h – 14h) (2 operaciones)

 * 7h

 * 14h

- 1° Turno produce - 2° turno * 16h

 1 día total produce aprox. = (81000 kg – 129600 kg)

b) kg pulpa/día* *

* * Requiere de (10800 - 172800) kg de materia

prima

c) % peso fruta aprovechada*% puro d)%peso fruta no aprovechada* % puro =  

a) Si el fabricante tienen un pedido de 80 000 envases/semana, demuestre con cálculos si se satisface la demanda.* 1 semana 1 turno produce* 7h

* 14h 

* 1° Turno: Produce en 1 semana (226 800 – 453 600) kg* 2° Turno * 16h  * 20h

 * 2° Turno : Produce en 1 semana (216 000 – 270 000) kg

Producción total  *  

*  

* 100 kg de frutaJugo= 47,65 kg= 47,65%Cascara= 39.62 kg= 39,62% Funcionamiento: 2 turnos de 8h cada una; 200 días/añoPulpa= 6,39 kg= 6,39%Huesos= 6,34 kg= 6,34%

a) Si se procesan 2 toneladas/hora de fruta, ¿Qué volumen de jugo se obtendría en 1 hora y en un año?* 2

100 kg fruta 47,65 kg jugo 2000

* 2000

100 kg fruta 47,65 kg jugo

b) ¿Cuál es la cantidad en libras de cada subproducto que se generan en día? 2000 *Jugo (47,65%)=*Cascara (34,62%)=*Pulpa (6,39%)=

c) Qué cantidad se gastó en la compra de la materia prima en 2 turnos, si una caja de naranja de 44 lb cuesta $ 12,00?*

X= d) ¿Cuál es el costo de la naranja por kg?*44 lb S/.12 44 lb S/.12 = S/. 0,6 por Kg de naranja 1 kg e) El jugo se pasteuriza a 70°C, exprese esta temperatura °F y K.

*70°C K=°C+273,15 °C =

K=70+273,15=343,15 K 70 =) =158°F

*6.- En una industria se obtienen 5 toneladas/día de cloruro de plomo (PbC); para el proceso de obtención se utilizan 577,34 toneladas de nitrato de plomo ( en grado analítico y 131,3 toneladas de ácido clorhídrico (HCL). Determine:

1 Día577,34 t ( 500 (PbCl)131,3 t (HCl)

a) El costo del y del HCL utilizados, si el primero cuesta $ 228.00/kg y el segundo $24,57/l; la densidad del HCL es 1,18 kg/l. * Como ( 1 kg - S/. 228

577, 34() = 577340 = S/.131633520 *Como HCl 131,3 ()=1313000

* $24,57

b) Si el turno de trabajo es de 8 horas/día y la empresa trabaja 6 días de la semana, cuatro semanas al mes y 10 meses al año, ¿Qué cantidad de se requiere para una producción anual?

*( Anual ¿?

577,34(

= 461872

c) ¿Cuál sería la inversión total anual de producción?*131,3* * $218714644,2*461872 $228) = $ 1,05306816

* $ 1, 074939624

*9.- Una empresa productora de aceite lubricante para motores tienen 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 de 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:

*B =18 m*A=26, 5 ft x*H= 138 in x

B

CH

* Cantidad que ocupa 508,41 – 100% X – 75%

* 1 caja = 24 botes D=0.09 m R== 0,045 m h= 7 in x = 0,178 m  * V=π. V =π x (x (0,178m) V=1,13x 1,13x1 – 100% X – 90%* x=1.017x

a) ¿Cuántas cajas hay en almacén?*Capacidad del almacén que se ocupa 381,3 381,3 – x botes 1,13 x – 1 botes *x=337433.63 botes

*Cantidad de cajas:1 caja –24 botes X cajas – 337433,63 botes*X=14059,7 ≐ 14060 cajas 

b) ¿Cuántos litros y cuántos galones de aceite hay en el almacén? *Hay 337433,63 botes de aceite1 botes - 1,13x 337433,63 botes - X *X=381.3

*Conversión a litros: X=381.3 x = 381300 l 

c) ¿Cuántos camiones de carga de 12 de capacidad se requieren para enviar toda la producción a Qureretaro?*Capacidad camiones: 12=12000 l1 camión - 12000 l X camión - 381300 l *X=31.775 ≐ 32 camiones 

d) Elabore un informe para el gerente, en el cuál se incluya la respuesta correcta a cada pregunta, con los resultados finales correspondientes.

 

CAJAS 14060 unidadesLITROS 381300GALONES 337434 unidadesCAMIONES 32 unidades

SEGÚN PRODUCCIÓN

10.- El patio de almacenamiento de un ingenio azucarero tiene las siguientes dimensiones: 131, 23 ft de largo y 1181,10 pulgadas de ancho; mientas 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 254 550 galones, Determine:131,23 ft

1181,1 in

Capacidad 25 toneladas/día en 7 días a la semana Capacidad por semana =  Entra 1t de caña y sale 23,78 kg de melaza como subproductoCapacidad del tanque = 977472 l

a) Área del patio de almacenamiento.* =

b) Volumen de melaza obtenida si se procesará toda la materia prima en un mes.*Capacidad 25 toneladas/día en 7 días a la semana

 

 1 t - 23, 78 kg 700 t - x

x = 16646 kg

c) ¿Cuántos tanques se requieren para almacenar el subproducto al procesar toda la materia prima en un año?* Melaza en un año

1t - 23,78 kg x = 8400 t - x kg

  X = 199752 kg de melaza en un año * Cantidad de tanques:* Capacidad de tanques = 977472 l* Por densidad: 1,44

1,44 kg - 1l x =199752 kg - xl

X = 138716,7 l1 tanque - 977472 l x =x tanque - 138716,7 l

X= 0,14 tanques

d) En el ingenio se utilizan 3 evaporadores, el último de ellos debe funcionar en un rango de temperatura que va de 134,60 °F a 138,20°F. Si se reporta que la temperatura de funcionamiento es de 318°C, indique si el equipo está operando correctamente; en caso contrario, ¿Qué haría para solucionar el problema?*

3° 134,60 °F a 138,20°F

*El equipo se encuentra operando incorrectamente  

*11.- Con base en el plan de producción siguiente, conteste lo que se pide:

*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. La temperatura del proceso es de 110°C. Considere que la densidad del agua= 1 g/ml.

Productos Consumo de materia prima

Funcionamiento Envases utilizados

Pulpa de piña Densidad: 1,7 g/ml

3 toneladas/hora 

95 días/ año2 turnos de 8 horas/día

Recipientes de vidrio de ½ kg llenos al 92% peso

Pulpa de durazno Densidad: 1,8 g/ml

900 lb/hora 47 días/año1 turno de 8 horas/día

Recipiente llenos al 92% peso Diámetro=2,76 pulgadas y altura=0,39 ft

a) Producto elaborado en gal/hora de piña y durazno Producto elaborado de piña, Aprovechamiento (65%)

(65%) =1950 =  =1.7 x

Conversión a galones

* Producto elaborado galones por hora6528 g - 1 gal1950 x – x gal X=298.7

* Producto elaborado de durazno =1.8 x * Aprovechamiento (65%) 900 x (65%) x

 1800 g - 1 l – X gal X=147,55 l

*   Conversión a galones147,55 l x X=38,41 gal en 1 hora

b) Producto elaborado en kg/año de piña y durazno * Piña1950. x  1950 =  * Durazno265590 x  265,59 =     

b) Cantidad de envases utilizados anualmente en ambos procesos. En el caso de la pulpa de durazno efectúe su cálculo considerando el contenido en * Envases para Piña

2964. kg x 1 año

 * Recipiente de:

500g – 100 %X - 92% X= 460 g llenos en cada envase

*Cantidad por envases

0.46 kg – 1 envases2964. - x envasesX= 6443478.26 envases       

* Envases para durazno 38,4 gal por hora 38.4 gal x = 10 litros 1 hora10 =

3760 x =3760.

*Volumen de envases =458.9 V=π x V= π x V=458.9

458.9 – 100% x - 92%*X=422.2 capacidad de cada envase

422.2 – 1 envases3760. - x envases *X= 8905.7 envases x año envases =458.9

d) Producto elaborado con base en el proceso en unidades del sistema fps. *Sistema fps*Producto elaborado:*Piña1950 kg por hora 1950 x  *Durazno265590 x

d) Si en el proceso de fabricación de pulpa de durazno se consumen 25 000 l/hora de agua; ¿Cuántos metros cúbicos de agua se consumen anualmente y cuál es su costo si el metro cúbico de agua cuesta $3,00? *Consume 25000  25000 x  * costo 1 – s/3.009400 - x*X= s/28.200 al año

14) La composición porcentual de un fertilizante para planta de ornato es:Óxido de fósforo 14.3% pesoSulfato de amonio 78.0% pesoCloruro de potasio 5.5% pesoHumedad el restoa) ¿Qué cantidad de fertilizante podría prepararse

con 200 kg se sulfato de amonio?b) ¿Qué cantidades se requieren de los otros

materiales?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?

Solución:

a) Cantidad de fertilizante producido con 200 kg de sulfato de amonio:

b) Cantidades de los otros materiales:- ÓXIDO DE FÓSFORO:

- CLORURO DE POTASIO:

- HUMEDAD:

c) Tercera parte en sobres de 150g y bolsas de 750g:- SOBRES DE 150g :

- BOLSAS DE 750g:

15)Una industria desea fabricar 8500 jabones de 150g cada uno; la composición y su costo es el siguiente:

a) ¿Qué cantidades de cada ingrediente se requieren para la fabricación de un jabón?

b) ¿Cuánto se requiere de cada ingrediente para satisfacer la producción total de jabones (exprese sus resultados en kg).

c) Según el costo de las materias primas, ¿en cuánto sale la producción de cada jabón?

d) Si el fabricante tiene que pagar $0.05 por cada envoltura, de mano de obra 8% del costo del jabón y por servicios otro 7%, ¿cuál será el costo global de esta producción?

e) Si el precio de venta de cada jabón es de $8.40, indique si este se vende al mismo costo, ¿cuánto se gana en términos de porcentaje?

COMPUESTO

COMPOSICIÓN

COSTO

Aceite de coco

80% peso $20.55/kg

Emolientes

15% peso $10.00/100g

Perfume 3% peso $14.50/100g

colorante 2% peso $3.30/100g

a) Cantidades de cada ingrediente para un jabón:- ACEITE DE COCO:

- EMOLIENTES:

- PERFUME:

- COLORANTE:

b) Cantidad de cada ingrediente para la producción total:- ACEITE DE COCO:

- EMOLIENTES:

- PERFUME:

- COLORANTE:

c) Costo de la producción de cada jabón:- ACEITE DE COCO:

- EMOLIENTES:

- PERFUME:

- COLORANTE:

d) Costo total de la producción:- Mano de obra: - Servicios: - Envoltura: - Costo del jabón:

SUMA TOTAL:

e) Se gana:

* No se vende al mismo costo.

17) Las plantas procesadoras de ganado tienen una capacidad instalada de sacrificio de 385467 cabezas de ganado, de las cuales el 4.7% corresponde a ganado porcino. Cada cabeza de ganado porcino beneficiada pesa 74kg y de esta se destina en promedio 45% a la producción de jamón. Determine:a) ¿Cuánto jamón se producirá de la industrialización y qué

cantidad de materias primas se requieren de curantes y otros materiales, considerando que por cada kilogramo de jamón se requieren las siguientes cantidades?Sal común 0.013 kgAzúcar 0.001 kgProteína de soya 0.020 kgCura premier 0.080 kgGlutamato monosódico 0.002 kg

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

Solución:

- Cabezas de ganado porcino:

- Carne total para jamón:

- Carne por kg de jamón:

a)- Jamón total producido:

- Total de sal común:

- Total de azúcar:

- Total de proteína de soya:

- Total de cura premier:

- Total de glutamato monosódico:

b) Porcentaje en peso de condimentos y de la carne para 1kg de jamón:

- % total condimentos:

-% carne:

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

*Al jarabe se le inyecta C para obtener el refresco. Cada botella se llena con 485,30 de jarabe (densidad del jarabe = 1,5).La jornada laboral es de dos turnos de 8 horas cada uno, 6 días a la semana y 11 meses al año.*Determine:

Extracto de colaSolución azucarada (71,34% peso de azúcar)Solución de ácido fosfórico (29% peso de ácido)CafeínaColor caramelo

a) La composición porcentual del jarabe concentrado:

Total (1217,25 kg) 100%Extracto de cola 98,6%Solución azucarada 0,12%Solución de ácido fosfórico

0,48%

Cafeína 0,25%Color caramelo 0,55%

 b) La cantidad de agua que llevan las soluciones de la fórmula *Solución azucarada = 1,5 kg100% - 1,5 kg X = 71,34% - Xpeso azúcar*X = 1,07 kg *Cantidad de agua =1,5 kg – 1,07 kg= 0,429 g*Solución del ácido fosfórico = 6 kg100% - 6 kg X = 29% - Xkg*X =1,74 kg*Cantidad de agua = 6 kg – 1,74 kg = 4,26 kg

c) ¿Cuántos envases se van a llenar por año si solo el 85% del jarabe es envasado y el resto se almacena?*  1 turno = 1217,25 kg* 2 turnos = 2434,5 kg 2434, 5  100% - 642708 kg X = 85% - Xkg* X = 546301, 8 kg * Densidad del jarabe =  1, 5 g - 1 ml X = 54630180 g - Xml* X =364201200 ml * Convertir a litros: 364201200 ml x = 364201, 2 l* Cantidad de envases: 1 envase = 485,30 x

1 envase - l X = x envases - 364201,3 l* X = 750466,1 envases ≐ 750466 envases

24) Para la fabricación de pólvora se requiere carbón (C), azufre (S) y nitrato de potasio 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 cada materia prima se necesitaría

para producir ?b) 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 por lb, nitrato de potasio $3.20 por lb.

Considere que la jornada de trabajo es de 365 días al año.P.A. C:12 S:32 N:14 K:39 O:16

Solución:

*Carbón C 10%*Asufre S 15%* 75%

a) Cantidad de materia prima para 4T/día:

b) Costo de materia prima por día y por 6 meses:

- En un día:

CARBÓN:

ASUFRE:

NITRATO DE POTASIO :

-En 6 meses:

CARBÓN:

ASUFRE:

NITRATO DE POTASIO:

26) Para efectuar un proceso industrial, se requiere diariamente de 136 lb de HCl reactivo puro, para satisfacer esta necesidad se tienen tres soluciones:HCl al 83% peso $1.40/kgHCl al 25% peso $0.47/kgHCl al 40% peso $0.75/kgDeterminar con cuál solución resultaría más económico efectuar el proceso y con cuál sería más costoso.

Solución:

HCl puro:

-HCl al 83%:

- HCl al 25%:

- HCl al 40%:

Resultaría más económico con la solución de HCl al 83% y más costoso con la solución de HCl al 25%.