Planificación Anual Asignatura Operaciones Unitarias III Año 2015

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1 DOCENTE RESPONSABLE Nombre y Apellido Susana María Nolasco Planificación Anual Asignatura Operaciones Unitarias III Año 2015 Categoría Docente Profesor Titular MARCO DE REFERENCIA Asignatura Operaciones Unitarias III Código: Q52.0 Plan de estudios Ingeniería Química Ord.C.S.Nº 2396/04 (1) Ubicación en el Plan 4º año - 2º cuatrimestre (1) Duración (1) Cuatrimestral Carácter Obligatoria Carga horaria 150 h Experimental 20 h Problemas ingeniería 20 h Proyecto - diseño 30 h Práctica sup. 0h Asignaturas Cursadas Operaciones Unitarias I (Q50.0) - Operaciones Unitarias II (Q510.) correlativas (1) Aprobadas Fenómenos de Transporte (Q15.0) - Fisicoquímica (Q16.0) Otras cond. para cursar Seminario de Introducción a la Ingeniería Química (X5.4) - Inglés (X1.1) - Curso de Comunicaciones Téc Contenidos mínimos Introducción a los procesos de separación. Procesos de separación por etapas. Procesos de separación por contacto continuo. Operaciones de Absorción, Destilación, Extracción Líquido-Líquido, Extracción Sólido-Líquido, Adsorción. Equipos: torres rellenas y de platos. Transferencia simultánea de calor y materia: operaciones de Humidificación y su aplicación a torres de enfriamiento. Secado. Depto. responsable Ingeniería Química Área Operaciones Unitarias Nº estimado de alumno 8 OBJETIVOS Los objetivos perseguidos con el desarrollo de la Asignatura Operaciones Unitarias III, implican el logro de aspecto globales y particulares. ASPECTOS GLOBALES Al concluir con el desarrollo de la asignatura, el alumno: 1. Identifica y aplica los principios científicos y las técnicas de cálculo necesarias para la solución de problemas de ingeniería que involucren las operaciones unitarias o etapas individuales en que pueden desdoblarse los procesos industriales. 2. Utiliza de manera efectiva técnicas y herramientas de ingeniería. 3. Desarrolla criterios profesionales para seleccionar la solución mas adecuada en un contexto determinado, actuando con responsabilidad profesional en sentido amplio (actúa con ética y, responsabilidad social y ambiental). 4. Analiza la relación costo/beneficio de las diferentes alternativas de solución de un problema de operaciones unitarias mediante criterios de evaluación de costos, tiempos, disponibilidad, seguridad, etc. 5. Logra una comunicación clara y técnicamente adecuada, realiza actividades conformando equipos de trabajo, reconoce la necesidad de convocar a "otros" cuando los problemas superen sus conocimientos. ASPECTOS PARTICULARES DE LA TRANFERENCIA DE MASA Al concluir con el desarrollo de la asignatura, el alumno: 1. Identifica, clasifica, relaciona los principios físicos - químicos que rigen las operaciones con transferencia de masa, con el fin de efectuar el diseño de los equipos correspondientes. 2. Adquirió los conocimientos sobre los equipos, mecanismos y accesorios necesarios para realizar el transporte de materia en procesos de separación. 3. Incorpó las estrategias de abordaje de los problemas relacionados con operaciones de transferencia de masa y el diseño de equipo necesarios. 4. Integra conceptos y capacidades adquiridas, tanto en ésta como en otras asignaturas que le preceden o coexisten, para la elección (con espíritu crítico) del medio operacional o conjunto de operaciones para el logro de un objetivo determinado. APORTE A LA FORMACIÓN BÁSICA Y/O PROFESIONAL Las asignaturas Operaciones Unitarias I, II y III efectúan un aporte importante en la formación del futuro profesional, acompañándolo en la adquisición de saberes que le permitan desarrollar satisfactoriamente las actividades reservadas para el Ingeniero Químico. Desde este punto de vista se planifican estas asignaturas, poniendo especial énfasis en la relación entre los contenidos asociados a la actividad, la formación práctica y la relación con el medio. Las temáticas desarrolladas en la Asignatura Operaciones Unitarias III deben posibilitar al futuro ingeniero: * comprender el funcionamiento de las operaciones de transferencia de masa aplicando los principios físicos que rigen las mismas; * seleccionar, especificar, calcular y operar equipos en los que se lleva a cabo transferencia de masa o transferencia simultánea de masa y Página 1 de 7

2 calor; * seleccionar el medio operacional o conjunto de operaciones para el logro de un objetivo determinado y * resolver situaciones de cambio o desconocidas con espíritu crítico. DESARROLLO Actividades y estrategias didácticas Se plantea la enseñanza priorizando los objetivos de formación sobre los objetivos de información. En la formación del profesional del ingeniero, el nivel de elaboración de los conocimientos es función, no sólo del nivel de la información suministrada, sino también del tiempo disponible para su análisis. La ejecución de procesos y procedimientos que garanticen un nivel de elaboración de los conocimientos requiere del estudiante un cierto tiempo de acción y reflexión. Por lo tanto, si se pretende no reducir la formación del estudiante al nivel informativo, es necesario generar las condiciones de cumplimiento de un nivel de profundidad de formación a través de la previsión de un tiempo de aprendizaje. A diferencia del tratamiento tradicional de las operaciones unitarias, en el desarrollo de esta asignatura se realiza el abordaje de los aspectos comunes del funcionamiento y análisis de los diferentes procesos de separación. Este desarrollo generalizado se considera más eficaz y crea una comprensión más amplia en el estudiante, estando capacitado para percibir analogías entre los diversos procesos de separación, siendo también más flexible y original para solucionar nuevos problemas de procesos. Tomando como base que toda área de conocimiento es, simultáneamente, un conjunto coherente de conocimientos interrelacionados y un conjunto de procedimientos para construir los mismos, se considera necesario programar y controlar adecuadamente las actividades del proceso de enseñanza-aprendizaje de forma que constituyan una unidad lo teórico y con lo práctico. Asimismo, en las clases se pretende estimular a los alumnos a que piensen por su cuenta, arriesguen soluciones y las discutan con los docentes, tratando de imponerlas, enfrentarlos con problemas significativos. Al inicio de la cursada se le entrega a los alumnos el programa de la materia y se les informa sobre el sistema de cursada y cronograma de la asignatura. Teniendo en cuenta la necesidad de programar y controlar adecuadamente las actividades del proceso de enseñanza-aprendizaje de forma tal que lo teórico y práctico constituyan una unidad, las actividades propuestas son: * Clases Teórico-Prácticas en donde se desarrollan todos los temas que figuran en el programa, previendo una activa participación de los alumnos.. En el transcurso de ellas se plantean y resuelven situaciones problemáticas concretas, contextualizada, significativas y generales. La asignatura cuenta con un módulo de 10 hs semanales, distribuidas en tres días. En las clases se desarrollan en primera instancia temas teóricos y ejemplos y posteriormente se resuelven problemas referidos a los mismos. * Para avanzar conceptualmente en el desarrollo de los temas de la asignatura, se enfrenta a los alumnos con problemas próximos a la realidad, con recurrencia a la búsqueda y selección de información, alternativas de solución y optimización de la misma. * Los trabajos prácticos incluyen : 1) situaciones problemáticas genéricas que se resuelven con la participación conjunta de docentes y alumnos o de resolución individual por los alumnos, durante la clase, 2) Problemas de ingeniería (20 hs.). Se emplea la computadora como medio para elevar la calidad y eficiencia del proceso enseñanza aprendizaje, poniendo al alumno frente a la necesidad de generar un criterio propio y una síntesis particular. * Laboratorios y trabajo de campo (20 hs.) : desarrollo de trabajos en planta piloto referidos a transferencia de masa y simultánea de calor y masa: psicrometría, secado y extracción sólido-líquido. Posteriormente, esta formación experimental inicial en los procesos de transferencia de calor y masa se complementará con una faz integradora en el transcurso de la asignatura Laboratorio de Procesos (quinto año). * Asimismo, se preve la visita a industrias de la zona y/o Polo Petroquímico Bahía Blanca. Estas actividades son organizadas y coordinadas con el resto de las asignaturas que integran el área de las Operaciones Unitarias. El alumno posee una guía previa de la actividad a realizar, debiendo efectuar un informe o ensayo de la actividad realizada según corresponda. * Con el fin de integrar todos los conocimientos y habilidades adquiridas durante el desarrollo de la cátedra, los alumnos deben realizar el diseño operativo y de equipo/s para resolver una problemática determinada (30 hs. de diseño y proyecto). Desde el área de las Operaciones Unitarias y luego de una serie de acciones y trabajos en equipo entre tres asignaturas del área, se desarrolla con muy buenos resultados, la actividad de proyecto y diseño intregrada. El alumno resuelve una problemática concreta propuesta conjuntamente por las asignaturas Operaciones Unitarias I, Operaciones Unitarias II y Operaciones Unitarias III. Es lo suficientemente amplia como para comenzar su resolución en el cuatrimestre de cursado de Operaciones Unitarias I y II (donde aplicar conceptos y procedimientos adquiridos particularmente en las asignaturas citadas) y lo concluye en el cuatrimestre siguiente durante el cursado de Operaciones Unitarias III. En esta actividad de proyecto y diseño, en el marco de la asignatura Operaciones Unitarias III, los alumnos deberán realizar el cálculo y diseño de un operación que incluye transferencia de masa o transferencia simultánea de masa y calor, según el proceso que le corresponda. Recursos didácticos Las clases Teórico-Prácticas se desarrollan empleando los recursos didácticos tradicionales, retroproyector, computadora, software específicos, Internet, libros, catálogos, normas, publicaciones, apuntes de cátedra. En el desarrollo de la asignatura, tal lo indicado precedentemente, se realizan actividades experimentales, las mismas se llevan a cabo en la Planta Piloto de Ingeniería Química, de la Facultad de Ingeniería de la UNCPBA. Página 2 de 7

3 Evaluación de los alumnos Estrategia de evaluación Durante el proceso de enseñanza aprendizaje se tendrán en cuenta dos tipos de evaluaciones (diagnóstico y contínua) que permitirán enfrentar a los alumnos con los conocimientos previamente adquiridos e ir detectando debilidades en la incorporación de los nuevos conocimientos a fin de plantear acciones correctivas. La evaluación para el cursado de la asignatura se efectuará a través de tres instrumentos: a) Dos parciales teórico-prácticos, cada uno de los cuales con su respectivo recuperatorio. Para aprobar cada examen parcial el alumno deberá obtener un mínimo de 60 puntos sobre un máximo de 100 (se requerirá que de cada tema tenga, como mínimo, el 50 % de resolución correcta, recuperándose los temas que no cumplan con este requisito). Si el alumno no puede rendir alguno de los exámenes por causas justificadas deberá presentar a la cátedra la certificación correspondiente dentro de la semana siguiente a la fecha de evaluación. b) Actividad de proyecto y diseño: desarrollo, en forma individual o grupal, de un trabajo integrador referido a las operaciones estudiadas. c) Informes generados con posterioridad a la realización de los trabajos experimentales y visita a Planta Piloto y/o empresa. La falta de cumplimiento (presentación y aprobación) de algunas de las instancias de evaluación a), b) y c), luego de la etapa de recuperación, implicará la no cursada de la asignatura. De acuerdo a la resolución CAFI 227/04 se requerirá oportunamente el acuerdo de los alumnos respecto al sistema de cursada. La cátedra acepta el sistema de promoción sin examen final. El alumno que apruebe ambos parciales teórico-práctico, los informes de trabajos experimentales y visita a Planta Piloto y/o empresa y el desarrollo del trabajo integrador, tendrá la opción de una instancia final que incluye la defensa individual del último trabajo con integración de contenidos de la asignatura. Desaprobar la instancia integradora final implicará para el alumno, que deberá aprobar la materia en examen final regular (incluyendo la defensa del trabajo integrador). La calificación definitiva surgirá de la ponderación de las dos evaluaciones: cursado de asignatura e instancia integradora. Examen libre Justificación S Evaluación del desarrollo de la asignatura Internamente se efectuará un seguimiento de la asignatura a través de reuniones semanales de los integrantes de la cátedra, a fin de coordinar actividades, analizar el rendimiento de los alumnos, detectar y corregir dificultades, coordinar cronograma y valorar el grado cumplimiento del plan de trabajo propuesto; todo esto con el fin último de tender a la mejora continua. Paralelamente se comparten fortalezas y debilidades detectadas en desarrollo con las restantes asignaturas del área de las Operaciones Unitarias, entre las cuales se elaboran estrategias conjuntas. Asimismo, se autoevaluará el desarrollo de la asignatura a través de una encuesta anónima efectuada a los alumnos, al finalizar la materia. La misma incluye la evaluación de conocimientos previos de los alumnos para abordar la asignatura, la evaluación de los docentes de la cátedra y del desarrollo de la misma. Además, se solicita al alumno su opinión en relación al impacto que la materia a producido en su formación profesional. Cronograma Semana Tema / Actividades 1 Capítulo I : Introducción a los procesos de separación. Capítulo II: Transferencia de masa en una 2 Capítulo II: Transferencia de Masa entre fases. Capítulo III: Procesos de separación por etapas. 3 Capítulo III: Procesos de separación por etapas 4 Capítulo IV: Equipos utilizados en las operaciones, Capítulo V: Separación por múltiples etapas. Pa 5 Capítulo V: Separación por múltiples etapas. Parte A. y Parte B 6 Capítulo V: Separación por múltiples etapas. Parte B.. Primer Parcial 7 Capítulo V: Separación por múltiples etapas. Parte C. 8 Capítulo V: Laboratorio de extracción sólido-líquido 9 Capítulo VI: Operaciones de Contacto contínuo. Parte A y B 10 Capítulo VII: Operaciones de contacto continuo. Parte B 11 Capítulo VII Transferencia simultánea de Calor y Materia Parte A. Diseño y Proyecto. 12 Capítulo VII Transferencia simultánea de Calor y Materia: Parte B y Laboratorio. Diseño y Proyecto. 13 Capítulo VII: Laboratorio. Capítulo VIII: Separación Sistemas multicomponentes. Diseño y Proyecto 14 Diseño y Proyecto. Segundo Parcial- 15 Diseño y Proyecto. Examen Integrador Recursos Docentes de la asignatura Nombre y apellido Función docente Nolasco Susana M. Desarrollo de teoría y práctica de Figueiredo Karina Desarrollo de teoría y práctica Página 3 de 7

4 Recursos materiales Software, sitios interesantes de Internet Utilitarios de uso convencional, MathCAD, SIGMA PLOT 4.1, ASPEN HYSYS, programas CYTED. Principales equipos o instrumentos Se desarrollarán trabajos en planta piloto correspondiente a transferencia de masa y calor: psicrometría, secado y extracción sólido-líquido. Equipos necesarios: psicrómetro, anemómetro, equipo piloto de secado, estufa de secado, estufa de secado con circulación de aire, estufa de secado al vacío, balanzas, equipo de extracción sóilido-líquido, exuipo soxthlet Espacio en el que se desarrollan las actividades Aula Otros X Laboratorio X Gabinete de computación X Campo X OTROS DATOS Cursada intensiva Cursada cuatrimestre contrapuesto N N Página 4 de 7

5 Programa Analítico Asignatura Operaciones Unitarias III (Q52.0) Departamento responsable Plan de estudios Ingeniería Química Ingeniería Química 2004 Área Operaciones Unitarias Programa Analítico de la Asignatura - Año 2015 CAPITULO I : Introducción a los procesos de separación. Definición de procesos de separación. Operaciones de transferencia de masa y operaciones simultáneas de transferencia de calor y masa. Aplicaciones. Significado económico. Características, agente y factor de separación. Clasificación. Métodos de realización de las operaciones de transferencia de masa. CAPITULO II : Transferencia de masa entre fases. Coeficientes de transferencia de materia. Método para la determinación de coeficientes de transferencia de masa. Teoría de Lewis y Whitman. Coeficientes locales y globales de transferencia. Resistencias controlantes. CAPITULO III: Procesos de separación por etapas: I. Separación por simple etapa. Relación de equilibrio entre fases (gas-líquido, vapor-líquido, líquido-líquido, sólido-líquido). Balances globales de materia. Línea de operación. Concepto de etapa de equilibrio (ideal o teórica). Concepto de etapa simple de equilibrio. Cascada de etapas en flujo cruzado, en cocorriente y en contra corriente. Cálculo de separaciones de una etapa simple de equilibrio. Aplicación a absorción, destilación, extracción líquido-líquido, extracción sólido-líquido y adsorción. CAPITULO IV : Procesos de separación por etapas: II. Equipos utilizados. Parte A. Aparatos utilizados en transferencia gas-líquido. Torre de platos, Generalidades. Elementos constitutivos de una torre. Diseño de platos. Diámetro de la columna. Factores que determinan el rendimiento de una columna. Método general de diseño para platos con campanas, platos perforado, plato de válvulas. Parte B. Equipos de extracción líquido-líquido y sólido-líquido. CAPITULO V: Procesos de separación por etapas: III. Separación por múltiples etapas. PARTE A: Condiciones límite de operación. Método de cálculo del número de etapas: método de cálculo etapa por etapa, método gráfico, métodos grupales. Eficacia de etapa. Aplicación a Absorción, Extracción líquido-líquido, Extracción sólido-líquido y Adsorción. PARTE B: Operaciones de múltiple etapas a contracorriente con reflujo. Destilación Binaria. Cálculo gráfico de etapas múltiples por el método de Ponchon Savarit. Condiciones límites de operación. Alimentación y/o extracciones múltiples. Calentamiento con vapor vivo. Condensación total y parcial. Pérdida de calor. PARTE C: Destilación. Cálculo del número de platos teóricos por el método de Mc Cabe y Thiele. Ubicación del plato de alimentación. Condiciones límites de operación. Calentamiento con vapor vivo. Condensación total y parcial. Alimentaciones múltiples, extracciones laterales. Destilación discontinua simple y con múltiples etapas. CAPITULO VI: Operaciones de contacto continuo. Parte A. Torres rellenas. Consideraciones generales. Tipos de materiales de relleno. Construcción de la envolvente. Platos colectores y distribuidores. Cargas de relleno en la torre. Características fluidodinámicas de funcionamiento, punto de carga e inundación. Determinación del diámetro de la torre. Cálculo de la pérdida de carga a lo largo de la torre. Comparación entre torre de platos y rellena. Parte B. Cálculo de la altura de relleno. Número de unidades de transferencia: desarrollo analítico, soluciones gráficas, simplificaciones para soluciones diluidas. Altura de la unidad de transferencia para la fase líquida y gaseosa. Aplicación a absorción, destilación, extracción líquido-líquido y adsorción. CAPITULO VII: Transferencia simultánea de calor y masa Parte A: Psicrometría. Operaciones de humidificación. Torres de enfriamiento de agua: funcionamiento, ecuaciones de diseño.. Parte B: Secado. Características generales de la operación. Curvas de equilibrio. Definición de diferentes humedades. Mecanismos de Secado. Curvas de velocidad de secado. Tiempo de secado. Secado continuo. Secado a alta y baja temperatura. Equipos para secado. CAPITULO VIII: Separación de sistemas multicomponentes. A. Destilación. Comportamiento de la columna de destilación de multicomponentes. Especificación de variables. Diseño aproximado. Componentes clave. Balances aproximados de materia. Cálculo del reflujo mínimo. Cálculo del número de etapas. B. Absorción. Características. Determinación del número de etapas: Método gráfico, métodos analíticos. Página 5 de 7

6 Bibliografía Básica * TREYBAL ROBERT "Operaciones con transferencia de masa". Editorial Mc Graw Hill * FOUST, WENZEL, CLUMP, MAUS, ANDERSON "Principios de Operaciones Unitarias". Editorial CECSA * PERRY JHON "Manual de Ingeniero Químico". Editorial Mc GRAW HILL * MARTINEZ DE LA CUESTA PEDRO J. y RUS MARTINEZ ELOISA. "Operaciones de Separación en Ingeniería Química. Métodos de Cálculo". Pearson-Prentice Hall * MARCILLA GOMIS A. " Introducción a las Operaciones de Separación de Contacto continuo". Publicaciones Universidad de Alicante * MARCILLA GOMIS A. " Introducción a las Operaciones de Separación. Cálculo por etapas de equilibrio". Publicaciones Universidad de Alicante * WANKAT PHILLIP C. "Ingeniería de procesos de separación". Editorial Pearson- Prentice Hall * OCON GARCIA, JOAQUIN - GABRIEL TOJO BARREIRO "Problemas de Ingeniería Química". Editorial AGUILAR * Mc CABE, SMITH, HARRIOT "Operaciones básicas de Ingeniería Química". Editorial Mc Graw-Hill * HEWLWY-SEADER "Operaciones de separación por etapas de equilibrio en Ingeniería Química". Revertá S.A * WALAS, STANLEY M. "Chemical Process Equipment". Editorial BUTTERWORTHS KING JUNDSON "Procesos de separación". Editorial REVERTE S.A * COULSON J. Y RICHARDSON J.F. " Ingeniería Química". Editorial REVERTE S.A * SCHWITZER PHILIP A., editor in Chief "Handboock of separation technique for chemical engineers". Editorial Mc GRAW-HILL * GEANKOPLIS Ch. "Procesos de transporte y Operaciones Unitarias". Editorial CECSA Bibliografía de Consulta * SHERWOOD T., PRGFORD Y WILKE "Transferencia de masa". GEMINIS * CHOPEY N.P. " Handbook of Chemical Engineering Calcuations". Editorial Mc Graw-Hill * SMITH ROBIN Chemical Process Design. Mc Graw Hill * HENLEY - SEADER "Equilibrio stage separation in chemical engineering". Editorial WILEY * TREYBAL ROBERT "Extracción en fase líquida". Editorial HISPANOAMERICANA - Unión tipográfica Mexico (de cátedra) * BADGER WALTER Y BANCHERO J. "Introducción a la Ingeniería Química". Mc GRAW HILL (de cátedra) * LYDERSEN, AKSEL L. "Mass Transfer in Engineering Practice". Editorial WILEY (de cátedra) * Publicaciones Periódicas. Página 6 de 7

7 Docente Responsable Nombre y Apellido Susana María Nolasco Firma Dirección de Departamento Firma Secretaría Académica Firma Página 7 de 7