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Subdirección Académica

Instrumentación Didáctica para la Formación y Desarrollo de Competencias Profesionales

Periodo escolar: Agosto-Diciembre 2017

Nombre de la asignatura: Operaciones Unitarias IIIPlan de estudios: IBQA-2010-207

Clave de la asignatura: BQJ-1019Horas teoría – horas prácticas – créditos: 4-2-6

1. Caracterización de la asignatura

La asignatura de Operaciones Unitarias III, es una de las tres asignaturas dedicadas a las series de etapas u operacionesindividuales en los procesos de ingeniería química establecidas en el plan de estudios de la carrera de ingeniería bioquímica, lacual se relaciona con el perfil profesional de esta carrera en su capacidad para diseñar, seleccionar, operar, adaptar e investigarcientífica y tecnológicamente equipos en procesos industriales que involucren las operaciones unitarias de transferencia de masay energía de extracción destilación, humidificación y secado.Su importancia radica en la capacidad integradora de conocimiento de materias de ciencias básicas y de fundamentos deingeniería (tales como principios elementales de ingeniería, técnicas matemáticas y leyes de la física y química), que le permiten alestudiante tener un efecto globalizador de competencias en el diseño y operación de equipos que involucren procesos químicos,físicos, biológicos y de alimentos basados en los principios fundamentales de transporte de materia y energía.Esta asignatura se relaciona con otras asignaturas como Fenómenos de Transporte I, II y Operaciones Unitarias II, en cuanto a losprincipios básicos de transferencia de materia y energía. Se relaciona con otras asignaturas como Ingeniería de Proyectos,Ingeniería de Procesos y Formulación y Evaluación de Proyectos en cuanto a la adquisición de competencias como el diseño,selección, operación, adaptación de equipos, así como la investigación científica de variables de operación para eficientar costosen la adquisición de estos equipos y reducción de consumo de energía.

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Texto tecleado

CODIGO: ID-BQJ-1019

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Texto tecleado

VERSIÓN: 00

2. Intención didáctica

El temario de esta materia de Operaciones Unitarias III está organizada en cuatro unidades correspondientes a cuatro operacionesunitarias: humidificación, secado, extracción y destilación. En cada una de estas unidades se dan los contenidos conceptuales, lasvariables de operación, el empleo de simuladores, el conocimiento físico de los aparatos y los cálculos para su posterior aplicaciónpara la adquisición de la competencia pertinente como es el diseño y selección de equipos que pueden ser integrados a procesosen ingeniería química, bioquímica y de alimentos.La unidad de humidificación debe ser tratada como un proceso de transferencia de masa y su aplicación a través del uso de lacarta psicométrica o de humedad. De tal forma que posteriormente permita el diseño y selección de torres de enfriamiento deagua. Así mismo, el secado como operación unitaria debe ser tratado como una operación compleja de transferencia de masa ycalor, en donde se deberán conocer los diversos tipos de secado que existen y los equipos necesarios para ello. El diseño desecadores y su selección dependiendo de las condiciones de secado y de materia prima, son fundamentales para que elestudiante lo adquiera como una competencia profesional. El conocimiento de curvas equilibrio liquido-vapor y entalpia-concentración son de fundamental importancia en el diseño de las operaciones de absorción y destilación como operacionesindividuales de transferencia de masa.La investigación científica como una competencia profesional que adquirirá el estudiante, en donde se prueban diferentescondiciones de operación en estos procesos unitarios, es importante para que el alumno conozca cómo se comportan losproductos obtenidos cuando son sometidos a estos tipos de procesos. Principalmente la investigación en literatura, le permitirá alestudiante seleccionar los diferentes tipos de destiladores, equipos de extracción, secadores y torres de enfriamiento dependiendode las condiciones establecidas en el proceso a usar. Por otra parte se debe propiciar el uso adecuado de conceptos yterminología técnico-científico en el desarrollo de problemas. Se deben propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis deinformación en distintas fuentes como son artículos científicos, libros especializados, internet entre otros, que permitan fomentaractividades grupales a través de la comunicación, el intercambio argumentado de ideas, la reflexión, la integración y lacolaboración de y entre los estudiantes.La realización de prácticas de laboratorio le permitirá al estudiante operar como una competencia profesional, con diferentesequipos donde se emplee la destilación de mezclas binarias miscibles de importancia industrial, la extracción líquido-líquido,solido-líquida y la de secadores de alimentos y otros materiales de interés.Finalmente el uso de simuladores comerciales proporcionados por el maestro o por la red de internet, podría dar al estudiante lacapacidad de obtener una competencia profesional para el diseño y selección de equipo y para investigar los diferentesparámetros de operaciones de los procesos unitarios de humidificación, secado, destilación y extracción, que podrían en muchoscasos reducir el tiempo de cálculo para el diseño de procesos donde se emplean estas operaciones unitarias.El profesor de esta asignatura debe estar preparado y actualizado en estos temas a través de libros especializados de esta


materia, preferentemente en inglés, del uso de simuladores de operaciones unitarias como las mencionadas anteriormente, delempleo de artículos científicos en ingles también relacionados con los temas de interés de tal forma que fomenten en el estudianteel uso de otra lengua extranjera y, que le permitan al alumno tener a su disposición una gama de posibilidades de aplicación de lasoperaciones unitarias descritas. El profesor también deberá proporcionar el manejo de software como: Word, Excel y Power Pointpara la presentación de trabajos de investigación documental, ya sea impresos o presentados en un foro de discusión grupal.

3. Competencia de la asignatura

Diseña, selecciona, opera, adapta e investiga científica y tecnológicamente equipos en procesos industriales que involucren lasoperaciones unitarias de transferencia de masa y energía de humidificación, secado, extracción y destilación.


4. Análisis por competencias específicas

CompetenciaNo.:

1 Descripción: Diseña destiladores simples por lotes; Calculalas principales variables de operación endestilación por arrastre de vapor; Diseñacolumnas de destilación por rectificación; Operaequipos de destilación.

Temas y subtemaspara desarrollar la

competencia específica

Actividades de aprendizaje(que hace el alumno)

Actividades deenseñanza (que hace

docente)

Desarrollo decompetencias

genéricas

Horasteórico–práctica

0. Encuadre Participar en la dinámica deexpectativas y elestablecimiento de acuerdos.

Presentar el objetivode la materia, aplicaruna dinámica deexpectativas,establecer acuerdosde trabajo para cadaunidad.

Instrumentales:Capacidad deabstracción, análisis ySíntesis.Habilidad en el uso deTecnologías de lainformación y de lacomunicación.Habilidades parabuscar, procesar yanalizar informaciónprocedente dediversas fuentes.Capacidad deinvestigación.

Interpersonales:Capacidad de crítica yautocritica.

1 hr.

1.0. Destilación1.1. Importancia y tiposde destilación1.2. Relaciones deequilibrio Líquido-Vapor

Realizar una investigación sobreel uso de destiladores en laindustria.

Explicar losfundamentos dedestilación y el uso delas relaciones deequilibrio.

4 hrs.

1.3. Destilación deequilibrio o repentina.1.4. Destilación simple porlotes.

Pondrán atención y resolveránejercicios.

Dar los diferentesfundamentos dedestilación.

4 hrs.


1.5. Destilación simple porarrastre de vapor.

Guiar en la resoluciónde ejercicios sobredestilación y ensimuladores libres.

Capacidad de trabajaren equipo.

3 hrs

1.6. Destilación porrectificación de mezclasbinarias.1.6.1. Método de McCabe Thiele.1.6.2. Método dePonchon-Savarit

Investigar procesos industrialesque incluyan la destilación paraanalizar la pertinencia de lasoperaciones y equiposempleados.

Establecer los balancesde materia y lageneración de losdiagramas de equilibrionecesarios para elcálculo de platosteóricos por el métodode McCabe-Thiele.

4 hrs

1.7. Destilación porrectificación de mezclasmulticomponentes.1.7.1. Método de Fenske1.7.2. Ecuación deUnderwood.

Realizar ejercicios de soluciónde problemas de destilación através de resolución deecuaciones numéricas deintegrales a diferentes puntosmediante la utilización deMatlab.

Realizarán un examen.

Realizarán una práctica delaboratorio.

Conocer y emplear unsimulador comercialpara el diseño yanálisis de destilaciónsimple y por columnasde rectificación demezclasmulticomponentes.

4 hrs

Indicadores de alcance Valor del indicador

A. Trabajo en equipo 50%B. Trabajo individual 20%C. Examen 30%


4.1a Niveles de desempeño

Desempeño Nivel de desempeño Indicadores de alcance Valoración numérica

Competenciaalcanzada

Excelente - El alumno entrega en forma y tiempo la investigación, elproblemario y la práctica, además aprueba el examen con unmínimo de 95%.

95 - 100

Notable - El alumno entrega en forma y hasta con un día de retraso lainvestigación, el problemario y la práctica, además aprueba elexamen con un mínimo de 85%.

85 - 94

Bueno - El alumno entrega en forma y hasta con dos días de retraso lainvestigación, el problemario y la práctica, además aprueba elexamen con un mínimo de 75%.

75 - 84

Suficiente - El alumno entrega en forma y hasta con tres días de retraso lainvestigación, el problemario y la práctica, además aprueba elexamen con un mínimo de 70%.

70 - 74

Competenciano alcanzada

Insuficiente - Después del tercer día no se aceptan los trabajos y reprueba elexamen.

69 o menos.

4.1b Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje % Indicador de alcance Evaluación formativa de la competenciaA B C

Problemario 25% X El docente revisará el problemario.Practica 25% X El docente revisará la practica

Investigación 20% X El docente revisará la investigaciónExamen 30% X El docente calificará el examen.

Total 50% 20% 30%


CompetenciaNo.:

2 Descripción: Selecciona y aplica los métodos de diseño de equipo de extracción deacuerdo al sistema a separar así como a las condiciones de operación.





docente)


genéricas


2.0. Extracción

2.1. Extracción Líquido-líquido.

2.1.1. Fundamentos de laextracción líquido-líquido(Importancia,características deldisolvente, equipos deextracción, equilibrio).

2.1.2. Extracción en unaetapa.

2.1.3. Extracción enetapas múltiples.

Realizará una investigaciónreferente a las diferentescaracterísticas de losdisolventes realizadas en estetipo de operaciones.

Realización de problemas.

Discusión de los diferentestemas analizados.

Explicará la importanciay los fundamentos de laextracción líquido-líquido, así como la baseteórica en la operaciónde extracción en una ymúltiples etapas.

Capacidad deabstracción, análisis ysíntesis.Capacidad de aplicarlos conocimientos enla práctica.Capacidad decomunicación oral yescrita.Habilidad en el uso deTecnologías de lainformación y de lacomunicación.Capacidad deinvestigación.

2 hrs.

2.2. Lixiviación.

22.2.1. Fundamentos dela extracción sólido-líquido (Importancia,características deldisolvente, equipos de

Realizará una investigaciónreferente a las diferentescualidades de disolventesaplicados a esta naturalezaoperativa.

Explicará losfundamentos de lalixiviación, losdiferentes tipos deequipo utilizados, asícomo las operaciones

3 hrs.

4 hrs


extracción, equilibrio).2.2.2. Lixiviación en unaetapa.

2.2.3. Lixiviación en etapamúltiple.

Solución de problemas.

Discusión de la naturalezaoperativa de esta operaciónunitaria.

de separación deetapas sólidas ylíquidas en diferentesetapas.

5 hrs

2 hrs.


A. Trabajo en equipo 60%B. Examen 40%





Excelente - El alumno entrega en forma y tiempo la investigación y elproblemario, además aprueba el examen con un mínimo de 95%

95 - 100

Notable - El alumno entrega en forma y hasta con un día de retraso lainvestigación y el problemario, además aprueba el examen conun mínimo de 85%

85 - 94

Bueno - El alumno entrega en forma y hasta con dos días de retraso lainvestigación y el problemario, además aprueba el examen conun mínimo de 75%

75 - 84

Suficiente - El alumno entrega en forma y hasta con tres días de retraso lainvestigación y el problemario, además aprueba el examen conun mínimo de 70%

70 - 74


Insuficiente - Después del tercer día no se aceptan los trabajos y reprueba elexamen

69 o menos.

4.2b Matriz de evaluación

Evidencia de aprendizaje % Indicador de alcance Evaluación formativa de la competenciaA B

Problemario 30% X El docente revisará el problemarioInvestigación 30% X El docente revisará la investigación

Examen 40% X El docente calificará el examenTotal 60 40


CompetenciaNo.:

3

Descripción: Interpretar y aplicar el diagrama psicométrico o de humedad a problemasespecíficos. Diseñar columnas de humidificación. Operar equipos einstrumentos de medición de humidificación. Diseñar torres dernfriamiento.





docente)


genéricas


3.0. Humidificación.3.1. Parámetros dehumidificación.

Desarrollar ejemplos sobre elcálculo de parámetros dehumidificación.

Describir las losparámetros dehumidificación ydesarrollar cálculoscomo ejemplos.

Capacidad deabstracción, análisis ysíntesis.Habilidad en el uso deTecnologías de lainformación y de lacomunicación.Habilidades parabuscar, procesar yanalizar informaciónprocedente de diversasfuentes.Capacidad deinvestigación.Capacidad de crítica yautocrítica.Capacidad de trabajaren equipo.Capacidad para tomardecisiones.

2 hrs.

3.2. Propiedades de unsistema líquido-gas.

Investigar procesos donde selleve a cabo la interacciónliquido-gas.

Desarrollar ejemplos deluso de los sistemasliquido-gas y explicarcuáles son suspropiedades.

2 hrs.


3.3. Aplicación deldiagrama psicométrico.

Utilizar la carta psicométricapara calcular las propiedadesde un sistema de aire-vapor deagua a diferentes condiciones.

Explicar el uso de lacarta psicométrica yexponer un ejemplo.

3 hrs

3.4. Teoría y cálculo delos procesos dehumidificación ydeshumidificación.

Realizar ejercicios de balancede materia y energía enequipos de humificación ydeshumidificación.

Explicar la aplicación debalance de materia en eldiseño de equipos.

3 hrs

3.5. Métodos y equipos dehumidificación.

Por equipos realizar unaexposición sobre equipos dehumidificación.

Dar una exposición deimágenes sobre equiposde humidificación.

3 hrs

3.6. Cálculos de columnasde humidificación.

Realizar ejercicios sobre elcálculo y diseño de columnasde humidificación.

Ejemplificar el cálculo decolumnas dehumidificación.

3 hrs

3.7. Enfriamiento de agua. Investigar el impacto delenfriamiento de agua en laindustria.

Mostrar un video quemuestre el proceso deenfriamiento de agua.

2 hrs

3.8. Calculo de altura yselección de torres deenfriamiento.

Realizar ejercicios sobre elcálculo y diseño de torres deenfriamiento.Realizar un examen.

Ejemplificar el diseño detorres de enfriamiento.

2 hrs


A. Trabajo en equipo 70%B. Examen 30%





Excelente - El alumno expone en forma y tiempo, además, entrega en formay tiempo la investigación y el problemario, también aprueba elexamen con un mínimo de 95%

95 - 100

Notable - El alumno expone en forma y tiempo, además, entrega en formay hasta con un día de retraso la investigación y el problemario,también aprueba el examen con un mínimo de 85%

85 - 94

Bueno - El alumno expone en forma y tiempo, además, entrega en formay hasta con dos días de retraso la investigación y el problemario,también aprueba el examen con un mínimo de 75%

75 - 84

Suficiente - El alumno expone en forma y tiempo, además, entrega en formay hasta con tres días de retraso la investigación y el problemario,también aprueba el examen con un mínimo de 05%

70 - 74



69 o menos.

4.3b Matriz de evaluaciónEvidencia de aprendizaje % Indicador de alcance Evaluación formativa de la competencia

A BProblemario 25% X El docente revisará el problemarioInvestigación 25% X El docente revisará la investigaciónExposición 20% X El docente revisará la Practica de laboratorio

Examen 30% X El docente calificará el examenTotal 70 30


CompetenciaNo.:

4

Descripción: Calcular en forma analítica el tiempo y velocidad de secado.Desarrollar e interpretar a partir de resultados de literatura yexperimentales las curvas o cinéticas de secado. Diseñar diferentestipos de secadores por lotes o continuos. Diseñar y seleccionar unsecador, a través del uso de un simulador comercial. Conocer y operardiferentes tipos de secadores.


competenciaespecífica

Actividades de aprendizaje

(que hace el alumno)


docente)


genéricas


4.0. Secado

4.1. Concepto eimportancia del secado.

4.2. Tipos y descripciónde secadores.

Investigar aplicacionesindustriales del proceso desecado.

Explicar el concepto desecado, los secadores ysus aplicaciones en laindustria bioquímica.

Capacidad deabstracción, análisis ySíntesis.Habilidades parabuscar, procesar yanalizar informaciónprocedente dediversas fuentes.Habilidad en el uso deTecnologías de lainformación y de lacomunicación.Capacidad deinvestigación.Capacidad de crítica yautocrítica.Capacidad de trabajaren equipo.Compromiso ético

3 hrs.

4 hrs

4.3. Curvas de secado.4.3.1. Humedad deequilibrio.4.3.2. Velocidad desecado.4.3.3. Tiempo desecado.

Realizar una curva de secadode un proceso dado.

Solución de problemas.

Explicar los fundamentosde cómo realizar unacurva de secado.

6 hrs


Capacidad decomunicación oral yEscrita.

4.4. Diseño de equiposde secado.4.4.1. Secadores porlotes.4.4.2. Secadorescontinuos.

Realizar los cálculos de diseñode un secador.Analizar y determinar cómovaría la eficiencia de un secadorcon respecto a la variación deuna propiedad de diseño.

Mostrar la metodologíapara realizar el diseño deun secador.

4 hrs

4.5. Simulación desecado.

Realizar problemas con laayuda de MatLab.

Realiza práctica de laboratorio.

Realizar el diferentesproblemas a través desolución de ecuaciones nolineales por ajustepolinómico.

2 hrs


A. Trabajo en equipo 50%B. Trabajo individual 20%C. Examen 30%

4.4a Niveles de desempeñoDesempeño Nivel de desempeño Indicadores de alcance Valoración numérica


Excelente - El alumno entrega en forma y tiempo la investigación, elproblemario y la práctica, además aprueba el examen con unmínimo de 95%.

95 - 100


Notable - El alumno entrega en forma y hasta con un día de retraso lainvestigación, el problemario y la práctica, además aprueba elexamen con un mínimo de 85%

85 - 94

Bueno - El alumno entrega en forma y hasta con dos días de retraso lainvestigación, el problemario y la práctica, además aprueba elexamen con un mínimo de 75%

75 - 84

Suficiente - El alumno entrega en forma y hasta con tres días de retraso lainvestigación, el problemario y la práctica, además aprueba elexamen con un mínimo de 70%

70 - 74



69 o menos.

4.4b Matriz de evaluaciónEvidencia de aprendizaje % Indicador de alcance Evaluación formativa de la competencia

A B CProblemario 25% X El docente revisará el problemarioInvestigación 25% X El docente revisará la investigación

Practica Laboratorio 20% X El docente revisará la Practica de laboratorioExamen 30% X El docente calificará el examen

Total 50 20 30


5. Fuentes de información y apoyos didácticos

Fuentes de información: Apoyos didácticos:1. Mc.Cabe, J. C. Smith, J. C. y Harriot, P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química.

6ª. Ed. McGraw – Hill Interamericana Editores España 2002.

2. Geankoplis, Christie J. Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias.3ª. Ed.

CECSA. México, D.F. 2005.

3. Stanley M., Walas. Chemical Process Equipment: Selection and design. Butterworth –

Heinemann. Series in Chemical Engineering. U.S.A. 1988.

4. Perry, R.H. y Green D.W., Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th Ed., McGraw-

Hill, New York. 1997.


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