DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA

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1 DESCRIPCIÓN DE LA ASIGNATURA ASIGNATURA: INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTOS Nombre en Inglés: PROCESS AND PRODUCT ENGINEERING Código UPM: MATERIA: INGENIERÍA DE PROCESOS Y PRODUCTOS CRÉDITOS ECTS: 4,5 CARÁCTER: ASIGNATURA DE TECNOLOGÍA ESPECÍFICA IMPARTIDA EN LA EUITI TITULACIÓN: GRADO EN INGENIERIA QUIMICA TIPO: OBLIGATORIA CURSO: CUARTO SEMESTRE: SEPTIMO CURSO ACADÉMICO PERIODO IMPARTICION Septiembre- Enero Febrero - Junio IDIOMA IMPARTICIÓN Sólo castellano Sólo inglés Ambos GUÍA DE APRENDIZAJE Página 1 de 9

2 DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA MATERIA DENTRO DEL PLAN DE ESTUDIOS La `Ingeniería Química es una aplicación de las ciencias cuya actividad creativa fundamental es el desarrollo de los procesos y productos químicos. Estos desarrollos abarcan todas las etapas físicas e intelectuales necesarias para transformar económicamente materias primas, energía y experiencia en productos útiles. Para el ingeniero químico, el desarrollo de procesos y productos se concreta en las estrategias a seguir desde la concepción de una idea o el planteamiento de un problema hasta su solución técnica y económica; estas estrategias comprenden etapas muy diversas: conceptuales, de carácter básicamente prospectivo, de investigación de proceso y de mercado, de diseño y construcción, de producción y ventas. La estrategia de la ingeniería de procesos y productos, por definirlo de alguna manera, ayuda a salvar los obstáculos que pueden aparecer en este camino. El desarrollo de procesos y productos es una tarea compleja que exige el concurso de variadas disciplinas, desde las ciencias químicas y físicas, que son la base de los procesos, hasta las más diversas especialidades de la economía, la legislación y la ingeniería civil. Es también una actividad creativa destinada a encontrar y coordinar toda la información y datos precisos para el diseño, construcción y puesta en marcha de una nueva unidad industrial, en orden a lograr una operación económica y socialmente aprovechable. Es, por tanto, un tema muy general, que proporciona la oportunidad de enfatizar las correlaciones entre la química y la ingeniería, y al que se dedican los contenidos fundamentales de la materia. La ingeniería de procesos y productos es con ello una materia fundamental, integradora, sugestiva y terminal que toma como sujeto básico al proceso químico (que como tal sistema no es solo la suma de sus operaciones unitarias), como metodología de estudio la estrategia de sistemas (con sus métodos deductivos -análisis- e inductivos -síntesis- que permiten asimilar las formas de razonamiento propias de la ingeniería) y como objetivo el desarrollo de los procesos y los productos (donde lo importante son las formas de razonamiento apuntadas, ya que una aproximación adecuada a un problema conduce en la mayoría de los casos a soluciones razonables); en la medida en que dichos razonamientos no solo son de carácter analítico sino también de síntesis, constituyen la actividad creativa propia de la ingeniería química. La parte fundamental de la asignatura se dedica a la Investigación y Desarrollo de Procesos y Productos Químicos, comenzando por los aspectos que tienen que ver con el análisis y la simulación, incluyendo la optimización y la estimación económica, para terminar con los relativos a la síntesis y selección de procesos y productos. Se analizan ejemplos cuidadosamente elaborados, de manera que los datos realistas utilizados en los problemas son el complemento ideal para ilustrar los aspectos que tienen que ver con la concepción, síntesis y optimización de los procesos y los productos. Es importante introducir al menos unas pocas pero claras ideas sobre síntesis a escala de procesos que permitan al estudiante desarrollar el sentido más creativo de la ingeniería química: se trata de mostrar como los conocimientos químicos e ingenieriles abstractos pueden reunirse para conformar una estrategia de desarrollo con todas las actividades formales que ello requiere. Para ello, el curso integra heurística, análisis, simulación, diseño y economía para estudiar la selección y optimización de sistemas sencillos. Este curso se apoya en diferentes materias de la especialidad y conecta de forma natural con la ingeniería de proyectos; debe buscarse la máxima sinergia, en especial con la química-física, la ingeniería de la reacción química, las operaciones básicas, el control de procesos, la oficina técnica y los proyectos. Las "operaciones unitarias" junto a los "procesos químicos" conjugan dos de las tres escalas básicas de aproximación que constituyen la esencia de la tecnología química: ingeniería de equipo, de proceso y de planta, considerando que el reactor químico es el elemento clave en el diseño del proceso y el producto, buscando la máxima sinergia entre ellos. La operación del reactor debe controlarse buscando el compromiso óptimo entre la temperatura, tiempo de residencia, conversión y selectividad, sujeto a restricciones como la transferencia de calor y de masa, o la capacidad del equipo. Igualmente, deben optimizarse los parámetros clave de las operaciones físicas, tales como los sistemas de separación y redes de intercambio de calor y tuberías. Cuando se considera la mejora del sistema completo, deben tenerse en cuenta las interacciones entre las unidades de equipo anteriores, por medio de la simulación de los diagramas de flujo. La optimización final se alcanza mediante los modelos continuos de control avanzado de los procesos y los productos, y la correcta gestión de la información y funcionamiento de la planta. Por su relación y la inclusión de determinados contenidos conectados con la ingeniería de proyectos y de plantas, esta asignatura constituye un excelente colofón en el curricula de la Ingeniería Química, además de todos los aspectos fundamentales, integradores y sugestivos indicados. GUÍA DE APRENDIZAJE Página 2 de 9

3 DEPARTAMENTO QUÍMICA INDUSTRIAL Y POLÍMEROS (EUITI) COORDINADOR FERNANDO GUTIERREZ MARTIN PROFESORADO NOMBRE Y APELLIDO DESPACHO Correo electrónico Fernando Gutiérrez Martín A-317 fernando.gutierrez@upm.es Antonio Nieto-Márquez Ballesteros A-215 antonio.nieto@upm.es CONOCIMIENTOS PREVIOS REQUERIDOS PARA PODER SEGUIR CON NORMALIDAD LA ASIGNATURA Principios de los procesos químicos ASIGNATURAS SUPERADAS Métodos numéricos en ingeniería química Economía general y de la empresa Transmisión de calor Mecánica de fluidos Química física Industrias de procesos químicos Reactores Químicos Operaciones Básicas de la Ingeniería Química I Los establecidas previamente para la admisión en el grado OTROS RESULTADOS DE APRENDIZAJE NECESARIOS Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Capacidad de análisis y síntesis Resolución de problemas Capacidad de trabajar en un equipo interdisciplinar Estimación y programación del trabajo GUÍA DE APRENDIZAJE Página 3 de 9

4 OBJETIVOS DE APRENDIZAJE COMPETENCIAS Y NIVEL ASIGNADAS A LA ASIGNATURA Capacidades de análisis, diseño, simulación y optimación de procesos y productos químicos (con distintos criterios). Cognitivas de investigación y desarrollo de procesos químicos industriales. Habilidades deductivas e inductivas para la planificación y diseño. Actitudes de razonamiento crítico y actuaciones creativas basadas en problemas abiertos. Código COMPETENCIA NIVEL CE 20 CG 2 CG 3 CG 4 CG 5 CG 6 CG 7 CG 9 Capacidad para el análisis, diseño, simulación y optimización de procesos y productos. Poseer la capacidad para diseñar, desarrollar, implementar, gestionar y mejorar productos, sistemas y procesos en los distintos ámbitos industriales, usando técnicas analíticas, computacionales o experimentales apropiadas. Aplicar los conocimientos adquiridos para identificar, formular y resolver problemas en contextos amplios, siendo capaces de integrarlos trabajando en equipos multidisciplinares. Comprender el impacto de la ingeniería en el medio ambiente, el desarrollo sostenible de la sociedad y la importancia de trabajar en un entorno profesional y responsable. Comunicar conocimientos y conclusiones, tanto de forma oral como escrita, a públicos especializados y no especializados de modo claro y sin ambigüedades. Poseer las habilidades de aprendizaje que permitan continuar estudiando a lo largo de toda la vida para un desarrollo profesional adecuado. Incorporar las TIC y las tecnologías y herramientas de la ingeniería industrial en sus actividades profesionales. Organización y planificación de proyectos y equipos humanos. Trabajo en equipo y capacidad de liderazgo. Conocimiento Análisis Análisis Síntesis Análisis Síntesis Análisis Síntesis CG 10 Creatividad. Síntesis Código RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Capacidad para el análisis, diseño, simulación y optimación de procesos y productos químicos RA-01 Conocer las características, componentes y necesidades principales de un proceso químico-industrial RA-02 RA-03 RA-04 RA-05 RA-06 RA-07 RA-08 Proyección de un proceso químico, desde su concepción hasta la implantación de balances de materia y energía para sistemas de proceso de algoritmos sencillos de simulación de procesos Modelado y optimización de procesos químicos sencillos Manejo de simuladores comerciales de procesos de conceptos básicos en ingeniería de productos (DfX y ACV) de técnicas de diseño de experimentos GUÍA DE APRENDIZAJE Página 4 de 9

5 CONTENIDOS Y ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE CONTENIDOS ESPECÍFICOS (TEMARIO) TEMA/CAPÍTULO Tema 1: Estructura y características de los procesos químicos industriales Tema 2: Síntesis y selección de procesos químicos APARTADO 1.1. La industria química. Conceptos básicos. Subsectores. Evolución histórica. La industria química en España, Europa y el mundo La planta química. Sistemas de proceso. Diagramas de flujo. Materias primas y energía Creación de alternativas. Análisis preliminar. Investigación de proceso y de mercado Ingeniería básica, de detalle y constructiva. Implantación. Indicadores de logro relacionados LO-01 LO-02 LO-03 Tema 3: Análisis y simulación de procesos químicos 3.1. Generalidades. Modelos matemáticos teóricos y empíricos. Modelos físicos icónicos Diagramas de flujo de información Simulación de procesos con recirculación. LO Introducción a los simuladores comerciales. LO-05 Tema 4: Optimización de procesos químicos 4.1. Análisis económico de procesos químicos Introducción a la optimización Optimización matemática. LO Generalidades. Tema 5: Ingeniería del producto 5.2. Diseño de productos químicos. CAMD Materiales sustitutivos. Eco-diseño. LO Conceptos de ciclo de vida (ACV). Prácticas Laboratorio, simulación y proyecto LO-02/03/04/05/06/08 GUÍA DE APRENDIZAJE Página 5 de 9

6 BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES ORGANIZATIVAS UTILIZADAS Y METODOS DE ENSEÑANZA EMPLEADOS CLASES DE TEORIA Sesiones magistrales teóricas, en las que se plantea la participación activa de los alumnos. CLASES PROBLEMAS Sesiones prácticas con participación activa de los alumnos. PRÁCTICAS Sesiones prácticas en laboratorio y aula de informática TRABAJOS EN GRUPO Realización de un proyecto en grupos reducidos. Se contempla el uso de alguna sesión académica para orientar el trabajo. TUTORÍAS Presenciales en los horarios establecidos. OTROS Trabajo personal autónomo. Presentaciones teóricas formales, realización de ejercicios y seminarios prácticos basados en el desarrollo de procesos y productos químicos: - El profesor desarrolla los contenidos básicos y ejercicios modélicos delante de los alumnos - Los alumnos estudian individualmente los problemas propuestos y siguen las tutorías - Los alumnos realizan prácticas en el laboratorio y aula informática (simulación) - Los alumnos desarrollan un portafolio de proyecto (mediante trabajo en grupo) GUÍA DE APRENDIZAJE Página 6 de 9

7 Básica RECURSOS DIDÁCTICOS A. Jiménez-Gutiérrez. Diseño de Procesos en Ingeniería Química. Ed. Reverté R. Turton, R.C. Baile, W.B. Whiting y J.A. Shaeiwitz. Analysis, Synthesis and Design of Chemical Processes. 3ª Edición. Ed. Prentice Hall L. Puigjaner, P. Ollero, C. de Prada y L. Jiménez. Estrategias de modelado, simulación y optimización de procesos químicos. Ed. Síntesis M.S. Peters, K.D. Timmerhaus y R.E. West. Plant Design and Economics for Chemical Engineers. Ed. McGraw-Hill BIBLIOGRAFÍA Específica L. Cabra, A. de Lucas, F. Ruíz y M.J. Ramos. Metodologías del diseño aplicado y gestión de proyectos para ingenieros químicos. Ed. UCLM A. Vian. El pronóstico económico en Química Industrial. Ed. Eudema Revistas Ingeniería Química. Recurso electrónico y físico Chemical Engineering Journal. Recurso electrónico Chemical Engineering Science. Recurso electrónico Separation and Purification Technology. Recurso electrónico Journal of Catalysis. Recurso electrónico RECURSOS WEB Laboratorio de Operaciones Básicas y Reactores Químicos (EUITI) Laboratorio de Control y Regulación de Procesos (EUITI) EQUIPAMIENTO Aula de Docencia Informática (EUITI) Simulador de procesos químicos ProMax (50 Licencias educativas) Simulador de procesos químicos SuperPro Designer (Licencia Campus) Software para productos químicos: EPI-SUITE, GCES y otros (libres) GUÍA DE APRENDIZAJE Página 7 de 9

8 CRONOGRAMA DE TRABAJO DE LA ASIGNATURA MES QUINCENA ACTIVIDADES AULA LABORATORIO TRABAJO EN GRUPO ACTIVIDADES EVALUACIÓN OTROS Septiembre 1ª 2ª Tema 1 (4h) Tema 2.1 (4h) Tema 2.1 (2h) Tema 2.2 (4h) Propuesta de proyecto Proyecto (2h) Octubre 1ª Tema 2.2 (4h) 2ª Tema 3 (4h) P1 (2h) P2 (2h) P3 (2h) P4 (2h) Informe P1 Informe P2 Informe P3 Informe P Noviembre 1ª Tema 3 (4h) P5 (2h) P6 (2h) Informe P5 Informe P6 Informes P1-P ª Tema 4 (6h) Prueba temas 1-4 (2h) Diciembre 1ª Tema 5 (4h) P7 (2h) Proyecto (2h) Informe P7 Informes Proyecto y P ª Tema 5 (3h) Prueba tema 5 (1h) Enero Examen final GUÍA DE APRENDIZAJE Página 8 de 9

9 SISTEMA DE EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA Ref LO-01 EVALUACIÓN INDICADOR DE LOGRO Identificar los componentes principales de un proceso químico. Manejo de simbología y nomenclatura. Relacionado con RA: RA-01 LO-02 Conocer/proponer etapas en la síntesis de un proceso químico. RA-02 LO-03 Conocer las fases de un proyecto químico-industrial. RA-02 LO-04 Modelar y simular unidades o procesos químicos sencillos. RA-03/04 LO-05 Manejar simuladores comerciales para procesos sencillos RA-06 LO-06 Optimizar económicamente procesos químicos sencillos. RA-05 LO-07 Aplicar conceptos de ingeniería de productos al diseño en I.Q. RA-07 LO-08 Aplicar un diseño de experimentos sencillo de tipo factorial. RA-08 EVALUACIÓN SUMATIVA (ACUMULATIVA) BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS ACTIVIDADES EVALUABLES PESO EN LA CALIFICACIÓN EP1: Examen Parcial (Ingeniería de Procesos) Aula 45% EP2: Examen Parcial (Ingeniería de Productos) Aula 15% PL: Prácticas de laboratorio y simulación Laboratorio 20% Pr: Proyecto 20% 100% CRITERIOS DE CALIFICACIÓN La asignatura se evalúa mediante exámenes presenciales, con propuestas de desarrollos y cálculos (fundamentalmente resolución de ejercicios), y a través de las actividades prácticas que se realizan a lo largo del curso. - La calificación final (CF) será la resultante de los exámenes parciales, las prácticas y un proyecto. La materia evaluada en cada examen parcial, en caso de ser aprobada, puede ser eliminada para las convocatorias siguientes. - Los criterios con los que se procederá a evaluar a los alumnos incluirán el nivel de conocimiento alcanzado de los contenidos de la asignatura, las capacidades mostradas para aplicar esos conocimientos, la resolución creativa de problemas propuestos y las destrezas mostradas para la interacción con el grupo durante todo el proceso de enseñanza-aprendizaje. - Las notas de las diferentes actividades evaluables se calificarán en una escala de 0 a 10 puntos. - Para aprobar la asignatura será necesario cumplir las siguientes condiciones: Nota EP1 4 y nota EP2 4 y nota PL 4 y nota Pr 4 y CF 5 Nota: Para los alumnos que deseen seguir el modelo de evaluación mediante sólo prueba final y para las convocatorias extraordinarias se realizará exclusivamente un examen escrito, que podrá contener preguntas de desarrollo y/o demostraciones y/o ejercicios numéricos. La calificación final será la obtenida en este examen. En todo caso, para aprobar la asignatura será imprescindible haber realizado y aprobado las prácticas y el proyecto. GUÍA DE APRENDIZAJE Página 9 de 9