EN INGENIERÍA QUÍMICA

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1 UNIVERSIDAD DE SONORA Unidad Regional Centro División de Ingeniería Departamento Ingeniería Química y Metalurgia LICENCIATURA EN INGENIERÍA QUÍMICA Asignatura: Laboratorio de Ingeniería Química II Clave: 8997 Antecedente: Laboratorio de Ingeniería Consecuente: Laboratorio de Ingeniería Química III Química I, Cinética Química, Fenómenos de Transporte, Termodinámica II Créditos: 4 (4 h laboratorio) Modalidad: Semipresencial Horas Semana: 4 Horas curso: 64 Modalidad enseñanza-aprendizaje: Laboratorio Departamento de Servicio: Ingeniería Química y Metalurgia Eje de formación: Integrador Carácter: Obligatorio Competencias específicas a desarrollar: Identifica, analiza y diagnostica el efecto o impacto de las variables de un proceso físico y/o químico. Analiza y resuelve problemas los cambios fisicoquímicos de materia y energía. Capacidad para interpretar y evaluar datos derivados de observaciones y mediciones, relacionándolos con la teoría para explicar los fenómenos físicos y/o químicos. Aplica técnicas de simulación y optimización para determinar los valores más convenientes de las variables de interés en un proceso físico y/o químico. Conocimiento de las fronteras de la investigación en la Ingeniería Química y sus aplicaciones. Conocimientos generales previos requeridos: - Leyes de los exponentes y logaritmos - Obtención de raíces de polinomios de segundo grado y grado superior - Ajuste de datos a una línea recta - Determinación del valor de la pendiente e intersección de una línea recta - Implementación de Matlab en las actividades antes mencionadas - Tabla periódica - Nomenclatura de sustancias orgánicas e inorgánicas - Concepto de mol y peso molecular - Leyes y propiedades termodinámicas - Leyes cinéticas, velocidad de reacción, diferentes órdenes de reacción, ley de Arrehnius - Viscosidades de líquidos y gases - Número de Reynolds 1

2 Introducción: La asignatura de Laboratorio de Ingeniería Química II tiene la finalidad de integrar los conocimientos prácticos de Fenómenos de transporte, Termodinámica II y Cinética Química, para una formación sólida, amplia y consistente en los estudiantes de ingeniería química. Ésta se divide en 4 unidades de competencia. En la unidad de competencia de Introducción se abordan los temas de técnicas de trabajo de laboratorio y herramientas de cálculo apropiadas para la serie de sesiones a desarrollar, así como un recordatorio de las tres materias que involucran a esta asignatura en cuanto a conceptos teóricos. En la segunda unidad de competencia se realizan prácticas relacionadas con Fenómenos de transporte, se utiliza el viscosímetro de Brookfield para líquidos no newtonianos, la determinación del No. De Reynolds, perfiles de temperatura en sólidos y principios de transmisión de calor por convección natural y forzada. En la tercera unidad de competencia en Termodinámica química, prácticas como ilustrar el manejo de la carta psicrometrica, calcular la constante calorimétrica, determinar la eficiencia de un compresor y determinar el calor de combustión de una sustancia utilizando la bomba calorimétrica. En la cuarta unidad de competencia de cinética química se realizan una serie de prácticas relacionadas con ilustración de los conceptos de equilibrio y velocidad de reacción mediante analogías físicas, estudio de una reacción Irreversible de primer orden, cinética de la saponificación del acetato de etilo, seguimiento por fotocolorimetría de una reacción química reacciones reversibles, estudio de la reacción de yodación de la acetona, determinación del orden de reacción respecto al catalizador y efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción. Propósito: La materia integra mediante actividades de laboratorio los conocimientos teóricos estudiados en las materias de Fenómenos de transporte, Termodinámica II y Cinética Química. Objetivo General: Comprender, analizar, correlacionar y modelar los datos a partir de los conceptos fundamentales teóricos para su implementación. Objetivos Específicos: 1. Comprender los conceptos de los fundamentos de ingeniería química. 2. Identificar las técnicas mediante las cuales los datos son cor la teoría correspondiente a lo estudiado en Fenómenos de Transporte, Termodinámica II y Cinética Química. 3. Aplicar las leyes y propiedades termodinámicas, leyes cinéticas, velocidad de reacción, diferentes órdenes de reacción, viscosidad de líquidos y gases, propiedades físicas de los fenómenos de transferencia, así como conocimientos de algebra, geometría analítica, métodos numéricos y datos prácticas y proyectos. 4. Trabajar en equipo en forma responsable, empática, colaborativo, proactivo y tolerante para la 2

3 solución de problemas y situaciones. Así mismo deberá comunicarse de forma oral y escrita apropiadamente en español e inglés, tener conocimiento de las tecnologías de la información y la comunicación. 3

4 Unidades de Competencias Unidad de Competencia I. Introducción 1.1. Conceptos básicos de fenómenos de transporte, termodinámica y cinética química 1.2. Preparación de soluciones, unidades de concentración más utilizadas 1.3. Uso de programas de computación como exel. Unidad de Competencia II. Fenómenos de transporte 2.1. Viscosidad de los Líquidos, uso del Viscosímetro de Brookfield 2.2. Determinación Experimental del Número de Reynolds 2.3. Perfiles de velocidades en régimen turbulento estacionario Tiempo de Drenado en un Tanque 2.5. Perfiles de Temperatura en Sólidos 2.6. Perdida por Evaporación en Tanques de Almacenamiento y Curva de Enfriamiento 2.7. Transmisión de Calor por Convección (Cilindros Hielo-Aire) Unidad de Competencia III. Termodinámica II 3.1. La carta psicrométrica 3.2. Cálculo de la eficiencia de un comprensor 3.3. Determinar el calor de combustión de una sustancia utilizando la bomba calorimétrica 3.4. Calorímetros Unidad de Competencia IV. Cinética Química 4.1. Estudio de Una Reacción Irreversible de Primer Orden Mediante una Analogía Física Cinética de saponificación del Acetato de Etilo Seguimiento por Fotocolorimetría de una Reacción 4.4. Reacciones Reversibles 4.5. Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona 5.1) Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona, con Respecto al Yodo. 5.2) Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona, con Respecto a la Acetona. 5.3) Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona, con Respecto al Catalizador. 5.4) Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona, con Respecto a la Temperatura Estudio de la reacción entre el yoduro de potasio y el persulfato de potasio Evaluación: criterios generales para la acreditación del curso: Reportes de prácticas y asistencia 40% Proyectos: 15% Exposición de prácticas: 15% Tareas y exámenes; 30% Bibliografía CINÉTICA EXPERIMENTAL, LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA II. Federico Fuentes Rascón, Rosaura Teresita Peréz Armendáriz, Onofre Monge Amaya. Colección de textos Académicos (2011). Tipo (básica o complementaria) Básica 4

5 MANUAL DE PRÁCTICAS DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE (1990). Onofre Monge Amaya y Jaime Varela Salazar Programación en Ingeniería Química (aplicaciones en Excel, Mathcad y MATLAB). Abraham Rogelio Mártin García, Patricia Guerrero Germán y Rafael E. Cabanillas López. Colección Textos Académicos (2013) Fundamentos de Fisicoquímica, Maron y Prutton, ed. Limusa. Métodos de la cinética química. G. Serguéiev...[et al.] Cinética química aplicada. Juan Ramón González Velasco...[et al.] Fenómenos de transporte R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot; tr.hugo Villagómez Velázquez; 2a ed. Básica Básica Complementaria Complementaria Complementaria Complementaria Introducción a la termodinámica en ingeniería química. Smith, Joseph Mauk / J. M. Smith, H. C. Van Ness y M. M. Abbott. Complementaria Desarrollo de las competencias Resultados del aprendizaje Conceptos básicos de fenómenos de transporte, termodinámica y cinética química Preparación de soluciones, unidades de concentración más utilizadas Uso de programas de computación como exel Aplicar algebra y datos prácticas de fenómenos de transporte. Actividades educativas SEMANA 1 Exposición de contenidos básicos de las materias, así como discusión grupal y por equipos SEMANA 2 Determinación de la viscosidad/ uso del viscosímetro Brookfield, así como discusión grupal y por equipos. SEMANA 3 Volumen de trabajo del estudiante calculado en horas Evaluación 4 Tarea sobre conceptos de formas de expresión de la concentraciones para preparar soluciones y resolución de problemas en exel. conclusiones 5

6 Aplicar algebra, métodos numéricos, fenómenos de transporte y datos fenómenos de transporte Determinación Experimental del Número de Reynolds y la práctica teórica sobre perfiles de velocidades en régimen turbulento estacionario. Determinación del efecto de la temperatura en la viscosidad. así como discusión grupal y por equipos. conclusiones Aplicar algebra, métodos numéricos, fenómenos de transporte y datos prácticas de fenómenos de transporte. numéricos, fenómenos de transporte y datos prácticas de fenómenos de transporte. SEMANA 4 Tiempo de Drenado en un Tanque y Perfiles de Temperatura en Sólidos. así como discusión grupal y por equipos. SEMANA 5 Perdida por Evaporación en Tanques de Almacenamiento y Curva de Enfriamiento y Transmisión de Calor por Convección (Cilindros Hielo-Aire). Así como discusión grupal y por equipos. conclusiones conclusiones SEMANA 6 6

7 numéricos, leyes de gases, cálculos termodinámicos y datos prácticas de termodinámica II. La carta psicrométrica Y el cálculo de la eficiencia de un comprensor, asi como la discusión de grupal y en equipos. numéricos, leyes termodinámicas y datos prácticas de termodinámica II. Aplicar las leyes y propiedades termodinámicas y expresar de forma escrita el desarrollo experimental SEMANA 7 Determinar el calor de combustión de una sustancia utilizando la bomba calorimétrica y cálculo de la constante calorimétrica mediante el uso de calorímetros, así como la discusión grupal y en equipos. SEMANA 8 Actividad grupal de las practicas realizadas y examen, así como una visita a diferentes laboratorios de la universidad 4 Examen relacionado con las prácticas realizadas y Reporte de la visita realizada y conclusiones Aplicar algebra, ecuaciones diferenciales, métodos numéricos y datos Cinética química SEMANA 9 Estudio de Una Reacción Irreversible de Primer Orden Mediante una Analogía Física. Y practica de hidrolisis de esteres, Cinética de saponificación del Acetato de Etilo. 7

8 Aplicar algebra, ecuaciones diferenciales, métodos numéricos y datos Cinética química SEMANA 10 Seguimiento por Fotocolorimetría de una Reacción para determinar el orden de reacción. Trabajar en equipo en forma responsable, empática, colaborativo, proactivo, y tolerante para la solución de problemas y situaciones o casos numéricos y datos Cinética Química. SEMANA 11 Reacciones complejas: Reacciones Reversibles Trabajar en equipo en forma responsable, empática, colaborativo, proactivo, y tolerante para la solución de problemas y situaciones o casos numéricos y datos Cinética Química. SEMANA 12 Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona: 1) Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona, con Respecto al Yodo. 2) Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona, con Respecto a la Acetona. 3) Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona, con Respecto al Catalizador. 8

9 Trabajar en equipo en forma responsable, empática, colaborativo, proactivo, y tolerante para la solución de problemas y situaciones o casos numéricos y datos Cinética Química. Aplicar algebra, ecuaciones diferenciales, métodos numéricos y datos Cinética química Aplicar las leyes de velocidad de reacción y expresar de forma escrita el desarrollo experimental. SEMANA 13 Estudio de la Reacción de Yodación de la Acetona, con Respecto a la Temperatura ( 5 temperaturas diferentes) SEMANA 14 Estudio de la reacción entre el yoduro de potasio y el persulfato de potasio SEMANA 15 Actividad grupal de las prácticas realizadas y examen. 4 Examen relacionado con las prácticas realizadas Trabajar en equipo en forma responsable, empática, colaborativo, proactivo, y tolerante para la solución de problemas y situaciones. SEMANA 16 Visita industrial 4 Entrega de reportes finales PERFIL ACADÉMICO DESEABLE DEL RESPONSABLE DE IMPARTIR LA ASIGNATURA Profesionista en el área de la materia, de preferencia con estudios de posgrado y experiencia académica y laboral. 9