Contextualización de la asignatura

La asignatura pretende dar a conocer los conocimientos que gobiernan las distintas operaciones básicas en la Ingeniería Química cuya aplicación requiere métodos de cálculo y ecuaciones de diseño. Sus bases son los fenómenos de transferencia de calor y de materia y sus leyes de conservación que permiten, mediante un desarrollo matemático adecuado, la obtención de soluciones para distintos procesos.

Los razonamientos teóricos se han minimizado y, lejos de pretender profundizar en el desarrollo matemático, están orientados a la comprensión y diseño de procesos habituales en la industria química y, principalmente, relacionados con el sector de la alimentación.

Se trata de una asignatura introductoria a las asignaturas de Operaciones Básicas I y Operaciones Básicas II que cursarán durante los cuatrimestres siguientes, respectivamente. La asignatura utiliza algunos de los conocimientos adquiridos en las asignaturas de física y matemáticas de primer curso.



Competencias específicas (CE) de la asignatura

CE1. Conocer los sistemas de unidades de magnitudes físicas. Adquirir destreza en los cálculos numéricos propios de la ingeniería.

CE2. Plantear y resolver adecuadamente balances macroscópicos de materia en operaciones sencillas.

CE3. Plantear y resolver adecuadamente balances de energía entálpico en sistemas de intercambio de calor.

CE4. Plantear y resolver adecuadamente balances de energía mecánica aplicados al flujo de fluidos por conducciones.

CE5. Demostrar conocimientos básicos sobre la ingeniería de la reacción química.

CE6. Conocer los principios básicos sobre el funcionamiento y diseño de operaciones de separación.



Competencias transversales (CT) del Grado relacionadas con la asignatura

CT1. Desarrollar la capacidad de reunir datos experimentales relacionados con problemas concretos e interpretarlos según los conocimientos adquiridos.

CT2. Sintetizar información y ser capaz de expresar conclusiones mediante la elaboración de trabajos escritos.

CT3. Ser capaz de realizar trabajo en equipo.

CT4. Ser capaz de buscar, seleccionar e interpretar información procedente de fuentes bibliográficas.

Tema 1. Introducción

Los procesos químicos en la actualidad. Ingeniería química en el marco de la Ciencia y Tecnología de Alimentos.

Tema 2. Principios básicos para los cálculos en ingeniería

Sistemas de magnitudes y unidades. Sistema CGS. Sistema imperial. Sistema internacional de unidades. Factores de conversión entre unidades.

Tema 3. Conceptos generales en la ingeniería química

Sistema. Propiedades extensivas e intensivas. Densidad. Concentración. Humedad. Calor específico. Presión. Entalpía. Tipos de flujo: pistón vs. mezcla perfecta. Regímenes de operación: continua/discontinua, continuo/discontinuo, estacionario/no estacionario.

Tema 4. Principios básicos del flujo de fluidos

Viscosidad. Flujo laminar y turbulento: número de Reynolds. Ecuaciones básicas: balance de materia y de energía, ecuaciones de continuidad y de Bernoulli. Pérdidas de energía en el flujo de fluidos. Pérdidas de carga menores. Cálculo de las necesidades de bombeo en instalaciones sencillas. Medidores de caudal.



Tema 5. Balances de materia

Fundamentos de los Balances de materia. Ley de conservación de la materia. Balance de materia macroscópico general. Balance de materia parcial con y sin reacción química. Balance de materia en estado estacionario. Caso práctico. Recirculación. Balance de materia en estado no estacionario. Diagramas de flujo.

Tema 6. Balances de energía

Fundamentos de los Balances de energía. Ley de conservación de la energía. Balance general de energía. Balance de energía macroscópico. Tipos de balance. Casos particulares del balance de energía: sistema cerrado, sistema abierto sin reacción química y con reacción química. Cálculo de la variación de entalpía.

Tema 7. Introducción a la ingeniería de la reacción química

Generalidades de la reacción química. Clasificación de las reacciones químicas. Conversión. Reactivo limitante. Velocidad de reacción. Ecuación cinética. Constante cinética. Energía de activación. Análisis de la ecuación cinética. Método integral.



Prácticas de laboratorio

El objetivo principal de la experimentación en Ingeniería Química se ha dirigido hacia la comprensión y familiarización con el significado de los conceptos fundamentales que se explican durante las clases teóricas (terminología básica, unidades de medida, conceptos generales en flujo de fluidos, pérdida de carga, elementos medidores de caudal, parámetros característicos en operaciones de destilación, tipos de destilación, velocidad de reacción química, etc.).





Práctica 1: Determinación teórica y real de la pérdida de carga en una instalación hidráulica.

Práctica 2: Determinación de la velocidad media en tuberías a partir de la lectura en manómetros acoplados a orificios (Venturi y diafragma).

Práctica 3: Resolución del balance de energía en un equipo de evaporación.

Práctica 4: Estudio de la cinética de oxidación de etanol.

MODALIDADES DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE

El contenido de la asignatura se imparte utilizando distintas modalidades docentes descritas a continuación. Una parte del temario se impartirá utilizando metodologías activas de enseñanza-aprendizaje, concretamente el denominado Aprendizaje Basado en Problemas (ABP). Los contenidos y la dedicación de los estudiantes al ABP comprende el 25% de los créditos ECTS de la asignatura.

Actividades presenciales

- Clases teóricas (Magistrales): exposición oral por parte del profesor de los contenidos teóricos fundamentales de cada tema.

- Clases prácticas de resolución de problemas (Magistrales): resolución por parte del profesor de problemas propuestos.

- Seminarios de problemas (P. Aula): resolución por parte de los alumnos de ejercicios y casos prácticos propuestos por el profesor. Los estudiantes trabajarán en grupos de tres.

- Prácticas de laboratorio: realización de actividades experimentales relacionadas con los contenidos teóricos expuestos en las clases teóricas.

- Sesiones ABP (Magistrales).Se utilizarán distintas metodologías para desarrollar las actividades cooperativas, entre ellas la conocida Jigsaw debido a que se adapta perfectamente a las necesidades de la actividad, en la que existen diferentes conceptos a trabajar. Otras metodologías de aula utilizadas serán la resolución de casos prácticos y la respuesta por escrito a preguntas especificas del tutor.

SISTEMA DE EVALUACIÓN

La calificación final del alumno será la resultante de ponderar la calificación obtenida en los siguientes apartados. El problema ABP tendrá una contribución total del 35% sobre la nota final del alumno.



i)Examen final (65% de la nota final). La asignatura se evaluará mediante un examen teórico-práctico final en el que se incluye toda la materia que se ha impartido a lo largo del curso. Se valorará el planteamiento general, uso adecuado de las ecuaciones, sistemas de magnitudes y unidades, la claridad expositiva así como la bondad de los resultados finales obtenidos.



ii)Prácticas de laboratorio. La evaluación de las prácticas (25% de la nota final), cuya asistencia es obligatoria, se basa en la elaboración (en grupo) de la memoria de prácticas (10%), del informe ABP (10%) y la respuesta a preguntas específicas en el examen final (5%).



iii)Seminarios (de resolución de problemas). Se realizarán tres seminarios, relativos a los temas 4, 5 y 7. La semana siguiente a finalizar cada tema, en horario de aula y en grupos de tres, los alumnos trabajarán en la resolución de un problema donde se aplicarán los conocimientos adquiridos en ese tema. Para ello, podrán hacer uso de todo el material docente (apuntes, trasparencias, tablas, etc) que consideren necesario. La participación es obligatoria y representa el 10% de la nota final.

iv)Participación y actitud del alumno en el aula. La evaluación se realizará a través del seguimiento diario del alumno y su participación y actitud general en el curso. Este aspecto representará hasta un 5% adicional sobre la nota final.

Bata en el laboratorio.

Basic bibliography

 “Introducción a la ingeniería de los alimentos” R.P. Singh, D.R. Heldman, Acribia 1998.

 “Introducción a la ingeniería química”, Calleja, G. y cols., Síntesis, Madrid 1999.

“Introducción a la ingeniería química: problemas resueltos de balances de materia y energía”. Izquierdo, J.F., Ed. Reverté, Barcelona, 2011.

“Ingeniería de la industria alimentaria Volumen I. conceptos básicos”, J. Aguado y cols. Síntesis, Madrid 1999.

“Problemas de balances de materia y energía” A. Valiente Barderas, R.P. Tlacatzin Stivalet, Alhambra Mexicana, 1991.

“Ingeniería química I. Unidades del S.I” J.M. Coulson J.F. Richardson, Reverte 1979.

“Introducción a la ingeniería química” E.V. Thompson, W.H. Ceder. McGraw Hill 1979.

“Balances de materia y energía” G.V. Reklaitis Interamericana 1986.

In-depth bibliography

“Principios básicos de los procesos químicos” Richard M Felder, Ronald W. Rousseau, editorial El Manual Moderno, S.A., México, 1981.
“Omnilibro de los reactores químicos” Levenspiel, Octave, Reverté, 1985.

Journals

Alimentaria
Alimentación equipos y tecnología