Titulación(es) Titulación Centro Curso Periodo Grado de Ingeniería Química ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D'ENGINYERIA

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1 FICHA IDENTIFICATIVA Datos de la Asignatura Código Nombre Bases de la Ingeniería Química I Ciclo Grado Créditos ECTS 6.0 Curso académico Titulación(es) Titulación Centro Curso Periodo Grado de Ingeniería Química ESCOLA TÈCNICA SUPERIOR D'ENGINYERIA 1 Segundo cuatrimestre Materias Titulación Materia Carácter Grado de Ingeniería Química 14 - Bases de la Ingeniería Química Obligatoria Coordinación Nombre DEJOZ GARCIA, ANA MARIA MARTINEZ ANDREU, ANTONI Departamento INGENIERÍA QUÍMICA INGENIERÍA QUÍMICA RESUMEN La asignatura Bases de la Ingeniería Química I forma parte de la materia del mismo nombre cuyo objetivo general es que los estudiantes adquieran y apliquen los principios básicos de la ingeniería química para su posterior aplicación al diseño y análisis del funcionamiento de los reactores químicos y de los distintos tipos de operaciones básicas de la industria de proceso. Es una asignatura obligatoria de carácter cuatrimestral que se imparte en el primer curso de la titulación de Grado en Ingeniería Química durante el segundo cuatrimestre. En el plan de estudios consta de un total de 6 créditos ECTS. Con esta asignatura se pretende dar una visión general de la Ingeniería Química y proporcionar a los estudiantes los conocimientos necesarios para aplicar una de las herramientas fundamentales para el análisis y diseño de cualquier equipo de proceso: los balances macroscópicos de propiedad. De este modo, se establecen los cimientos imprescindibles para que el estudiante empiece a conocer y entender los objetivos de los estudios y de la profesión y pueda abordar posteriormente con éxito el estudio de las asignaturas de cálculo y diseño de equipos de la industria de proceso. Se trata de una asignatura eminentemente práctica en la que, tras la introducción de los conceptos, los estudiantes realizarán numerosos ejercicios prácticos, fundamentalmente de resolución de balances macroscópicos de materia y energía, así como de experimentación en el laboratorio. Los objetivos generales de la asignatura son: 1

2 Dar a conocer a los estudiantes el campo de aplicación de la Ingeniería Química y en qué se distingue un ingeniero químico de un químico, por una parte, y de un ingeniero industrial, por otra. Dar a conocer a los estudiantes las características básicas de la industria de proceso, los modos de operación en la industria y las operaciones unitarias de los procesos químicos. Lograr que el estudiante adquiera la terminología básica de la ingeniería química y que sepa utilizarla. Asimismo, se pretende que conozca la nomenclatura y maneje correctamente las unidades. Desarrollar en el estudiante su capacidad para plantear y resolver problemas numéricos de balances de propiedad, así como para interpretar los resultados obtenidos. Potenciar las habilidades del estudiante para el razonamiento y el trabajo sistemático. Introducir al estudiante en la experimentación en el campo de la ingeniería química. Desarrollar aptitudes para el trabajo en el laboratorio y para la toma de datos, tratamiento de resultados y presentación de informes. Los contenidos de la asignatura son: Balances macroscópicos de materia y energía. Operaciones Básicas. Introducción a la experimentación en ingeniería química. El profesorado implicado en la docencia de esta asignatura forma parte del Grup Consolidat d Innovació Docent en Ingeniería Química de la Universitat de València que ha recibido financiación de la universidad a través de los programas Finestra Oberta y DocenTIC. CONOCIMIENTOS PREVIOS Relación con otras asignaturas de la misma titulación No se han especificado restricciones de matrícula con otras asignaturas del plan de estudios. Otros tipos de requisitos Sistema Internacional de unidades. Cambio de unidades. Expresión de la concentración de mezclas Ecuación de reacción y cálculos estequiométricos elementales Termodinámica: entalpía, calor de reacción y equilibrio Manejo de logaritmos y exponenciales Resolución de sistemas de ecuaciones lineales y no lineales Resolución de integrales inmediatas Resolución de ecuaciones diferenciales sencillas Realización de gráficas de datos experimentales COMPETENCIAS Grado de Ingeniería Química - G3 - Conocimiento en materias básicas y tecnológicas, que les capacite para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías, y les dote de versatilidad para adaptarse a nuevas situaciones. - G4 - Capacidad de resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicar y transmitir conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Ingeniería Industrial. - G5 - Conocimientos para la realización de mediciones, cálculos, valoraciones, tasaciones, peritaciones, estudios, informes, planes de labores y otros trabajos análogos. 2

3 - TE1 - Conocimientos sobre balances de materia y energía, biotecnología, transferencia de materia, operaciones de separación, ingeniería de la reacción química, diseño de reactores, y valorización y transformación de materias primas y recursos energéticos. - TE3 - Capacidad para el diseño y gestión de procedimientos de experimentación aplicada, especialmente para la determinación de propiedades termodinámicas y de transporte, y modelado de fenómenos y sistemas en el ámbito de la ingeniería química, sistemas con flujo de fluidos, transmisión de calor, operaciones de transferencia de materia, cinética de las reacciones químicas y reactores. RESULTADOS DE APRENDIZAJE Resultados de aprendizaje Conocer las formas habituales de funcionamiento de los procesos químicos. Entender el concepto de balance de propiedad y su aplicación en ingeniería química. Plantear balances de materia y energía a cualquier tipo de proceso químico. Conocer y distinguir los diferentes mecanismos de transporte de propiedad en ingeniería química. Conocer las operaciones unitarias más habituales, sabiendo diferenciar el tipo de transporte de propiedad que tiene lugar en ellas. Interpretar y extraer la información necesaria para resolver los problemas planteados. Seleccionar y aplicar los métodos matemáticos más apropiados para la resolución de problemas. Manejar distintos equipos y aparatos de aplicación industrial. Tomar medidas con exactitud y precisión. Analizar de forma crítica los resultados obtenidos tanto al resolver los problemas como al realizar las prácticas de laboratorio. Redactar con claridad, de forma comprensible y organizada los informes del trabajo realizado en el laboratorio. Encontrar, seleccionar y entender la información en fuentes bibliográficas especializadas. Adquirir capacidad para trabajar en grupo. Destrezas a adquirir El/la estudiante debe ser capaz de: Distinguir las formas de operación de la industria de proceso. Identificar y describir las operaciones unitarias de la ingeniería química. Realizar el diagrama de flujo de un proceso. Extraer información a partir del enunciado de un problema y del diagrama de flujo de un proceso. Interpretar y plasmar en forma de variables los datos de un problema. Interpretar correctamente otros datos, definiciones y relaciones del proceso y plasmarlos en forma de ecuaciones. 3

4 Contabilizar las incógnitas de un proceso. Plantear problemas de balances macroscópicos de materia, sin reacción química, en estado Plantear problemas de balances macroscópicos de materia, sin reacción química, en estado no Plantear problemas de balances macroscópicos de materia, con reacción química, en estado Plantear problemas de balances macroscópicos de energía, sin reacción química, en estado Plantear problemas de balances macroscópicos de energía, sin reacción química, en estado no Plantear problemas de balances macroscópicos de energía, con reacción química, en estado Comprobar que el problema es consistente. Resolver el problema aplicando las herramientas matemáticas adecuadas. Interpretar y razonar los resultados de un problema. Realizar experimentos de balances de propiedad. Interpretar resultados experimentales y elaborar informes. Además de los objetivos específicos señalados con anterioridad, durante el curso se fomentará el desarrollo de diversas competencias genéricas, entre las cuales cabe destacar: Capacidad de análisis y de síntesis. Capacidad para argumentar desde criterios racionales y lógicos. Capacidad para expresarse de forma correcta y organizada. Capacidad para desarrollar un problema de forma sistemática y organizada. Capacidad para el trabajo personal y la distribución del tiempo. Capacidad para el trabajo en grupo. DESCRIPCIÓN DE CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA La actividad industrial. La industria de proceso químico y la Ingeniería Química. Proceso continuo y proceso discontinuo. Estado estacionario y estado no Operación básica o unitaria. Fenómenos de transporte. El ingeniero químico en la industria química. 4

5 2. LEYES DE CONSERVACIÓN. BALANCES MACROSCÓPICOS DE MATERIA Formulación de los balances. Balance total de masa. Balance total de cantidad de sustancia. Balance de masa aplicado a un componente. Balance de cantidad de sustancia aplicado a un componente. Aplicación de los balances de materia: sistemas sin reacción química en estado estacionario, sistemas con reacción química en estado estacionario, sistemas sin reacción química en estado no 3. BALANCES MACROSCÓPICOS DE ENERGÍA Balance total de energía. Expresión de los distintos términos: entalpía, energía potencial, energía cinética. Balance de energía calorífica. Aplicación a sistemas sin reacción química en estado Aplicación a sistemas con reacción química en estado Aplicación a sistemas sin reacción química en estado no Balance de energía mecánica. 4. LABORATORIO DE BASES DE LA INGENIERÍA QUÍMICA I Introducción al laboratorio. Balance de materia en estado no Balance de energía en estado no Cálculos y presentación de informes. VOLUMEN DE TRABAJO ACTIVIDAD Horas % Presencial Prácticas en aula Clases de teoría Prácticas en laboratorio Elaboración de trabajos en grupo Elaboración de trabajos individuales Preparación de actividades de evaluación Preparación de clases de teoría Preparación de clases prácticas y de problemas Resolución de cuestionarios on-line TOTAL METODOLOGÍA DOCENTE El desarrollo de la asignatura se estructura en torno las clases de teoría y de problemas, las prácticas de laboratorio y la realización de trabajos. En las clases de teoría se utilizará el modelo de lección magistral. El profesor expondrá mediante presentación y/o explicación los contenidos de cada tema incidiendo en aquellos aspectos clave para la comprensión del mismo. 5

6 Las clases prácticas de problemas se desarrollarán siguiendo dos modelos. En algunas de las clases será el profesor el que resuelva una serie de problemas tipo para que los estudiantes aprendan a identificar los elementos esenciales del planteamiento y resolución del problema. En otras clases de problemas serán los estudiantes, individualmente o distribuidos en grupos, los que deberán resolver problemas análogos bajo la supervisión del profesor. Una vez concluido el trabajo, los problemas serán recogidos, analizados y corregidos por el profesor o por los propios estudiantes. Para las sesiones de prácticas de laboratorio se programarán actividades de introducción de la práctica a realizar, actividades de desarrollo de la experimentación y actividades de análisis y tratamiento de resultados. Los estudiantes dispondrán de guiones de prácticas y la experimentación será llevada a cabo íntegramente por ellos bajo la supervisión del profesor. El trabajo propuesto al estudiante se dividirá en tres tipos: Problemas completos, de complejidad similar a los de exámenes, Cuestionarios dirigidos a preparar los conceptos más importantes de cada tema y Tests Autocorrectivos, a realizar en Aula Virtual. Parte de estas actividades se realizará en clase y el resto tendrán un calendario de realización y entrega por los estudiantes. Tras su corrección, los estudiantes recibirán información de sus resultados y un resumen de los aspectos más consolidados y de los fallos más frecuentes. A lo largo del curso el estudiante recibirá el material corregido que constituye su portafolio para que pueda trabajar los conceptos que hayan quedado más confusos y generado más errores. EVALUACIÓN La evaluación del aprendizaje de los estudiantes en primera convocatoria se llevará a cabo siguiendo uno de los siguientes modelos: A) Mediante la valoración, en su caso, de las actividades realizadas por los estudiantes, las prácticas experimentales y la nota de los exámenes que se realicen. B) A partir de la nota de un examen que se realizará en la fecha oficial, la valoración de las actividades realizadas y la calificación obtenida en las prácticas experimentales. A lo largo del curso se propondrá la realización de una serie de actividades de las cuales solamente algunas serán puntuables. Para optar a la modalidad de evaluación A, el estudiante tiene que haber realizado al menos un 60% de las actividades no puntuables de cada tema, el 100% de las actividades puntuables, y haber obtenido una nota media en las actividades del Bloque I y del Bloque II igual o superior a 4,5 sobre 10. Se establecerá un calendario para la realización y entrega de actividades de obligado cumplimiento. 6

7 Modalidad A Los exámenes de la Modalidad A irán dirigidos a comprobar que se han asimilado los conceptos fundamentales y se ha trabajado el planteamiento y resolución de problemas. Constarán de una primera parte teórico-práctica, en la que el estudiante deberá demostrar su conocimiento de los conceptos y relaciones vistos en clase y su capacidad para aplicar estos conocimientos a problemas en los que lo más importante sea el planteamiento, valorándose especialmente su aptitud para extraer la información del enunciado y plantear las ecuaciones para la resolución del problema. En una segunda parte se propondrá un problema con el fin de que el estudiante demuestre su capacidad de planteamiento y resolución de problemas de balances en procesos químicos de cierta complejidad. Superados los requisitos para optar a esta modalidad, la evaluación se llevará a cabo considerando tres bloques: Bloque I: temas 1 y 2; Bloque II: tema 3; Bloque III: prácticas experimentales. El Bloque I se evaluará en base a las entregas, ejercicios y cuestionarios puntuables realizados y a un examen (nota mínima 4) que se realizará al finalizar la materia de este bloque. Superada la nota mínima del examen, la nota del Bloque I se obtendrá como la mayor de: la ponderación entre la nota del examen (70%) y la nota media de las actividades puntuables (30 %) la nota del examen (100%) La nota mínima para superar el Bloque I será de 5 sobre 10. La superación del Bloque I eximirá de la evaluación de este Bloque en el examen de la primera convocatoria. La no superación del Bloque I conllevará la evaluación mediante la Modalidad B. El Bloque II se evaluará a partir de las actividades puntuables realizadas y de la parte correspondiente del examen a realizar en la fecha de la primera convocatoria (nota mínima 4). Superada la nota mínima del examen, la nota del Bloque II se obtendrá como la mayor de: la ponderación entre la nota del examen (70%) y la nota media de las actividades puntuables (30 %) la nota del examen (100%) La nota mínima para superar el Bloque II será de 5 sobre 10. El Bloque III se evaluará a partir de las calificaciones de las pruebas preliminares, de los informes de prácticas y de la nota de la prueba final de prácticas. Para superar el Bloque III es imprescindible haber asistido a todas las sesiones de prácticas, y haber obtenido un mínimo de 4 puntos en cada una de los informes de prácticas y de 5 puntos en la prueba final de prácticas. La nota de prácticas se obtendrá por ponderación entre la nota de las pruebas preliminares (5%), la nota media de los informes de prácticas (80%), y la nota de la prueba final de prácticas (15%). La nota mínima para superar el Bloque III será de 5 sobre 10. La calificación de la asignatura mediante la Modalidad A será la media ponderada de las calificaciones de los tres bloques, siempre y cuando se haya superado la nota mínima de cada bloque, según: Nota final Modalidad A = 0.5 Nota Bloque I Nota Bloque II Nota Bloque III. 7

8 Los estudiantes que no superen la asignatura en primera convocatoria por no haber obtenido en el Bloque II una calificación igual o superior a 5, serán evaluados en segunda convocatoria de acuerdo con la Modalidad B. Si la asignatura no se superase en primera convocatoria por no haber obtenido en el Bloque III (prácticas experimentales) una calificación igual o superior a 5, el estudiante deberá presentar en segunda convocatoria los informes de prácticas y/o realizar el correspondiente examen de prácticas en la fecha que se establezca. La nota final de los estudiantes de la Modalidad A que hayan suspendido la asignatura por no haber superado el Bloque II o el Bloque III, será la menor de la obtenida en cada uno de ellos. Modalidad B En la Modalidad B se realizará un examen final de toda la asignatura que constará de cuestiones teóricas, cuestiones pràcticas y uno o varios problemas de complejidad similar a la de los exámenes de la Modalidad A. Cada una de estas partes podrá tener un porcentaje diferente en la nota del examen. La nota del examen para poder superar la asignatura debe ser igual o superior a 5 sobre 10. En esta modalidad de evaluación, el trabajo puntuable realizado por el estudiante a lo largo del curso contribuirá necesarimente a su calificación final. La evaluación de las prácticas experimentales en esta modalidad, y la contribución de su nota a la calificación final será la descrita para el Bloque III de la Modalidad A. La nota mínima del Bloque III para superar la asignatura por la Modalidad B será también de 5 sobre 10. La calificación de la asignatura mediante la Modalidad B será: Nota final Modalidad B = 0.7 Nota Examen Nota actividades Nota Bloque III Para superar la asignatura, la nota final obtenida debe ser igual o superior a 5 sobre 10. La nota final de los estudiantes de la Modalidad B que hayan suspendido la asignatura por no haber superado el Examen o el Bloque III, será la menor de la obtenida en cada uno de ellos. En segunda convocatoria, la modalidad de evaluación será la B. REFERENCIAS Básicas - "Principios Elementales de los Procesos Químicos" R. M. Felder, R. W. Rousseau (Ed. Addison- Wesley) - "Material and Energy Balances" G.V. Reklaitis (Ed. Wiley) - "Introducció a lenginyeria Química" A. Aucejo y otros (Enciclopèdia Catalana) - "Handbook on Material and Energy Balance. Calculations in Materials Processing" (3rd Edition) A.E. Morris, H.A. Fine, G. Geiger (Ed. Wiley-TMS) Recurso electrónico 8

9 Complementarias - "Principles of Chemical and Engineering Processes" N. Ghasem, R. Henda (Ed. CRC Press) - "Ingeniería Química". Vol. 1. E. Costa Novella y Otros (Ed. Alhambra) - "Cálculo de Balances de Materia y Energía" E. J. Henley, E.M. Rosen (Ed. Reverté) - "Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química" D. M. Himmelblau (Ed. Prentice Hall) - "Problemas de Balances de Materia" A. Valiente, R. Primo Stivalet (Ed. Alhambra) - "Problemas de Balances de Energía" A. Valiente, R. Primo Stivalet (Ed. Alhambra) - "Balances de Materia. Problemas resueltos. I. Procesos sin reacción química". II. Procesos con reacción química" J.J. Peiró, J. García (Universidad Politécnica de Valencia) - "Curso de Ingeniería Química" J. Costa López y otros (Ed. Reverté) 9