C u r s o a c a d é m i c o :

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1 C u r s o a c a d é m i c o : DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA Titulación: QUÍMICA Código: 3531 Asignatura: Curso en el que se imparte: 3 OPERACIONES BÁSICAS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA Carácter: (Anual, 1 er ó 2º cuatrimestre) 2º Tipo: (Troncal, Obligatoria, Optativa, Libre elección) Créditos: Totales Teóricos Prácticos LRU ECTS 4.4 Idioma en el que se imparte: Español Dirección web asignatura: Obligatoria Responsable ó coordinador: Otros: DATOS BÁSICOS DE LOS PROFESORES Nombre y apellidos Departamento Ubicación Isidoro García García isidoro.garcia@uco.es Inés María Santos Dueñas ines.santos@uco.es Química Inorgánica e Ingeniería Química Campus Universitario de Rabanales. Edificio Marie Curie Área de conocimiento Ingeniería Química Idem Idem Idem Descriptores BOE Situación DATOS ESPECÍFICOS DE LA ASIGNATURA Operaciones controladas por la transferencia de materia Resolución de 14 de julio de 1998 de la Universidad de Córdoba. B.O.E. nº 200 de 21 de agosto de 1998 Prerrequisitos: Los exigibles para poder matricularse en 3º de Química. No hay incompatibilidad normativa con otras asignaturas. Contexto dentro de la Titulación: Prácticamente todos los procesos químicos necesitan operaciones de separación de componentes en las materias primas y productos de las etapas de reacción. Muchos de estas operaciones están controladas por etapas lentas en las que se transfieren componentes entre fases distintas, estando de este modo ante operaciones de separación basadas en la transferencia de materia. Así mismo, si se considera que la partida más importante del costo total de un proceso químico suele ser la relacionada con las operaciones de separación y, que dentro de estas operaciones, las basadas en la transferencia de materia representan un porcentaje muy importante, se justifica la importancia del estudio de estas operaciones. Por otra parte, muchas de las operaciones de separación utilizadas en el laboratorio, tanto con fines analíticos como con fines preparativos, tienen sus fundamentos en algunos de los conceptos que se desarrollan en el programa. Parece necesario, por tanto, que el licenciado en Química estudie los aspectos básicos de los principios de las operaciones de separación basadas en la transferencia de materia. Recomendaciones: Para un seguimiento adecuado de la asignatura, se necesitan conocimientos fundamentales sobre sistemas de unidades, métodos para expresar temperaturas y composiciones, propiedades de las sustancias, relaciones de equilibrio entre fases y balances de materia. 1

2 Competencias Objetivos Metodología de trabajo del alumno Transversales/genéricas: 1.- Capacidad de análisis y de síntesis 2.- Resolución de problemas Específicas: Cognitivas (saber): Fundamentos de las Operaciones de Separación basadas en el fenómeno de transporte de la Transferencia de Materia Procedimentales/instrumentales (saber hacer): Capacidad para demostrar el conocimiento y comprensión de los hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relacionadas con la materia de estudio. Resolución de problemas cualitativos y cuantitativos. Actitudinales (ser): 1.- Ser serio 2.- Ser trabajador El objetivo básico es enseñar los fundamentos de las operaciones de separación basadas en la transferencia de materia. Segundo cuatrimestre (nº de horas): Clases teóricas: 21 Clases prácticas: 14 Exposiciones y seminarios: Tutorías especializadas (presenciales o virtuales): A) Colectivas: B) Individuales: Realización de actividades académicas dirigidas: A) Con presencia del profesor: 10 B) Sin presencia del profesor: 8 Otro trabajo personal autónomo: A) Horas de estudio: 42 B) Preparación de trabajo personal: 18 Realización de exámenes A) Examen teórico: 1 B) Exámenes orales (control del trabajo personal): C) Examen problemas: 3 Técnicas Docentes Señalar con una X las técnicas que va a utilizar en el desarrollo de la asignatura Sesiones académicas teóricas Sesiones académicas prácticas Exposición y debate Visitas y excursiones Tutorías especializadas Otras (indicar) Actividades dirigidas: planteamiento de problemas, búsqueda de información, manejo de software de simulación. Desarrollo y justificación: El desarrollo de la asignatura se estructura en tres partes: clases de teoría y de resolución de problemas numéricos, sesiones de prácticas y trabajos dirigidos. En las clases se presentan y justifican los diferentes conceptos necesarios para comprender los fundamentos de los problemas que están controlados por la transferencia de materia. Así mismo se orienta al alumno sobre la forma en la que ha de realizar su autoaprendizaje. Se entregará al alumno toda la información disponible para que pueda centrar su atención, tanto como sea posible, en el planteamiento de las diversas cuestiones y explicaciones subsiguientes. Es una asignatura que requiere comprender bien los aspectos fundamentales de la transferencia de materia. Así pues, es importante, ya que ahorra tiempo y facilita el trabajo, atender las explicaciones y ejemplos que continuamente se comentan para adquirir ideas claras. Durante las clases, a lo largo de cada tema, se realizarán problemas numéricos para ilustrar, lo antes posible, 2

3 conceptos desarrollados en teoría. De esta forma, la cercanía de la explicación con la realización del ejemplo numérico puede ayudar a comprender mejor el conjunto. Al principio de cada tema se entregará una relación de problemas, algunos se resolverán en clase y otros se dejarán para discutirlos con los alumnos en tutorías y otras actividades dirigidas. Aunque a lo largo del todo el curso se intenta justificar y dar ejemplos de las aplicaciones de los conceptos explicados, al final del curso, se realiza una práctica de laboratorio/planta piloto, en la que realiza la determinación de un coeficiente volumétrico de transferencia de materia en una columna de destilación con un mezcla binaria. Esta práctica es muy rica conceptualmente, es necesario integrar diversas técnicas de laboratorio y conocimientos para resolver y comprender el problema. Entre los diferentes objetivos de la práctica, se pretende que el alumno comprenda la necesidad de integrar conocimientos para resolver los problemas que, no sólo desde la Ingeniería Química, sino desde cualquier área de la Química se le van a plantear en su ejercicio profesional. Tanto la práctica, como las cuestiones y problemas que se han planteado durante el curso e incluso de forma específica, constituirán la base de las sesiones de trabajo dirigido con el alumno. Bloques temáticos Dividir el temario en bloques (sin nº máximo ni mínimo) Bibliografía 1º.- Introducción 2º.- Aspectos básicos de transferencia de materia según el estado de agregación de la materia 3º.- Ejemplos de aplicaciones de operaciones básicas General: Calleja, G., García, F., Lucas, A., Prats, D., Rodríguez, J.M. Introducción a la Ingeniería Química. Ed. Síntesis Basmadjian, D. Mass Transfer. Principles and Applications. CRC Press Treybal, R.E. Mass-Transfer Operations. McGraw-Hill, Inc. 3rd. edition. Singapore Bird, R.B.; Stewart, W.E. & Lightfoot, E.N. Transport Phenomena. John Wiley & Sons, Inc. New York Costa López, J.; Cervera March, S.; Cunill García, F.; Esplugas Vidal, S.; Mans Teixidó, C. y Mata Álvarez, J. Curso de Química Técnica. Introducción a los procesos, las operaciones unitarias y los fenómenos de transporte en la Ingeniería Química. Ed. Reverté S.A. Barcelona Hofmann, H. (Ed.). Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th ed.. Vol.: B1. Fundamentals of Chemical Engineering. VCH Verlagsgesellschaft. Weinheim Gerhartz, W. (Ed.). Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th ed.. Vol.: B3. Unit Operations II. VCH Verlagsgesellschaft. Weinheim Específica: Geankoplis, Ch. J. Trasnsport Processes and Separation Process Principles. Prentice Hall. Pearson Education Técnicas de evaluación Enumerar, tomando como referencia el catálogo de la guía común. Incluir criterios de evaluación y calificación (referidos a las competencias trabajadas durante el curso) La evaluación se realizará teniendo en cuenta diversos aspectos en la forma que se indica a continuación. Las competencias cognitivas y procedimentales se valorarán con hasta el 90% de la nota final: Examen de teoría que tendrá un valor del 25% de la nota final. Se dispondrá libremente de apuntes y libros. Examen de problemas que tendrá un valor del 45% de la nota final. Se dispondrá libremente de apuntes y libros. Las actividades dirigidas tendrán un valor del 20% de la nota final. Una memoria de prácticas que tendrá un valor del 10% de la nota final. Las competencias genéricas y actitudinales se valorarán dentro de las demás actividades. A través de las pruebas indicadas se evaluarán las competencias que se pretende que el alumno adquiera o afiance. En concreto: las competencias cognitivas indicadas se evalúan directamente de los exámenes referidos. La capacidad de análisis y de síntesis así como la capacidad para demostrar el conocimiento y comprensión de los hechos esenciales, conceptos, principios y teorías relacionadas con la materia de estudio, se evaluará, fundamentalmente, a través de las preguntas de teoría. Dado que el alumno puede disponer libremente de libros y apuntes para su realización, necesita comprender bien los conceptos fundamentales, ser capaz de analizar e interrelacionar los diferentes aspectos para responder adecuadamente. No se plantean preguntas que se puedan responder mediante la memorización de determinadas definiciones o teorías, se requiere comprender bien los aspectos fundamentales. Por otro lado, y dado que la repuesta ha de ser concisa, debido a que el espacio disponible para escribir la respuesta se le limita, se evaluará la capacidad de síntesis para centrarse en la respuesta que se pide y evitar divagaciones. Las competencias para la resolución de problemas se evaluarán directamente del examen de problemas ya referido. Las actividades dirigidas se valorarán de forma específica al tipo de cada una de ellas. En relación con las competencias actitudinales indicadas con anterioridad se evaluarán de modo continuo a través del contacto con el alumno en las actividades comunes. 3

4 Organización Docente Semanal Distribución del número de horas que se especifican en el apartado de Metodología en 18 semanas para una asignatura cuatrimestral y 36 para una anual (clases + periodo de exámenes). Indicar el número de horas que, a cada tipo de sesión, va a dedicar el estudiante cada semana. Semanas de sesiones teóricas sesiones prácticas exposiciones y seminarios visita y excursiones tutorías especializadas de actividades dirigidas y tutorías Exámenes Temas del temario a tratar Segundo cuatrimestre 1ª semana 3 1 2ª semana 3 2 3ª semana 2 1 (Problemas) 2 4ª semana 3 3 5ª semana 3 (Problemas) 3 6ª semana 3 4 7ª semana 3 (Problemas) 4 8ª semana 3 5 9ª semana ª semana 1 2 (Problemas) 6 11ª semana 2 (Problemas) 1 4 y 6 12ª semana 3 (G1 G3) 3 (G4 G6) 13ª semana 3 (G4 G6) 3 (G1 G3) 14ª semana 3 15ª semana 3 16ª semana 17ª semana 18ª semana 1+3 En principio, aunque dependerá del número de alumnos matriculados, se harán seis grupos (G1 a G6) para las prácticas y actividades dirigidas Programa de contenidos Teóricos: Con indicación de las competencias que se van a trabajar en cada lección Tema 1.- Introducción. Operaciones unitarias físicas controladas por la transferencia de materia. Principios de diseño. Ecuación general del transporte molecular. o Con este tema se pretende que el alumno aprenda lo que es una operación de separación basada en la transferencia de materia y a distinguirla de otras operaciones que están basadas en otros fenómenos de transporte. Tema 2.- Difusión molecular en gases. Coeficientes de difusión para gases. Difusión molecular en líquidos. Ecuaciones para la difusión en líquidos. Coeficientes de difusión en líquidos. Difusión molecular en sólidos; tipos de difusión en sólidos. Difusión en sólidos no porosos. Difusión dependiente de la estructura. o Este tema pretende enseñar los aspectos básicos cualitativos y cuantitativos relativos a la transferencia de materia, según el estado de agregación en el que ocurre, en ausencia de mezcla. El alumno debe aprender en qué consiste la difusión como mecanismo para la transferencia de materia, qué es la difusividad y cuáles son las ecuaciones básicas que hay que emplear para evaluar el flujo de materia en estado estacionario y en función del estado de agregación. Tema 3.-Transferencia convectiva de materia. Tipos de coeficientes de transferencia de materia. Números adimensionales y coeficientes de transferencia de materia. o En este tema se ha de aprender qué es el transporte turbulento de materia, el concepto de coeficiente de transferencia de materia y el empleo de números adimensionales para la estimación de coeficientes de transferencia de materia. Tema 4.- Tipos y métodos de procesos de separación. Relaciones de equilibrio entre fases. Contacto por etapas: simple y múltiple. Absorción en columnas de platos. o En este tema se enseña cómo calcular operaciones de separación basadas en la transferencia de materia cuando el contacto entre las fases se lleva a cabo en etapas de contacto. Tema 5.-Transferencia de materia usando coeficientes de película y concentraciones de interfase. Coeficientes globales de transferencia de materia y fuerzas impulsoras. o En este tema se aprenden los conceptos de coeficientes de película, coeficientes globales y coeficientes volumétricos de transferencia de materia. Estos conceptos son fundamentales para el calculo de operaciones de contacto continuo para llevar a cabo una separación basada en la transferencia de materia. Tema 6.- Absorción en columnas de relleno. Diseño de columnas de relleno. Absorción de mezclas diluidas en torres de relleno. o En este tema se enseña cómo se calculan torres de absorción de contacto continuo entre las fases. La absorción es la operación que se ha elegido para ilustrar estos problemas. Programa de contenidos Prácticos: Con indicación de las La realización de problemas numéricos es una parte fundamental del programa práctico de la asignatura. La mayoría de los temas teóricos irán complementados con la realización de problemas con los que se pretende ilustrar los conceptos teóricos. No hay que olvidar que estamos ante una asignatura de Ingeniería y, por lo tanto, el cálculo y los aspectos cuantitativos son parte esencial de ella. La capacidad para la resolución de los problemas es, normalmente, una buena medida del grado de comprensión de la 4

5 competencias que se van a trabajar: Mecanismo de Control y Seguimiento: Al margen de las contempladas a nivel general para toda la experiencia piloto, se recogerán aquí los mecanismos concretos que los docentes propongan para el seguimiento de cada asignatura asignatura. La competencia para resolver problemas implica un dominio de los aspectos teóricos así como la capacidad de análisis de nuevas situaciones que pueden resolverse mediante la aplicación de conceptos, técnicas y experiencia adquirida al resolver previamente otros. Además de la realización de problemas numéricos, se realizará una práctica sobre la determinación experimental del coeficiente de transferencia de materia en rectificación de una mezcla binaria en una torre de relleno. Con esta práctica el alumno aprende a planificar la experimentación necesaria para evaluar un coeficiente volumétrico de transferencia de materia en una columna de relleno. La operación elegida es la rectificación de la mezcla acetona-isopropanol. Paralelamente se aprende sobre otros aspectos entre los que se pueden destacar: El uso de refractometría como medio de análisis de las muestras que se toman. La necesidad de un estudio previo para establecer claramente los objetivos que se pretenden con la experimentación. Qué información experimental es necesario encontrar. Cómo obtener los datos experimentales. Qué equipamiento es necesario. Qué criterios se han de utilizar para elegir la mezcla de compuestos a estudiar. Cómo analizar los datos experimentales. La necesidad o ventaja en el empleo de hojas de cálculo para el análisis de los datos experimentales. Cómo discutir los resultados obtenidos. Qué validez y restricciones tienen las conclusiones obtenidas. Cada dos semanas se pedirá a los alumnos que indiquen cualquier aspecto relativo al desarrollo de la asignatura que pueda suponer algún tipo de problema tanto para el aprovechamiento y consecución de las competencias previstas en esta asignatura como en otras (incompatibilidades diversas). 5

6 Distribución ECTS. Operaciones Básicas de Transferencia de Materia ( a ) 1 ECTS = 26,67 horas trabajo. ( b ) Estudio personal del alumno durante el curso 18 (cuatrimestral) o 36 (anual) semanas: 1,5 horas de estudio por cada hora de teoría y 0,75 horas de estudio por cada hora de prácticas. ( c )Las tutorías se encuentran incluidas en el total de Actividades Académicamente Dirigidas. Actividad Docente Clases en aula Clases en laboratorio Actividades dirigidas c Exámenes Materia Teoría Ejercicios y problemas Prácticas de laboratorio Ejercicios y problemas, realización de trabajos, informes, seminarios, etc. Teoría y/o problemas Prácticas Actividad Profesor Alumno Procedimiento Exposición de la Teoría. Apoyo con audiovisuales Respuestas y soluciones Presentación de normas. Explicación de las prácticas Distribución de trabajos, recomendar bibliografía, orientar. Preparar colección base de cuestiones teóricas y problemas Poner, vigilar y corregir el examen. Calificar globalmente al alumno Tomar apuntes, copiar el material audiovisual Apuntes. Formulación de preguntas y dudas Cuaderno de laboratorio, anotaciones, experimentos, ejercicios, informe, etc. Resolver cuestiones y problemas propuestos por el profesor y por el alumno. Exposición de seminarios Preparación de examen (5 horas) Realización de examen (1 horas) Preparación de examen (13 horas) Realización de examen (3 horas) Evaluación Tipo de preguntas. Se valorará razonamiento y capacidad de síntesis Problemas numéricos. Se valorarán razonamientos, unidades y convenios, resultados, lenguaje, etc. Evaluación continuada, cuaderno, ejercicios, informes, actitud Ejercicios, trabajos, informes, En el caso de seminarios, se valorará contenido, exposición, presentación, etc. Peso en la nota final Horas presenciales Horas no presenciales Horas ECTS a 25% 21 h 31 h b 52 45% 7 h 5.5 h b % 7 h 5.5 h b % 10 h 8 h 18 1 h 5 h 6 3 h 13 h 16 TOTAL CARGA DOCENTE DEL ALUMNO 100 % 49 h 68 h 117 6