SIGLA: ECBTI CODIGO: N DE SEMANAS: 16 semanas

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1 1. INFORMACIÓN GENERAL DEL CURSO ESCUELA O UNIDAD: Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería SIGLA: ECBTI NIVEL: Profesional CAMPO DE FORMACIÓN: Formación Disciplinar Específica. CURSO: Balance de Materia y Energía CODIGO: TIPO DE CURSO: Teórico Práctico N DE CREDITOS: Este curso corresponde a tres (3) créditos académicos. Cada crédito equivale a: 48 horas (36 de trabajo individual y 12 de acompañamiento tutorial) N DE SEMANAS: 16 semanas CONOCIMIENTOS PREVIOS: El estudiante que asume el curso de Balance de Materia y energía debe tener conocimientos previos con relación a los temas de estequiometria, algebra, calor y energía interna principalmente. Es por esta razón que se exige al estudiante haber aprobado con anterioridad los siguientes cursos: Algebra, trigonometría y geometría analítica Química general Termodinámica DIRECTOR DEL CURSO: Carolina León Virgüez FECHA DE ELABORACIÓN: Octubre 22 de 2013

2 DESCRIPCIÓN DEL CURSO: El diseño curricular del programa de ingeniería de alimentos, ha llevado a un plan analítico que establece el área de ingeniería básica en la cual se ubican cursos formativos que permiten al estudiante acceder a conocimientos, habilidades y destrezas para abordar importantes cursos de la ingeniería específica y desarrollarse en varios de los campos del ejercicio profesional y ocupacional. Dentro del plan de estudios se ofrece el curso de Balance de Materia y Energía como parte fundamental en Ciencias de la Ingeniería, la importancia de este curso radica en las competencias que permite desarrollar en el estudiante como preparación para la formación en otras disciplinas, específicamente en las operaciones unitarias que se representan en el currículo por las Transferencias de masa, calor y momentum. Adicionalmente el curso promueve el fortalecimiento en el pensamiento analítico y lógico matemático que será de gran utilidad la hora de analizar y resolver problemas reales en la industria. En la industria alimentaria los balances de materia y energía constituyen la base del diseño de equipos y permiten conocer la eficiencia de un proceso cuando la línea de producción se encuentra en marcha. Se considera necesario el trabajo sobre las leyes de conservación de materia y energía con sus respectivas aplicaciones en el planteamiento de los balances másicos y energéticos de un proceso, este trabajo debe estar sustentado en temáticas como la elaboración de diagramas de procesos, conversión de unidades y conceptos de energía térmica que serán profundizados en otros cursos del programa. 2. INTENCIONALIDADES FORMATIVAS PROPÓSITO: Desarrollar en el futuro ingeniero las competencias en el planteamiento y análisis del balance de materia y energía que requiere para el desarrollo de su disciplina. Promover en el estudiante las habilidades matemáticas y analíticas que sustentan el desarrollo de competencias en el área de operaciones unitarias. Generar habilidades en el planteamiento y resolución de ecuaciones para la descripción de una operación unitaria. Promover el aprendizaje colaborativo mediante la construcción de un proyecto de curso grupal. Enfrentar al estudiante ante condiciones que simulen las situaciones reales de su disciplina a través del uso de simuladores virtuales.

3 COMPETENCIAS GENERALES DEL CURSO. 1. Entiende las generalidades y fundamentos del Balance de materia y sus alcances para el manejo controlado de los procesos de producción y conservación de alimentos. 2. Plantea y resuelve correctamente balances de energía en procesos de la industria alimentaria a través de la aplicación de los fundamentos matemáticos y analíticos adquiridos en el curso. 3. Elabora hojas de cálculo para la resolución de balances de materia y energía mediante la herramienta Excel. 4. Aplica de forma exitosa el manejo del método gráfico y método por ensayo y error para la resolución de balances de materia y energía en la industria de alimentos. 5. Interactúa con un simulador para el cálculo de balances de materia y energía. 6. Define una operación unitaria con base en las entradas y salidas másicas y energéticas.

4 3. CONTENIDOS DEL CURSO. Ciencias de la Ingeniería 4. Prerequisitos de este curso: Termodinámica Algebra, trigonometría y geometría BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA Este curso es prerrequisito de: Transferencia de Momentum Transferencia de Calor Transferencia de Masa UNIDAD 1 UNIDAD 2 UNIDAD 3 Procesos Diagramas de flujo Hojas de cálculo Balances de materia Tipos de energía Tipos de calor Balances de energía Balances simultáneos Método de ensayo y error Método gráfico Componente práctico 100 puntos Proyecto de curso 100 puntos

5 NOMBRE DE LA UNIDAD CONTENIDOS DE APRENDIZAJE Referencias Bibliográficas Requeridas 1. Procesos: Proceso industrial. Proceso de cochada Proceso continuo Variables de proceso. Composición y concentración. 2. Diagramas: Diagrama de flujo. Diagramas de bloques. Diagramas simbólicos. Diagrama P&ID. FONSECA, V. UNAD. Modulo Balance de Materia y Energía. Unidad Para descargar la lectura consultar el siguiente enlace: us_2014/lectura_unidad_1_balance_de_materia_y_energia.pdf De acuerdo a los contenidos de aprendizaje consultar la siguientes páginas del material: 1. Procesos: Páginas Diagramas: Páginas Hojas de cálculo 3. Hojas de cálculo: UNIDAD 1: BALANCES DE MATERIA Memorias y hojas de cálculo para balances de materiales. Base de cálculo Compuesto base de cálculo Páginas Balances de materia: Páginas Elemento base de cálculo Conversión de unidades. Rendimiento y conversión. Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriot Unitarias En Ingeniería Química - - 7ma Edición Operaciones 4. Balances Ley de conservación de la materia. Clases de balances. Balances de operaciones de separación. Balances de separación con acumulación. Balances de mezcla. Balances de mezcla y separación. Balances en operaciones con recirculación o reciclo.

6 Felder, Richard M., and Ronald W. Rousseau. Principios elementales de los procesos químicos. Addison-Wesley Iberoamericana, Páginas Referencias bibliográficas complementarias RECLAITIS, G.V., Balances de Materia y Energía, McGraw-Hill Book, Co. HIMMELBLAU, D. Balances de Materia y Energía, cuarta edición, Ed. Prentice Hill., 1988, México. IZQUIERDO J.p., COLS. Problemas resueltos de Balance de Materia y Energía, Reverte. Barcelona VALIENTE A. Problemas de balance de materia y energía. Ed. Universidad, México, BERLALTIS, G.V. Balances de materia y energía, Ed. Mac Graw Hill, Mayo 1991, México.

7 NOMBRE DE LA UNIDAD CONTENIDOS DE APRENDIZAJE Referencias Bibliográficas Requeridas UNIDAD 2: BALANCES DE ENERGÍA 1. Tipos de energía. 1a. Ley de la termodinámica Energía Potencial Energía Cinética Energía Mecánica Energía Interna Energía PV Balance Total de Energía 2 Calor Calor de índole físca Calor específico Calor especifico a P constante Calor latente Calor de índole química Calor de formación Calor de reacción Calor de disolución Calor de mezcla Calor de combustión FONSECA, V. UNAD. Modulo Balance de Materia y Energía. Unidad Para descargar la lectura consultar el siguiente enlace: s_2014/lectura_unidad_2_balance_de_materia_y_energia.pdf De acuerdo a los contenidos de aprendizaje consultar la siguientes páginas del material: 1. Tipos de energía: Páginas Tipos de calor: Páginas Balances de energía: Páginas Balances de energía. Balance en sistemas cerrados. Balance en sistemas abiertos en estado estacionario. Felder, Richard M., and Ronald W. Rousseau. Principios elementales de los procesos químicos. Addison-Wesley Iberoamericana, Páginas Referencias bibliográficas complementarias RECLAITIS, G.V., Balances de Materia y Energía, McGraw-Hill Book, Co. HIMMELBLAU, D. Balances de Materia y Energía, cuarta edición, Ed. Prentice Hill., 1988, México. IZQUIERDO J.p., COLS. Problemas resueltos de Balance de Materia y Energía, Reverte. Barcelona VALIENTE A. Problemas de balance de materia y energía. Ed. Universidad, México, 1991.

8 NOMBRE DE LA UNIDAD CONTENIDOS DE APRENDIZAJE Referencias Bibliográficas Requeridas 1 Balance materia y calor FONSECA, V. UNAD. Modulo Balance de Materia y Energía. UNIDAD 3 2 Balances con mermas 3 Balances por ensayo y error 4 Balances por método gráfico. Unidad Para descargar la lectura consultar el siguiente enlace: bus_2014/lectura_unidad_3_balance_de_materia_y_energia.pdf De acuerdo a los contenidos de aprendizaje consultar la siguientes páginas del material: 1. Balance simultaneo de materia y energía: Páginas Balances con mermas: Páginas Balances por ensayo y error: Páginas Balances por método gráfico: Páginas Felder, Richard M., and Ronald W. Rousseau. Principios elementales de los procesos químicos. Addison-Wesley Iberoamericana, Páginas RECLAITIS, G.V., Balances de Materia y Energía, McGraw-Hill Book, Co. Referencias bibliográficas complementarias HIMMELBLAU, D. Balances de Materia y Energía, cuarta edición, Ed. Prentice Hill., 1988, México. IZQUIERDO J.p., COLS. Problemas resueltos de Balance de Materia y Energía, Reverte. Barcelona VALIENTE A. Problemas de balance de materia y energía. Ed. Universidad, México, BERLALTIS, G.V. Balances de materia y energía, Ed. Mac Graw Hill, Mayo 1991, México.

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10 5. ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE Evaluación Unidad Contenido de Competencia Indicadores de desempeño Estrategia de N de Sem Propósito Criterios de Ponderació n El estudiante desarrolla un Maneja correctamente El curso de Balance de Identificar las fortalezas El estudiante adecuado análisis la conversión de Materia y Energía se ha y debilidades del aprueba la prueba Procesos dimensional. unidades. construido con base en la estrategia de aprendizaje por proyecto. El estudiante estudiante con relación a los conocimientos prerequisito de la diagnóstica que se realiza en forma de POC tipo quiz. Sin ponderación. Identifica claramente las El estudiante construirá un proyecto en segunda unidad. UNIDAD 1 BALANCE DE MATERIA Diagramas Hojas de cálculo Balances etapas dentro de un proceso industrial. El estudiante plantea y resuelve correctamente balances de materia en procesos de la industria alimentaria a través de la aplicación de los fundamentos matemáticos y analíticos adquiridos en el curso. El estudiante elabora hojas de cálculo para la presentación de balances de materia por etapa y por proceso en el programa Excel. representa de forma completa un proceso industrial mediante un diagrama de flujo que presenta la secuencia lógica de operaciones unitarias que lo integran. Propone correctamente el sistema de ecuaciones que establecen el balance de materia de una etapa o proceso industrial. tres fases que desarrollara como producto final de cada unidad. En la primera unidad se trabajara sobre los siguientes aspectos: -Selección de proceso industrial. -Elaboración de diagrama de bloques de proceso. -Elaboración de hoja de cálculo. -Planteamiento y resolución de balance de materia del proceso. (Link a la Guía de Actividades) 5 semanas Fortalecer los procedimientos de conversión de unidades con el objetivo de reforzar las bases para el desarrollo del curso. Evaluar la capacidad del estudiante para diferenciar entre los diferentes tipos de operaciones y las ecuaciones de balance que ellas involucran. El estudiante aprueba un cuestionario con ejercicios prácticos sobre conversión de unidades. Link Rúbrica Taller 1 El estudiante resuelve correctamente balances de materia de forma individual a través de la presentación de un taller. Link Rúbrica Taller 2 Taller 1 (3%): 15 puntos Taller 2 (3%) 15 puntos

11 Evaluación Unidad Contenido de Competencia Indicadores de desempeño Estrategia de N de Sem Propósito Criterios de Ponderación El curso de Balance de Evaluar la capacidad Proyecto Fase 1: El estudiante resuelve Elabora una hoja de Materia y Energía se ha de organización y Los criterios de situaciones problémicas de cálculo en Excel construido con base en la trabajo en equipo por ligados a Fase 1 la industria de alimentos teniendo en cuenta los estrategia de aprendizaje parte del estudiante. esta actividad se Proyecto de mediante el planteamiento y parámetros requeridos por proyecto. El estudiante pueden consultar en curso (8%): 40 resolución de balances de construirá un proyecto en Enfrentar al el siguiente enlace: puntos materia. tres fases que desarrollara estudiante con un (Link rúbrica de como producto final de cada ejercicio práctico ). unidad. relacionado con la Procesos industria de En la primera unidad se alimentos y que UNIDAD 1 BALANCE DE MATERIA Diagramas Hojas de cálculo Balances trabajara sobre los siguientes aspectos: -Selección de proceso industrial. -Elaboración de diagrama de bloques de proceso. -Elaboración de hoja de cálculo. -Planteamiento y resolución de balance de materia del proceso. (Link a la Guía de Actividades) 5 semanas requiere la aplicación de los balances de materia para su resolución Medir el nivel de comprensión de los conceptos y términos asociados a la primera unidad del curso. El estudiante demuestra el aprehendizaje de conceptos de la Unidad 1 por medio de un cuestionario en línea con opción múltiple. Quiz 1 (4%): 20 puntos.

12 Evaluación Unidad Contenido de Competencia Indicadores de desempeño Estrategia de N de Sem Propósito Criterios de Ponderación. Identificar las fortalezas y El estudiante aprueba la UNIDAD 2 BALANCE DE ENERGÍA 1. Tipos de energía. 1a. Ley de la termodinámica Energía Potencial Energía Cinética Energía Mecánica Energía Interna Energía PV Balance Total de Energía 2 Calor Calor de índole física Calor específico Calor especifico a P constante Calor latente Calor de índole química Calor de formación Calor de reacción Calor de disolución Calor de mezcla Está en capacidad de diferenciar y aplicar las ecuaciones pertinentes para el cálculo de calores sensible y latente relacionados con una operación unitaria. Identifica los calores inherentes a una reacción química. Asocia los diferentes tipos de energía con las ecuaciones que las caracterizan. Calcula de forma correcta el calor asociado a un calentamiento, enfriamiento y cambio de estado de un material. Calcula el calor de reacción, de formación y de combustión de un compuesto. Continuando con la estrategia de aprendizaje propuesta, en la unidad 2 se presentan los fundamentos para la elaboración de la segunda fase del proyecto. Los temas a trabajar son:. Identificación de corrientes de energía de entrada y salida sobre un diagrama de flujo.. Planteamiento del balance de energía por etapa..planteamiento y 5 semanas debilidades del estudiante con relación a los conocimientos prerequisito de la segunda unidad. Evaluar la comprensión de las relaciones matemáticas que definen los diferentes tipos de energía. Identificar a través de una prueba cerrada el nivel de comprensión de los conceptos de calor sensible y calor latente asociados a una operación unitaria. Evaluar el procedimiento utilizado en el cálculo de calores asociados a una prueba diagnóstica que se realiza en forma de POC tipo quiz. Presenta y aprueba un taller con ejercicios de asociación y análisis de problemas en los que se requiere cálculo de magnitudes energéticas. Link Rúbrica Taller 3 Presenta y aprueba un quiz con ejercicios en los que se requiere cálculo de calores sensibles y latentes para la resolución de diferentes casos prácticos. Presenta y aprueba un taller con ejercicios de cálculo de calores de Sin ponderación. Taller 3 (3%): 15 puntos Quiz 2 (4%): 20 puntos Taller 4 (3%): 15 puntos Calor de resolución del reacción química. reacción, formación y combustión balance de energía combustión. en el proceso seleccionado. Link Rúbrica Taller 4

13 Evaluación Unidad Contenido de Competencia Indicadores de desempeño Estrategia de N de Sem Propósito Criterios de Ponderación UNIDAD 2 BALANCE DE ENERGÍA 6. Balances de energía. Balance en sistemas cerrados. Balance en sistemas abiertos en estado estacionario. Identifica los diferentes tipos de energía involucrados en los procesos físicos industriales a través de su planteamiento matemático. Calcula los requerimientos energéticos de una operación industrial que involucre Plantea correctamente el balance de energía para un proceso industrial en alimentos. Plantea adecuadamente las ecuaciones que permiten el cálculo de la energía invertida o revertida en una operación unitaria. Cálculo del requerimiento energético de las reacciones químicas involucradas, Las especificaciones de esta fase se presentan de forma detallada en la guía adjunta. (Link a la Guía de Actividades) 5 semanas Evaluar la capacidad de organización y trabajo en equipo por parte del estudiante. Brindar el escenario adecuado para que el estudiante ponga en práctica los conocimientos adquiridos en la unidad 2. Proyecto Fase 2: Los criterios de asociados con la segunda fase del proyecto se encuentran en la rúbrica adjunta. Link rúbrica de ) Fase 2 Proyecto de curso (8%): 40 puntos transferencia de calor

14 Evaluación Unidad Contenido de Competencia Indicadores de desempeño Estrategia de N de Sem Propósito Criterios de Ponderación Identificar las fortalezas y El estudiante 1 Balance materia y calor. 2 Balances con mermas. Comprende el concepto de merma y lo aplica correctamente en la resolución de Incluye un porcentaje de merma en cada etapa dentro de un balance de materia o energía. En esta Unidad se desarrolla la Fase 3 del proyecto del curso. El Estudiante desarrollara dos debilidades del estudiante con relación a los conocimientos prerequisito de la primera unidad. aprueba la prueba diagnóstica que se realiza en forma de POC tipo quiz Sin ponderación. UNIDAD 3 BALANCES SIMULTANEOS DE MATERIA Y ENERGÍA 3 Balances por ensayo y error. 4 Balances por metodo grafico. 5 Balances para mezclas de dos componentes 6 Balances para mezclas de tres componentes. balances de materia y energía. Utiliza como estrategia de resolución del balance de materia y energía el método de ensayo y error haciendo uso de las hojas de cálculo. Programa en una hoja de cálculo el sistema de ecuaciones iterativas que permiten la resolución de un problema con base en el método de ensayo y error. Realiza una adecuada lectura de los diagramas ternarios y diagramas de fase. problemas industriales haciendo uso del método gráfico y de método por ensayo y error. ( Link a la Guía de Actividades) 6 semanas Presenta y aprueba un taller con ejercicios que requieren la lectura de diagramas multicomponentes. Link Rúbrica Taller 3 Identificar a través de una prueba cerrada el nivel de comprensión de los conceptos asociados a la Presenta y aprueba un taller con ejercicios de refuerzo del método gráfico Link Rúbrica Taller 5 Presenta y aprueba un quiz acerca de los principales Taller 5 (3%): 15 puntos Quiz 3 (4%): 20 puntos Aplica la regla de la tercera unidad. conceptos palanca para encontrar asociados a la la composición de una Unidad 3 mezcla.

15 Unidad Contenido de Competencia Indicadores de desempeño Estrategia de N de Sem Propósito Evaluación 1 Criterios de Ponderación 1, Balance materia y Aplica correctamente Plantea y En esta Unidad se desarrolla Evaluar la capacidad de Proyecto Fase 2: UNIDAD 3 BALANCES SIMULTANEOS DE MATERIA Y ENERGÍA calor. 2 Balances con mermas. 3 Balances por ensayo y error. 4 Balances por metodo grafico. 5 Balances para mezclas de dos componentes los conceptos asociados al balance simultáneo de materia y energía mediante el planteamiento y resolución de los sistemas de ecuaciones pertinentes. Soluciona problemas de balance de materia a través de resuelve correctamente balances simultáneos de materia y energía para diferentes operaciones unitarias involucradas en procesos de alimentos. la Fase 3 del proyecto del curso. El Estudiante desarrollara dos problemas industriales haciendo uso del método gráfico y de método por ensayo y error. ( Link a la Guía de Actividades) 6 semanas organización y trabajo en equipo por parte del estudiante. Brindar el escenario adecuado para que el estudiante ponga en práctica los conocimientos adquiridos en la unidad 3 a través de la resolución de problemas. Los criterios de asociados con la segunda fase del proyecto se encuentran en la rúbrica adjunta. ( Link rúbrica de ) Fase 3 Proyecto de curso (12%): 60 puntos 6 Balances para mezclas de tres componentes. la interpretación de los diagramas multicomponentes y multifase

16 Unidad Contenido de Competencia Indicadores de desempeño Estrategia de N de Sem Propósito Evaluación Criterios de Ponderación Interactúa Evidencia el uso El estudiante analiza y resuelve un problema de balance simultáneo de materia y energía mediante el uso de un correctamente con el simulador que soporta la práctica virtual. Analiza y utiliza correctamente los El componente práctico del curso se desarrolla con base en la estrategia de aprendizaje basado en simuladores. Las Evaluar la respuesta del estudiante ante el uso de un simulador virtual para la solución de del simulador virtual para el desarrollo de la actividad mediante imágenes. COMPONENTE PRÁCTICO Desarrollo de práctica virtual simulador. El estudiante diseña un problema de la industria de alimentos y lo resuelve mediante el uso del simulador virtual. datos arrojados por el simulador. Elabora un informe dando respuesta a la situación problèmica asignada. Diseña un caso práctico relacionado con su quehacer diario para ser solucionado mediante simulación actividades a desarrollar se presentan en la guía adjunta. Link guía componente Práctico 14 semanas problemas de balance de materia energía. Evaluar la capacidad de innovación con respecto a casos prácticos presentados en la industria. Elabora un reporte escrito con la descripción de la metodología usada para el desarrollo de la actividad. Elabora un documento con el planteamiento y resolución del problema diseñado. Informe componente práctico (20%) = 100 puntos

17 Unidad Contenido de Competencia Indicadores de desempeño Estrategia de N de Sem Propósito Evaluación Criterios de Ponderación Elabora una hoja de EVALUACIÓN FINAL POR PPROYECTO En esta sección se incluyen todas las temáticas vistas a través del curso Analiza y resuelve un problema de la industria alimentaria mediante el planteamiento y resolución de los balances de materia y energía de cada una de las etapas del proceso. cálculo con la resolución de los balances de materia y energía del proceso seleccionado. Elabora una hoja de cálculo con la resolución de los dos problemas planteados en la tercera Unidad. Elabora un documento escrito en el que describe con detalle las restricciones tenidas en la elaboración de la hoja de cálculo y los cálculos desarrollados. La final corresponde a la fase final de la estrategia basada en proyecto, el estudiante presentará el producto final del proyecto que ha elaborado a lo largo del curso, adicionalmente presentara una sustentación mediante una POC. Las especificaciones del proyecto final se pueden consultar en a guía adjunta. Link Guía actividades Proyecto Final 2 semanas Evaluar la capacidad de organización y trabajo en equipo por parte del estudiante. Evaluar la comprensión de los temas vistos a lo largo del curso. Identificar las competencias comunicativas del estudiante a través de su participación en los foros Los criterios de relacionados con el proyecto final del curso se pueden consultar en la rúbrica adjunta. Ver rúbrica Proyecto final. Quiz de sustentación (5%) = 25 puntos Proyecto final (20%) = 100 puntos

18 7. ESTRUCTURA DE EVALUACIÓN DEL CURSO Tipo de Actividad Ponderación Puntaje Máximo Prueba diagnóstica 1 Formativa No Aplica Auto Prueba diagnóstica 2 Formativa No Aplica Prueba diagnóstica 3 Formativa No Aplica Co Reflexión grupal Formativa No Aplica Taller 1 3% 15 puntos Fase 1: Proyecto de curso 8% 65 puntos Quiz 1 4% 40 puntos Hetero Taller 2 3% 15 puntos Fase 2 Proyecto de curso 8% 65 puntos Taller 3 3% 15 puntos Fase 3 Proyecto de curso 12% 60 puntos Informe componente práctico 20% 100 puntos Proyecto final 20% 125 puntos