La asignatura de Reactores Químicos y Biológicos es una asignatura de 3er curso del Grado en Ingeniería Ambiental, y pertenece al módulo M04 de Ingeniería Ambiental. En ella se abordan todos aquellos aspectos que el futuro graduado deberá tener en cuenta para llevar a cabo, de una manera sostenible, la transformación de un producto en otro, tengan éstos un origen químico o biológico.



Por ser una asignatura situada en el 2º cuatrimestre del 3er curso, cuando el alumnado llega a ella, debe contar con los conocimientos suficientes de matemática, física, química, biología y termodinámica, así como también de aquellos relacionados con el transporte de cantidad de movimiento (Mecánica de Fluidos) y de energía (Termotecnia), Automática y Control de Procesos o Resistencia de Materiales. También debe disponer de formación en aspectos básicos de programación y resolución de ecuaciones diferenciales, contar con experiencia en el manejo de programas informáticos como el Matlab o Engineering Equation Solver (EES). Todos estos conocimientos son importantes para comprender y resolver las ecuaciones de diseño de reactores.



Por otra parte, y desde el punto de vista de la integración de sistemas de reacción en un proceso industrial, en el cuatrimestre anterior, el estudiante ha debido cursar las asignaturas de Operaciones Básicas en Ingeniería Ambiental y Biotecnología, por lo que cuenta con las habilidades necesarias para diseñar y seleccionar aquellas unidades de operación más idóneas para pre-tratar o post-tratar una determinada corriente, y obtener un producto final que sea económica y ambientalmente sostenible. En definitiva, al finalizar el 3er curso de formación, el estudiante tendrá una visión integrada de un proceso industrial. Esta visión se complementa con competencias que también adquiere en otras asignaturas del mismo módulo como Instalaciones y Complejos Industriales y Urbanos o Geotecnia, Estructuras y Obras, las cuales se imparten paralelamente a la asignatura de RQB.



Asimismo, los conocimientos adquiridos en la asignatura de RQB serán claves para aquellos más específicos que se adquieran en las asignaturas de especialización del Grado (módulo de optatividad -M05-) como por ejemplo Tecnología de Tratamiento de Aguas o Tecnología de Tratamientos de Residuos y Suelos Contaminados, las cuales se imparten en el 4º curso de la titulación.

Las competencias que deberá alcanzar el alumnado corresponden al módulo M04 de Ingeniería Ambiental:



a) Capacidad para el análisis, diseño, simulación y optimización de procesos y sistemas con relevancia ambiental, tanto naturales como artificiales.



b) Conocimientos y capacidad para participar en el diseño, proyecto y ejecución de soluciones de ingeniería a problemas ambientales, incluyendo la evaluación de estrategias alternativas y criterios de control y seguridad.



c) Conocimientos sobre balances de materia y energía, biotecnología, transferencia de materia, operaciones de separación, ingeniería de la reacción química y biológica, diseño de reactores, y valorización y transformación de materias primas y recursos energéticos.



d) Conocimiento de diseño y gestión de procedimiento de experimentación aplicada, y modelado de fenómenos y sistemas en el ámbito de la ingeniería ambiental, sistemas con flujo de fluidos, transmisión de calor, operaciones de transferencia de materia, cinética de las reacciones químicas y reactores químicos y biológicos.



Como consecuencia de los resultados del aprendizaje deberán saber:



- Dimensionar y diseñar un reactor químico y/o biológico, tanto por métodos numéricos clásicos como haciendo uso de simuladores de procesos, con especial énfasis en los sistemas de tratamientos de efluentes y su influencia en la prevención de la contaminación y del desarrollo sostenible.



- Redactar y exponer de trabajos sobre ingeniería de la reacción química y biológica.

Bloque 1. Cinética química.

Bloque 2. Reactores de mezcla completa y de flujo-pistón: Diseño de sistemas de reacción homogéneos y heterogéneos. Caracterización de los modelos de flujo. Uso de trazadores.

Bloque 3. Reactores biológicos. Configuraciones par reciclado de biomasa activa.

Bloque 4. Agitación y aeración. Configuraciones de reactores.

Se van a emplear tanto metodologías grupales como individuales. En las clases presenciales se desarrollarán los conceptos teórico-prácticos de la asignatura mediante la modalidad magistral, no obstante fomentando la participación del alumnado a través del planteamiento de preguntas que inciten a discusiones y análisis de los sistemas de reacción. También parte del tiempo presencial se dedicará a la resolución de problemas de forma individual o grupal de forma participativa. Asimismo, se potenciará el trabajo en grupos reducidos a través de la realización de prácticas de ordenador realizando ejercicios-trabajos en los que puedan emplear diversas herramientas informáticas (bases de datos y software específico), y después de estas sesiones, se entregará al docente un informe con el resultado de las actividades realizadas para el seguimiento de las mismas. En las prácticas de laboratorio se desarrollarán trabajos experimentales para obtener datos relacionados con procesos que se hayan analizado de forma teórica en clase.



También se emplearán las tecnologías de información y comunicación, como hojas de cálculo (Excel), software de simulación de procesos químicos (Aspen Plus) y software de métodos numéricos (Polymath). Además, se utilizará la plataforma eGela para intercambiar información y enlaces de interés, distribuir las notas de clase, encargar-entregar actividades y ejercicios, así como para anunciar cambios de horario/novedades.



“En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una actividad docente y/o evaluación presencial, se activará una modalidad no presencial de la que los/las estudiantes serán informados puntualmente.”

• Sistema de Evaluación Continua
• Sistema de Evaluación Final
• Herramientas y porcentajes de calificación:
  • Prueba escrita a desarrollar (%): 70
  • Evaluación continua: 30% de la nota final de la asignatura, desglosada de la siguiente manera: Actividades de seguimiento: 10% Prácticas de ordenador: 6% Laboratorio y tratamiento de datos: 6% Proyecto con pequeños entregables en equipo (búsqueda de información, resolución de problemas, simulación de sistemas de reacción, etc.): 8% (%): 30

La calificación final de la asignatura se obtendrá aplicando el 70% a la nota obtenida en la Prueba Final Individual, y el restante 30% de la nota se obtendrá por Evaluación Continua a lo largo del cuatrimestre. Para tener en cuenta ambos porcentajes es obligatorio tener aprobadas ambas partes, esto es, tener en cada una de ellas una nota mayor o igual a 5 puntos sobre 10. En caso de no llegar al mínimo de 5 puntos sobre 10 en la Prueba Final Individual, la nota obtenida en dicha prueba se convierte automáticamente en la calificación definitiva del acta.

Características de la Prueba Final Individual: consiste en una prueba escrita que supondrá el 70% de la nota final y constará de problemas de tipo teórico-práctico y puede incluir algunas cuestiones teóricas.



Características de la Evaluación Continua: supone el 30% de la nota final de la asignatura y se realizará a lo largo del cuatrimestre y tiene carácter obligatorio. Está desglosada de la siguiente forma:



Actividades de seguimiento: se realizarán de forma individual, preferentemente durante las clases presenciales y tendrán un peso del 10%. Tienen por finalidad conocer el grado de seguimiento que el alumnado está haciendo de la asignatura. Los cuestionarios podrán realizarse sin previo aviso.



Prácticas de ordenador: se realizarán de forma individual. En total son 4 sesiones de ordenadores de 3 horas cada una. En las primeras sesiones se trabajará con el programa Polymath para la resolución de problemas planteados en las clases magistrales. Esta parte se evalúa directamente en la prueba final. Durante las otras sesiones de ordenador se trabajará con el programa Aspen Plus. A lo largo de estas sesiones se aprenderá a trabajar con este simulador y al finalizar las prácticas el alumnado deberá entregar un documento que se evaluará y tendrá un peso del 6%.



Laboratorio y tratamiento de datos experimentales: se realizará en una sesion de 3 horas de duración. La práctica de laboratorio estará relacionada con la cinética química o sistemas de reacción bio-másicos. Se realizará por equipos de máximo dos personas. Durante la sesión el alumnado llevará a cabo la parte experimental en la que recogerá datos experimentales para su posterior tratamiento. Antes de acudir a la primera sesión de laboratorio el alumnado debe entregar un documento de trabajo previo. Para la evaluación, el equipo de trabajo deberá entregar los resultados del tratamiento de los datos experimentales con sus observaciones y/o comentarios, y la nota obtenida tendrá un peso total del 6%.



Proyecto con pequeños entregables en grupo: consiste en una serie de tareas (búsqueda de información, resolución de problemas, simulación de sistemas de reacción, etc.) que tendrán un peso total del 8%. Se realizará a lo largo de la asignatura, y englobará todos los conocimientos adquiridos para la resolución de un caso práctico.





No obstante tal y como recoge el artículo 8 en su punto 3 de la normativa reguladora de la evaluación del alumnado en las titulaciones oficiales de grado, el alumnado tendrá derecho a ser evaluado mediante el sistema de evaluación final, independientemente de que haya participado o no en el sistema de evaluación continua. Para ello el alumnado deberá presentar por escrito al profesorado responsable de la asignatura la renuncia a la evaluación continua. En el caso particular de esta asignatura constando de 15 semanas, el escrito se enviará antes de la semana 9 desde el comienzo del cuatrimestre.



La renuncia a la evaluación continua no exime de la evaluación de las competencias que se trabajan en la evaluación continua. Es por ello que aquellos/as alumnos/as que no hayan participado, o que hayan suspendido la parte de la asignatura evaluada de forma continua y se presenten a la evaluación final deberán realizar:



a) Una Prueba final Individual (70% de la nota final).

b) Una prueba o actividad para poder evaluar y medir los resultados de aprendizaje adquiridos en la práctica de laboratorio (15% de la nota final).

c) Una simulación de un sistema de reacción mediante simulador de procesos (15% de la nota final).

En esta convocatoria se realizará una Prueba Final Individual (70% de la nota). En caso de no llegar al mínimo de 5 puntos sobre 10 en la Prueba Final Individual, la nota obtenida en dicha prueba se convierte automáticamente en la calificación definitiva del acta.



El restante 30% se tomará de la nota de la evaluación continua, siempre que esta nota esté aprobada. En caso de haber renunciado a la evaluación continua o haberla suspendido el alumno/a tendrá que evaluarse también de las competencias correspondientes:



- Una prueba o actividad para poder evaluar y medir los resultados de aprendizaje adquiridos en la práctica de laboratorio (15% de la nota final).

- Una simulación de un sistema de reacción mediante simulador de procesos (15% de la nota final).



El 30% de la nota de evaluación continua se guardará sólo hasta esta convocatoria, es decir, no se mantendrá para años posteriores.

- Libro de texto: Fogler, H.S., Elementos de ingeniería de las reacciones químicas, 4ª Ed., Pearson-Prentice Hall, 2008.
- Herramientas informáticas de cálculo:
Hojas de cálculo Excel.
Polymath.
Software de simulación de procesos Aspen Plus.
Bases de datos (ver bibliografía).

Bibliografía básica

- Doran, P.M., Principios de ingeniería de los bioprocesos. Acribia, 1998.

- Levenspiel, O. Ingeniería de las reacciones químicas (3ª Ed.). Wiley, 2004.

- Gódia, F. y J. López, Eds., Ingeniería bioquímica, Síntesis, 1998.

- Santamaría, J.M., J. Herguido, M.A. Menéndez y A. Monzón. Ingeniería de reactores, Síntesis, 1999.

Bibliografía de profundización

- Ullman, Ullmann's biotechnology and biochemical engineering, Wiley-VCH, 2007.
- Perry, Manual de Ingeniería Química, 7ª Ed., McGraw-Hill, 2001.
- Chemical Engineering Kinetics (3ª Ed.). J.M. Smith, 1981.
- Heterogeneous Catalysis in Industrial Practice (3ª Ed.). C.N. Satterfield. Krieger Publishing Company, 1996.
- Chemical Kinetics and Catalysis. Richard I. Masel. Ed. Wiley, 2001.

Revistas

-Chemical Abstracts
-Chemical Engineering Abstracts
-Chemical Engineering & Technology. Wiley-VCH, Weinheim
-Chemie-Ingenieur Technik. Wiley-VCH, Weinheim
-AlChE Journal. AIChE, New York
-Ingeniería Química. Suplemento Nuevas Plantas. Ingeniería Química S.A., Madrid
-Química e Industria. Asociación Nacional de Químicos de España, Madrid
-Chemical Engineering. McGraw-Hill, New York
-Journal of Chemical Technology and Biotechnology. John Wiley and Sons, New York

Direcciones web

http://www.acs.org
http://www.aiche.org
http://www.elsevier.com
http://www.accessscience.com
http://www.dekker.com
http://sciencedirect.com