1a Lista de exercicios

Prévia do material em texto

Universidade Tecnológica Federal do Paraná 
Campus Londrina 
Departamento Acadêmico de Alimentos 
Professora Marianne Ayumi Shirai 
 
1ª Lista de exercícios 
Introdução às Operações Unitárias na Indústria de Alimentos 
 
1) Faça as seguintes conversões: 
a. Densidade de 60 lbm/ft3 para kg/m3 
b. O valor de energia de 1,7x103 Btu para kJ 
c. O valor de entalpia de 2475 Btu/lbm para kJ/kg 
d. O valor de pressão de 105 Pascal para bar, atm e mm Hg 
e. O valor de volume de 6,8 m3 para ft3 
f. O valor de entropia de 0,175 kJ/kg. K para Btu/lb.K 
 
2) Expresse a temperatura de 1985°C em K, °R e °F. 
 
3) Calcule o balanço de massa total e o balanço de massa dos componentes para a 
mistura de ingredientes para produzir 25 kg de salsicha com teor de gordura de 30%, 
utilizando carne de gado fresca e gordura de gado. Tipicamente a carne de gado 
contém 18% de proteína, 12% de gordura e 68% de água, e a gordura de gado 
contém 78% de gordura, 12% de água e 5% de proteína. 
 
4) A padronização é o processo da indústria de laticínios para a obtenção de um produto 
com composição desejada a partir de uma mistura de componentes. Qual é a 
quantidade de leite com 3,6% de gordura que deve ser misturada a um creme de leite 
contendo 35% de gordura para obtenção de 13.000 kg de outro creme de leite com 
18% de gordura? 
 
5) O suco concentrado é preparado partindo do suco extraído da fruta. Em 100 kg desse 
suco recém-extraído encontram-se 4% em massa de sólidos solúveis e 10% em 
massa de sólidos insolúveis. Todos os sólidos insolúveis são retidos em um filtro 
(admita que o filtro retenha apenas os sólidos insolúveis) e o suco filtrado segue para 
um evaporador. Se a concentração final do suco concentrado deve ser 20% em massa 
de sólidos solúveis, qual é a massa de água que deve ser evaporada? 
 
6) Na produção de sal de nitrato de potássio (KNO3), uma solução contendo 20% de 
KNO3 é alimentada em um evaporador, que evapora água a 422 K, para produzir uma 
solução de KNO3 a 50%. A solução alimenta um cristalizador a 311 K, onde cristais 
contendo 96% de KNO3 são removidos. A solução saturada contém 37,5% de KNO3 e 
é reciclada ao evaporador. Calcule a quantidade de solução na corrente de reciclo, em 
kg/h e a produção de cristais, em kg/h. 
 
7) A análise de uma cachaça revelou a seguinte composição: 
 
Componente % 
Álcool etílico 33,0 
Álcool n-propílico 0,03 
Álcool isobutílico 0,07 
Álcool isoamílico 0,15 
Ésteres 0,06 
Cinzas - 
Outros 0,1 
 
Essa cachaça é obtida em um destilador contínuo. O vinho, que é resultado da 
fermentação e que é alimentado ao processo de destilação, tem a seguinte composição: 
Componente % 
Álcool etílico 6,5 
Álcool n-propílico 0,3 
Álcool isobutílico 0,4 
Álcool isoamílico 0,4 
Ésteres 1,1 
Cinzas 0,9 
Outros 11,2 
 
Para a produção de 100 kg/h de cachaça, são utilizados 520 kg/h de vinho. Nesse 
caso, calcule a vazão e a composição da vinhaça, que é outro produto da destilação sem 
valor comercial. Observe que o teor restante nas tabelas acima corresponde à água, que 
é o componente majoritário no vinho alcoólico e na cachaça. 
 
8) Em uma indústria processadora de suco de laranja, 1000 kg de suco são extraídos por 
hora, contendo uma concentração de sólidos totais de 12% em massa. Após o 
processo de extração, o suco de laranja é filtrado para a separação da polpa. Como 
resultado dessa operação, obtém-se 250 kg/h de polpa e 750 kg/h de suco clarificado. 
Esse suco é enviado para um evaporador a vácuo, onde o mesmo é concentrado até 
55% em massa de sólidos totais. Toda polpa de fruta resultante do processo de 
filtração é desviada do evaporador através de uma corrente de bypass e adicionada ao 
suco concentrado em um misturador. Considerando que o produto final obtido contém 
40% em massa de sólidos, calcule: 
a) A concentração de sólidos no suco clarificado; 
b) A vazão mássica de suco final concentrado; 
c) A concentração de sólidos na polpa de fruta desviada (corrente bypass) do 
evaporador. 
 
 
 
 
 
 
9) Em uma fábrica de fertilizante se produz o fertilizante “superfosfato”, tratando fosfato 
de cálcio com 92% de pureza pelo ácido sulfúrico concentrado de acordo com a 
equação: 
Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 → 2CaSO4 + CaH4(PO4)2 
 
Em um teste foram misturados 500 kg de fosfato de cálcio com 260 kg de ácido 
sulfúrico, obtendo-se 280 kg de superfosfato, CaH4(PO4)2. Determine: 
a) o reagente limitante 
b) a fração em excesso de reagente 
c) o grau de conclusão da reação 
d) a conversão do fosfato em superfosfato. 
 
10) Estão sendo pesquisados combustíveis alternativos para veículos que geram menos 
poluentes que a gasolina. O propano foi sugerido como uma alternativa. Suponha que, 
num teste, sejam queimados 20 kg de C3H8 com 400 kg de ar, produzido 44 kg de CO2 
e 12 kg de CO. Determine a percentagem de ar em excesso. 
 
 
Respostas: 
1) a. 961,1 kg/m3; b. 1,8 x 103 kJ; c. 5757 kJ/kg; d. 0,987 atm, 1 bar, 14,5 lbf/pol2; e. 
240,14 ft3; f. 0,075 Btu/lb.K 
2) 2258,15 K; 4064,67°R; 3605°F. 
3) 18,18 kg de carne de gado; 6,82 kg de gordura de gado. As frações mássicas dos 
componentes da salsicha são 0,14 de proteína e 0,56 de água. 
4) 7038,22 kg de leite; 5961,78 kg de creme de leite. 
5) 70,2 kg de água. 
6) 208,3 kg/h de cristais; 764,32 kg/h de solução na corrente de reciclo. 
7) A vazão da vinhaça é de 420 kg/h e sua composição é: álcool etílico 0,19%, álcool n-
propílico 0,36%, álcool isobutílico 0,48%, álcool isoamílico 0,46%, ésteres 1,35%, 
cinzas 1,11%, outros 13,84%, água 82,21%. 
8) a. 0,037 kg sólidos/kg de suco; b. 300 kg/h; c. 0,37 kg de sólidos/kg de polpa. 
9) a. H2SO4; b. 11,7%; c. 90,6%; d. 81,1% 
10) 15,9%