Formulario de Planificación de Actividades Académicas en las asignaturas (2010)

Transcripción

1 Formulario de Planificación de Actividades Académicas en las asignaturas (2010) 1) Nombre de la asignatura: Transferencia de Materia y Operaciones 2) Carreras (que se dicta la asignatura y el año del plan de estudio correspondiente): Ingeniería Química 3) Carácter de la asignatura (Obligatoria: Ob, Optativa: Op, Electiva: EL) Obligatoria 4) Periodo en el que se dicta(anual, Cuatrimestral: 1er o 2do Cuat o ambos) Cuatrimestral (1º y 2º) 5) Carga horaria semanal y total de la asignatura: 10 hs semanales 150 hs totales 6) Profesor responsable: Ingeniero Carlos Alberto Parodi 7) Plantel docente: Ing. Parodi, Carlos (Profesor Adjunto) Dr Deiber, Julio A. (Profesor Titular) Dr. Spekuljak, Zvonko. (Profesor Adjunto) Ing. Arese, Alicia N. (JTP) Ing. Flores, Hugo A. (JTP) Mg. Guala, María S. (JTP) Ing. Trod, Mónica. (JTP) 8) Tribunal Examinador: Ing. Carlos A Parodi Dr. Julio A. Deiber Dr. Zvonko Spekuljak 9) Objetivos (para asignaturas que se presentan por primera vez) 10) Correlatividades, (para asignaturas que se presentan por primera vez) 11) Programa analítico: PROGRAMA ANALÍTICO: Tema 1 Fundamentos de la transferencia de materia por etapas de equilibrio. Equilibrio entre fases. Operación - alimentación - agente de separación - productos - fenómenos de la separación.

2 Arreglos de fases. Tipos de etapas: mezcla, contracorrinte, cocorriente, flujos cruzados. Factor de separación (inherente y global). Factor y eficiencia de la separación. Factor de enriquecimiento. Fuerza impulsora y transferencia neta. Soluciones no-ideales. Azeotropía. Curvas de equilibrio. Uso de las ecuaciones de Wilson, van Laar, Margules, NRTL, UNIQUAC, UNIFAC. Mezclas multicomponentes. Solubilidad de gases. Eficiencia global de las etapas de equilibrio. Cálculo de propiedades fisicoquímicas. Bancos de datos. Tema 2 Ecuaciones integrales del balance de especies. Flujos convectivo y difusivo de especies. Transformación por reacción química. Mecanismos de transferencia en la frontera del sistema e interfaces. Dinámica de recipientes con especies químicas. Ecuaciones de balances locales de especies químicas. Modelos constitutivos de difusión binaria. Modelo de Fick para mezclas binarias. Transferencia de especies en interfaces. Análisis dimensional y números adimensionales. Cálculo de perfiles de concentración. Aplicaciones a membranas. Tema 3 Transferencia simultánea de cantidad de movimiento, energía y materia. Convección forzada y natural. Capas límites de velocidad, temperatura y especies. Transporte turbulento de especies. Inferencia de la correlación. Coeficiente de materia en interfaces: coeficientes de fases y globales. Coeficientes locales y promediados. Analogías entre los fenómenos de transporte. Correlaciones. Tema 4 Teoría de la película. Coeficientes de transferencia de especies en la película. Factores de corrección por distorsión de perfiles en la interfaz. Cálculo de flujos de especies. Difusión en mezclas de multicomponentes. Modelos de Maxwell-Stefan y Fick generalizado para mezclas de multicomponentes. Tema 5 Balances de especies en equipos. Operaciones batch y semi-batch. Operación continua contracorriente y cocorriente. Balance de energía y materia en equipos y sistemas: líneas de operación y límites de operación. Estimación de eficiencias de etapas de equilibrio. Criterios de diseño. Balances en equipos con diferentes medidores de concentración de especies. Tema 6 Equipos de contacto gas líquido. Torres de platos. Torres rellenas. Inundación. Capacidad. Pérdida de carga de la torre. Absorción y desorción.. Factor de separación inherente. Elección del solvente de absorción y del gas de stripping. Balances de materia cocorriente y contracorriente. Caudales de inertes y relaciones molares. Caudales mínimos de líquido (absorción) y gas (desorción). Cálculo y diseño. Separación en etapas. Concepto de eficiencia. Número de etapas teóricas y reales. Soluciones diluidas. Factor de absorción o desorción. Métodos grupales de cálculo. Altura de relleno para absorbedores y desorbedores. Número de unidades de transferencia individuales y global. Cálculo a través del uso de correlaciones. Altura equivalente de etapa teórica. Absorción no-isotérmica. Tema 7 Destilación. Equilibrio líquido-vapor. Volatilidad relativa. Diagrama entalpía-composición. Destilación continua en una etapa. Destilación binaria y multicomponentes. Ecuaciones y límites de operación. Destilación continua multietapas. Cálculo del número de etapas teóricas: Método de Ponchon-Savarit. Método de McCabe-Thiele. Límites de la operación: Reflujo mínimo. Número de platos infinito. Reflujo infinito. Número de platos mínimo. Reflujo óptimo de operación. Destilación discontinua en una etapa binaria y multicomponentes. Ecuación de Rayleigh.

3 Destilación discontinua binaria en múltiples etapas. Integración de la Ecuación de Rayleigh según la forma de operar. Rectificación de multicomponentes: Esquemas de separación. Clave liviano y clave pesado. Métodos rápidos de cálculo (Shortcut). Métodos rigurosos: Algoritmo de cálculo. Destilación azeotrópica: Destilación extractiva. Tema 8 Humidificación y dehumidificación. Psicrometría. Diagramas psicrométricos. Temperatura de bulbo húmedo. Depresión de bulbo húmedo. Relación de Lewis. Sistema aire agua. Otros sistemas. Operaciones adiabáticas. Transferencia simultánea de calor y materia. Enfriamiento de agua con aire. Torre de enfriamiento. Operaciones de dehumidificación de un gas. Evolución de la temperatura del gas en equipos de humidificación y dehumidificación. Cámaras de saturación adiabática. Acondicionamiento de aire. Tema 9 Cristalización. Equilibrio líquido-sólido. Cristalización-saturación. Metaestabilidad. Solubilidad - temperatura. Pureza. Generación de cristales. Nucleación y crecimiento de cristales. Distribución del tamaño de cristales. Balances y cinéticas. Cristalización batch y curva de enfriamiento. Scale up. Recristalización. Aductos. Cristalizadores. Aplicaciones. Tema 10 Secado. Curva de equilibrio. Ensayos de secado. Curvas secado. Humedad crítica. Régimen de velocidad de secado constante. Régimen de velocidad de secado decreciente. Evolución de la humedad en el sólido. Clasificación de los equipos de secado. Mecanismos de secado. Secado por circulación paralela y por circulación a trevés de lechos. Secado discontinuo. Perfiles de humedad y de temperatura del sólido y del gas en el equipo de secado. Eficiencia térmica, reciclo, acondicionamiento del gas de secado. Diseño y modelado de secaderos discontinuos. Criterios de selección. Programas de secado. Secado continuo. Perfiles de humedad y de temperatura del sólido y del gas en el equipo de secado. Secado a bajas y altas temperaturas. Diseño y modelado de equipos de secado continuo. Tema 11 Extracción líquido-líquido. Equipos de contacto líquido - líquido. Equilibrio entre fases. Diagramas triangulares. Diagrama de relaciones másicas. Coordenadas libres de solvente. Diagramas de distribución. Selectividad. Criterios de selección del solvente. Extracción en etapas. Sistemas totalmente inmiscibles. Sistemas parcialmente inmiscibles. Operación en una etapa. Límites de la operación. Operación en varias etapas: Corrientes cruzadas. Contracorriente. Solvente mínimo. Contracorriente con reflujo. Reflujo mínimo. Cálculo del número de etapas. Separador perfecto y no perfecto.contacto continuo. Tema 12 Extracción liquido-sólido. Equipos de contacto sólido - líquido. Equilibrio. Diagramas de sistemas en coordenadas libres de sólido inerte. Operación en etapas: Operación en una etapa. Operación en varias etapas en corrientes cruzadas y en contracorriente. Cálculo del número de etapas. 12) Cronograma de desarrollo de actividades-temas (tentativo) CRONOGRAMA DEL DESARROLLO TEMÁTICO DEL PROGRAMA

4 Semana Tema Docente y Jerarquía Actividad Carga Horaria Deiber, Julio (PT) Teorías. 1 Tema 2 Taller A1 y A2 Arese, Alicia(JTP) Taller B1 y B2 Deiber, Julio (P.T) Teorías. 2 Tema 3 Taller A1 y A2 Arese, Alicia (JTP) Taller B1 y B2 Deiber, Julio (P.T) Teorías. 3 Tema 4 Taller A1 y A2 Arese, Alicia (JTP) Taller B1 y B2 Tema 5 Deiber, Julio (PT) Teoría 2 hs Arese, Alicia (JTP) Taller A1 y B1 4 Spekuljak, Zvonko (PAd) Teoría 3 hs Tema 1 Exámen Parcial (Fenómenos Transporte, Teoría Película, etc.) 2. Parodi, Carlos (PAd) Teorías 5 Tema 6 Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 2. Parodi, Carlos (PAd) Teoría Mónica Trod (JTP) Taller A1 y TP 6 Tema 6 Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 y TP Flores, Hugo (JTP) Taller A2 y TP Guala, Silvia (JTP) Taller B2 y TP Spekuljak, Zvonko (PAd) Teorías 7 Tema 7 Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 2. Spekuljak, Zvonko (PAd) Teorías 8 Tema 7 Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 2. Spekuljak, Zvonko (PAd) Teorías 9 Tema 7 Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 2. Spekuljak, Zvonko (PAd) Teoría Mónica Trod (JTP) Taller A1 y TP 10 Tema 8 Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 y TP Flores, Hugo (JTP) Taller A2 y TP Guala, Silvia (JTP) Taller B2 y TP Parodi, Carlos (PAd) Teorías 11 Tema 8 y 10 Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 2.

5 12 Tema Tema 10 y Tema Tema 12 y 9 Parodi, Carlos (PAd) Teorías Mónica Trod (JTP) Taller A1 y TP Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 y TP Flores, Hugo (JTP) Taller A2 y TP Guala, Silvia (JTP) Taller B2 y TP Parodi, Carlos (PAd) Teorías Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 2. Parodi, Carlos (PAd) Teorías Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 2. Parodi, Carlos (PAd) Teoría 2. Deiber, Julio (PT) Teoría 2. Parodi, Carlos (PAd) Taller B1 2. Clases Teóricas : Clases Taller : Martes de 8.00 hs hs Miércoles de hs hs. Grupo A: Miércoles de hs hs (A1) Jueves de hs hs (A2) Grupo B: Jueves de hs hs (B1) Viernes de hs hs (B2) Trabajos Prácticos : En Planta Piloto, dentro de los horarios y días establecidos en los grupos correspondientes. TIPOS DE CLASES Y CARGA HORARIA: Teorías:(75 horas) Número de clases por semana: 2 Tipo: Expositiva Carácter: No obligatoria Talleres(Coloquios-Problemas): (66 horas) Número de clases por semana: 12 semanas de 2 clases y 3 semanas de 1 clase. Tipo: Situación-Problema-Solución-Conclusión. Carácter: Obligatorio

6 Porcentaje de asistencia: 80% Trabajos Prácticos: (9 horas) Tipo: Trabajos en Planta Piloto y confección de Informes Escritos en Word y Excel (o similares) Temas: Pérdida de carga en torres rellenas. Determinación de la inundación. Destilación (Rectificación Discontínua) y Humidificación (Torre de Enfriamiento) Ensayo de Secado bajo condiciones constantes Carácter: Obligatorio Porcentaje de asistencia: 100% 13) Bibliografía: BIBLIOGRAFÍA RELEVANTE: Fenómenos de Transporte. R. B. Bird, W. E. Stewart y E. N. Lightfoot. Reverté, (1976). The Properties of Gases and Liquids. R.C. Reid, T.K. Sherwood y B. Poling. McGraw Hill (1987). Operaciones de Transferencia de Masa. Robert E. Treybal. McGraw Hill (1980). Operaciones Básicas de Ingeniería Química. W.L. McCabe, J.C. Smith y P. Harriot. McGraw Hill (1991). Fundamentals of Momentum, Heat and Mass Transfer. J.R. Welty, R. Wicks y C.E. Wilson. John Wiley (1984). Multicomponent Mass Transfer. R. Taylor y R. Krishna. John Wiley and Sons (1993). Transport Process and Unit Operations. Ch. J. Geankoplis. Prentice Hall (1993). Separation Processes. C. Judson King. Mac Graw -Hill (1980). Mass Transfer. T. K. Sherwood, R. L. Pgford y R. Wilke. Mac Graw -Hill (1975). Drying: Principles and Applications. R. B. Keey. Pergamon Press (1972). Bioseparations. P. A. Belter, E. L. Cussler, W. S. Hu. John Wiley and Sons (1988). Destilation Design. H. Z. Kister. McGraw-Hall (1992). Stagewise and mass transfer operations. Henley, E. New York: AIChE American Institute of Chemical Engineers, (1980). Drying of solids in the chemical industry. Nonhebel, G.; Moss, L, London: Butterworths, Distillation, Van Winkle, M. Editorial McGraw Hill.1ra.Ed Chemical Engineers Handbook; Perry, R.; Chilton, C, Mc Graw Hill; 5ta, 6ta Ed 14) Previsiones de seguridad durante las actividades. (si corresponde). 15) Requisitos para obtener la regularidad REGULARIDAD: Requerimientos previos: Regularizar y aprobar las asignaturas que se exigen en el régimen de correlatividades vigente

7 Para adquirir la condición de regular se requiere: a) Cumplir con el porcentaje mínimo de asistencia obligatoria. b) Cumplimentar el 100% de los informes de trabajos prácticos 16) Régimen de promoción de la asignatura (Explicitar la forma y la modalidad tanto para alumnos regulares como libres). PROMOCIÓN: La promoción de la asignatura (Transferencia de Materia y Operaciones), se logrará por aprobación de tres segmentos : el de Trabajos Prácticos (mediante la realización y aprobación del informe elevado), el práctico (o de problemas) y el teórico, siendo el anterior indispensable para acceder a este último. La promoción de los problemas se alcanzará según : a) Metodología de evaluación continuada, de adhesión voluntaria por parte de los alumnos, consistente en la aprobación de un examen parcial (aproximadamente en la 4ª semana, con la posibilidad de un recuperatorio) sobre los conceptos de fenómenos de transporte y teoría de la película, más la resolución individual de 6 problemas de los diferentes temas de la materia, a resolver durante el cursado de la asignatura y que obedece a los siguientes objetivos : - Permitir al alumno tomar contacto con problemas reales, cuyas características son, por lo general, no estar totalmente definidos, tener más de una solución, requerir la utilización de criterios para la adopción de diferentes variables, necesidad de efectuar hipótesis para llevar a cabo el cálculo, etc. - Posibilitar al alumno una ejercitación mientras cursa la materia, para con ello mantener una actividad más intensa durante el cursado, optimizando el aprovechamiento de las horas de clases y estudio. - Mantener contacto personalizado entre los docentes y cada uno de los alumnos durante este proceso de resolución de problema, lo que permite una mejor transmisión de conocimientos hacia el alumno y un mejor conocimiento de éste por parte de los docentes. - Transmitir en forma personalizada conocimientos que muchas veces resultan de una transmisión generalizada y sistemática difícil, tales como criterios ingenieriles, resolución de dificultades numéricas propias de los problemas, simplificaciones circunstanciales válidas, etc. - Dado que el sistema es por prueba y error, lo que significa una continua interacción alumnodocente, y no por entrega, corrección y calificación inmediata del problema resuelto, el alumno se encuentra sometido a una situación más cercana a su futura realidad laboral, donde se debe trabajar para resolver los problemas y no para que el superior jerárquico lo califique con una nota por ello. - Permite que el alumno perciba a través de esta mecánica, que no siempre la resolución de un problema es única, sino que existen múltiples variables de distintos tipos que intervienen y pueden conducir a distintas soluciones finales, resultando muchas veces muy dificultoso determinar la más adecuada. Cabe señalar acá, la elevada carga horaria requerida en esta metodología y el esfuerzo docente a realizar en confección de problemas, atención personalizada, coloquios de discusión, corrección, etc.

8 Los alumnos que promocionaran la parte práctica de acuerdo a la metodología de evaluación continuada, tendrán validez en la misma durante el período de validez de la regularidad de la asignatura que establezca el régimen de enseñanza. Para los alumnos que no promocionaran el segmento práctico según lo señalado en los párrafos anteriores, podrán hacerlo según : b) Examen final de problemas escrito con fecha establecida de acuerdo al Calendario Académico aprobado y consistente en la resolución numérica de uno o más problemas, de uno o varios temas (combinado) de la asignatura, efectuada a libro abierto. (Como es en la actualidad) Superada esta instancia, cuya validez alcanza a ese único examen, puede acceder a la evaluación teórica. La promoción de la parte teórica se efectuará en forma oral con posterioridad a la parte práctica. Consistirá en el planteo de una situación (diseño, simulación, etc.) cuya explicación por parte del alumno implique la utilización de los distintos conceptos teóricos. Como pautas de evaluación se tomarán : - Manejo correcto de conceptos teóricos - Correcta utilización de hipótesis, simplificaciones, adopciones, etc. - Planteo de una secuencia lógica de resolución - Panorama global del tema. Las características serán : individual, con un tiempo de ordenamiento para que el alumno desarrolle la situación a exponer, de alrededor de treinta minutos, seguida luego por la exposición. La ejecución de esta tarea estará a cargo de la Mesa Examinadora designada por las autoridades.