GUÍA DOCENTE CURSO: 2017-18 DATOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA Asignatura: Ingeniería Bioquímica Código de asignatura: 49152207 Plan: Grado en Biotecnología (Plan 2015) Año académico: 2017-18 Ciclo formativo: Grado Curso de la Titulación: 2 Tipo: Obligatoria Duración: Primer Cuatrimestre DISTRIBUCIÓN HORARIA DE LA ASIGNATURA SEGÚN NORMATIVA Créditos: 6 Horas totales de la asignatura: 150 UTILIZACIÓN DE LA PLATAFORMA VIRTUAL: Apoyo a la docencia DATOS DEL PROFESORADO Nombre Esteban Cerdán, Luis Departamento Dpto. de Ingeniería Edificio Edificio Científico Técnico II - A 1 Despacho 330 Teléfono +34 950 015896 E-mail (institucional) lesteban@ual.es Recursos Web personales Web de Esteban Cerdán, Luis
ELEMENTOS DE INTERÉS PARA EL APRENDIZAJE DE LA ASIGNATURA Justificación de los contenidos Según la OCDE, la Biotecnología es la aplicación de principios científicos y de ingeniería al procesamiento de materiales por medio de agentes biológicos, con el fin de obtener bienes y servicios. Se aplica a ámbitos tan diversos como la salud, agroalimentación, suministros industriales, producción de energía y protección del medio ambiente. Ello implica, entre otras, el desarrollo de las técnicas de fermentación y el diseño y utilización de nuevos biorreactores. Esta asignatura, en este Plan de Estudios, está encuadrada en el módulo III Ingeniería, procesos y sistemas biotecnológicos. Así, una vez seleccionado el catalizador biológico para una función o proceso específico, la traslación a un entorno industrial requiere la utilización del biorreactor, para la que el manejo de materias primas y productos, la estequiometría y la energética de la reacción bioquímica requieren el uso de balances de materia y de energía y el manejo de fluidos, cuestiones encomendadas a los ingenieros de procesos e Ingeniería Química. Materia con la que se relaciona en el Plan de Estudios La Biotecnología es una ciencia de naturaleza interdisciplinar por lo que la asignatura que aquí se desarrolla, Ingeniería Bioquímica, está estrechamente relacionada con otras como Microbiología, Bioquímica y Genética, por un lado, y, por otro, con las herramientas básicas en ingeniería como Matemáticas, Física y Química. Conocimientos necesarios para abordar la Asignatura De lo dicho en el apartado anterior, resulta recomendable un conocimiento básico de las disciplinas con las que se relaciona. Requisitos previos recogidos en la memoria de la Titulación Ninguno COMPETENCIAS Competencias Generales Competencias Trasversales de la Universidad de Almería Conocimientos básicos de la profesión Competencias Básicas Aplicación de conocimientos Competencias Específicas desarrolladas CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio CIB01 Integrar los fundamentos de las ciencias de la vida y de la ingeniería en el desarrollo de productos y aplicaciones. CIB02 Calcular, interpretar y racionalizar los parámetros relevantes en fenómenos de transporte y los balances de materia y energía en los procesos bioindustriales. OBJETIVOS/RESULTADOS DEL APRENDIZAJE Una vez superada la asignatura se habrá conseguido saber integrar los fundamentos de las ciencias de la vida y de la ingeniería en el desarrollo de productos y aplicaciones; calcular, interpretar y racionalizar los parámetros relevantes en fenómenos de transporte y los balances de materia y energía en los procesos bioindustriales.
PLANIFICACIÓN Temario Descripción "Concepto de proceso bioquímico-industrial. Balances de materia y energía. Introducción a los fenómenos de transporte: circulación de fluidos y transmisión de calor." Tema 1. Introducción: El desarrollo de bioprocesos 1.1. Etapas genéricas de los procesos químicos. 1.1.1. Procesos bioquímicos. 1.1.2. Etapas en el desarrollo de un bioproceso. 1.1.3. Factores más importantes en el desarrollo de un proceso químico. 1.2. Concepto de operación básica. 1.3. Modos de operación: operaciones continuas, discontinuas y semicontinuas. 1.3.1. Contacto entre fases: continuo o discontinuo. 1.3.2. Flujo en paralelo, en contracorriente y cruzado. 1.4. Clasificación de las operaciones básicas. 1.5. Procesos bioquímicos industriales. 1.5.1. Cultivos celulares BLOQUE 1. Balances macroscópicos de materia Tema 2. BM en sistemas en estado estacionario sin reacción química 2.1. Principios de conservación. 2.2. Concepto de balance de materia. Generalidades. 2.2.1. Diagramas de flujo. Caracterización de las corrientes 2.2.2. Base de cálculo. 2.2.3. Simplificaciones del balance de materia general. 2.3. Sistemas constituidos por una sola unidad. 2.4. Sistemas formados por varias unidades en serie. 2.5. Sistemas con corriente de derivación. 2.6. Sistemas con recirculación de corrientes. 2.7. Sistemas con recirculación y purga de corrientes. Tema 3. BM en sistemas en estado estacionario con reacción química 3.1. Introducción. 3.2. Reacciones simples: reactivo limitante. Conversión. 3.3. Reacciones múltiples: selectividad y rendimiento. 3.4. Planteamiento de balances. 3.5. Balances de materia en una unidad. 3.5.1. Balances de materia en un reactor. 3.5.2. Combustiones. 3.6. Estequiometría del crecimiento microbiano. 3.6.1. Rendimientos (Y X/S, Y X/O, RQ-cociente respiratorio). Tema 4. BM en sistemas en estado no estacionario 4.1. Introducción. 4.2. Expresión general del balance de materia. 4.2.1. Tipos de balances de materia. 4.3. Resolución de balances de materia en estado no estacionario. 4.3.1. Sistemas con reacción química. BLOQUE 2. Balances de energía Tema 5. Balances de energía. 5.1. Introducción. 5.2. Formas de energía de interés. 5.2.1. Trabajo de flujo. 5.2.2. Trabajo de eje. 5.3. Balance de energía a sistemas abiertos. Ecuación general. 5.4. Balance de energía en estado estacionario. 5.4.1. Sistemas cerrados: Primer Principio de la Termodinámica. 5.4.2. Sistemas abiertos de fluidos incompresibles: balance de energía mecánica. Ecuación de Bernoulli. 5.5. Balance entálpico. 5.5.1. Cálculo de entalpías: estados de referencia, calores sensibles y latentes; entalpías de reacción. 5.6. Termodinámica del crecimiento microbiano. 5.6.1. Entalpía de reacción en fermentaciones aerobias. 5.6.2. Entalpía de reacción en fermentaciones anaerobias. 5.6.3. Balance de energía para un cultivo celular. BLOQUE 3. Introducción a los fenómenos de transporte: circulación de fluidos y transmisión de calor. Tema 6. Introducción a los fenómenos de transporte. 6.1. Introducción. 6.2. Descripción macroscópica de estados de no equilibrio y definiciones. 6.3. Tipos de procesos de transporte y propiedades transportadas. 6.3.1. Mecanismos del transporte. 6.4. Ecuaciones cinéticas en transporte molecular. 6.4.1. Ley de Fourier. 6.4.2. Ley de Newton. 6.4.3. Difusión. Ley de Fick. 6.5. Transporte turbulento: coeficientes de transporte. 6.5.1. Coeficientes de transporte individuales. 6.5.2. Coeficientes de transporte globales. Tema 7. Introducción al flujo de fluidos. 7.1. Introducción. 7.2. Fluidos en movimiento. 7.2.1. Experimento de Reynolds. 7.3. Clasificación de los fluidos. 7.4. Propiedades reológicas de los caldos de fermentación. 7.5. Ecuaciones básicas en el flujo interno de fluidos. 7.5.1. Balances de materia. 7.5.2. Balance de energía mecánica. 7.5.3. Pérdidas de energía por rozamiento. 7.5.3.1. Cálculo del factor de rozamiento. 7.5.3.2. Pérdidas de carga menores. Tema 8. Transmisión de calor. 8.1. Introducción. 8.2. Mecanismos básicos de transferencia de calor. 8.2.1. Conducción. 8.2.2. Convección. 8.2.3. Radiación. 8.2.4. Mecanismos combinados de transmisión de calor. 8.2.5. Coeficiente global de transmisión de calor. 8.3. Transmisión de calor por conducción. 8.3.1. Lámina plana. 8.3.2. Láminas planas en serie. 8.3.3. Tubo cilíndrico. 8.4. Aplicación de las ecuaciones de diseño a los biorreactores. 8.4.1. Diferencia de temperaturas media logarítmica. 8.4.2. Relación entre la transmisión de calor, concentración de células y condiciones de agitación. Metodología y Actividades Formativas - Aprendizaje basado en problemas - Resolución de problemas - Clase magistral participativa - Búsqueda, consulta y tratamiento de información - Proyecciones audiovisuales - Sesión de evaluación - Realización de ejercicios - Trabajo en equipo - Evaluación de resultados
- Estudio de casos - Seminarios y actividades académicamente dirigidas Actividades de Innovación Docente
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN DE LAS COMPETENCIAS Criterios e Instrumentos de Evaluación La competencias genéricas "Conocimientos básicos de la profesión" (UAL 1), "Aplicación de conocimientos" y las competencias específicas CB2, CIB01 y CB02 (ya descritas), se evaluarán según los instrumentos de evaluación: "Pruebas, ejercicios, problemas" y mediante "Pruebas finales (escritas u orales)". Se plantearán pruebas intermedias y la final según: Aspectos teóricos y de ejercicios/problemas de aplicación de Balances de materia y de energía (60%) y de los fenómenos de transporte (40%). Para superar la asignatura será necesario que cada una de estas partes supere el 40% de la calificación máxima asignada. Mecanismos de seguimiento Asistencia a tutorías Asistencia y participación en seminarios
BIBLIOGRAFÍA Bibliografía recomendada Básica Calleja Pardo, G.; García Herruzo, F.; de Lucas Martínrz, A.; Prats Rico, D.; Rodríguez Maroto, J.M.. Introducción a la Ingeniería Química. Síntesis, S.A.. Doran, Pauline M.. Principios de ingeniería de los bioprocesos. Ed. Acribia, S.A.. Complementaria Otra Bibliografía Godia Casablancas, F.; López Santín, J.; Casas Alvero, C. y otros. Ingeniería bioquímica. Síntesis, S.A.. Najafpour, Ghasem, D.. Biochemical Engineering and Biotechnology. Bibliografía existente en el Sistema de Información de la Biblioteca de la UAL Puede ver la bibliografía existente en la actualidad en el Sistema de Gestión de Biblioteca consultando en la siguiente dirección: http://almirez.ual.es/search/e?search=ingenieria BIOQUIMICA DIRECCIONES WEB