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Academic Year/course: 2021/22

568 - Degree in Food Science and Technology

30810 - Basic principles of chemical engineering


Syllabus Information

Academic Year:
2021/22
Subject:
30810 - Basic principles of chemical engineering
Faculty / School:
105 - Facultad de Veterinaria
Degree:
568 - Degree in Food Science and Technology
ECTS:
6.0
Year:
2
Semester:
First semester
Subject Type:
Basic Education
Module:
---

1. General information

2. Learning goals

3. Assessment (1st and 2nd call)

4. Methodology, learning tasks, syllabus and resources

4.1. Methodological overview

The methodology followed in this course is oriented towards the achievement of the learning objectives.

The course is divided in 48 participatory lectures both theory and problem solving, 4 hours of seminars, 8 hours of laboratory practice (2 hours/practice) and resolution and presenting problems given at the end of each block (practical work).

The seminars will be organized in 2 sessions of 2 hours each, in which students will solve using the spreadsheet problems of mass balance of the block II of the subject.

The lab practices will be held in 4 sessions of 2 hours each and they will be made at the end of the semester. They are done in groups 12-15 students divided in 4 practices that are performed simultaneously each day (4-5 students per practice).

Students must follow the regulations described in:

In addition, students will follow as well any instructions related to biosecurity given by the professor

 

4.2. Learning tasks

The course includes the following learning tasks: 

  • Lectures: 21 h to discuss the theoretical content. Sessions of issues and problems: 27 h for the resolution of the exercises.
  • Seminars: 4 h for the resolution, comment and sharing of case studies. Lab: 8 h distributed in four sessions of 2 hours each.
  • Mentored practical work: 15 hours of autonomous work in which the student will work personally in the resolution of problems proposed by the lecturer which will guide the learning.
  • Study: 71 h of autonomous work, not supervised by the lecturer.
  • Exams: 4 h for the realization of two assessment tests (theoretical and practical). 

4.3. Syllabus

The course will address the following topic: 

I. INTRODUCTION.

  • Unit 1. Introduction to chemical engineering . Systems units and calculation methods. The food industry and chemical engineering . Scheme of a process in the food industry. Magnitudes, units and dimensions. Systems of units. Dimensional analysis. Units conversion. Temperature scales. Dimensional homogeneity and dimensionless groups. Unit conversion in formulas. Scientific notation. Significant figures and precision. 

II. MASS AND ENERGY MACROSCOPIC BALANCES

  • Unit 2. Mass balances in steady state without chemical reaction. Preliminary considerations. Principle of mass conservation. Basic concepts. Processes classification. General equation of balance: balance for continuous, batch and semi-continuous processes. Flowchart of a process. System limits, calculation base, a key element. Recycle, bypass and purge. Systematic procedure for performing mass balances in steady state without chemical reaction.
  • Unit 3. Energy balances in steady state without chemical reaction. General concepts. Forms of energy: 1st Law of Thermodynamics. General equation of conservation of energy. Enthalpy balances: reference state, calculation of enthalpies. Energy balances in steady state without chemical reaction. Simultaneous mass and energy balances
  • Unit 4. Mass and Energy balances in unsteady state. Deduction and solving of differential equations of the balances in unsteady state. Application to concrete examples.

III. INTRODUCTION TO FLUID DYNAMICS, HEAT TRANSFER AND MASS TRANSFER.

  • Unit 5. Fluid Dynamics. Continuity equation, mechanical energy balance, Bernoulli equation, loads, load loss, Fanning equation, Colebrook equation.
  • Unit 6. Heat transfer. Heat transfer mechanisms: conduction, convection and radiation. Conductive heat transfer: conduction through cylindrical shells, spherical shells, flat sheets and conduction through solids in series. Heat transfer by convection: dimensionless numbers, empirical correlations for forced and natural convection. Calculating the global heat transfer coefficient. Heat transfer in non-steady state: dimensionless numbers and Sucec relationship.
  • Unit 7. Mass Transfer. Mass transfer mechanisms: advective flow, molecular diffusion and turbulent diffusion. Mass transfer between phases: thermodynamic requirement (separation factor) and mechanical nature requirement. Mass transfer through porous solids: solute movement by diffusion (ordinary and Knudsen) and solute movement by hydrodynamic flow. Permeation through plastics.

4.4. Course planning and calendar

The dates and key milestones of the subject are described in detail, along with the other subjects in the second year in CTA Degree, on the website of the Faculty of Veterinary (link: http://veterinaria.unizar.es/gradocta/ ). This link will be updated at the beginning of every academic year

4.5. Bibliography and recommended resources

-       Aguado. J.; Calles, J.A.; Cañizares, P.; López, B.; Rodríguez, F.; Santos, A.; Serrano, D.; Ingeniería de la Industria Alimentaria. Vol. 1. Conceptos Básicos. Síntesis S.A., Madrid, 1999.

-       Calleja, G.; García, F.; Martínez, A.L.; Prats, D.; Rodríguez, J.M.; Introducción a la Ingeniería Química. Síntesis S.A., Madrid, 1999.

-       Hermida Bun, J.R., Fundamentos de Ingeniería de Procesos Agroalimentarios, Mundi-Prensa y A. Madrid Vicente Ediciones, Madrid, 2000.

-       Lomas Esteban, María del Carmen; Introducción al Cálculo de los Procesos Tecnológicos de los Alimentos. Acribia, Zaragoza, 2002.

-       Peiró Pérez, J.J.; García Barrido, J.; Balances de materia. Problemas resueltos. (3 vols.). Universidad Politécnica de Valencia. Valencia, 1989.

-       Reklaitis, G.V.; Balances de Materia y Energía. Interamericana (1ª ed. en español), México (1986).

-       Ruiz Palacín, J.; Problemas resueltos de balances de materia en estado estacionario. Prensas Universitarias de Zaragoza (1ª  ed), Zaragoza, 2009.

-       Singh, R.P.; Heldman, D.R.; Introducción a la Ingeniería de los Alimentos. Acribia, Zaragoza, 1997.

-       Toledo, R.T.; Fundamentals of food process engineering. Chapman and Hall (2ª ed., reimpr.), Nueva York, 1994.

-       Valiente, A.; Problemas de Balance de Materia y Energía en la Industria Alimentaria. Limusa (2ª ed.), Méjico, 1997.


Curso Académico: 2021/22

568 - Graduado en Ciencia y Tecnología de los Alimentos

30810 - Fundamentos de ingeniería química


Información del Plan Docente

Año académico:
2021/22
Asignatura:
30810 - Fundamentos de ingeniería química
Centro académico:
105 - Facultad de Veterinaria
Titulación:
568 - Graduado en Ciencia y Tecnología de los Alimentos
Créditos:
6.0
Curso:
2
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Formación básica
Materia:
Química

1. Información Básica

1.1. Objetivos de la asignatura

Como todas las asignaturas del bloque de asignaturas básicas, esta asignatura contribuye a conseguir las competencias y destrezas propias de dicha materia (Nivel 2: Química), concretamente en lo que se refiere a "fundamentos ingenieriles de aplicación en ciencia y tecnología de los alimentos".

 

Por tanto, el objetivo general de esta asignatura de introducción es que los alumnos adquieran las herramientas y los conocimientos básicos de ingeniería química, para poder enfrentarse con un criterio amplio a los diversos problemas que se le plantearán en el ámbito del procesado de alimentos.

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

Los conocimientos básicos adquiridos en la asignatura de Fundamentos de Ingeniería Química junto con el resto de asignaturas de las materias de formación básica que conforman los fundamentos para la mejor comprensión del resto de asignaturas específicas del campo alimentario.

En concreto esta asignatura está estrechamente vinculada con la de Operaciones Básicas de la Industria Alimentaria que se cursa también en 2º curso pero durante el 2º cuatrimestre. Por tanto, cursar Fundamentos de Ingeniería Química previamente resultará imprescindible a los alumnos para su correcto seguimiento.

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Esta asignatura requiere haber adquirido las competencias relativas a las asignaturas de formación básicas de primer curso. Se consideran especialmente necesarias para su correcto seguimiento, las adquiridas en las asignaturas de Química General, Física General y Fundamentos del Análisis Físico, y Matemáticas.

2. Competencias y resultados de aprendizaje

2.1. Competencias

  1. Gestionar la información, búsqueda de fuentes, recogida y análisis de informaciones, etc.
  2. Pensar y razonar de forma crítica.
  3. Trabajar de forma autónoma y realizar una autoevaluación.
  4. Negociar tanto con especialistas del área como con personas no expertas en la materia.
  5. Adaptarse a nuevas situaciones y resolver problemas.
  6. Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio.
  7. 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.
  8. Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
  9. Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar que…

 

1 Conoce y maneja los cálculos básicos necesarios en Ingeniería Química: sistemas de unidades y métodos de cálculo.

 

2 Es capaz de realizar balances de materia y energía, lo que conlleva dibujar y marcar en su totalidad el diagrama de flujo, elegir con criterio una base de cálculo y plantear y resolver las ecuaciones necesarias para resolver el balance. Además el alumno deberá saber obtener las ecuaciones de balance de materia y energía para algunos sistemas en estado no estacionario y obtener las soluciones analíticas para el caso de ecuaciones diferenciales de primer orden.

 

3 Es capaz de aplicar los fundamentos de los fenómenos de transporte (cantidad de movimiento, energía y materia) y las leyes que los rigen a casos concretos del procesado de alimentos.

 

4 Es capaz de resolver problemas de flujo de fluidos, problemas de transmisión calor tanto en estado estacionario como en estado no estacionario y problemas de transferencia de materia entre fases y a través de sólidos porosos.

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Aunque, al igual que el resto de las asignaturas de formación básica, no aporta per se destrezas o habilidades específicas relacionadas con la ciencia y tecnología de los alimentos; es imprescindible para la adquisición de conocimientos básicos que conformarán los fundamentos para la mejor comprensión de algunas de las asignaturas específicas del campo alimentario de la titulación.

La asignatura de Fundamentos de Ingeniería Química permitirá que los alumnos adquieran conocimientos básicos indispensables para el cálculo ingenieril en las Industrias de Proceso, esencial para adquirir las competencias propias de la Materia de Procesado e Ingeniería de los Alimentos, en concreto las relacionadas con las “Operaciones básicas de la industria alimentaria”.

3. Evaluación

3.1. Tipo de pruebas y su valor sobre la nota final y criterios de evaluación para cada prueba

 Actividades de evaluación

 

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación…

Actividades de evaluación

 

El estudiante deberá demostrar que ha alcanzado los resultados de aprendizaje previstos mediante las siguientes actividades de evaluación...

La evaluación de esta asignatura se realizará con una PRUEBA GLOBAL que constará de las siguientes actividades:

  1.  Prueba escrita de evaluación consistente en 2 partes. La primera consta de preguntas teórico-prácticas y supondrá el 50% de la calificación final de esta prueba. La segunda parte consta de 2 problemas y supondrá el otro 50 % de la calificación final de esta prueba. Esta prueba tendrá una duración de 3 h. La calificación será de 0 a 10 y supondrá el 80% de la calificación final del estudiante en la asignatura.
  2. Las competencias relacionadas con las prácticas de laboratorio se evaluarán mediante un trabajo en el que los alumnos deberán contestar razonadamente a una serie de preguntas y/o ejercicios planteados para cada práctica. Esta actividad supondrá el 20 % de la calificación final de la asignatura.

La superación de estas pruebas de evaluación acredita el logro de los resultados de aprendizaje 1, 2, 3 y 4.

Las fechas de estas pruebas se indicarán en la programación docente del curso correspondiente.

 

Criterios de valoración y niveles de exigencia

Para superar la asignatura y demostrar que se han alcanzado los resultados de aprendizaje previstos, el alumno deberá obtener una media ponderada de las dos pruebas igual o superior a 5 y además que la calificación obtenida en cada una de las actividades de evaluación sea igual o superior a 4.

Los criterios de valoración para las actividades de evaluación que consistan en la resolución de problemas de cálculo serán: el manejo de unidades y dimensiones y de cambio de unidades, la búsqueda de propiedades físicas y químicas en tablas, diagramas, ábacos y figuras, el planteamiento del problema, la resolución de las ecuaciones planteadas y la exactitud en el cálculo.

En las actividades de evaluación que consistan en preguntas teóricas o teórico-prácticas de desarrollo breve se valorará: el uso correcto del castellano, la capacidad de síntesis, la claridad expositiva, la coherencia en el razonamiento, la adecuación de la respuesta a lo que se pregunta y el grado de conocimiento del tema tratado.

Para la evaluación del trabajo sobre las prácticas de laboratorio se tendrá en cuanta la validez de los resultados obtenidos y de las conclusiones alcanzadas, así como el orden y claridad en la presentación de los resultados.

 

Sistema de calificaciones: de acuerdo con el Reglamento de Normas de Evaluación del Aprendizaje de la Universidad de Zaragoza (Acuerdo de Consejo de Gobierno de 22 de diciembre de 2010), los resultados obtenidos por el alumno se calificarán en función de la siguiente escala numérica de 0 a 10, con expresión de un decimal, a la que podrá añadirse su correspondiente calificación cualitativa:

0-4,9: Suspenso (SS).

5,0-6,9: Aprobado (AP).

7,0-8,9: Notable (NT).

9,0-10: Sobresaliente (SB).

La mención de «Matrícula de Honor» podrá ser otorgada a estudiantes que hayan obtenido una calificación igual o superior a 9.0. Su número no podrá exceder del cinco por ciento de los estudiantes matriculados en el correspondiente curso académico.

4. Metodología, actividades de aprendizaje, programa y recursos

4.1. Presentación metodológica general

La asignatura está estructurada en 48 clases magistrales participativas tanto de teoría como de resolución de problemas, 4 horas de seminarios, 8 horas de prácticas de laboratorio (2 horas por práctica) y la resolución y presentación de problemas entregados al final de cada bloque (trabajos prácticos).

Los seminarios se organizarán en 2 sesiones de 2 horas cada una, en las que los alumnos resolverán utilizando la hoja de cálculo problemas de balances correspondientes al bloque II de la asignatura.

Las prácticas de laboratorio se realizarán en 4 sesiones de 2 horas cada una y éstas se realizarán al final del cuatrimestre. Se realizarán en grupos de 12-15 alumnos repartidos en las 4 prácticas que se realizarán simultáneamente cada día (4-5 alumnos por práctica).

Durante el desarrollo de las clases los estudiantes tendrán que tener en cuenta todos los procedimientos y la normas que se recogen en los siguientes documentos:

  • "Guía Preventiva para el Estudiante de la Universidad de Zaragoza", que se encuentra disponible en la siguiente dirección: http://uprl.unizar.es/publicaciones/estudiantes.pdf.  
  • Manual de seguridad en los laboratorios de la Universidad de Zaragoza y normas marcadas por la Unidad de Prevención de Riesgos Laborales:

http://uprl.unizar.es/seguridad/pdfs/seglaborUZ.pdf

http://uprl.unizar.es/seguridad/pdfs/laboratorios.pdf

Además, se seguirán las indicaciones dadas en materia de seguridad por el profesor responsable de las clases.  

 

4.2. Actividades de aprendizaje

- Clases magistrales: 21 h para tratar los contenidos teóricos.

- Clases de cuestiones y problemas: 27 h para la resolución de los ejercicios planteados.

- Seminarios: 4 horas distribuidas en dos sesiones de 2 h cada una para la resolución, comentarios y puesta en común de casos planteados.

- Prácticas de laboratorio: 8 horas distribuidas en 4 sesiones de 2 h cada una.

- Trabajo práctico tutelado: 15 h de trabajo autónomo en el que el alumno realizará los problemas de trabajo personal planteados por el profesor y éste los tutelará.

- Estudio: 71 h de trabajo autónomo no presencial y no tutelado por el profesor.

- Exámenes: 4 h para la realización de las 2 pruebas de evaluación.

 

 

 

SEMANA 1

SEMANA 2

BLOQUE I

TEMA 1

4 horas de teoría y 4 horas de problemas correspondientes al Tema 1

Trabajo práctico: Entrega de cuestiones y problemas planteados correspondientes al Tema 1

 

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

SEMANA 6

SEMANA 7

SEMANA 8

BLOQUE II

TEMAS 2, 3 y 4

8 horas de teoría (4 + 3 + 1) y 14 horas de problemas (6 + 5 + 3) correspondientes al Bloque II

Trabajo práctico: Entrega de cuestiones y problemas planteados: del Tema 2 en la semana 4, del Tema 3 en la semana 6 y del Tema 4 en la semana 8

Prácticas de resolución de balances en hoja de cálculo (aula de informática) en la semana 8 (4 h)

SEMANA 9

SEMANA 10

SEMANA 11

SEMANA 12

SEMANA 13

BLOQUE III

TEMAS 7, 8 y 9

9 horas de teoría ( 3 + 3 + 3 h) y 9 horas de problemas (4 + 3 + 2)

Trabajo práctico: Entrega de un problema al finalizar cada tema.

Realización de las prácticas 1, 2, 3 y 4 (2 h/práctica) a partir de la semana 10.

 

4.3. Programa

BLOQUE I. INTRODUCCIÓN.

 

Tema 1. Introducción a la ingeniería química. Sistemas de unidades y métodos de cálculo.

La industria alimentaria y la ingeniería química. Esquema de un proceso de la industria alimentaria. Magnitudes, unidades y dimensiones. Sistemas de unidades. Análisis dimensional. Conversión de unidades. Escalas de temperatura. Homogeneidad dimensional y grupos adimensionales. Conversión de unidades en fórmulas. Notación científica. Cifras significativas y precisión.

 

BLOQUE II. BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA MACROSCÓPICOS.

 

Tema 2. Balances de materia sin reacción química en estado estacionario.

Consideraciones previas. Principio de conservación de la materia. Conceptos básicos. Clasificación de los procesos. Ecuación general del balance: balance para procesos continuos, discontinuos y semicontinuos. Diagrama de flujo de un proceso. Límites del sistema, base de cálculo, elemento clave. Reciclo, derivación y purga. Procedimiento sistemático para la realización de balances de materia en estado estacionario sin reacción química.

 

Tema 3. Balances de energía sin reacción química en estado estacionario.

Conceptos generales. Formas de energía: 1ª Ley de la Termodinámica. Ecuación general de conservación de la energía. Balances entálpicos: estado de referencia, cálculo de entalpías. Balances de energía en estado estacionario sin reacción química. Balances simultáneos de materia y energía.

 

Tema 4. Balances de materia y energía en estado no estacionario.

Deducción y resolución de las ecuaciones diferenciales de los balances en estado no estacionario. Aplicación a ejemplos concretos.

 

BLOQUE III. INTRODUCCIÓN A LA FLUIDODINÁMICA, TRANSMISIÓN DE CALOR Y TRANSFERENCIA DE MATERIA.

 

Tema 5. Fluidodinámica.

Ecuación de continuidad, balance de energía mecánica, ecuación de Bernouilli, cargas, pérdida de carga, ecuación de Fanning, ecuación de Colebrook.

 

Tema 6. Transmisión de calor.

Mecanismos de transmisión de calor: conducción, convección y radiación. Transmisión de calor por conducción: conducción a través de cilindros huecos, esferas huecas, láminas planas y conducción a través de varios sólidos en serie. Transmisión de calor por convección: números adimensionales, correlaciones empíricas para convección forzada y natural. Cálculo del coeficiente global de transmisión de calor. Transmisión de calor en estado no estacionario: números adimensionales y  relación de Sucec.

 

Tema 7. Transferencia de materia.

Mecanismos de transferencia de materia: flujo advectivo, difusión molecular y difusión turbulenta. Transferencia de materia entre fases: requisito termodinámico (factor de separación) y requisito de naturaleza mecánica. Transferencia de materia a través de sólidos porosos: movimiento del soluto por difusión (ordinaria y Knudsen) y movimiento del soluto por flujo hidrodinámico. Permeación a través de plásticos.

 

4.4. Planificación de las actividades de aprendizaje y calendario de fechas clave

Las fechas e hitos clave de la asignatura están descritos con detalle, junto con los del resto de asignaturas del segundo curso en el Grado de CTA, en la página Web de la Facultad de Veterinaria (enlace: http://veterinaria.unizar.es/gradocta/). Dicho enlace se actualizará al comienzo de cada curso académico.