Grado en Ingenierías en Tecnologías Industriales Curso 2016/2017 ARQ135 Ingeniería Química
Asignatura: Ingeniería química Carácter: Obligatoria Idioma: Español Modalidad: Presencial Créditos: 6 Curso: Cuarto Semestre: Primero Grupo: 4ITI Curso académico: 2016/2017 Profesores/Equipo Docente: Mª del Rosario Elvira 1. REQUISITOS PREVIOS Es obligatorio haber cursado la asignatura de Química. 2. BREVE DESCRIPCIÓN DE CONTENIDOS Los contenidos teóricos se han estructurado en 11 temas: Tema 1: Conceptos Generales. Los procesos químicos. Concepto de operación básica. Clasificación de las operaciones básicas. Variables de diseño. Diagramas de flujo característicos de la industria química y biotecnológica: operaciones básicas, reacciones químicas, líneas de flujo y unidades de proceso. Tema 2: Balances de materia. Balance macroscópico de materia en régimen estacionario y no estacionario. Balance de materia en sistemas sin reacción química. Balance de materia en sistemas con reacciones químicas. Recirculación, derivación y purga. Tema 3. Balances de energía. Formas de expresión de la energía. Expresión general del balance macroscópico de energía. Balances de entalpía y balances de energía mecánica. Balances en sistemas con reacción química. Temperatura de reacción adiabática. Tema 4: Fenómenos de Transporte. Flujo laminar y turbulento. Fenómenos de transporte molecular. Fuerzas impulsoras del transporte de materia. Transporte de interfase. Factores de fricción, coeficientes de transmisión de calor de transferencia de materia. Teorías de interfase. Coeficientes individuales y globales. Capa límite. Tema 5. Operaciones basadas en el flujo de fluidos. Conceptos generales. Factores de fricción para flujo externo. Flujo en lechos porosos. Ecuación de Ergun. Filtración. Fluidización y arrastre neumático. Sedimentación. Tema 6. Operaciones básicas de transferencia de materia. Conceptos generales: Tipos de operaciones, tipos de contacto entre fases, tipos de flujo. Equilibrio entre fases. Rectificación de mezclas binarias. Extracción líquido-líquido. Absorción de gases. Tema 7. Introducción a la Ingeniería de la Reacción Química. Ingeniería química [2] Departamento de Ingeniería Industrial
Generalidades. Clasificación de las reacciones químicas. Velocidad de reacción y ecuación cinética. Análisis de la ecuación de velocidad. Reacciones homogéneas y heterogéneas. Catálisis. Fermentaciones. Tema 8. Reactores químicos para reacciones homogéneas. Reactor discontinuo de tanque agitado. Reactor continuo de mezcla perfecta. Reactor tubular. Series de reactores. Reactores no isotérmicos. Tema 9. Reactores para reacciones heterogéneas. Reactores para reacciones sólido-fluido: reacciones catalizadas por sólidos y reacciones no catalíticas. Reactores para reacciones líquido-líquido. Biorreactores. Tema 10. Aprovechamiento químico-industrial de las materias primas. Recursos energéticos. La industria química inorgánica: Ejemplos. La industria química orgánica: el refino del petróleo y la industria petroquímica. Tema 11. Biotecnología. Generalidades. Aplicaciones. Biorremedación y biodegradación. Bioingeniería. Ventajas y riesgos de la biotecnología. La asignatura pretende proporcionar al alumno los conocimientos necesarios para: Construir un diagrama de flujo general de un proceso y discutir las operaciones unitarias involucradas, así como definir e interpretar cualitativa y simplificadamente diagramas de flujo de procesos industriales, identificando operaciones y equipos básicos de una planta Química. Plantear y resolver, tras la adecuada elección de la base de cálculo, los balances de propiedad que describen el cambio en un sistema debido al intercambio de materia, cantidad de movimiento y calor. Conocer y clasificar los procesos de separación en función de los procesos fisicoquímicos, termodinámicos y de fenómenos de transporte que intervienen en el proceso químico industrial. Describir matemáticamente el funcionamiento de reactores químicos y aplicar los conocimientos al diseño de reactores. Reconocimiento de la importancia de la planificación, del desarrollo y del control de los procesos químicos realizados a través de la Ingeniería Química, así como de la importancia económica de la Química Industrial. Se estudiará el caso de un campo multidisciplinar puntero como es la Biotecnología. 3. RESULTADOS DEL APRENDIZAJE Las clases de teoría y la realización de casos prácticos serán la base sobre las que el alumno adquirirá los conocimientos sobre balance de materia y energía, biotecnología, transferencia de materia, operaciones de separación, ingeniería de la reacción química, diseño de reactores y valorización y transformación de materias primas y recursos energéticos. Para ello el estudiante deberá adquirir una serie de: Ingeniería química [3] Departamento de Ingeniería Industrial
Competencias genéricas: Las clases de teoría y la realización de casos prácticos serán la base sobre las que el alumno adquirirá los conocimientos sobre balances de materia y energía, biotecnología, transferencia de materia, operaciones de separación, ingeniería de la reacción química, diseño de reactores, y valorización y transformación de materias primas y recursos energéticos. Asimismo, estas acciones formativas le facilitarán otras competencias como la capacidad de comunicarse utilizando correctamente el lenguaje propio de la Ingeniería Química y le faculte finalmente para aprender por si mismo otros conceptos y aplicaciones (autoaprendizaje). También el estudio individual junto con la necesidad de buscar información complementaria, la enseñaran a aprender por si mismo, (capacidad de autoaprendizaje) lo que podrá utilizar para profundizar en esta materia y también le puede ayudar en el desarrollo de su Proyecto Fin de Grado. Competencias específicas: - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender los conocimientos sobre balances de materia y energía, biotecnología, transferencia de materia, operaciones de separación, ingeniería de la reacción química, diseño de reactores, y valorización y transformación de materias primas y recursos energéticos. - Que los estudiantes tengan la capacidad para reunir los datos necesarios, aplicando los juicios y criterios de diseño de los procesos más idóneos de ingeniería química industriales. - Que los estudiantes puedan transmitir las soluciones propuestas, utilizando con soltura los conceptos e ideas adquiridos en esta materia. Conocer del comportamiento de los reactores químicos y capacidad de aplicar estos conocimientos al diseño de reactores - Que hayan desarrollado habilidades de aprendizaje que les permitan ampliar conocimientos posteriormente con autonomía. Por tanto, se adquieren las siguientes competencias: CGT1, CGT2, CGT3, CGS2, CGS4, CGP1, CGP2. Resultados del aprendizaje: Los efectos que cabe asociar a la realización por parte del alumno de las actividades formativas anteriormente indicadas, son los conocimientos de la materia, la aplicación con criterio de los métodos de análisis y técnicas descritos en ella, redactar utilizando un lenguaje preciso y adecuado a la misma, y aprender por sí mismo otros conocimientos relacionados con la materia, que se demuestran en: - La realización de los exámenes parcial, final y extraordinario, en su caso. - Sus intervenciones orales en clase. - El trabajo de asignatura que el alumno debe entregar obligatoriamente. 4. ACTIVIDADES FORMATIVAS Y METODOLOGÍA Clases de teoría y problemas: (1.8 ECTS) El profesor expondrá los conocimientos fundamentales de cada tema, así como los distintos métodos por los que se ha llegado a los mismos. Se hará especial Ingeniería química [4] Departamento de Ingeniería Industrial
hincapié en los conceptos fundamentales para asegurar su completa comprensión. Se plantearán diversos problemas para relacionar los diversos conceptos adquiridos a lo largo de la asignatura. Se realizarán a ser posible en grupos pequeños y se coordinarán con las clases teóricas con el fin de manejar, interrelacionar y aplicar los conceptos teóricos. Consistirán fundamentalmente en la resolución de problemas, en los que el alumno tendrá un papel protagonista. Se fomentará la discusión entre los alumnos, asumiendo el profesor el papel de moderador. Trabajo de asignatura: (1 ECTS) Los alumnos realizarán y entregarán un trabajo de asignatura encargado por el profesor de aplicación a un problema concreto de Ingeniería Química. Tutorías: (0.6 ECTS) Consulta al profesor por parte de los alumnos sobre la materia nen los horarios de tutorías o empleando mecanismos de tutoría telemática (correo electrónico y uso del campus virtual). Estudio individual: (2.6 ECTS) Estudio individual del alumno utilizando los apuntes y programas explicados en clase, libros de la biblioteca o apuntes del profesor. 5. SISTEMA DE EVALUACIÓN 5.1. Convocatoria Ordinaria: 1.1. Participación, proyectos o trabajo de asignatura 20 % 1.2. Examen parcial. 20 % 1.3. Examen final. 60 % 1.4. Restricciones y explicación de la ponderación: Para poder hacer la suma ponderada de las calificaciones anteriores, es necesario: la asistencia a las clases como mínimo del 80 % de las horas presenciales, y obtener al menos un 4.5 en el examen final correspondiente. El alumno con nota inferior se considerara suspenso. 5.2. Convocatoria Extraordinaria. La calificación final de la convocatoria se obtiene como suma ponderada entre la nota del examen final extraordinario (90%) y los trabajos presentados en convocatoria ordinaria (10%), siempre que la nota del examen extraordinario sea igual o superior a 4.5. 6. BIBLIOGRAFÍA Bibliografía básica. CALLEJA PARDO, G. (Ed.), GARCÍA, F., DE LUCAS, A., PRATS, D., RODRÍGUEZ, J.M., Introducción a la Ingeniería Química, SÍNTESIS, 1999. Bibliografía complementaria. COSTA NOVELLA, E. et al. "Ingeniería Química. Conceptos Generales" Vol. 1. ED. ALHAMBRA, 1983. HIMMELBLAU, D.M., Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering (7th ed.) PRENTICE HALL, 2003. Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química, PEARSON EDUCATION (de la 6ª ed.). Ingeniería química [5] Departamento de Ingeniería Industrial
MCCABE, W., SMITH, J.C., HARRIOTT, P., Unit Operations of Chemical Engineering (7th ed.) MCGRAW- HILL EDUCATION, 2005. Operaciones Unitarias de Ingeniería Química, MCGRAW-HILL, 2002 (de la 6ª ed.). LEVENSPIEL, O., Chemical Reaction Engineering (3RD ED.) JOHN WILEY AND SONS, 1999. Ingeniería de las Reacciones Químicas, LIMUSA, 2004. 7. BREVE CURRICULUM Mª del Rosario Elvira Lavilla Profesor del área de Ciencia de Materiales Doctor en Ciencias Químicas por la Universidad de Alcalá. Profesora de Ingeniería Química en la Universidad de Alcalá durante 23 años, responsable directa de asignaturas pertenecientes a la Licenciatura de Química y Grado de Química: Ingeniería química, Tratamiento de gases; Producción de Principios activos; Redacción y Ejecución de Proyectos; Tratamiento de Aguas Industriales. Participante en asignaturas del Grado en Medio Ambiente. Así mismo, he llevado a cabo el diseño y desarrollo de nuevas prácticas de laboratorio tanto en el entorno de la Ingeniería Química como de la Ingeniería Medioambiental. Labor investigadora principal centrada en el área de la Ciencia de Materiales: Diseño y estudio por simulación de hornos multifuncionales de fusión de vidrios especiales y mezclas vitrificables para diversas aplicaciones; desarrollo de nuevos materiales híbridos orgánico-inorgánicos porosos con actividad biocida y descontaminante mediante el proceso sol-gel; investigación y desarrollo de nuevos materiales multifuncionales para tratamientos superficiales de protección y tratamiento de materiales de construcción para edificación nueva y de Patrimonio Histórico y Cultural. 8. LOCALIZACIÓN DEL PROFESOR Profesor de asignatura: Profª. Dra. Mª del Rosario Elvira Departamento de Ingeniería Industrial melvira@nebrija.es Tfno.: +34-91.452.11.00 Coordinador de la asignatura: Prof. Rafael Barea Departamento de Ingeniería Industrial Despacho 403 jbarea@nebrija.es Tfno.: +34-91.452.11.00 Ingeniería química [6] Departamento de Ingeniería Industrial
9. CONTENIDO DETALLADO DE LA ASIGNATURA TÍTULO: Grado en Ingeniería en Tecnologías industriales CURSO ACADÉMICO: 16/17 ASIGNATURA: Ingeniería química CURSO: Cuarto SEMESTRE: Primero CRÉDITOS ECTS: 6 Sesión Sesiones de Teoría, Práctica y Evaluación Continua Estudio individual y trabajos prácticos del alumno Horas Presenciales Horas/Semana Estudio teórico/práctico y trabajo. Máx.7 horas semanales como media 1 CONCEPTOS GENERALES 2 BALANCES DE MATERIA (1) 3 BALANCES DE MATERIA (2) HOJA PROBLEMAS 1 4 BALANCES DE ENERGÍA (1) 15 5 BALANCES DE ENERGÍA (2) 6 BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA 7 FENÓMENOS DE TRANSPORTE (1) 8 FENÓMENOS DE TRANSPORTE (2) HOJA PROBLEMAS 2 9 OPERACIONES BÁSICAS FLUJO FLUIDOS 10 10 O. B. FLUJO DE FLUIDOS (2) 11 O. B. TRANFERENCIA DE MATERIA (1) 12 O. B. TRANSFERENCIA DE MATERIA (2) HOJA PROBLEMAS 3 9 13 O.B. TRANSFERENCIA DE MATERIA (3) 14 EXAMEN PARCIAL PREPARACIÓN EXAMEN 7 15 INTRODUCCIÓN INGENIERÍA REACCIÓN Q. 16 I. INGENIERÍA REACCIÓN QUÍMICA (2) HOJA PROBLEMAS 4 17 I. INGENIERÍA REACCIÓN QUÍMICA (3) 10 18 I. INGENIERÍA REACCIÓN QUÍMICA (4) 19 REACTORES REACCIONES HOMOGÉNEAS 20 REACT. REACCIONES HOMOGÉNEAS (2) HOJA PROBLEMAS 5 9 21 REACT. REACCIONES HOMOGÉNEAS (3) 22 REACT. R. HETEROGÉNEAS (1) 23 REACT. R. HETEROGÉNEAS (2) HOJA PROBLEMAS 6 9 24 REACT. R. HETEROGÉNEAS (3) 25 MATERIAS PRIMAS Y RECURSOS ENERG. 26 MATERIAS PRIMAS Y R. ENERGÉTICOS (2) CUESTIONES 27 BIOTECNOLOGÍA COMPLEMENTARIAS 28 BIOTECNOLOGÍA 7 29 REPASO PROBLEMAS EVALUACIÓN FINAL PREPARACIÓN EXAMEN 1.5 14 TUTORÍAS 15 60 90 150 horas ECTS HORAS SESIONES Clases de teoría y problemas 1,8 45 30 Tutorías 0,6 15 Estudio individual 3,6 90 TOTAL 6 150 30 HORAS PRESENCIALES 60 HORAS DE ESTUDIO 90 TOTAL DE HORAS 150 Ingeniería química [7] Departamento de Ingeniería Industrial
Ingeniería química [8] Departamento de Ingeniería Industrial