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Grado en Ingeniería Química Industrial

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Operaciones Básicas I

Código asignatura
GIIQUI01-3-002
Curso
Tercero
Temporalidad
Primer Semestre
Carácter
Obligatoria
Créditos
6
Pertenece al itinerario Bilingüe
No
Guía docente

La asignatura Operaciones Básicas I tiene carácter obligatorio, se imparte en el primer semestre del tercer curso del Grado en Ingeniería Química Industrial, está incluida en el Módulo de Tecnología Específica de Química Industrial y pertenece a la materia de Ingeniería Química..

Tras el estudio, el segundo curso, de las asignaturas  Ingeniería Térmica (Primer semestre), Mecánica de Fluidos Fundamentos de los Procesos Químicos (Segundo Semestre), en donde se han abordado los procesos físicos, así como los balances de materia y energía, que son fundamentales y comunes a todas las operaciones básicas, en Operaciones Básicas I, se ahondará en el aspecto más aplicado de estas operaciones.

La asignatura se encuentra divida en dos bloques: operaciones basadas en el flujo de fluidos y operaciones de transmisión de calor. En el primer bloque, además del flujo de fluidos no newtonianos y de los procesos de agitación y mezcla, no estudiados en asignaturas anteriores, se tratarán las operaciones basadas en el flujo externo de fluidos: filtración, sedimentación, centrifugación y fluidización, haciendo especial hincapié en el diseño de los equipos necesarios para las mismas.  En el segundo bloque, se estudiarán las operaciones  en  las que se hayan implicados todos los modos de transmisión de calor: conducción, convección y radiación. Asimismo, se abordará el diseño de los equipos en los que se llevan a cabo las operaciones básicas de transmisión de calor: cambiadores, condensadores, evaporadores y cristalizadores.

Esta asignatura forma parte del núcleo principal del conocimiento relativo a la Ingeniería Química. Los conocimientos y competencias que proporciona resultan necesarios para la asignatura práctica Experimentación en Química y Tecnología Química, que se impartirá en el segundo semestre del tercer curso del Grado en Ingeniería Química Industrial.

Como ya se ha indicado, las asignaturas Ingeniería Térmica (1er semestre, 2º curso), Mecánica de Fluidos y Fundamentos de los Procesos Químicos (2ºsemestre, 2º curso) son la base de la presente asignatura. Por tanto, aunque no es un requisito necesario para poder matricularse, sería aconsejable que se hubieran cursado previamente. Asimismo, resulta especialmente recomendable disponer de una buena base de conocimientos de física, química, matemáticas y termodinámica.

Por otra parte y aunque no es un requisito necesario haber cursado esta asignatura para poder matricularse en la asignatura práctica Experimentación en Química y Tecnología Química, se recomienda encarecidamente que se curse previamente.

En esta asignatura, además de las competencias generales y comunes a la rama industrial indicadas en la memoria de verificación para la misma, se tratarán las siguientes competencias de tecnología específica.

Competencias específicas 

    CQ1

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

    CQ2

Capacidad para el análisis, diseño, simulación y optimización de procesos y productos.

    CQ3

Capacidad para el diseño y gestión de procedimientos de experimentación aplicada, especialmente, para la determinación de propiedades  termodinámicas y de transporte, y modelado de fenómenos y sistemas en el ámbito de la ingeniería química, sistemas con flujo de fluidos, transmisión de calor, operaciones de transferencia de materia, cinética de las reacciones químicas y reactores.

Estas competencias se concretan en los siguientes resultados de aprendizaje:

        ROB-1

   (CQ1 y CQ3)

Al superar la asignatura, el alumno conocerá y relacionará las variables involucradas en los procesos de transferencia de materia y energía en las operaciones básicas la Ingeniería Química.

       ROB-2

   (CQ1, CQ2 y CQ3)

Al superar la asignatura, el alumno podrá calcular y diseñar equipos para las operaciones de filtración, sedimentación y fluidización.

      ROB-3

   (CQ1 y CQ3)

Al superar la asignatura, el alumno aplicará las ecuaciones básicas de la transmisión de calor   a casos particulares de procesos químicos y podrá estimar coeficientes individuales y globales de transmisión de calor.

     ROB-4

  (CQ1, CQ2 y CQ3)

Al superar la asignatura, el alumno podrá calcular y diseñar cambiadores de calor, condensadores, evaporadores y cristalizadores para la industria química.

BLOQUE 1. OPERACIONES BÁSICAS DE FLUJO DE FLUIDOS

Tema 1 Flujo de fluidos newtonianos y no newtonianos. Introducción. Conceptos fundamentales en fluidos no newtonianos. Transporte de fluidos no newtonianos por tuberías. Balances macroscópicos en el flujo de fluidos no newtonianos.

Tema 2  Agitación y mezcla. Introducción. Equipo para agitación. Hidrodinámica de la agitación. Consumo de potencia en tanques agitados. Mezcla. Selección del agitador y paso de escala.

Tema 3 Flujo de fluidos a través de lechos porosos. Filtración. Introducción. Fundamentos del flujo de fluidos a través de lechos porosos. Aspectos prácticos de la filtración. Equipos para filtración. Fundamentos teóricos de la filtración de torta.

Tema 4  Sedimentación y centrifugación. Consideraciones básicas sobre sedimentación. Clasificadores por gravedad. Clasificadores lavadores. Clarificadores y espesadores. Introducción a la centrifugación. Teoría de la centrifugación para la separación de líquidos inmiscibles. Teoría de la sedimentación centrífuga para separaciones sólido-líquido. Equipo para operaciones centrífugas. Ciclones.

Tema 5 Fluidización. Introducción. Ecuaciones básicas. Tipos de fluidización. Ventajas e inconvenientes de los lechos fluidizados. Aplicaciones industriales de la fluidización.

 

BLOQUE 2. OPERACIONES BÁSICAS DE TRANSMISIÓN DE CALOR

Tema 6 Introducción a las operaciones básicas de transmisión de calor. Transmisión de calor y termodinámica. Importancia de la transmisión de calor. Formas de transmisión de calor. conservación de la energía. Medida de la temperatura.

Tema 7 Cambiadores de calor. Definición y tipos. Diseño térmico Cálculo del rendimiento de un cambiador de calor. Número de unidades de transmisión en cambiadores de calor.  Selección de cambiadores de calor.

Tema 8  Condensadores. Introducción. Transmisión de calor desde vapores condensantes: condensación en gotas y en película (Teoría de Nusselt). Tipos de condensadores.

Tema 9 Evaporadores.  Transmisión de calor a líquidos en ebullición: ebullición de líquido saturado y ebullición en convección forzada. Evaporación y evaporadores. Funcionamiento de los evaporadores tubulares: capacidad, economía, operación de múltiple efecto. Recompresión del vapor.

Tema 10 Cristalización. Introducción. Geometría de los cristales. Fundamentos de la cristalización: pureza de los cristales, equilibrio (solubilidad y diagramas de fase) rendimiento de la operación, balances de entalpía, sobresaturación, nucleación y crecimiento de los cristales. Equipo de cristalización. Diseño de cristalizadores

Con objeto de racionalizar la organización docente de la asignatura, se ha realizado la distribución de sus contenidos con arreglo a la siguiente tipología de modalidades docentes:

      1.   Presenciales

              a.  Clases expositivas: 43 horas

              b.   Prácticas de aula/Seminarios: 7 horas

              c.  Tutorías grupales: 4 horas

              d.  Sesiones de evaluación: 6 horas

      2.    No presenciales

             a.   Trabajo autónomo: 80 horas

             b.   Trabajo en grupo: 10 horas

Al comienzo del curso, los alumnos reciben información escrita que incluye la Guía Docente y también dispondrán, con antelación a su resolución, de los enunciados de los ejercicios numéricos que se desarrollarán en las clases.

Las clases expositivas se dedican a actividades teóricas o prácticas impartidas de forma fundamentalmente expositiva por parte del profesor. Se pondrán a disposición de los estudiantes los materiales necesarios que faciliten su comprensión y se utilizarán técnicas audiovisuales.

Las clases prácticas de aula se dedican a actividades de discusión teórica y a actividades prácticas que requieren una elevada participación del estudiante. Se planteará la realización de trabajos académicamente dirigidos, individuales o en grupo, fomentando la búsqueda mediante TIC de bibliografía, así como la exposición y discusión en clase de los mismos.

Finalmente, en las tutorías grupales el alumno expondrá sus dudas sobre los contenidos de las clases expositivas o de los trabajos y ejercicios que se hayan propuesto, que el profesor aclarará.

 El valor de cada uno de los sistemas de evaluación, tanto en convocatorias ordinarias como extraordinarias, expresado en porcentaje, será el siguiente:

                           Sistemas de evaluación

Resultados de   aprendizaje

       Porcentaje

 Evaluación Prácticas de Aula y Tutorías Grupales 

  Todos

  20%

 Evaluación final

  Todos

  80%

  • Tutorías Grupales: Es obligatoria la asistencia a las Tutorías Grupales, si bien, en casos debidamente justificados será válida una asistencia superior al 80%. Se tendrá en cuenta la participación activa en todas ellas, así como el trabajo realizado por cada estudiante, solo o en grupo,  en las mismas. Un 20% de la calificación final del estudiante se corresponderá con la valoración de estos dos aspectos, según se ha indicado en la tabla anterior.
  • Evaluación final: Al final del curso se realizará un examen escrito para comprobar el dominio de las materias correspondientes a la asignatura, consistente en la respuesta a cuestiones de carácter teórico o teórico-práctico (5 puntos) y a la resolución de problemas (5 puntos). No se puede aprobar la asignatura con menos del 30% de la nota asignada a la parte teórico-práctica y con menos del 30% de la nota asignada a la resolución de los problemas y estos mínimos se habrán de conseguir en cada parte de la asignatura (Fluidos y Calor), las cuales estarán claramente indicadas en el examen.  Un 80% de la calificación final del estudiante corresponderá a la nota obtenida en el examen.

Para aprobar la asignatura en la convocatoria de diciembre-enero, la calificación de la evaluación final no podrá ser inferior al 40% de su valor máximo. Si se cumple esta condición, la calificación final se calculará teniendo en cuenta los porcentajes de ponderación señalados en la tabla anterior. Si no se dispone de nota en las Tutorías Grupales, por no haber asistido en su momento o no haber realizado las tareas evaluables, se asignará un cero en ese apartado.

Para todas las demás convocatorias, la calificación final  se calculará con la nota obtenida en las Tutorías Grupales y la nota obtenida en la evaluación final correspondiente a la convocatoria, teniendo en cuenta los porcentajes de ponderación señalados en la tabla anterior. También serán de aplicación los porcentajes mínimos correspondientes a la evaluación final, indicados más arriba.

Evaluación diferenciada: La evaluación de la asignatura se llevará a cabo en un examen final que se realizará en la fecha que marca el calendario de exámenes publicado, y que garantiza que el alumno pueda aprobar la asignatura.  El % de dicho examen en la nota final será del 100%.

Se utilizará material gráfico que, como se ha indicado anteriormente, estará a disposición de los alumnos con antelación (Campus Virtual). Se fomentará la consulta de la bibliografía especializada disponible a través de la red de bibliotecas de la Universidad de Oviedo (BUO).

A continuación se indica la bibliografía recomendada:

Bibliografía de referencia

  • Costa Novella, E., Ingeniería Química, Tomo 3.  Flujo de Fluidos, Alhambra, Madrid (1985)
  • Costa Novella, E., Ingeniería Química. Tomo 4. Transmisión del Calor, Alhambra, Madrid (1986)
  • Coulson, J.M.; Richardson, J.F. Ingeniería Química. Operaciones Básicas, Reverté. Barcelona (1981)
  • Incropera, F.; De Witt, D.P., Fundamentos de Transferencia de Calor, 4ª Edición, Prentice Hall México (1999)
  • Levenspiel, O, Flujo de Fluidos. Transmisión de Calor, Reverté, Barcelona (1996)
  • McCabe, W.L.; Smith, J.C.; Harriott, P., Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, 6ª Edición, McGraw-Hill, México (2002)

Bibliografía complementaria

  • Çengel, Y.A., Transferencia de Calor y Masa. Un enfoque práctico, 3ª Edición,, McGraw-Hill, México (2007)
  • Geankoplis, C., Transport Processes and Unit Operations, 3rd Edition, Prentice Hall, New Jersey (1993)
  • Holland, F.A., Bragg, R., Fluid Flow for Chemical Engineers, 2nd Edition, Butterworth-Heinemann, Oxford (1995)
  • Ibarz, A., Barbosa-Cánovas, G., Operaciones Unitarias en la Ingeniería de Alimentos, Mundi-Prensa, Madrid
  • Ocón, J., Tojo, G., Problemas de Ingeniería Química. Operaciones Básicas. Aguilar. Madrid (1976)
  • Perry, R.E.; Green, D.W.; Maloney, J.O., Manual del Ingeniero Químico, 6ª Edición, McGraw-Hill, México (1992)
  • Valiente, A., Problemas de Flujo de Fluidos, Limusa, México (1990)