GUÍA DOCENTE DE ASIGNATURA

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1 GUÍA DOCENTE DE ASIGNATURA 1. DATOS DE LA ASIGNATURA 1.1. Nombre DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES 1.2. Código Plan Ciclo Segundo 1.5. Curso Quinto 1.6. Tipo Troncal 1.7. Cuatrimestre Primero 1.8. Créditos LRU 1 7, Teóricos Prácticos 3, Créditos ECTS 2 7, Total de horas de trabajo del estudiante Tipo de actividad Previsión de actividades y su estimación en horas de trabajo del estudiante a)enumeración y/o descripción de las actividades del estudiante 4 b)horas 15 I. ACTIVIDADES FORMATIVAS EN CLASE DE TEORÍA Resolución de ejercicios en grupo 8 Y/O PRÁCTICA (Presenciales) 5 15 Prácticas 6 II. ACTIVIDADES FORMATIVAS DIRIGIDAS ACADÉMICAMENTE (Presenciales y/o No presenciales) 6 Tareas con 7 21 Tutorías colectivas (Presencial) 2,75 Realización de exámenes 5 Tutorías Individuales (Presencial) 2,75 Tareas autónomas Trabajo en equipo (No Presencial) 7,5 III. ACTIVIDADES FORMATIVAS REALIZADAS DE FORMA AUTÓNOMA POR EL ESTUDIANTE (No presencial) Estudio de teoría y problemas para pruebas y exámenes 117, Descriptores 8 Comportamiento de los materiales. Corrosión. Inspección de materiales. Diseño de plantas de proceso. Escalado Campos de estudio 9 Ingeniería, diseño y gestión de procesos químicos 2. DATOS DE LA PROFESORA/PROFESOR 2.1. Nombre Asterio Sánchez Mirón 2.2. Departamento Ingeniería Química 2.3. Área de conocimiento Ingeniería Química 1

2 2.4. Despacho Edf. CITE II A, Despacho Horario de tutoría er Cuatrimestre Lunes h, Martes h, Jueves h 2.7. Teléfono Página Web personal No º Cuatrimestre asmiron@ual.e s 2.9. Apoyo virtual WebCT Si 2

3 3. ELEMENTOS DE INTERÉS DE LA ASIGNATURA 3.1. Por qué cursar la asignatura? Se trata de una asignatura trocal en el plan de estudios de Ingeniero Químico. Es una asignatura fundamental para el futuro ingeniero químico, ya que en ella se estudian varios aspectos que tienen como objetivo final el diseño de plantas químicas. En primer lugar se estudian los materiales de construcción de las plantas químicas (metales, polímeros y cerámicas), haciendo más hincapié en los metales, por ser los más empleados. Este estudio se hace centrado en los dos tipos de propiedades más importantes en construcción, las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión. Los conceptos anteriores se aplican al diseño detallado de algunos equipos importantes en las plantas químicas como cambiadores de calor, cálculo mecánico de tuberías, recipientes a presión y torres altas. Finalmente se ven algunos conceptos importantes para el diseño de procesos y para la ubicación de los equipos en la planta química Conocimientos previos y recomendaciones para estudiantes que vayan a cursar la asignatura Esta asignatura está en quinto curso porque conviene tener ya una visión general de toda la titulación y conocer los fundamentos del dimensionado de los equipos más frecuentes en las industrias químicas (tuberías, cambiadores de calor, columnas de rectificación, tanques de almacenamiento, etc.). Para el apartado de materiales basta con tener conocimientos básicos de química Prerrequisitos Idiomas y adaptaciones a los alumnos extranjeros 11 3

4 4. COMPETENCIAS Competencias generales 13 Por no existir aún plan de estudios Piloto no se han definido las competencias para la titulación de Ingeniero Químico. En este curso se van a trabajar las siguientes Competencias básicas definidas por la Universidad de Almería: Capacidad para resolver problemas Conocimientos básicos de la profesión Capacidad de crítica y autocrítica Trabajo en equipo 4.2. Competencias específicas Conocer materiales y productos 2. Integrar diferentes operaciones y procesos 3. Especificar equipos e instalaciones 4. Conocer las propiedades más importantes y criterios básicos para su elección 5. Saber construir una red de intercambiadores y saber estimar el área de una red de intercambiadores 4

5 5. CONTENIDOS Parte I. Materiales Tema 1.- Materiales: propiedades mecánicas. Elección de materiales para las plantas químicas. Tipos de materiales. Estructura de los sólidos cristalinos: dislocaciones y deformación plástica. Propiedades mecánicas. Ensayo esfuerzo-deformación o de tracción: módulo de elasticidad; límite elástico, resistencia a la tracción, ductilidad, resiliencia, tenacidad. Dureza. Fractura dúctil y frágil. Ensayos de Charpy e Izod: transición dúctil-frágil. Tensión y deformación reales. Endurecimiento por deformación plástica. Ensayos de termofluencia. Fatiga del material. Variabilidad de las propiedades mecánicas. Tensión de trabajo Tema 2. Metales y aleaciones. Mecanismos de refuerzo de metales monofásicos. Recuperación, recristalización y crecimiento de grano. Diagramad de fases: diagrama hierro-carbono. Diagrama de transformación por enfriamiento continuo. Comportamiento mecánico de los aceros al carbono. Tratamientos térmicos de los aceros. Clasificación y nomenclatura de los aceros. Metales más comunes en Ingeniería Química. Tema 3. Polímeros y cerámicas. Polímeros: comportamiento esfuerzo-deformación, deformación en polímeros semicristalinos, fusión y transición vítrea, polímeros termoplásticos y termoestables, deformación de elastómeros, plásticos para la construcción más comunes en Ingeniería Química. Cerámicas: fractura frágil, comportamiento tensión-deformación, mecanismos de deformación plástica, porosidad, dureza, clasificación, cerámicas de ingeniería. Tema 4. Corrosión y degradación de materiales. Introducción. Relaciones entre la termodinámica y la corrosión: ecuación de Nernst, pilas galvánicas. Velocidad de corrosión: polarización. Pasivación. Factores ambientales. Formas de corrosión: uniforme, galvánica, por aireación diferencial, por picaduras, intergranular, selectiva, erosiva, bajo tensiones. Corrosión ambiental. Prevención frente a la corrosión: protección catódica. Cartas de corrosión. Parte II. Diseño de equipos Tema 5. Diseño de recipientes a presión y tanques de almacenamiento. Recipientes sometidos a presión interna, recipientes sometidos a presión externa, recipientes sometidos a cargas combinadas. Soportes. Recipientes horizontales y esféricos. Tema 6. Diseño mecánico de torres altas. Cálculo de la altura y espesor en función de las cargas a que estén sometidas. Tema 7.- Diseño y elección de tuberías. Selección de tuberías. Estándar y normas de tuberías. Accesorios. Tema 8.- Diseño de intercambiadores de calor. Introducción y clasificación. Intercambiadores de haz tubular: descripción y dimensiones típicas. Cálculo termodinámico de intercambiadores de haz tubular: coeficiente global de transmisión, caída de presión, superficie del intercambiador, procedimiento de diseño, elección del tipo de intercambiador de haz tubular, cálculo mecánico y materiales utilizados. Ejemplos prácticos de cálculo de un intercambiadores de calor de haz tubular. 5

6 Parte III. Diseño de procesos Tema 9. Síntesis de procesos. Etapas en ingeniería de procesos. Desarrollo de diagramas de flujo. Síntesis de redes de intercambiadores de calor. Método del punto de pliegue: integración de calor y diseño de redes. Diagramas compuestos temperatura-entalpía. Curvas de entalpía compuesta para sistemas sin pliegue. Estimación de las áreas de intercambiadores de calor. Síntesis de sistemas de separación: selección de procesos de separación, diseño de columnas de destilación, análisis económico de columnas de destilación, técnicas de síntesis de sistemas de separación, reglas heurísticas. Tema 10. Consideraciones generales sobre la ubicación. Introducción. Localización de la planta y selección de la ubicación. Disposición del lugar. Disposición de la planta. Servicios. Consideraciones medioambientales. 6

7 6. METODOLOGÍA 15 Se utilizará metodología de: Gran grupo (8%) -Clases magistrales: se expondrán los contenidos principales de cada tema. Grupo (13,87%) -En clase se dedicará tiempo a la ampliación de contenidos que, tras el trabajo del estudiante, no hayan quedado suficientemente claros en las clases magistrales o en los seminarios de problemas. -Seminarios de problemas El profesor resolverá un número mínimo de ejemplos típicos de cada tema y posteriormente los estudiantes en grupos reducidos resolverán otros que el profesor proponga. -Tutorías colectivas Tanto a sugerencia de los estudiantes como del profesor los grupos de trabajo se reunirán con el profesor, bien en el despacho o en el seminario, para resolver dudas u otros detalles relativos al trabajo n grupo. -Examen Se realizará una prueba escrita del mismo nivel que los problemas realizados en clase. Además se incluirán cuestiones teóricas aplicadas. Grupo de trabajo (14,4%) Se organizará a los alumnos en grupos de número reducido. Con esta organización se realizarán: -Prácticas en el laboratorio -Aprendizaje cooperativo Se realizarán en el aula actividades de, tanto en la resolución de problemas como discusión de cuestiones que el profesor y otros grupos prepararán. Trabajo autónomo (65,3%) El estudiante trabajará de forma autónoma pero bajo supervisión del profesor en: -Reuniones con sus compañeros de grupo para diseñar dos problemas y tres cuestiones de un tema que el profesor asignará. -Buscará, completará y estudiará información para la realización del examen escrito y la realización de problemas. 7

8 7. SECUENCIACIÓN TEMPORAL DE ACTIVIDADES SEMANA CONTENIDOS TIPO DE ACTIVIDAD HORAS (previsión) Tema 1.- Materiales: propiedades mecánicas Tema 1.- Materiales: propiedades mecánicas Tema 2.- Metales y aleaciones Tema 2.- Metales y aleaciones Tema 3.- Polímeros y cerámicas Tema 4.- Corrosión y degradación de materiales Tema 5.- Diseño de recipientes a presión y tanques de almacenamiento. Prácticas Resolución de ejercicios en grupo Resolución de ejercicios en grupo Resolución de ejercicios en grupo 5 8,36 8,36 8

9 Tema 5.- Diseño de recipientes a presión y tanques de almacenamiento. Tema 6.- Diseño mecánico de torres altas Tema 6.- Diseño mecánico de torres altas Tema 7.- Diseño y elección de tuberías Tema 7.- Diseño y elección de tuberías Resolución de ejercicios en grupo 3, Tema 8.- Diseño de intercambiadores de calor Tema 8.- Diseño de intercambiadores de calor Tema 8.- Diseño de intercambiadores de calor Tema 9. Síntesis de procesos Tema 9. Síntesis de procesos Tema 9. Síntesis de procesos Tema 10. Consideraciones generales sobre la ubicación Clase teórica y resolución de ejercicios numéricos en grupo Resolución de ejercicios en grupo Resolución de ejercicios en grupo 3,36 2, ,36 9

10 8. BIBLIOGRAFÍA DE LA ASIGNATURA 8.1. Lecturas obligatorias 16 El material que suministra el profesor a través del aula virtual se basa fundamentalmente en los libros: - Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. W.D. Callister, Reverté, Coulson and Richardson s Chemical Engineering. Vol. 6. Chemical Engineering Design. R.K. Sinnot. Third edition. Butterworth Heinemann. Elsevier Science (1999) - Pressure vessel handbook. Eugene F. Megyesy. Twelfth edition. Pressure vessel publishing, Inc., Lecturas recomendadas 17 Para confeccionar el contenido de la asignatura también se han empleado los siguientes libros: Corrosión y control de la corrosión, Herbert H. Uhlig. Urmo, S.A. de ediciones, Equipos para la industria química y alimentaria. J. Baquero y V. Llorente. Alhambra, Diseño de procesos en Ingeniería Química. Arturo Jiménez Gutiérrez. Ed. Reverté, Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes. Richard Turton, Richard C. Bailie, Wallace B. Whiting, Joseph A. Shaeiwitz. Second edition. Prentice Hall PTR, New Jersey, Curso de Introducción al diseño de tuberías para plantas de proceso I y II. J. Antonio Clavijo Tornero. Universidad de Cádiz. Diseño de tuberías para plantas de proceso. Howard F. Rase. 1ª edición. H. Blume Ediciones. ASME B31.3 Process piping. ASME IV. Rules for construction of heating boilers. ASME VIII Division 1. Rules for construction of pressure vessels. Fundamentos a la ciencia e ingeniería de los materiales. W. F. Smith. McGraw Hill. 3ª edición, Control de la corrosión. Estudio y medida por técnicas electroquímicas. J.A. González Fernández, Centro nacional de investigaciones metalúrgicas. Consejo superior de investigaciones científicas, Algunos de ellos pueden ser recomendados por el profesor para que el estudiante revise algunos aspectos concretos más o menos necesarios, como son los marcados con asterisco Direcciones web 18 10

11 9. SISTEMA DE EVALUACIÓN 9.1. Aspectos y/o criterios La evaluación se hará teniendo en cuenta todas las actividades que se realizan en la asignatura: asistencia a clases de teoría y problemas, presentación de los ejercicios propuestos y calificaciones obtenidas en un examen parcial y en uno final. El examen parcial se realizará una vez que se hayan visto los cuatro primeros temas y tendrá carácter eliminatorio para los alumnos que lo aprueben. El examen final se realizará al final de la asignatura Modalidades e instrumentos 19 Para la evaluación se tienen en cuenta los siguientes aspectos: - Exámenes parcial y final - Realización de los ejercicios propuestos por el profesor tanto individual como cooperativamente - Participación en clase 9.3. Sistema de puntuación / calificación 20 El peso relativo de cada instrumento de evaluación es el siguiente: - Calificaciones obtenidas en los exámenes parcial y final: 70% - Entrega de los ejercicios propuestos por el profesor: 20% - Participación en clase: 10% 11

12 1 Los que figuren en el plan de estudios vigente. 2 Los que se hayan asignado tras transformar los créditos LRU en ECTS, con el criterio utilizado en cada Guía de titulación: proporcionalidad, mantenimiento de los créditos LRU, etc. 3 El total de horas de trabajo del estudiante en la asignatura, incluyendo cualquier tipo de tarea: presencial, no presencial, exámenes, lectura, trabajos, trabajos de campo, etc. Será el resultado de multiplicar lo créditos ECTS por el módulo de horas adoptado en la titulación para cada crédito ECTS, que de acuerdo con la legislación vigente no puede ser menor de 25 ni mayor de Ejemplos meramente orientativos se pueden considerar clases expositivas, las lecciones magistrales, debates, técnicas cooperativas y/u otros. En cuanto a las prácticas se pueden enumerar las siguientes: actividades de laboratorio, resolución de problemas, informática, seminarios, estudios de campo y/u otros. Por lo que respecta a las actividades académicamente dirigidas, podrían enumerarse: tutorías grupales, seminarios, etc. 5 Mientras conviva la progresiva implantación del crédito europeo (ECTS) con los actuales planes de estudio definidos en términos de créditos LRU, el total de horas enseñanza presencial en grupos de teoría y de práctica (si esta división estructural de créditos teoría/práctica es la que refleja para la asignatura de que se trate el plan de estudios vigente), reconocidos de forma expresa en la ordenación, deberá alcanzar al menos la cifra del 70% de las horas de enseñanza correspondientes a los créditos teóricos y prácticos LRU de la asignatura (Real Decreto 779/1998, de 30 de abril, por el que se modifica parcialmente el Real Decreto 1497/1987, de 27 de noviembre). La Ordenación de la UAL para el próximo curso prevé que se pueda reflejar explícitamente el valor numérico concreto de este 70% o más de enseñanza presencial de los créditos de teoría y de prácticas (Plan de estudios vigente LRU) en todas las asignaturas troncales y obligatorias de los cursos que estén participando en una experiencia piloto de implantación del crédito ECTS. Podrá valorarse, previa petición concreta, que se dé igual tratamiento a aquellas asignaturas optativas del Plan de estudios que se hayan acogido a la experiencia piloto. 6 Las actividades académicamente dirigidas propuestas al amparo del Artículo único, apartado 1, del Real Decreto 779/1998, de 30 de abril, en el que se modifica el apartado 7, del artículo 2 del Real Decreto1497/1987, las cuales no podrán superar en ningún caso el 30% de total de horas de enseñanza correspondientes a los créditos de la asignatura en el Plan de estudios vigente, tanto en créditos teóricos como en créditos prácticos. Estas tareas de enseñanza podrán sustanciarse tanto en horas con presencia del profesorado explícitas, directas y presenciales a todos los efectos, es decir, horas de clase presencial con el profesor para el estudiante, con organización/agrupamiento igual o distinto al de las horas de clase con el grupo de teoría o con el grupo de prácticas (seminarios, tutorías grupales, etc..), como en tareas de formativas que no responden al cliché de clase presencial (diseño de trabajos, elaboración de materiales didácticos específicos, preparación de presentaciones, etc.). En ese marco será la guía de la asignatura la que explicitará las actividades académicamente dirigidas, que deben de suponer una dedicación estimada del y del estudiante equivalente al tanto por ciento de horas que sobre el total de las previstas para la asignatura en el plan de estudios se hayan disminuido de la enseñanza de teoría y práctica estrictamente presencial, y que nunca podrán superar, como ya se ha señalado, el 30% del total de horas de enseñanza de la asignatura previstas en el plan de estudios vigente. 7 En el caso extremo de que las actividades académicamente dirigidas no impliquen ninguna tarea con presencia del profesorado añadida a las que realiza en las clases de teoría y/o práctica (mínimo 70% de lo previsto en los créditos LRU de la asignatura) esta división, tareas con /tareas autónomas, se eliminará dejando sólo sin más indicación explicita la enumeración de actividades con su estimación de horas de trabajo. 8 Los que figuran de forma expresa en el vigente Plan de estudios de la titulación en la UAL. 9 Este campo se sugiere opcionalmente con la finalidad de ir familiarizando al estudiante con los campos de estudio a los que más contribuye la asignatura de entre los establecidos por el Consejo de Coordinación Universitaria para cada titulación y que van a aparecer en el Suplemento Europeo al Título (SET). La relación de estos campos de estudio puede encontrarse para cada titulación en la página web del actual Consejo de Coordinación Universitaria: 12

13 10 Si los tiene, ya sea en términos de una asignatura que precisa tener aprobada otra previamente, o en términos de tanto por ciento de créditos necesarios para cursar alguna asignatura (ej.: Prácticum). 11 En el caso de tener alumnos matriculados de otras nacionalidades, podría especificarse la lengua en la que se impartirían las clases, tutorías, así como proporcionar una bibliografía más adecuada a sus necesidades idiomáticas. 12 La asignatura contribuye al desarrollo de una serie de capacidades en el estudiante que son necesarias para el desempeño de funciones y tareas propias del campo profesional para el que se está formando. Cada una de estas capacidades se basa en una combinación de conocimientos, destrezas prácticas y actitudes. Llamaremos COMPETENCIA a cada una de esas capacidades. Prelación de referencias para determinar las competencias de la asignatura: 1º.Guía de la titulación (Convocatoria Andalucía) 2º.Libro Blanco de la Titulación (Convocatoria ANECA) 3º.Otros documentos supletorios en ausencia de todos los anteriores: Declaración de Berlín Proyecto Tuning, Descriptores de Dublín, borrador de directrices propias de la titulación.. 13 Las Competencias Generales identifican los elementos compartidos que pueden ser comunes a cualquier titulación. Acordadas por los países y titulaciones que participaron en el Proyecto TUNING, se trata de un listado de capacidades que tienen una función instrumental, facilitan los procesos de interacción social y cooperación, y permiten percibir y tratar la realidad de modo global. De la relación de competencias generales que aparecen en este punto, sería conveniente elegir, en función de la asignatura, un número de ellas no superior a cinco. 14 Hacen referencia a capacidades que son específicas de una titulación determinada o de una materia concreta dentro de dicha titulación. Conviene atender a tres tipos de competencias específicas: Competencias Específicas relativas al Conocimiento Teórico (Saber): En relación con la capacidad para conocer y comprender el saber teórico propio de una materia que forme parte del campo disciplinar / profesional. Competencias Específicas relativas al Conocimiento Práctico (Saber hacer): En relación con la capacidad para aplicar de modo práctico y operativo el conocimiento en funciones y tareas del campo profesional correspondiente. Competencias Específicas relativas al Compromiso Ético (Ser): Relativas a las actitudes, valores y disposiciones de comportamiento ético que deben estar presentes en el uso del conocimiento y en el ejercicio de las tareas y funciones profesionales para las que la asignatura está formando. 15 Incluye una descripción de los métodos y técnicas que el profesor/a empleará para conseguir que el estudiante desarrolle las competencias seleccionadas, al adquirir los contenidos de la asignatura. Es conveniente no limitarse a una expresión de principios generales habitualmente poco transparentes en cuanto a su desarrollo efectivo. Por el contrario, se trata de especificar estrategias metodológicas concretas que ayuden a afianzar las competencias en desarrollo; por ejemplo, estrategias encaminadas directamente al trabajo y aprendizaje autónomos, a la adaptación a nuevas situaciones, al trabajo en equipo, al compromiso ético, a la capacidad (auto)crítica, etc. 16 Aquellas lecturas que deben leer todos los estudiantes de la asignatura porque proporcionan información básica indispensable para la realización exitosa de los exámenes, pruebas o trabajos prácticos de cualquier tipo en los que se basa la evaluación del estudiante dentro de la asignatura. Debería indicarse el modo de conseguirlas (fotocopias, biblioteca, librería ) 17 Aquellas lecturas que puedan complementar la información básica al preparar los exámenes, pruebas o trabajos prácticos de cualquier tipo en los que se basa la evaluación del estudiante dentro de la asignatura. 18 Indicar aquellas direcciones en las que puedan obtenerse información general o específica relacionada con los contenidos de la asignatura. 13

14 19 Se indicarán explícitamente los instrumentos (examen, exposiciones por parte del estudiante, portafolio, trabajos redactados, cuadernos, diarios, observación ) que se utilizarán para evaluar el progreso y/o el logro final alcanzado por el estudiante, así como las características de dichos instrumentos. 20 Se describirá el sistema que se empleará en la asignatura, indicando el peso que cada instrumento tendrá sobre la calificación final. 14