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Grado en Química - Universidad de Santiago de Compostela. Guía Docente de Ingeniería Química

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Grado en Química

4º Curso

INGENIERÍA QUÍMICA

Guía Docente


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1. Datos descriptivos de la materia.

Carácter: Obligatoria

Convocatoria: 4º Curso, 1er cuatrimestre

Créditos: 6 ECTS

Profesorado:

José Manuel Navaza Dafonte

Profesor Titular

Departamento de Enxeñaría Química

Teléfono: 881816795

correo-e: [email protected]

Tutorías del profesor:

Horario: Lunes, martes y miercoles 12.00-14.00 h,

Despacho: D3.9, Departamento de Enxeñaría Química, ETSE.

Clases expositivas: Grupo A (18 h)

Grupos de seminario: S1, S2 y S3 (28h cada uno)

Grupos de tutorías: T1-T6 (2h cada uno)

Idioma en que es impartida: Castellano.

2. Situación, significado e importancia de la materia en el ámbito de

la titulación.

2.1. Módulo al que pertenece la materia en el Plan de Estudios. Materias con las

que se relaciona.

Se encuadra en el Módulo 6 “Bioquímica e Ingeniería Química” que consta de 18 ECTS,

tiene carácter obligatorio. Se relaciona fundamentalmente con las asignaturas de dicho

módulo.

2.2. Papel que juega este curso en ese bloque formativo y en el conjunto del

Plan de Estudios.

Esta asignatura es clave en el módulo de “Bioquímica e Ingeniería Química” ya que

proporciona al alumno los conocimientos básicos acerca de los principios de las operaciones

y los procesos químicos.

2.3. Conocimientos previos (recomendados/obligatorios) que los estudiantes

han de poseer para cursar la asignatura.

Se recomienda haber cursado las materias de Química General, Matemáticas, Física y

Reactividad y Cinética Química.


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3. Competencias y resultados del aprendizaje que el estudiante adquiere con la asignatura.

3.1. Competencias generales.

CG2-Que sean capaces de reunir e interpretar datos, información y resultados

relevantes, obtener conclusiones y emitir informes razonados en problemas

científicos, tecnológicos o de otro ámbito que requieran el uso de conocimientos de

la Química.

CG3-Que puedan aplicar tanto los conocimientos teóricos-prácticos adquiridos como

la capacidad de análisis y de abstracción en la definición y planteamiento de

problemas y en la búsqueda de sus soluciones tanto en contextos académicos como

profesionales.

CG4-Que tengan capacidad de comunicar, tanto por escrito como de forma oral,

conocimientos, procedimientos, resultados e ideas en Química tanto a un público

especializado como no especializado

CG5-Que sean capaces de estudiar y aprender de forma autónoma, con organización

de tiempo y recursos nuevos conocimientos y técnicas en cualquier disciplina

científica o tecnológica

3.2. Competencias específicas.

CE9-Adquirir conocimientos de las operaciones unitarias de Ingeniería Química.

CE14-Ser capaz de resolver problemas cualitativos y cuantitativos según modelos

previamente desarrollados

CE15-Ser capaz de reconocer y analizar nuevos problemas y planear estrategias

para solucionarlos

3.3. Competencias transversales.

CT11-Lograr compromiso ético

CT12-Adquirir un aprendizaje autónomo

CT15-Capacidad de liderazgo

CT16-Desarrollar la motivación por la calidad

CT17-Adquirir sensibilidad hacia temas medioambientales

CT8-Ser capaz de trabajar en un contexto internacional

CT7-Realizar trabajo en un equipo de carácter interdisciplinar

3.4 Competencias y resultados del aprendizaje que el estudiante adquiere con

el módulo Bioquímica-Ingeniería Química

Disponer de los fundamentos teóricos que le capacitan para la representación de los

procesos industriales mediante diagramas de flujo identificando correctamente los

equipos y las operaciones unitarias implicadas así como para la selección de las

operaciones adecuadas en diferentes situaciones prácticas

Capacidad para plantear y resolver balances de propiedad tanto en estado

estacionario como no estacionario, seleccionando la metodología particular para

resolver los diferentes problemas industriales

Conocimiento del comportamiento de los reactores químicos y capacidad de aplicar

estos conocimientos al diseño de reactores


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Capacidad para desarrollar modelos teóricos y teórico-experimentales capaces de ser

utilizados en la cuantificación de los sistemas reales, determinando su validez y

alcance.

Poder explicar de manera comprensible fenómenos y procesos relacionados con la

Ingeniería Química

Desarrollar la capacidad para el trabajo en equipo

Adquirir destreza en la elaboración de informes técnicos, bien estructurados y

redactados, así como en la presentación de los mismos, utilizando los medios

audiovisuales más habituales

4. Contenidos del curso.

Esta materia tiene como objetivo proporcionar al alumno una base de conocimientos de

distintas áreas que componen la Ingeniería Química (Operaciones básicas, Ingeniería de la

reacción química e Ingeniería de procesos) que les permita entender las principales

operaciones y los fundamentos de los equipos que hacen funcionar una instalación químico-

industrial. Generar en los alumnos la capacidad de valorar la importancia de la Química en

el contexto industrial.

4.1. Epígrafes del curso:

Programa de clases expositivas e interactivas:

Tema 1: La ingeniería química y los procesos químicos.

Tema 2: Balances macroscópicos de magnitudes extensivas.

Tema 3: Introducción a los Fenómenos de Transporte. Transportes molecular y turbulento.

Tema 4: Flujo de fluidos. Operaciones basadas en el flujo de fluidos.

Tema 5: Transmisión de calor. Cambiadores de calor

Tema 6: Transferencia de materia. Operaciones de separación.

4.2. Bibliografía recomendada

Bibliografía básica:

Calleja, G.; García, F.; de Lucas, A.; Prats, D.; Rodríguez, J. M..: “Introducción a la

Ingeniería Química”. Ed. Síntesis, Madrid, 1999.

Bibliografía complementaria:

Costa, J.; Cervera, S.; Cunill, F.; Esplugas, S.; Mans, C.; Mata, J.: “Curso de Ingeniería

Química: Introducción a los Procesos, las Operaciones Unitarias y los Fenómenos de

Transporte”. Ed. Reverté, Barcelona, 2002.

Felder, R. M.; Rousseau, R. W.: “Principios Elementales de los Procesos Químicos”, 3ª

ed.,Ed. Limusa., México D.F, 2003.

Himmelblau, D. M.: “Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química”, 6ª ed., Ed.

Pearson Education, México, 2002.

Levenspiel, O.: “Flujo de Fluidos e Intercambio de Calor”, Ed. Reverté. Barcelona, 1993.

Vian Ortuño, Á.: “Introducción a la Química Industrial”, 2ª ed., Ed. Reverté; Barcelona,

1994.


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Se distribuirán también notas preparadas por el profesor

Tema 1: La ingeniería química y los procesos químicos.

1. Sentido del tema.

Este tema pretende que el alumno sea capaz de situar y valorar la evolución de los

diferentes procesos químicos a lo largo del tiempo. Se trata de introducirle en las diferentes

tipologías y complejidad de los procesos industriales y conocer las etapas previas a su

implantación, conocer las diferentes operaciones unitarias que se emplean en los procesos

químicos, modo de operación, régimen de funcionamiento, tipo de contacto entre fases y la

clasificación de las operaciones unitarias. Se estudian los diferentes tipos de reactores

químicos.

2. Epígrafes del tema.

1.1. Origen, concepto e institucionalización de la Ingeniería Química.

1.2. Esquema general de la industria química.

1.3. Un proceso químico industrial.

Química del proceso.

Diagrama de bloques y diagrama PID.

1.4. Operaciones continuas y discontinuas.

1.5. Régimen estacionario y régimen no estacionario.

1.6. Modos de contacto entre las fases.

1.7. Clasificación de las operaciones unitarias.

1.8. Reactores químicos

3. Bibliografía

Calleja, G.; García, F.; de Lucas, A.; Prats, D.; Rodríguez, J. M.: “Introducción a la





Vian, Á.: “Introducción a la Química Industrial”, 2ª ed., Ed. Reverté; Barcelona, 1994.

4. Actividades a desarrollar.

Resolver las actividades indicadas por el profesor.

Tema 2: Balances macroscópicos de magnitudes extensivas.

1. Sentido del tema

Se comienza el estudio de los balances de propiedad de tipo macroscópico. Este tipo de

balances es más intuitivo y fácilmente de asimilar por los alumnos. Se estudian los balances

de propiedad empezando por el de materia que resulta más sencillo. En él se estudian

sistemas monofásicos en estado estacionario y no estacionario. Luego se realizan balances

macroscópicos de energía (entálpicos) analizando los términos de la ecuación de balance y

se aplica a sistemas con reacción química y sin reacción química. Se abordan los

fundamentos básicos a tener en cuenta en el diseño de un reactor, estableciendo las

correspondientes ecuaciones a partir de los balances de materia y energía para los tres


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tipos de reactores homogéneos ideales: discontinuo, tubular de flujo en pistón y continuo

de mezcla completa.


2.1 Principios de conservación: Balances. Interés en el análisis y diseño de procesos.

2.2 Ecuación general de conservación.

2.3 Balances macroscópicos de materia. Recirculación, purga y bypass. Aplicación a

casos prácticos.

2.4 Balances macroscópicos de energía.

Balances entálpicos en sistemas sin y con reacción química.

Balance de energía mecánica. Ecuación de Bernouilli

3. Bibliografía





Himmelblau, D. M.: “Principios Básicos y Cálculos en Ingeniería Química”, 6ª ed., Ed.

Pearson Education, México, 2002


Resolver los ejercicios y/o cuestiones indicados por el profesor y entregarlos en la fecha

indicada en el calendario de actividades de la materia (el alumno debe guardar una copia

del trabajo entregado). En alguno de los seminarios correspondientes a este tema, los

alumnos resolverán algunos de los ejercicios trabajando en equipo.

Aquellos alumnos que tengan especial dificultad con el tipo de cálculos que se realizan en

este tema deberán contactar con el profesor para recibir el apoyo necesario.

Tema 3: Introducción a los Fenómenos de Transporte. Transporte molecular y Transporte turbulento.

1. Sentido del tema

Los fenómenos de transporte son una herramienta importante para la comprensión de las

Operaciones Básicas de Transporte de fluidos, Transmisión de calor y Transferencia de

Materia, así como de la Ingeniería de la Reacción Química. Se introducen las corrientes de

transporte de propiedad y después se trata el transporte por conducción. Al exponer el

transporte de cantidad de movimiento por conducción se introduce la viscosidad y el

comportamiento de fluidos newtonianos y no newtonianos. A continuación se trata el

transporte turbulento, dando paso al estudio de los coeficientes de transporte, lo que

permite abordar de una manera más realista las operaciones de transferencia de materia y

transmisión de calor.


3.1 Naturaleza de las corrientes de propiedad. Conducción, convección y transferencia.

3.2 Mecanismos del transporte molecular y del transporte turbulento. Experimento de

Reynolds.

3.3 Leyes cinéticas en transporte molecular: Leyes de Newton, Fourier y Fick.

3.4 Leyes cinéticas en transporte turbulento: Coeficientes de transporte.


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3. Bibliografía








Tema 4: Flujo de fluidos. Operaciones basadas en el flujo de fluidos

1. Sentido del tema

Se presentarán los fundamentos del flujo de fluidos por el interior de conducciones,

introduciendo el concepto de fluido newtoniano y estableciendo los dos regímenes de flujo:

laminar y turbulento. Se deduce la ecuación del balance de energía mecánica (Ec. de

Bernouilli) que describe el movimiento de los fluidos, las pérdidas de energía por

rozamiento, la potencia necesaria para el flujo y los métodos de medida de caudal.


4.1 Generalidades. Interés del flujo de fluidos.

4.2 Propiedades de los fluidos. Fluidos incompresibles y compresibles. Fluidos reales.

4.3 Transporte de fluidos por conducciones. Conducciones y accesorios.

4.4 Principios básicos. Regímenes de flujo: Número de Reynolds.

Ecuación de continuidad y balance de energía mecánica.

4.5 Pérdidas de energía en el flujo de fluidos. Ecuación de Fanning. Determinación de

factores de fricción. Pérdidas en accidentes y accesorios.

4.6 Flujo interno de fluidos incompresibles. Cálculo de la potencia necesaria.

4.7 Equipos para el transporte. Bombas

3 Bibliografía







Mott, R.L.: “Mecánica de fluidos” 6ª Ed., Pearson Education, México, 2006.


Resolver los ejercicios y/o cuestiones indicados por el profesor. En los seminarios

correspondientes a este tema, los alumnos resolverán alguno de estos ejercicios trabajando

en equipo.




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Tema 5: Transmisión de calor. Cambiadores de calor

1. Sentido del tema

Se presentan los diferentes mecanismos para la transmisión de calor entre sólidos y fluidos

(conducción, convección y radiación) que sirven de base para plantear las ecuaciones

básicas de transporte de calor. Posteriormente se analiza diferentes unidades de

intercambio de calor y evaporadores y se estudia sus tipos y funcionamiento.


5.1 Mecanismos de transmisión de calor. Ecuaciones básicas: conducción, convección y

radiación. Coeficiente integral de transmisión de calor.

5.2 Conducción de calor en régimen estacionario. Paredes planas, cilíndricas y esféricas.

5.3 Convección. Ecuaciones básicas para convección forzada y convección natural.

5.4 Cambiadores de calor.

3. Bibliografía








Resolver los ejercicios y/o cuestiones indicados por el profesor. En los seminarios

correspondientes a este tema, los alumnos resolverán alguno de estos ejercicios trabajando

en equipo.



Tema 6: Transferencia de materia. Operaciones de separación

1. Sentido del tema

Se presentan los diferentes mecanismos de transferencia de materia. Se distinguen los

tipos de tipos de transporte molecular de acuerdo con su fuerza impulsora se analiza la

transferencia por difusión. Se aborda el transporte de materia en régimen turbulento en

una fase introduciéndose los coeficientes individuales de transporte y la transferencia entre

fases definiéndose los coeficientes globales. Se presentan algunas de las operaciones más

importantes basadas en la transferencia de materia, tipos de contacto, los equipos

empleados y los modos de operación. Se presenta el método general de diseño para

equipos de contacto intermitente y contacto continuo, y se aplica a dos casos típicos.

2. Epígrafes del tema. 6.1 Difusión. Ecuaciones básicas de transporte.

6.2 La unidad de operación con dos fases.

Contacto intermitente: Unidad de equilibrio

Contacto continuo: Unidad de transferencia.

6.3 Destilación simple

6.4 Rectificación

6.5 Extracción


9

3. Bibliografía







Resolver los ejercicios y/o cuestiones indicados por el profesor.


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5. INDICACIONES METODOLÓGICAS Y ATRIBUCIÓN DE CARGA ECTS.

5.1. Atribución de créditos ECTS.

TRABAJO PRESENCIAL EN EL

AULA

HORAS TRABAJO PERSONAL DEL

ALUMNO

HORAS

Clases expositivas en grupo

grande

18 Estudio autónomo individual o

en grupo

34

Clases interactivas en grupo

reducido (Seminarios)

28 Resolución de ejercicios, u

otros trabajos

56

Clases interactivas con

ordenador en grupo reducido

Resolución de ejercicios,

prácticas con ordenador

Tutorías en grupo muy

reducido

2 Preparación de presentaciones

orales, escritas, elaboración

de ejercicios propuestos.

Actividades en biblioteca o

similar

12

Prácticas de laboratorio Preparación del trabajo de

laboratorio y elaboración de la

memoria de las prácticas

Total horas trabajo presencial

en el aula o en el laboratorio

48 Total horas trabajo personal

del alumno

102

5.2. Actividades formativas en el aula con presencia del profesor

La materia será impartida, en cada uno de los temas de que consta, combinando clases

expositivas y la aplicación de los conocimientos teóricos a través de clases interactivas, en

las que se llevará a cabo la realización de casos prácticos y/o problemas, para ampliarlos y

afianzarlos.

I) Actividades docentes presenciales: Consistirán en clases expositivas, clases interactivas

en grupo reducido (seminarios y clases de problemas) y clases interactivas en grupo muy

reducido (tutorías).

A) Clases expositivas en grupo grande (“L” en las tablas horarias): Lección impartida por el

profesor que puede tener formatos diferentes (teoría, problemas y/o ejemplos generales,

directrices generales de la materia…). La asistencia a estas clases no es obligatoria, pero

resulta muy recomendable. Se empleará el Campus Virtual como herramienta para

distribuir el material didáctico y otro complementario.

B) Clases interactivas en grupo reducido (Seminarios, “S” en las tablas horarias, la materia

consta de tres grupos reducidos): Clase teórico/práctica en la que se proponen y resuelven

aplicaciones de la teoría, problemas, ejercicios… El alumno participa activamente en estas

clases de distintas formas: entrega de ejercicios al profesor (algunos de los propuestos en

boletines de problemas que el profesor entrega a los alumnos como material didáctico,

junto con los medios necesarios para su resolución); resolución de ejercicios en el aula, etc.

El profesor puede contar con apoyo de medios audiovisuales e informáticos pero, en

general, los estudiantes no los manejarán en clase. Se incluyen las pruebas de evaluación si

las hubiere.


11

C) Tutorías de pizarra en grupo muy reducido (“T” en las tablas horarias): Tutorías

programadas por el profesor y coordinadas por el Centro. En general, supondrán para cada

alumno 2 horas por cuatrimestre y asignatura. Se proponen actividades como aclaración de

dudas sobre teoría o las prácticas, problemas, ejercicios, u otras tareas propuestas; así

como la presentación, exposición, debate o comentario de actividades o trabajos

individuales o realizados en pequeños grupos. En muchos casos el profesor exigirá a los

alumnos la entrega de ejercicios previa a la celebración de la tutoría. Estas entregas

indicadas previamente y se incorporan en el calendario de actividades que van a realizar los

alumnos a lo largo del curso en la Guía Docente de la asignatura correspondiente. La

asistencia a estas clases es obligatoria.

II) Actividades docentes no presenciales: Trabajo personal del alumno dedicado a la

preparación de la materia.

5.3. Recomendaciones para el estudio de la materia

Es aconsejable asistir a las clases expositivas y de seminario, así como el uso de la

aplicación USC Campus Virtual.

Es importante mantener el estudio de la materia “al día”.

Una vez finalizada la lectura de un tema en el libro de referencia o material suministrado

por el profesor, es útil hacer un resumen de los puntos importantes, identificando las

ecuaciones básicas que se deben recordar (preparación de un formulario) y

asegurándose de conocer tanto su significado como las condiciones en las que se pueden

aplicar.

La resolución de problemas es fundamental para el aprendizaje de esta materia.


12

5.4. Calendario de actividades que van a realizar los alumnos a lo largo del

curso1.1º Semestre: Grupo A

GRUPO

Setiembre Octubre Noviembre

L Ma Mi X Vi

11 12 13 14 15

09-10 S1

10-11 L L S2

11-12 S1 S3

12-13

13-14 S2

14-15 S3

18 19 20 21 22

09-10 S1

10-11 L L S2

11-12 S1 S3

12-13

13-14 S2

14-15 S3 S3

25 26 27 28 29

09-10 S1

10-11 L L S2

11-12 S1 S3

12-13

13-14 S2

14-15 S3

09-10

10-11

11-12

12-13

13-14

14-15

09-10

10 11 L L

11-12

12-13

13-14

14-15

L Ma Mi X V

2 3 4 5 6

S1

L L S2

S1 S3

S2

S3

9 10 11 12 13

S1

L S2

S3

16 17 18 19 20

S1

L L S2

S1 S3

S2

S3

23 24 25 26 27

L T4

T1 T5

T2 T6

T3

30 31

L Ma Mi X Vi

1 2 3

S1

L L S2

S1 S3

S2

S3

6 7 8 9 10

S1

L L S2

S1 S3

S2

S3

13 14 15 16 17

L L

S1

S2

S3

20 21 22 23 24

S1

L L S2

S1 S3

S2

S3

27 28 29 30

L L

S1

S2

S3

Diciembre Otras actividades Notas

L Ma Mi X Vi

1

09-10 S1

10-11 S2

11-12 S3

12-13

13-14

14-15

4 5 6 7 8

09-10

10-11 L

11-12 S1

12-13

13-14 S2

14-15 S3

11 12 13 14 15

09-10

10-11 L T4

11-12 T1 51

12-13

13-14 T2 T6

14-15 T3

Exámenes DIA

AULAS

HORA

17/01/2018

BIOLOXÍA, FÍSICA

16 H

16 421-Enxeñaría Química BIOLOXÍA, FÍSICA

DIA

AULAS

HORA

26/06/2018

Q. INORGÁNICA-Q.ORGÁNICA 16 H

Clases expositivas (teóricas) L

Clases interactivas

(Seminarios) S

T1 Clases interactivas (tutorías) T

Clases prácticas de laboratorio

P

Días no lectivos

Clases expositivas:

Seminarios:

Tutorías:

1 El tiempo para las clases interactivas (seminarios, tutorías y prácticas de laboratorio) no puede sobrepasar en ningún caso el tiempo

especificado para estas actividades en la tabla de distribución horaria del apartado 5.1.


13

7. Horario de asistencia al alumnado y lugar:

Horario: Lunes, martes y miercoles 12.00-14.00 h,

Despacho: D3.9, Departamento de Enxeñaría Química, ETSE.

8. Indicaciones sobre la evaluación.

La evaluación de esta materia se hará mediante evaluación continua y la realización de un

examen final. Será obligatorio asistir a los seminarios y a las dos tutorías programadas. Las

ausencias deberán ser justificadas documentalmente.

La evaluación continua tendrá un peso del 30% en la calificación de la asignatura y

constará de clases interactivas en grupo reducido (seminarios, 75%) y clases interactivas

en grupo muy reducido (tutorías, 25%)

Los seminarios y las tutorías incluirán ejercicios y actividades o trabajos realizados

presencialmente y ejercicios entregados al profesor

Un 10% de calificación final se deberá a la asistencia y participación en clase.

El examen final (60% de la calificación total) versará sobre la totalidad de los

contenidos de la asignatura. El alumno tiene que obtener una calificación mínima del 40%

en el examen. Los alumnos repetidores tendrán el mismo régimen de asistencia a las clases

y las mismas condiciones de evaluación que los que cursan la asignatura por primera vez.

Las notas parciales sólo se guardarán de una oportunidad a otra para el curso académico

actual. La calificación del alumno no será inferior a la del examen final ni a la obtenida

ponderándola con la de evaluación continua.

El alumno tiene que obtener una calificación mínima del 40% en todas y cada una de las

actividades evaluables

8.1. Recomendaciones de cara a la evaluación.

El alumno debe repasar los conceptos teóricos introducidos en los distintos temas utilizando

el libro de referencia y los resúmenes. El grado de acierto en la resolución de los ejercicios

propuestos proporciona una medida de la preparación del alumno para afrontar el examen

final de la asignatura. Aquellos alumnos que encuentren dificultades importantes a la hora

de trabajar las actividades propuestas deben de acudir en las horas de tutoría del profesor,

con el objetivo de que éste pueda analizar el problema y ayudar a resolver dichas

dificultades. Es muy importante para una preparación satisfactoria del examen, haber

realizado los ejercicios y problemas propuestos a lo largo del curso, previamente a su

realización en clase. Para la preparación del examen sería de interés resolver además

algunos de los ejercicios y cuestiones que figuran en los manuales de referencia.

8.2. Recomendaciones de cara a la recuperación.

El profesor analizará con aquellos alumnos que no superen con éxito el proceso de

evaluación, y así lo deseen, las dificultades encontradas en el aprendizaje de los contenidos

de la asignatura.

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