Plan anual de actividades académicas (2016)

Transcripción

1 Plan anual de actividades académicas (2016) INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS 1. Datos generales de la actividad curricular Departamento: Ingeniería química Área: Ingeniería química Asignatura: Ingeniería de las reacciones químicas Plan de estudios: 1995 Carácter: De la especialidad (Obligatoria) Régimen de dictado: Anual Equipo docente: Titular: MASCIARELLI; Roque (1DS) Asociado: Adjunto: STOPPANI; Fernando (1DS) JTP: STANCICH; Silvia (1DS), STOPPANI; Fernando (1DS) Auxiliares: LUISETTI; Julia (1DS) 2. Fundamentación de la materia dentro del plan de estudios. Completar el perfil de la carrera de ingeniería química, ya que la profundización en el conocimiento de la cinética de las reacciones químicas y el diseño de los reactores químicos, constituyen el núcleo de una planta química. De esta manera se logran interrelacionar los procesos de acondicionamiento de reactivos y purificación de productos, que conllevan las operaciones unitarias y el diseño de los equipos de separación, establecidos en las asignaturas correspondientes. 3. Objetivos Señalar los objetivos expresados en términos de competencias a lograr por los alumnos y/o de actividades para las que capacita la formación impartida. Conseguir que el alumno logre comprender los diferentes métodos de interpretación de datos cinéticos de las velocidades de reacción. Relacionar mecanismos de reacción con las ecuaciones cinéticas. Aplicar los balances de materia y energía que permitan el diseño de los diferentes modelos de reactores en fase homogénea y heterogénea respectivamente. Analizar y establecer las condiciones operativas necesarias a los efectos de optimizar el funcionamiento de los reactores desde el punto de vista del rendimiento. Interpretar las curvas de distribución de tiempos de residencia, para conocer las condiciones fluidodinámicas reales del reactor a los efectos de interactuar para mejorar su comportamiento según el modelo prefijado. Página 1 de 9

2 Realizar actividades con reactores reales en Planta Piloto para adquirir destreza con respecto al trabajo de campo específico. Comprender las etapas que se presentan en las reacciones sólido-fluido.. 4. Descripción de la actividad curricular Describir brevemente la actividad curricular, las tareas a realizar por docentes y alumnos y los materiales didácticos, guías, esquemas, lecturas previas, otros que se requieran para desarrollarla. Estrategias metodológicas Dictado de clases teóricas con tiza y pizarrón. Proyecciones de ilustraciones, videos, etc. utilizando cañón. Observación y uso en planta piloto de 3 tipos de reactores: Tanque Agitado Discontinuo, Flujo Pistón y Tanque Agitado Continuo. Realización de trabajos prácticos de laboratorio (Unidad 1 y Unidad 2) y planta piloto (Unidad 4) en las siguientes etapas: explicación, estudio de la guía y examen, tarea de campo y elaboración del informe correspondiente. Resolución de problemas de aula, en forma guiada por los docentes, y en forma grupal. Resolución de parciales correspondientes a las Unidades 1,2, 3 y 5. Resolución de parciales-proyecto correspondientes a las Unidades 6, 7 y 8. Materiales curriculares (recursos): Apuntes de las Unidades 1 y 2, en la página de la Cátedra. Guía de problemas correspondientes a las Unidades 1, 2, 3 y 5, en la página de la Cátedra. Guía de los TP, en la página de la Cátedra. Bibliografía recomendada en biblioteca. 5. Modalidad de enseñanza y carga horaria Completar el siguiente cuadro con las actividades con carga horaria significativa exceptuando las actividades ocasionales que no resulten sustanciales para el desarrollo de la actividad curricular (conferencias, prácticas no sistemáticas o no obligatorias, fichado de material bibliográfico u otras). Carga horaria semanal Carga horaria total Teórica 3 90 Formación experimental Laboratorio 6 Trabajo de campo 12 Resolución de problemas 52 Proyectos y diseño Práctica supervisada En el sector productivo de bienes y/o servicios En la institución Sumatoria 160 Página 2 de 9

3 6. Distribución del personal docente de la cátedra según las actividades curriculares a desarrollar. Cantidad de docentes que participarán en: Cargo Cantidad total Teóricas Formación experimental Resolución de problemas Proyectos y diseños Práctica supervisada Otra Prof. Tit. 1 1 Prof. Asoc. Prof. Adj. 1 1 JTP Aux. graduado 1 1 Aux. no graduado Otros 7. Contenidos Indicar los contenidos incluidos en el programa de la actividad curricular. Página 3 de 9

4 AREA TEMÁTICA: CINÉTICA EN SISTEMAS HOMOGENEOS Unidad 1 Introducción. Objeto de la cinética química. Estequiometría. Grado de avance. Conversión. Velocidad de reacción en sistemas de volumen constante y variable. Constante de la velocidad de reacción. Orden de reacción. Modelos experimentales para interpretación de datos cinéticos. Métodos: Integral, Diferencial, de las Velocidades iniciales, del Tiempo de vida media y del Aislamiento. Expresión de Arrhenius. Teoría de la Colisión. Teoría del Estado de transición (complejo activado). Nociones sobre mecanismos de reacción. Reacciones en serie y en paralelo. Reacciones autocatalíticas. 15 horas. AREA TEMÁTICA: TRANSFERENCIA DE MASA Unidad 2: Difusión y mecanismos de transporte. Leyes de Fick. Ecuación de conservación de Continuidad. Difusión a través de una película estanca. Transferencia de masa a través de superficies porosas. Transferencia de materia en el límite de una fase. Modelo de película. Modelo de penetración. Modelo de renovación superficial. Difusión con reacción química homogénea. Difusión en régimen no estacionario. 20 horas. AREA TEMÁTICA: DISEÑO DE REACTORES Unidad 3: Reactores ideales Definición y clasificación de los reactores químicos. Simplificación de las ecuaciones de diseño: tanque discontinuo, tanque continuo agitado y flujo pistón. Reactor semicontinuo. Comparación de reactores tanques agitados en serie con el reactor flujo pistón. Adimensionalización. Número de Damkhöler. Reactores en serie de distintos volúmenes. Flujo pistón ideal con recirculación. Métodos gráficos y analíticos.20 horas. Unidad 4: Reactores no ideales Desviaciones de los modelos de flujos ideales. Funciones de distribución de tiempos de residencia. Señal en escalón, en pulso. Modelos de flujos no ideales: Modelo de dispersión axial. Modelo de tanques agitados en serie. Modelo de segregación total. Modelos combinados de Cholette y Cloutier. 15 Horas Unidad 5: Diseño para reacciones múltiples Rendimiento y selectividad. Reacciones en serie, en paralelo, en serie-paralelo. Estudio cuantitativo sobre la distribución del producto empleando diferentes modelos de reactores. Condiciones del máximo componente intermedio para reacciones en serie. Influencia de la distribución de las masas moleculares según la vida del polímero activo, en reactores de tanque continuo y discontinuo respectivamente, con el tiempo de residencia del reactor. 10 Horas. AREA TEMÁTICA: DISEÑO DE REACTORES NO ISOTÉRMICOS Unidad 6: Reactores no isotérmicos. Efectos térmicos sobre la cinética y el equilibrio. Reactores monodimensionales y bidimensionales. Reactores adiabáticos, para los diferentes tipos de flujo. Reactores ni isotérmicos ni adiabáticos. Estabilidad e histéresis del estado estacionario.20 Horas. AREA TEMÁTICA: DISEÑO DE REACCIONES HETEROGÉNEAS EN GENERAL Página 4 de 9

5 Unidad 7: Reacciones heterogéneas Adsorción física y química. Teoría de Lagmuir. Volumen de monocapa. Superficie especifica de catalizadores. Histéresis de adsorción. Modelo de Hougen y Watson para la cinética controlada por: adsorción reacción en la superficie- desorción. Teoría de Brummer, Enmet y teller (B.E.T) aplicables a multicapas. Distribución de tamaño macro y micro poros. Teoría de condensación y depresión capilar. Reacciones sólido-fluido (no catalíticas). Partículas esféricas de tamaño constante y diferentes etapas controlantes. Lechos de partículas sólidas fluidizadas. Sistemas con gas de composición variable. Reacciones sólido-fluido (catalíticas). Factor de efectividad. Modulo de Thiele. Reactores gas-líquido, transferencia de materia con reacción química, factor de reacción. Cálculo de la altura en torres rellenas y de burbujeo. Método de las velocidades estimadas para diseño de lechos catalíticos mono y bi dimensionales no isotérmicos. 30 Horas. Unidad 8: Fermentación enzimática. Fermentador de flujo pistón, de flujo mezclado..procesos fermentativos con y sin inhibición competitiva. Fermentación microbiana, distribución de productos y rendimientos fraccionales. Efecto de los residuos nocivos. Cinética de Monod. Tiempo espacial de mezclado óptimo. Operaciones utilizando concentración y recirculación de células Fermentador de flujo en pistón con concentración de células y recirculaci6n. Reciclo óptimo.25 Horas. Unidad 9: Reacciones sólido-sólido. Modelos de núcleo decreciente, conversión uniforme, partícula granulada, hueco variable, descomposición térmica con cambio de fase. Modelo de Prout-Tompkins. 10 Horas. 8. Metodologías de enseñanza Listar las estrategias didácticas empleadas para garantizar la adquisición de conocimientos, competencias y actitudes en relación con los objetivos. Especificar cuáles son las estrategias implementadas para generar hábitos de autoaprendizaje. Asistencia a clases expositivas. Resolución de problemas relativos a todas las Unidades (durante el cursado se resuelven problemas correspondientes a las Unidades 1 a 5, de los cuales, algunos son resueltos en las clases de problemas, ya sea en con indicaciones del profesor, o en forma grupal en cada banco de trabajo. El resto de los problemas deben ser resueltos en horarios extracurriculares y asistir a las clases de consulta para verificar la modalidad de resolución. Mientras que problemas relativos a las Unidades 6 a 8, son resueltos con autonomía de los alumnos en instancias previas al examen final contando con la supervisión del Profesor titular. Estos problemas son realizados bajo la modalidad parcial de proyectos donde los alumnos deben generar los diagramas y gráficos correspondientes a la temática y obtener las conclusiones pertinentes, permitiendo de esta manera el desarrollo del criterio ingenieril: se pretende lograr el manejo de las variables que influyen en la cinética de las reacciones y el diseño de los reactores. Análisis de unidades. Realización de los trabajos prácticos propuestos, tanto en laboratorio como en planta piloto. Confección de un informe en forma autónoma, con la elaboración de los datos experimentales obtenidos, y un análisis de los resultados teniendo en cuenta los conceptos teóricos relativos al tema desarrollado en el TP. Asistencia a los parciales propuestos durante el año académico. 9. Evaluación Página 5 de 9

6 Describir las formas de evaluación, requisitos de promoción y condiciones de aprobación de los alumnos (regulares y libres) fundamentando brevemente su elección. Indicar si se anticipa a los alumnos el método de evaluación y cómo acceden estos a los resultados de sus evaluaciones como complemento de la enseñanza. Evaluación: Se incluye en el ítem siguiente. Criterios de: A) Regularidad: Trabajos Prácticos: Una semana antes de cada Trabajo Práctico los alumnos deberán responder a un cuestionario relativo tanto a los temas teóricos relacionados, como al desarrollo práctico del mismo. El alumno/a que no complete un 75% de este cuestionario, será interrogado oralmente en forma previa al T.P. sobre los pasos prácticos a seguir, deberá presentar un informe individual de los resultados, y en este momento se hará un coloquio sobre los temas teóricos que comprende el T.P. y la interpretación que del mismo se ha logrado. Para la ejecución de los mismos los alumnos se dividirán en grupos de 5 ó 6 integrantes, pudiéndose entregar un informe conjunto. La cátedra puede interrogar a cualquiera de ellos sobre el contenido de los mismos. Al final del año cada alumno deberá tener, como mínimo, un 80% de los T.P. realizados y aprobados. Parciales: Se tomarán dos parciales: PARCIAL CONTENIDOS FECHA ESTIMATIVA Primer Parcial Cinética en Sistemas Homogéneos y Transferencia de masa. Fin del 1er Cuatrimestr Unidades 1 y 2: Teoría y problemas Segundo Parcial Diseño de reactores: ideales, reacciones múltiples. Octubre Unidades 3 y 5: Teoría y problemas. Recuperatorio Correspondientes al Primero o Segundo Parcial. Noviembre Globalizador Abarcativos del 1er y 2do parcial Febrero El alumno que no haya aprobado los parciales, y no haya recuperado los mismos quedará libre. Si ha cumplimentado las exigencias relativas a los trabajos prácticos, quedará en calidad de alumno recursante, deberá inscribirse nuevamente en la materia pero sólo se le exigirá rendir nuevamente los parciales. Condiciones previas al examen final Se debe tener regularizada la materia, y además se requiere la realización de un parcial proyecto sobre algún tema referido a las Unidades 6, 7, 8 y 9 designado por el profesor titular. B) Promoción: No existe la posibilidad de promoción directa de la asignatura. 10. Articulación horizontal y vertical con otras materias Página 6 de 9

7 Asignaturas o conocimientos con que se vincula: En forma vertical: Análisis matemático Fundamentos de informática Integración III Fenómenos de Transporte Físicoquímica En forma horizontal: Biotecnología Integración IV 11. Bibliografía Detallar la bibliografía. En el caso de libros especificar el título, los autores, la editorial y el año de edición e indicar en el cuadro la cantidad de ejemplares disponibles para los alumnos en la biblioteca y los años de sus ediciones. Bibliografía 1) Ingeniería de las Reacciones Químicas. O. Levenspiel. Ed. Reverté. 2) Ingeniería de las Reacciones Químicas. O. Levenspiel, 3ª Edición. 3) Elementos de ingeniería de las Reacciones Químicas. H. Scout Fogler, 3 Edición. 4) Principios de los Procesos Químicos III. Cinética y Catálisis.O. Houghen y K, Watson.Ed. Géminis S.r.l. 5) Cinética Química. J. M. Smith. CECSA. 6) Cinética Química. J. M. Smith. CECSA. 7) Introducción al Diseño de Reactores Químicos.Tomo I I.H.Farina, O.A.Ferretti, G.F. Barreto. Nueva Librería.Libro de la UNLP. 8) Ingeniería de las reacciones Químicas y Catalíticas. J.J. Carberry. Ed. Géminis. 9) Fundamentos del Diseño de Reactores R. E. Cunningham y J. L. Lombardi. EUDEBA 2da. Edición. 10) Transferencia de masa. Sherwood, Pigford, Wilke. Ed. Mc Graw Hill. 11) El Omnilibro de los Reactores Químicos. O. Levenspiel.. Ed. Reverté. 12) Manual del Ingeniero Químico. R. Perry. (Tercera edición en Español) Tomos I. McGraw Hill. 13) Manual del Ingeniero Químico. R. Perry. (Tercera edición en Español) Tomos II. McGraw Hill. * Disponible en la biblioteca para uso de los alumnos. En el caso de libros: Cantidad* Año de edición 1) 6 (seis) 1) ) Versión digital que se ofrece a los alumnos 3) 3 (tres) 4) 6 (seis) 5) 2 (dos) 6) 1 (uno) 7) 4 (cuatro) 8) 1 (uno) 9) 1 (uno) 10) 2 (dos) 11) 4 (cuatro) 12) Solo consulta en sala 13) Solo consulta en sala 2) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) Cronograma estimado de clases Página 7 de 9

8 Fecha Actividad Segundo cuatrimestre Primer cuatrimestre 17/03 Unidad 1 25/03 Feriado 31/03 Unidad 1 07/04 Unidad 1 14/04 Unidad 2 21/04 Unidad 2 28/04 TP 1-Laboratorio 05/05 Unidad 3 12/05 MESA DE EXAMEN 19/05 Unidad 3 26/05 Unidad 3 02/06 TP 2-Laboratorio 09/06 Unidad 3 16/06 PRIMER PARCIAL 23/06 Unidad 3 30/06 Unidad 4 28/07 Unidad 4 04/08 Unidad 5 11/08 Unidad 5 18/08 MESA DE EXAMEN 25/08 Unidad 6 01/09 TP 3-Planta Piloto 08/09 MESA DE EXAMEN 15/09 Unidad 6 22/09 TP 4-Planta Piloto 29/09 Unidad 6 06/10 Unidad 7 13/10 Unidad 7 20/10 Unidad 7 27/10 SEGUNDO PARCIAL 03/11 Unidad 8 10/11 RECUPERATORIO PRIMERO o SEGUNDO PARCIAL 17/11 Unidad 8 Página 8 de 9

9 ... Firma y aclaración del titular de cátedra o responsable del equipo docente Página 9 de 9