Dossier electrònic (Si/No): Si

Transcripción

1 1. DADES INICIALS D IDENTIFICACIÓ Nom de l assignatura: BODE Operacions en la Enginyeria Alimentaria Número de crèdits Pla 2001: 18 Número de crèdits ECTS: 14,5 Caràcter (troncal T, obligatòria Ob, optativa Op): Op Titulació: Enginyer Agrònom Departament: Tecnologia Aliments Quadrimestre: 1r i 2n Idioma: català i castellà Pàgina web: Dossier electrònic (Si/No): Si Professor coordinador: Vicent Gimeno Añò Altres professors: Albert Ibarz Ribas Salvador Garza Garza gimeno@tecal.udl.es aibarz@tecal.udl.es garza@tecal.udl.es 2. INTRODUCCIÓ Qualsevol indústria agroalimentària en que es desenvolupi un determinat procés d elaboració consta d un conjunt d etapes, cada una d aquestes etapes rep el nom d operació unitària o bàsica. En l estudi sistemàtic de les diverses operacions bàsiques, és necessari realitzar un plantejament del model matemàtic mitjançant l aplicació de balanços. Això comporta l obtenció d un sistema d equacions, que en estat no estacionari inclou equacions diferencials. En la resolució del model matemàtic plantejat és necessari que es posseeixi els coneixements matemàtics suficients per resoldre aquests tipus d equacions. A més, són necessaris coneixements adequats de química, física i enginyeria en general. 3. OBJECTIUS L estudiant que superi l assignatura ha de: 1. Conèixer les diferents operacions bàsiques de la indústria alimentària, i saber plantejar i resoldre el model matemàtic d aquestes operacions. 2. Comprendre els fonaments de la transferència de matèria i transferència simultània de matèria i energia, per aplicar-los als càlculs de les operacions bàsiques implicades. 3. Saber les bases del transport de quantitat de moviment, i la seva utilització en el flux de fluids. 4. Conèixer els fonaments de la transmissió de calor i saber-los aplicar al càlcul de tractaments tèrmics, evaporació i bescanvi de calor en general. 5. Concebre, calcular, dissenyar, fer construir i fer funcionar les diferents operacions bàsiques de la indústria alimentària.

2 4. TEMARI TEÒRIC I PRÀCTIC Aquesta assignatura consta de tres parts ben diferenciades. Cada una es correspon al fenomen de transport sobre les que estan basades les operacions unitàries que inclou. Encara que el temari de pràctiques inclou les tres parts. Per això es donen el temaris teòrics de les tres parts, i en el tractament global es dóna per separat la planificació temporal de cada una de les parts. TEMARI TEÒRIC Separació per fases Tema 1.- Destil lació. Introducció. Equilibri líquid-vapor: Lleis de Dalton, Raoult i Henry. Volatilitat relativa. Destil lació simple. Destil lació súbita. Rectificació continua de mescles binàries. Rectificació discontinua. Destil lació per vapor directe. Tema 2.- Extracció sòlid-líquid. Introducció. Equilibri sòlid-líquid. Mètodes d extracció. Contacte simple. Contacte simple repetit. Contacte múltiple en contracorrent Tema 3.- Adsorció i Intercanvi Iònic. Introducció. Equilibri dels processos d adsorció i intercanvi iònic. Cinètica dels processos. Operació per etapes. Columnes de llit mòbil. Columnes de llit fix. Tema 4.- Interacció aire-aigua. Termodinàmica de l aire humit. Introducció. Propietats termodinàmiques del aire humit. Diagrama psicomètric de Mollier. Processos d humidificació del aire. Saturació adiabàtica del aire. Teoria del termòmetre humit. Tema 5.- Deshidratació. Introducció. Fenòmens de transport en el assecat per aire calent. Cinètica d assecat: període d inducció, període de velocitat d assecat constant i període de velocitat d assecat decreixent. Càlcul d assecadors: deshidratadors intermitents, deshidratadors continus. Tema 6.- Liofilització. Introducció. Diagrama de fases de l aigua. Etapes de la liofilització. Transferències de calor i de matèria. Càlcul del temps. Efecte de la pressió. Tema 7.- Cristal lització. Introducció. Mecanismes de la cristal lització: nucleació i creixement. Velocitat de cristal lització. Flux de fluids Tema 1.- Circulació de fluids per conduccions. Introducció. Mecanismes de circulació de fluids: Mòdul de Reynolds. Perfil de velocitats. Velocitat mitjana. Relacions fonamentals en la dinàmica de fluids. Relació entre la pèrdua de pressió i la velocitat mitjana. Equacions pel càlcul del factor de fricció. Conduccions no cilíndriques. Tema 2.- Balanços de propietat en la circulació de fluids. Introducció. Balanç macroscòpic de matèria. Balanç macroscòpic d energia. Balanç macroscòpic d energia mecànica. Pèrdua d energia mecànica. Problemes més freqüents en el disseny de conduccions. Xarxes. Tema 3.- Circulació de fluids no newtonians. Introducció. Classificació dels fluids no newtonians. Plàstics de Bingham. Fluids de la llei de Potència. Fluids de la llei de Herschel-Bulkley.

3 Tema 4.- Sistemes d impulsió de fluids. Introducció. Impulsió de líquids per conduccions: bombes. Característiques d una bomba. Càrregues de sistema i de la bomba. Punt d instal lació. Potencia. Rendiment. Tipus de bombes. Bombes centrífugues. Selecció del tipus de bomba. Tema 5.- Circulació de fluids a través de llits porosos. Introducció. Llei de Darcy: permeabilitat. Definicions prèvies. Equacions pel flux a través de llits porosos. Flux laminar: equació de Kozeny-Carman. Flux turbulent: equació de Burke-Plummer. Flux laminar i turbulent: equació de Ergun. Equació de Chilton-Colburn. Tema 6.- Fluïdització. Introducció. Velocitat mínima de fluidització. Règim laminar. Règim turbulent. Porositat mínima de fluidització. Expansió del llit. Tema 7.- Moviment de sòlids a l interior de fluids. Introducció. Sedimentació. Sedimentació contínua. Disseny d un sedimentador: càlcul de l àrea i de la profunditat. Tema 8.- Filtració. Introducció. Fonaments de la filtració. Filtració a pressió constant. Filtració a cabal volumètric constant. Rentat de la coca de filtració. Capacitat de filtració. Condicions òptimes de filtració a pressió constant. Tema 9.- Processos de separació per membrana: ultrafiltració i osmosi inversa. Introducció. Etapes en la transferència de matèria. Polarització per concentració. Models de transferència a través de la membrana. Models de transferència a través de la capa de polarització. Osmosi inversa. Ultrafiltració. Disseny de sistemes de ultrafiltració i osmosi inversa. Transmissió de calor Tema 1.- Propietats tèrmiques d aliments. Conductivitat tèrmica.- Calor específic.- Densitat.- Difusividad tèrmica. Tema 2.- Transmissió de calor per conducció. Equacions fonamentals en la conducció de calor.- Conducció de calor en règim estacionari.- Conducció de calor en règim no estacionari. Regla de Newman. Tema 3.- Transmissió de calor per convecció. Introducció.- Coeficients de transmissió de calor per convecció. Coeficients individuals. Coeficients globals. Tema 4.- Bescanviadors de calor de tubs concèntrics. Característiques de disseny.- Càlcul dels coeficients de transmissió de calor.- Càlcul de les pèrdues de càrrega. Tema 5.- Bescanviadors de calor de carcassa i tubs. Característiques de disseny.- Càlcul de la vertadera temperatura mitjana logarítmica.- Càlcul dels coeficients de transmissió de calor.- Càlcul de les pèrdues de càrrega. Tema 6.- Bescanviadors de calor de plaques. Característiques de disseny.- Nombre d unitats de transferència (NUT).- Càlcul de la vertadera temperatura mitjana logarítmica.- Càlcul de los coeficients de transmissió de calor.- Càlcul de las pèrdues de càrrega.- Procediment de disseny.

4 Tema 7.- Altres tipus de bescanviadors. Bescanviadors de calor de superfície ampliada.- Bescanviadors de calor de paret rascada.- Dipòsits agitats amb camises i serpentins.- Eficàcia d intercanvi de calor. Tema 8.- Transmissió de calor per radiació. Introducció.- Lleis fonamentals. Propietats de la radiació. Propietats totals. Propietats monocromàtiques. Tema 9.- Intercanvi d energia radiant. Factors de visió de la radiació. Radiació entre superfícies separades per medis no absorbents: Factor refractari. Factor gris.- Coeficient de transmissió de calor per radiació.- Transmissió simultània de calor per convecció i radiació. Tema10.- Tractament tèrmic. Introducció. Destrucció tèrmica de microorganismes. Tractament de productes envasats. Tractament asèptic de productes. Tema 11.- Evaporació. Introducció. Característiques d un evaporador. Transmissió de calor en els evaporadors. Evaporador de simple efecte. Mètodes d aprofitament del vapor desprès: Recompressió de vapor i efecte múltiple. Evaporadors de múltiple efecte. TEMARI PRÀCTIC 1. Destil lació simple 2. Equilibri d adsorció 3. Deshidratació 4. Cristal lització 5. Sedimentació 6. Escalfament en estat no estacionari 7. Transmissió de calor en un tanc agitat

5 5. PLANIFICACIÓ TEMPORAL Planificació temporal de les activitats d aula (teoria i problemes) Separació per fases Tipus Activitat Descripció resumida de l activitat Dedicació Setmana Objectiu Formatiu TEO Tema 1. Destil lació 4 1 i 2 1 i 2 PRO Tema 1. Destil lació 6 3, 4,5 1 i 2 TEO Tema 2. Extracció Sòlid-Lìquid 3 6 i 7 1 i 2 PRO Tema 2. Extracció Sòlid-Lìquid 5 7, 8 i 9 1 i 2 TEO Tema 3. Adsorció i Intercanvi Iònic 3 10 i 11 1 i 2 PRO Tema 3. Adsorció i Intercanvi Iònic 5 11, 12 i 13 1 i 2 Examen , 2 i 5 TEO Tema 4. Interacció aire-aigua 4 15 i 16 1 i 2 PRO Tema 4. Interacció aire-aigua 3 17 i 18 1 i 2 TEO Tema 5. Deshidratació 5 18, 19 i 20 1 i 2 PRO Tema 5. Deshidratació 6 21, 22 i 23 1 i 2 TEO Tema 6. Liofilització 3 24 i 25 1 i 2 PRO Tema 6. Liofilització i 2 TEO Tema 7. Cristal lització i 2 Examen , 2 i 5 Flux de fluids Tipus Activitat Descripció resumida de l activitat Dedicació Setmana Objectiu Formatiu TEO Tema 1. Circulació de fluids per 4 1 i 2 1 i 3 conduccions PRO Tema 1. Circulació de fluids per i 3 conduccions TEO Tema 2. Balanços de propietat en la 3 3 i 4 1 i 3 circulació de fluids PRO Tema 2. Balanços de propietat en la circulació de fluids 6 5, 6 i 7 1 i 3 TEO Tema 3. Circulació de fluids no i 3 newtonians PRO Tema 3. Circulació de fluids no i 3 newtonians TEO Tema 4. Sistemes d impulsió de fluids 3 10 i 11 1 i 3 PRO Tema 4. Sistemes d impulsió de fluids 5 12, 13 i 1 i 3 14 Examen i 3 TEO Tema 5. Circulació de fluids a través i 3 de llits porosos PRO Tema 5. Circulació de fluids a través i 3 de llits porosos TEO Tema 6. Fluïdització i 3 PRO Tema 6. Fluïdització i 3 TEO Tema 7. Moviment de sòlids a i 3 l interior de fluids

6 TEO Tema 8. Filtració 4 21 i 22 1 i 3 PRO Tema 8. Filtració 3 23 i 24 1 i 3 TEO Tema 9. Processos de separació per i 3 membrana: ultrafiltració i osmosi inversa PRO Tema 9. Processos de separació per 4 26 i 27 1 i 3 membrana: ultrafiltració i osmosi inversa Examen , 3 i 5 Transmissió de Calor Tipus Activitat Descripció resumida de l activitat Dedicació Setmana Objectiu Formatiu TEO Tema 1. Propietats tèrmiques 2 1 TEO Tema 2. Transmissió de calor: 2 2 conducció PRO Tema 2. Transmissió de calor: 4 3 i 4 conducció TEO Tema 3. Transmissió de calor: 1 5 convecció PRO Tema 3. Transmissió de calor: 1 5 convecció TEO Tema 4. Bescanviadors de tubs 2 6 PRO Tema 4. Bescanviadors de tubs 2 7 EXA Examen del temes 1 a , 4 i 5 TEO Tema 5. Bescanviadors de carcassa i 2 9 tubs PRO Tema 5. Bescanviadors de carcassa i 4 10 i 11 tubs TEO Tema 6. Bescanviadors de plaques 2 13 PRO Tema 6. Bescanviadors de plaques 2 14 TEO Tema 7. Altres Bescanviadors 2 15 TEO Tema 8. Transmissió de calor: radiació 2 16 TEO Tema 9. Intercanvi d energia radiant 2 17 EXA Examen de los temes 6 a , 4 i 5 TEO Tema 10. Tractament tèrmic 4 21 i 22 PRO Tema 10. Tractament tèrmic 6 23 a 25 TEO Tema 11. Evaporació 2 26 PRO Tema 11. Evaporació 4 27 i 28 EXA Examen dels temes 10 i , 4 i 5 Planificació temporal de les activitats de laboratori Tipus Activitat Descripció resumida de l activitat Dedicació Setmana Objectiu Formatiu PRA Pràctica 1. Destil lació simple 2,5 * 1 i 2 PRA Pràctica 2. Equilibri d adsorció 2,5 * 1 i 2 PRA Pràctica 3. Deshidratació 2 * 1 i 2 PRA Pràctica 4. Cristal lització 4 * 1 i 2 PRA Pràctica 5. Sedimentació 4 * 1 i 3 PRA Pràctica 6. Escalfament en estat no estacionari 4 *

7 PRA Pràctica 7. Transmissió de calor en un tanc agitat 4 * 1, 4 * Les dates exactes de realització de les pràctiques dependrà de la disponibilitat dels laboratoris. 6. BIBLIOGRAFIA DE REFERÈNCIA a). Bibliografia bàsica: CHARM, S.E. (1978). The Fundamentals of Food Engineering. Ed. AVI. Wesport,CO HELDMAN, D.R. i LUND, D.B. (1992). Handbook of Food Engineering. Ed. Marcel Dekker. New York IBARZ, A. i BARBOSA-CÁNOVAS, G.V. (2005). Operaciones Unitarias en la Ingeniería de Alimentos. Mundiprensa, Madrid IBARZ, A., BARBOSA-CÁNOVAS, G.V., S. GARZA i V. GIMENO (2000). Métodos Experimentales en la Ingeniería Alimentaria. Ed. Acribia, Zaragoza. SINGH, R.P. i HELDMAN, D.R. (1984). Introduction to Food Engineering. Academic Press, San Diego. Versión en castellano de Ed. Acribia, Zaragoza b). Bibliografia complementària: COULSON, J.M.; RICHARDSON, J.F.; BCKHURST, J.R. i HARKER, J.H. (1979). Ingeniería Química. Vol I, II, III, IV, i V. Ed. Reverté. Barcelona. COSTA, E.; SOTELO, J.L.; OVEJERO, G.; de LUCAS, A.; AGUADO, J.; UGUINA, M.A. (1983) Ingeniería Química. Vol. 1, 2, 3, 4, 5, 6 i 7. Ed. Alambra. Madrid. GEANKOPLIS, C.J. (1983). Transport Processes and Unit Operations, Allyn and Bacon, Boston. Versión en castellano Ed. C.E.C.S.A., México (1992). LEVENSPIEL, O. (1993). Flujo de Fluidos e Intercambio de Calor. Ed. Reverté. Barcelona. McCABE, W.L., SMITH, J.C i HARRIOT, P. (1991). Unit Operation of Chemical Engineering. McGraw-Hill, New York. Versión en castellano por Ed. Mc Graw-Hill, Nueva York. 7. METODOLOGIA Al inici del curs als alumnes se els hi dóna una col lecció de problemes. Per cada un dels temes es realitzaran les sessions teòriques, i un cop acabada l exposició de la part teòrica del tema, es realitzaran les resolucions dels problemes de la col lecció que els estudiants hauran intentat resoldre prèviament. A les classes els alumnes exposaran tots el dubtes que hagin tingut, i el professor incidirà en la resolució dels punts més importants. Pel que fa a les pràctiques de laboratori, es realitzaran en grups de tres persones, sent obligatori presentar un informe segons el model i directrius que es donaran al inici del curs. 8. AVALUACIÓ DE L APRENENTATGE Per l avaluació de cada una de les tres parts de que consta aquesta assignatura es tindran en compta els exàmens i les pràctiques. Cada un dels exàmens consta de dues parts, una en que s avalua els coneixements teòrics i l altra en que l estudiant tindrà que resoldre problemes sobre les operacions bàsiques del programa. La part teòrica representa el 20% de la nota de l examen, mentre que els problemes tenen un pes del

8 80% de l examen. Per tal avaluar les pràctiques, els estudiants presentaran un informe de les pràctiques realitzades al laboratori, i el seu pes sobre la nota final serà d un 20%. La nota final de l assignatura s obtindrà fent la mitja aritmètica de la nota de les tres parts. Per superar l assignatura serà necessari obtenir una nota mitja igual o superior a 5. Els alumnes que tinguin una de les tres parts suspeses podran fer mitja si la nota és igual o superior a 3,5. I si són dues parts suspeses la nota per a fer mitja tindrà que ser igual o superior a 4,0.

9 9. VOLUM DE TREBALL: TAULA 1. VOLUM DE TREBALL PREVIST PEL PROFESSOR ASSIGNATURA: Operacions en l Enginyeria Alimentària (EA) Crèdits ECTS: 14,5 Activitat presencial Alumne Activitat no presencial Alumne Avaluació Teoria Problemes i casos Seminari Laboratori Aula d informàtica Pràctiques de camp Visites Activitats dirigides Descripció Tècnica Objectius Hores dedicació Classe magistral (Aula) Classe participativa (Aula) Classe participativa (Grups reduïts) Pràctica de Laboratori (Grups reduïts) Pràctica d aula d informàtica (Grups reduïts) Pràctica de camp Visita a explotacions o indústries Treball de l alumne (individual) Explicació dels principals conceptes 71 Resolució de problemes i casos 74 Realització d activitats de discussió o aplicació Execució de la pràctica: com prendre fenòmens, mesurar Execució de la pràctica: comprendre fenòmens, mesurar Execució de la pràctica: comprendre fenòmens, mesurar Realització de la visita Orientar a l alumne en el treball (en horari de tutories) 23 Treball alumne Estudi: Conèixer, comprendre i sintetitzar coneixements Aprendre a resoldre problemes i casos Resoldre problemes i casos. Discussions Realitzar memòria Hores dedicació Procediment Proves escrites sobre la teoria del programa de l assignatura Proves escrites sobre problemes i casos explicats a l Aula Proves escrites o orals Lliurament de memòries. Proves escrites o orals Realitzar memòria Lliurament de memòries. Proves escrites o orals Realitzar memòria Lliurament de memòries. Proves escrites o orals Realitzar memòria Lliurament de memòries. Proves escrites o orals Realitzar un Lliurament del treball treball bibliogràfic, pràctic, etc. Temps Pes qualificació (%) Temps total ECTS , , ,97 Totals ,5

10 10. FITXA TÈCNICA ASSIGNATURA Tabla 3.- FITXA TÈCNICA ASSIGNATURA: Nom de l assignatura: BODE Operacions en la Enginyeria Alimentaria Número de crèdits Pla 2001: 18 Número de crèdits ECTS: 14,5 Caràcter (troncal T, obligatòria Ob, optativa Op): Op Titulació: Enginyer Agrònom Departament: Tecnologia Aliments Quadrimestre: 1r i 2n Idioma: català i castellà Pàgina web: Dossier electrònic (Si/No): Si Professor coordinador: Vicent Gimeno Añò Altres professors: Albert Ibarz Ribas Salvador Garza Garza gimeno@tecal.udl.es aibarz@tecal.udl.es garza@tecal.udl.es OBJECTIUS (màxim 3 línies) Adquirir els coneixements bàsics de les Operacions Unitàries de la indústria alimentària. Utilitzar els models matemàtics per calcular diferents etapes dels processos industrial METODOLOGÍA DOCENT (abreujada, màxim 4 línies)) Una part serà l exposició del contingut teòric de l assignatura. Es farà molta incidència en la resolució de problemes numèrics que representen casos que es poden donar a la pràctica. També es realitzaran pràctiques de laboratori en grups de tres alumnes. METODOLOGÍA D AVALUACIÓN (ponderació activitats) Examen de teoria i problemes. Elaboració d un informe de pràctiques. La nota global es trobarà donant la següent ponderació: Examen de teoria: 16 % (2% en cada un dels 8 exàmens) Examen de problemes: 64 % (8% en cada un dels 8 exàmens) Informe de pràctiques: 20 % PROGRAMA DE CONTINGUT Teòric (Posar només títol dels temes) Separació per fases 1. Destil lació 2. Extracció sòlid-líquid 3. Adsorció i Intercanvi Iònic 4. Interacció aire-aigua 5. Deshidratació 6. Liofilització 7. Cristal lització Flux de fluids 1. Circulació de fluids per conduccions 2. Balanços de propietat en la circulació de fluids 3. Circulació de fluids no newtonians 4. Sistemes d impulsió de fluids 5. Circulació de fluids a través de llits porosos 6. Fluïdització

11 7. Moviment de sòlids a l interior de fluids 8. Filtració 9. Processos de separació per membrana: ultrafiltració i osmosi inversa Transmissió de Calor 1. Propietats tèrmiques 2. Transmissió de calor: conducció 3. Transmissió de calor: convecció 4. Bescanviadors de tubs 5. Bescanviadors de carcassa i tubs 6. Bescanviadors de plaques 7. Altres Bescanviadors 8. Transmissió de calor: radiació 9. Intercanvi de energia radiant 10. Tractament tèrmic 11. Evaporació Pràctic (Posar només els grans grups i tipus d activitat) 1. Destil lació simple 2. Equilibri d adsorció 3. Deshidratació 4. Cristal lització 5. Sedimentació 6. Calentament en estat no estacionari 7. Transmissió de calor en un tanc agitat OBSERVACIONS