UNIVERSIDAD DEL CAUCA FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS PROGRAMA INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

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1 ASIGNATURA: OPERACIONES AGROINDUSTRIALES I CÓDIGO: IAI522 MODALIDAD: Presencial (Teórico-Práctica) REQUISITOS: BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA - TERMODINÁMICA CRÉDITOS: 4 (Cuatro) INTENSIDAD: 6 Teoría Y 2 Práctica DIMENSIÓN: FUNDAMENTAL INTRODUCCIÓN: La ingeniería agroindustrial trata de procesos industriales en los que las materias primas provenientes de los sectores agrícola, pecuario, silvícola, piscícola y forestal se transforman o separan en productos útiles. El ingeniero agroindustrial tiene que desarrollar, diseñar y llevar a cabo el proceso, así como el equipo utilizado en el mismo. Tiene que elegir las materias primas adecuadas y hacer operar las plantas con eficacia, seguridad y economía, teniendo en cuenta que sus productos han de cumplir las condiciones exigidas por los consumidores. Lo mismo que la ingeniería en general, la ingeniería agroindustrial es también un arte y una ciencia. El ingeniero utilizará la ciencia siempre que le permita resolver sus problemas. Sin embargo, en la mayor parte de los casos, la ciencia no es capaz de proporcionarle una solución completa, y entonces tendrá que recurrir a la experiencia y a su buen criterio. Su capacidad profesional depende de esta habilidad para combinar todas las fuentes de información con el fin de obtener soluciones prácticas a los problemas que se le presenten. Debido a la variedad y complejidad de los procesos modernos el estudio de la Ingeniería Agroindustrial se divide arbitrariamente en una serie de sectores adecuados denominados Operaciones Unitarias OBJETIVO GENERAL Comprender los fundamentos de las operaciones unitarias más utilizadas en los procesos agroindustriales, así como el funcionamiento de los equipos involucrados en dichas operaciones. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Comprender el significado de las Operaciones Unitarias y su importancia en la formación del Ingeniero Agroindustrial Conocer la importancia de la separación de materiales sólidos particulados por rangos de tamaños y su relación con su utilización en procesos industriales, usos finales y valor comercial. Estudiar la fundamentación teórica de las operaciones de separación mecánica

2 Seleccionar el equipo apropiado para la mezcla y emulsificación de determinados materiales, de acuerdo con su consistencia, y explicar su funcionamiento Resolver problemas de aplicación, selección y diseño de las diferentes Operaciones Unitarias estudiadas. METODOLOGÍA: El curso de Operaciones Unitarias I es teórico práctico. Las actividades se desarrollarán así: Sesiones teóricas orientadas por el profesor Exposición y discusión de trabajos bibliográficos que los alumnos investigarán La parte experimental comprende: sesiones en planta piloto que permitirán al estudiante visualizar de manera práctica algunas de las operaciones unitarias vistas en la teoría y capacitarlo en el manejo de los equipos correspondientes Visitas a agroindustrias La evaluación se hará mediante quices, talleres, exposiciones, exámenes parciales, examen final e informe de las prácticas en planta piloto. CONTENIDO PROGRAMATICO UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LAS OPERACIONES UNITARIAS 1.1 Clasificación de las Operaciones Unitarias Procesos Fundamentales de Transporte 1. Transferencia de Momento Lineal 2. Transferencia de Calor 3. Transferencia de Masa 1.2 Balance Total de masa y ecuación de continuidad 1.3 Balance General de Energía Mecánica en un sistema de Bombeo 1,4 Potencia de Bombas para un sistema de flujo 1.5 Ecuación de Bernoulli 1,6 Gráfico de Moody 1.7 Pérdidas por Fricción en tuberías, expansiones y accesorios 1,8 Tipos de Bombas 1,9 NPSH requerida y disponible UNIDAD II: PROPIEDADES Y TRATAMIENTO DE PARTÍCULAS 2.1 Caracterización de partículas sólidas Página 2

3 2.2 Tamaño, forma y densidad de partículas 2,3 Tamaño de partículas mezcladas y Análisis de Tamaños 2,4 Superficie específica de una mezcla de partículas 2.5 Flujo de alimentos en forma de polvo 1. Ángulo de Reposo 2. Ángulo de Deslizamiento 3. Ángulo de Fricción Interna UNIDAD III: TAMIZADO 3.1 Principios Generales 3.2 Clases y Características de los Tamices 3.3 Series de Tamices Patrón. Serie de Tyler 3.4 Comparación entre Tamices Ideales y Tamices Reales 3.5 Análisis por Tamizado 1. Análisis Acumulativo 2. Análisis Diferencial 3.6 Balance de Materia en un Tamiz 3.7 Capacidad y Eficacia de los Tamices UNIDAD IV: REDUCCIÓN DE TAMAÑO 4.1 Principios Generales 4.2 Naturaleza de las Fuerzas utilizadas en la Reducción de Tamaño 4.3 Número de Etapas de Reducción 4.4 Consideraciones en que se basa la selección de equipos 4.5 Aparatos para la Reducción de Tamaños 1. Trituradora de Rodillos 2. Molino de Martillos 3. Molino de Discos 4. Molinos Gravitatorios 4.6 Funcionamiento de las Instalaciones de Reducción de Tamaño 4.7 Desintegración de sustancias fibrosas 4.8 Energía Necesaria para la desintegración 1. Ley de Rittinger 2. Ley de Kick 3. Ley de Bond Página 3

4 4.9 Aplicaciones de las leyes de Rittinger y Bond UNIDAD V: FILTRACIÓN 5.1 Teoría de la filtración 5.2 Resistencia de la torta y del medio de filtración 5.3 Filtración a presión constante 5.4 Filtración a velocidad constante 5.5 Aplicaciones de la Teoría 5.6 Equipos de Filtración 1. Principios 2. Características de diseño 3. Aplicaciones generales 5.7 Cálculo de la Capacidad de Filtración UNIDAD VI: SEDIMENTACIÓN 6.1 Teoría del movimiento de las partículas a través de un fluido 1. Fuerza gravitatoria 2. Fuerza de flotación 3. Fuerza de arrastre 6.2 Velocidad de precipitación libre 1. Número de Newton 2. Número de Arquímedes 6.3 Tipos de Sedimentadores 6.4 Precipitación Frenada 6.5 Equipos UNIDAD VII: CENTRIFUGACIÓN 7.1 Coeficiente de Amplificación Z 7.2 Separación de líquidos inmiscibles 7.3 Separación de sólidos insolubles de productos líquidos 7.4 Diámetro crítico 7.5 Caudal límite de centrifugación 7.6 Tipos de Centrífugas Página 4

5 7.7 Áreas equivalentes de centrifugación 7.8 Escalado UNIDAD VIII: AGITACIÓN Y MEZCLA DE LÍQUIDOS 8.1 Teoría de la agitación y mezcla de líquidos 1. Tipos de flujos 2. Tipos de rodetes 3. Velocidad de circulación 8.2 Tipos de recipientes agitados mecánicamente 8.3 Consumo de potencia en tanques agitados 1. Factores de forma 2. Correlaciones de potencia para rodetes específicos 3. Función de potencia 4. Número de Froude 8.4 Aplicaciones UNIDAD IX: MEZCLA DE SÓLIDOS 9.1 Grado de mezclado 9.2 Análisis de mezclado 9.3 Desviación estándar de la mezcla 9.4 Índices de mezclado 9.5 Velocidad de mezclado 9.6 Equipos 9.7 Aplicaciones UNIDAD X: EXTRACCIÓN POR PRESIÓN 10.1 Teoría de la extracción por presión 10.2 Instalaciones 1. Prensas discontinuas 2. Prensas continuas 10.3 Influencia de los principales factores sobre la velocidad y el rendimiento de la Extracción 10.4 Aplicaciones Página 5

6 UNIDAD XI: EMULSIFICACIÓN 11.1 Introducción y teoría 1. Tensión interfacial 2. Métodos para emulsiones 10.2 Emulgentes 1. Balance Hidrofílico - Lipofílico HLB 2. Elección y clasificación de los emulgentes 3. Estabilidad 10.3 Equipos 1. Principios 2. Características de diseño 3. Aplicaciones generales UNIDAD XII: PROCESOS DE SEPARACIÓN CON MEMBRANA 12.1 Introducción 12.2 Espectro de la filtración con membrana 12.3 Procesos de Separación con Osmosis Inversa 1. Presión osmótica de las soluciones 2. Ecuaciones de flujo específico para OI 3. Constantes de permeabilidad al soluto y al solvente 4. Rechazo del soluto 12.4 Ultrafiltración 1. Ecuaciones de flujo específico para UF 2. Efecto de las variables de proceso en la UF PRACTICAS DE LABORATORIO Se realizarán en las Plantas Piloto de la Facultad de Ciencias agropecuarias de la Universidad del Cauca. - Transferencia de Momento Lineal - Reducción de tamaño - Tamizado - Filtro prensa. Filtración a presión constante - Centrifugación Página 6

7 BIBLIOGRAFÍA: BRENNAN, J.G., BUTTERS, J.R., COWELL, N.D., Operaciones en la Ingeniería de los Alimentos. Editorial Acribia S.A. Zaragoza. Tercera edición 1998 BROWN, G.G., Operaciones Básicas de la Ingeniería Química México 1965 COULSON Y RICHARDSON: Ingeniería Química. Ed. Reverté EARLE, R.L Ingeniería de los alimentos, las operaciones básicas del procesado de alimentos. Editorial Acribia. Zaragoza 2010 FELLOWS, P., Tecnología del Procesado de los Alimentos : Principios y prácticas. Editorial Acribia S.A Zaragoza GEANKOPLIS, C.J., Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Editorial Cecsa, 3ª edición 1999 LEWIS, M.J., Propiedades físicas de los alimentos y los sistemas de Procesado. Editorial Acribia S.A. Zaragoza MAFART, Pierre, Ingenieria Industrial Alimentaria, Volumen II. Editorial Acribia S.A Zaragoza McCABE SMITH - HARRIOT. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Editorial Mc Graw Hill Septima Edición México 2007 PERRY- CHILTON. Chemical Engineering Handbook. Ed. Mc Graw Hill. NY 1998 SHARMA,S.K., MULVANEY, S.J., RIZVI,S.S., Ingeniería de Alimentos. Operaciones Unitarias y Prácticas de Laboratorio. Editorial Limusa Wiley México 2010 Página 7

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