OPERACIONES BASICAS PRIMER CUATRIMESTRE

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1 OPERACIONES BASICAS Curso: 2º INGENIERIO TÉCNICO AGRICOLA Asignatura: Operaciones Básicas Créditos: 12 (6 teóricos + 6 prácticos) Descriptores: Tecnología de los procesos de preparación, transformación, conservación, almacenamiento, transporte y distribución de alimentos: Operaciones de Separación. Profesores: Asterio Sánchez Mirón (1 er cuatrimestre) y María José Ibáñez González (2º cuatrimestre) PRIMER CUATRIMESTRE TEMARIO Tema 1. Procesos en la Industria Agroalimentaria. Concepto de proceso químicofísico, Ingeniería Química y Operación Básica. Procesos de la industria agroalimentaria. Etapas a considerar en el desarrollo de un proceso. Aspectos a considerar en el diseño de un equipo industrial. Clasificación y descripción de las operaciones básicas. Tema 2. Balances macroscópicos de materia. Expresión general del balance de materia. Sistemas constituidos por una sola unidad. Sistemas formados por unidades en serie. Sistemas con corriente de derivación o by-pass. Definición de unidades de división y de mezcla. Sistemas con recirculación de corrientes. Sistemas con recirculación y purga. Planteamiento de balances de materia en sistemas con reacción química. Planteamiento de balances de materia en sistemas en estado no estacionario. Tema 3. Balances macroscópicos de energía. Formas de energía de interés en Ingeniería Química. Planteamiento del balance macroscópico de energía. Balance entálpico. Cálculo de entalpías. Aplicación de los balances de energía a casos de interés en la Industria Agroalimentaria. Tema 4. Fundamentos de los fenómenos de transporte. Conceptos previos. Regímenes de circulación de fluidos. Flujo laminar y turbulento. Transporte de cantidad 1

2 de movimiento. Ley de Newton de la viscosidad. Mecanismos de transmisión de calor. Ley de Fourier de la conducción. Mecanismos de transferencia de materia. Ley de Fick de la difusión. Analogía entre los fenómenos de transporte. Flujo tridimensional de calor, materia y cantidad de movimiento. Ecuación generalizada de las densidades de flujo por transporte molecular. Leyes de conservación. Tema 5. Transmisión de calor por conducción. Conducción de calor sin generación, régimen estacionario y flujo unidimensional. Conducción unidimensional a través de sólidos en serie. Aislamiento térmico. Conducción de calor con generación, régimen estacionario y flujo unidimensional. Conducción de calor en estado no estacionario sin generación, en sistemas de geometría sencilla. Tema 6. Transmisión de calor por convección. Coeficientes individuales de transmisión de calor por convección (h). Calculo de h mediante análisis dimensional y experimentación. Ecuaciones empíricas para el cálculo de h. Tema 7. Transmisión de calor por radiación. Conceptos básicos. Radiación entre dos superficies. Estimación de la magnitud de h r. Tema 8. Intercambiadores de Calor. Introducción al diseño de intercambiadores de calor. Tipos de intercambiadores de calor: características y aplicaciones. Diseño térmico de cambiadores de calor. Coeficiente global de transmisión de calor, U. Diseño térmico de cambiadores de calor de tubos concéntricos y carcasa y tubos 1:1. Diseño térmico de cambiadores de calor de paso múltiple. Diseño de intercambiadores de placas. SEMINARIOS 1. Sistemas de unidades y análisis dimensional. Obtención de datos experimentales. Uso de tablas de propiedades termodinámicas, correlaciones, gráficas y nomogramas. 2. Problemas de Balance de Materia I: sin reacción química. 3. Problemas de Balance de Materia II: con reacción química. Problemas de Balance de Materia III: estado no estacionario. 2

3 4. Problemas de Balance de Energía. 5. Problemas de Transmisión de Calor por Conducción. 6. Problemas de Intercambiadores de Calor. PRACTICAS 1. Balances de materia en estado no estacionario. 2. Balance macroscópico de energía 1: sistema cerrado. 3. Balance macroscópico de energía 2: sistema abierto. 4. Caracterización del vapor de agua. 5. Transferencia de calor por conducción en estado no estacionario: cinética del enfriamiento de frutos. 6. Transmisión del calor por radiación. 7. Intercambiadores de calor. EVALUACIÓN La asistencia a prácticas y seminarios es obligatoria para poder aprobar el cuatrimestre. Las prácticas se corregirán individualmente y evaluarán entre Si la nota media de prácticas está comprendida entre 7 y 7.9 se multiplicará la nota final del examen teórico por 1.1. Si la nota media de prácticas es igual o superior a 8 se multiplicará la nota final del examen teórico por 1.2. Se realizarán dos exámenes parciales, siendo necesario alcanzar una nota mínima de cuatro para poder hacer media y aprobar el cuatrimestre por parciales. El examen final es de todo el cuatrimestres (no se guardan parciales). Si el cuatrimestre se aprueba en Junio se guardará la nota hasta la convocatoria de diciembre incluida para poder aprobar la asignatura completa. El primer parcial se compone de un examen teórico de los temas 1, 2 y 3. El segundo parcial se compone de un examen teórico de los temas 4, 5, 6, 7 y 8. Durante el curso el profesor mandara ejercicios que serán evaluados y que sumaran a la nota final 3

4 SEGUNDO CUATRIMESTRE TEMARIO Tema 9. Pasterización y esterilización. Definición de pasterización y esterilización. Cinética de destrucción térmica de microorganismos. Influencia de la temperatura en la constante cinética. Influencia del ph y actividad del agua en los tratamientos térmicos. Desnaturalización térmica de biomoléculas. Cuantificación térmica de los tratamientos: factor de letalidad y factor F. Tipos de tratamientos térmicos: alimentos envasados y alimentos sin envasar. Diagrama de flujo de la planta Cítricos del Andarax basada en la producción de zumo de naranja y néctares. Tema 10. Evaporación y condensación. Evaporadores. Definición de evaporación y evaporador. Partes de un evaporador. Aplicaciones y variables que intervienen en la evaporación. Ebullición de líquidos. Condensación de vapores. Diseño de un solo efecto. Diseño de un múltiple efecto. Tipos de evaporadores más utilizados en la Industria Agroalimentaria. Tema 11. Congelación. Introducción. Tratamientos previos. Ecuaciones básicas para la congelación y solidificación: solución aproximada de Planck. Cinética de la congelación de alimentos. Tiempo necesario para la congelación. Aspectos tecnológicos de la congelación de alimentos. Propiedades térmicas de los alimentos. Almacenamiento del producto congelado. Métodos utilizados. Equipos. Descongelación. Diagrama de flujo de la planta de congelación Zucosa basada en la producción de verdura congelada a granel. Tema 12. Procesos de separación. Métodos de contacto entre fases. Relaciones de equilibrio entre fases. Clasificación de las operaciones de separación. Métodos de contacto entre fases. Relaciones de equilibrio entre fases. Tema 13.- Transferencia de materia por difusión. Ley de Fick de la difusión. Difusividad. Difusión en mezclas binarias en fase líquida. Difusión en mezclas binarias en fase sólida. Difusión en estado no estacionario, simple y con generación. 4

5 Tema 14. Transferencia de materia por convección. Introducción a la transferencia de materia por convección. Descripción y tipos. Coeficiente individual de transferencia de materia. Teoría de la doble película. Coeficiente global de transferencia de materia entre fases. Relación entre los coeficientes individuales y globales de transferencia de materia. Concepto de resistencia controlante. Determinación experimental de los coeficientes individuales de materia. Coeficientes volumétricos de transferencia de materia. Tema 15. Extracción sólido-líquido. Principios generales. Factores que influyen en la velocidad de extracción. Métodos de contacto. Lixiviación en una sola etapa. Contacto simple repetido. Contacto múltiple en contracorriente: determinación del número de etapas teóricas por métodos gráficos. Eficacia de etapa. Tema 16. Interacción aire-agua. Propiedades del aire húmedo. Temperatura del termómetro húmedo. Temperatura de saturación adiabática. Diagrama psicrométrico. Tema 17. Deshidratación. Fundamentos de la deshidratación. Equilibrio: humedades de equilibrio. Cinética y mecanismos de secado. Tipos de secaderos. Diseño de un secadero continuo. Liofilización. Tema 18. Irradiación. La irradiación: esterilización en frío. Tipos de radiación: radiación ionizante. Radiactividad inducida. Fuentes de irradiación de alimentos. Radiactividad inducida. Interacciones de la radiación ionizante en los alimentos. Concepto de dosis de irradiación. Aplicaciones de la irradiación en la Industria Agroalimentaria. Clasificación de las fuentes y plantas de irradiación. Estado actual de las plantas de esterilización en frío en España. Tema 19. Conservantes Químicos. Técnicas de conservación. Conservantes químicos. Tipos de conservantes químicos: ácidos orgánicos, anhídrido sulfuroso y sulfitos, nitritos y nitratos. El humo y depresores de la actividad del agua. Dosificación. 5

6 SEMINARIOS 7. Seminario Irradiación. 8. Problemas de Esterilización y Pasteurización. 9. Problemas de Evaporadores. 10. Problemas de Congelación. 11. Problemas de Transferencia de Materia por Difusión. 12. Problemas de Transferencia de Materia por Conducción. 13 Problemas de Extracción Sólido-Líquido. 14 Problemas de Deshidratación. PRÁCTICAS 8. Evaporador de simple efecto. 9. Evaporador de doble efecto. 10. Determinación de coeficiente individuales de transmisión del calor en equipos de congelación. 11. Congelación de un alimento por inmersión. (I) 12. Congelación de un alimento por inmersión. (II) 13. Extracción de aceite a partir de semillas de girasol. 14. Deshidratación de un alimento por arrastre. EVALUACIÓN La asistencia a prácticas y seminarios es obligatoria para poder aprobar el cuatrimestre. Las prácticas se corregirán individualmente y evaluarán entre Si la nota media de prácticas está comprendida entre 7 y 7.9 se multiplicará la nota final del examen teórico por 1.1. Si la nota media de prácticas es igual o superior a 8 se multiplicará la nota final del examen teórico por 1.2. Se realizarán dos exámenes parciales, siendo necesario alcanzar una nota mínima de cuatro para poder hacer media y aprobar el cuatrimestre por parciales. El examen final es de todo el cuatrimestres (no se guardan parciales). Si el cuatrimestre se aprueba en Junio se guardará la nota hasta la convocatoria de diciembre incluida para poder aprobar la asignatura completa. 6

7 El primer parcial se compone de un examen teórico de los temas 9, 10 y 11 y de dos trabajos individuales de los temas 18 y 19. Los trabajos se evalúan de 0 a 0,5 puntos cada uno de ellos. La nota de los trabajos (entre 0 y 1 puntos) se sumará a la del parcial a partir de un 4. El segundo parcial se compone de un examen teórico de los temas Los exámenes parciales consistirán en problemas numéricos y cuestiones tanto relacionados con la teoría como con las prácticas. TRABAJOS Irradiación (Tema 18) No debe tener más de tres o cuatro páginas. Es necesario escribir la bibliografía de donde se obtiene la información. Estudiar un país en concreto sobre esta técnica. Ver las aplicaciones que tiene aprobadas y ver las que realmente aplica a escala industrial. Escribe tu opinión como ingeniero técnico para esta operación de conservación basándote en la bibliografía que hayas buscado. No es importante vuestra tendencia a estar de acuerdo o en contra. Lo importante es como lo expreséis basándoos en vuestra búsqueda en Internet y en vuestro criterio. Conservantes Químicos (Tema 19) No debe tener más de tres o cuatro páginas. Es necesario escribir la bibliografía de donde se obtiene la información. Consiste en buscar al menos cuatro o cinco productos en el mercado, indicando su nombre y su marca al igual que los conservantes que lleva. Determinar en función del tipo de conservante como se produce su conservación. 7

8 BIBLIOGRAFÍA. Aguado, J., Calles, J.A., Cañizares, P., López, B., Rodríguez, F., Santos, A. y Serrano, D. Ingeniería de la Industria alimentaria. Volumen I: Conceptos Básicos. Editorial Síntesis S.A.: Madrid, Brennan, J.G., Butters, J.R., Cowell, N.D. y Lilley, A.E.V. Las Operaciones de la Ingeniería de los Alimentos. Tercera Edición. Editorial Acribia, S.A.: Zaragoza, Calleja Pardo, G., García Herruzo, F., Martínez, A., Prats Rico, D. y Rodríguez Maroto, J.M. Introducción a la Ingeniería Química. Editorial Síntesis: Madrid, Casp, A. y Abril, J. Procesos de conservación de alimentos. Editorial A. Madrid Vicente Ediciones y Ediciones Mundi-Prensa: Madrid: Costa López, J., Cervera March, S., Cunill Garcia, F., Espulgas Vidal, C., Mans Teixido, C., y Alvárez Mata, J. Curso de Ingeniería Química. Introducción a los procesos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte. Editorial Reverté S.A.: Barcelona, Coulson, J.M. y Richardson, J.F. Ingeniería Química. Operaciones Básicas. Tercera Edición. Editorial Reverté, S.A.: Barcelona, Felder, R.M. y Rousseau, R.W. Principios elementales de los procesos químicos. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana, S.A.: Wilmington, Fellows, P. Tecnología del Procesado de los Alimentos: Principios y prácticas. Editorial Acribia, S.A.: Zaragoza,ry Fryer, P.J., Pyle, D.L. y Rielly, C.D. Chemical Engineering for Food Industry. Editorial Blackie Academic and Profesional: Londres,1997. Henley, E.J. y Rosen, E.M. Cálculo de Balances de Materia y Energía. Editorial Reverté, S.A.: Barcelona, Mafart, P. En Ingeniería Industrial Alimentaria. Volumen 1: Procesos Físicos de conservación. Ed. Acribia: Zaragoza, McMabe, W.L., Smith, J.C. y Harriott, P. Operaciones Básicas de Ingeniería Química. Cuarta Edición. Editorial McGraw Hill: Madrid, Ocón, J. y Tojo, G. Problemas de Ingeniería Química. Operaciones Básicas. Tomo I y II. Aguilar: Madrid,

9 Ordóñez, J.A., Cambero, M.I., Fernández, L., García, M.L., García de Fernando, G., de la Hoz, L. y Selgas, M.D. Tecnología de los Alimentos. Volumen I: Componentes de los alimentos y procesos. Editorial Síntesis: Madrid, Rodríguez, F, Aguado, J., Calles, J.A., Cañizares, P., López, B., Santos, A. y Serrano, D. Ingeniería de la Industria alimentaria. Volumen III: Operaciones de Conservación de Alimentos. Editorial Síntesis S.A.: Madrid, Rodríguez, F., Aguado, J., Calles, J.A., Cañizares, P., López, B., Santos, A. y Serrano, D. Ingeniería de la Industria alimentaria. Volumen II: Operaciones de Procesado de Alimentos. Editorial Síntesis S.A.: Madrid, Vian Ortuño, A. y Ocón García, J. Elementos de Ingeniería Química. Editorial Aguilar: Madrid,