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Academic Year/course: 2018/19

437 - Degree in Rural and Agri-Food Engineering

28936 - Unit operations I


Syllabus Information

Academic Year:
2018/19
Subject:
28936 - Unit operations I
Faculty / School:
201 - Escuela Politécnica Superior
Degree:
437 - Degree in Rural and Agri-Food Engineering
ECTS:
6.0
Year:
583 - Degree in Rural and Agri-Food Engineering: 3
583 - Degree in Rural and Agri-Food Engineering: 4
437 - Degree in Rural and Agri-Food Engineering: 3
Semester:
First semester
Subject Type:
Compulsory
Module:
---

4.1. Methodological overview

THEORY LESSONS

The theoretical academic sessions will be used to allow students to learn through exposure professor concepts and methodologies of work needed to start developing your self-employment. These sessions will be conducted mostly with the support of computer presentations and projected; previously will be provided to the student.

 

PROBLEM SOLVING:

The student will be given a series of problem sets that will solve or try to solve, then the interactive sessions will address the doubts and resolutions thereof.

 

WORKS:

In the classroom will be In the classroom will be proposed during the course 3 or 4 works, which the students have to solve. subsequent to the delivery, they made the defense of the same.

 

LABORATORY PRACTICE:

The professor made an explanation of the theoretical framework necessary for understanding the theory of practice to develop.

Explanation of equipment and instruments

Students operate the equipment, take data order that they can develop the practice report.

The completion of the practices is obligatory.

4.2. Learning tasks

The achievement of a student's basic training is based on theoretical type classes (30 hours) and problems type classes (20 hours), but active participation of students will be encouraged, especially focused on knowledge of various unit operations of the food process industry and equipment operation.
 
Group work/activities (20 hours) are required; they allow the acquisition of general and specific competence. 
 
Individual tutoring will be conducted to clarify particular problems of each student and mandatory tutoring to work with reduced groups specific topics.
 
Also, the labs program (10 hours) allows to transpose theoretical knowledge to practical application and development of scientific and technical documents.
Tools will be used to support teaching and problem solving (spreadsheets and EES Solver).
 
The Virtual Campus of UniZar will also be used as support.

4.3. Syllabus

Theoretical Programme

 

Block 1: INTRODUCTION

 

Topic 1:        INTRODUCTION TO CHEMICAL ENGINEERING. The food industry and chemical engineering. Chemical processing. Unit operations. Classification of basic operations according to: the transporting properties, the stages involved or the end use. Modes of operation in the chemical industry.  Intermittent and continuous operations. Steady and non-steady state. Choice of processing method.  Process diagrams within the food industry. Magnitudes, units and dimensions. Systems of units.

 

Topic 2: TRANSPORT PHENOMENA. Unit operations and transport phenomena. Transport mechanisms.  Transport in laminar flow and turbulent flow (effective transport coefficients.) Transport between phases. Individual transport coefficients. Global transport coefficients; application to heat transmission and mass transfer.

 

Topic 3: MASS BALANCE IN STEADY STATE. What is the balance of mass?  Application within the agri-food industry.  Law of conservation of mass; general equation of a mass balance (with and without chemical reaction.)  Mass balance with purge, deviation and recirculation. Resolution procedure. Introduction to the balances of mass in a non-steady state without chemical reaction.

 

Topic 4: ENERGY BALANCE IN STEADY STATE WITHOUT CHEMICAL REACTION. What is the balance of energy? Use within the agri-food industry. Law of energy conservation; general equation of an energy balance.  Forms of energy; kinetic energy, potential energy, internal energy, heat and work.  Enthalpy balance; definition of enthalpy and calculations related to temperature and state of aggregation. Joint solutions for matter and energy balances.

Block 2: UNIT OPERATIONS BASED ON HEAT TRANSMISSION

 

Topic 5:        HEAT TRANSMISSION. Heat transmission mechanisms; conduction, convection and radiation. Heat transmission through conduction; conduction through hollow cylinders, hollow spheres, flat plates and through a series of solids.  Heat transmission through convection; dimensionless numbers, empirical correlations for natural and forced convection.  Calculation of the global coefficient for heat transmission.  Heat transmission through radiation; emission and absorption of thermal radiation, Stefan-Boltzman law, emissivity of a grey body, Kirchoff law.  Heat transmission in a non-steady state. Significance of the Biot number. Equation of heat transmission relating to the controlling resistance.

Topic 6: HEAT EXCHANGERS. Definition and types. Design of exchangers; concentric tube exchangers (constant and variable global coefficient), multi-tubular exchangers (shell and tubes), plate and compact heat exchangers. Logarithmic mean temperature difference method and NTU method.  Equipment details.  Applications in the agri-food industry.

 

Topic 7: EVAPORATION. Definition and application examples.  Characteristics of the different types of evaporator.  Design of a simple effect evaporator; capacity, elevation of boiling point, coefficients of heat transmission and economy.  Advantages of the multiple effect system over the simple effect system. Structure of multi-effect systems. Calculations for multi-effect evaporators with direct current.  Mechanical vapour compression.    

 

Topic 8: REFRIGERATION AND FREEZING. Cold production using mechanical compression.  Mollier diagram and Rankine cycle.  Cold machines; main elements and working principals. Cold load calculations. Calculations for freezing times; Planck equation and other similar versions. Description of the most widely used refrigeration and freezing equipment.  Examples of use. 

 

Block 3: UNIT OPERATIONS BASED ON MASS TRANSFER

 

Topic 9:        FUNDAMENTALS OF DIFFUSION AND MASS TRANSFER BETWEEN PHASES.  Transfer of mass in one phase; mechanisms, molecular diffusion (Fick’s law), convection.  Transfer of mass by diffusion between two phases; double layer theory.  Global mass transfer coefficients.

 

Topic 10:      EXTRACTION. Balance of extraction. Extraction kinetics. Extraction in one or various stages; simple contact, multiple contact in direct or counter current.  Extraction equipment. Extraction using supercritical fluid. Uses of extraction in the agri-food industry. 

 

Topic 10:      DISTILLATION. Introduction. Liquid vapour equilibrium of binary mixtures. Simple distillation of binary mixtures; discontinuous distillation, flash distillation.  Rectification of binary mixtures.

 

  

Practical Programme

 

Practical 1: SOFTWARE ESS. Using the ESS software for solving problems and finding properties of substances

 

Practical 2: HEAT EXCHANGERS. Laboratory scale equipment is available for practical teaching purposes.  This allows for the use of three types of exchangers; with concentric tubes, with shell and tubes and with plates. The overall objective of this practical is to ensure that students are able to; differentiate between the steady and non steady state; evaluate the influence of a number of operational variables relating to heat transmitted through two liquids (water in both cases); and compare the efficacy obtained from the three most common types of exchangers. In order to achieve this, students must experiment to determine the global coefficient of heat transmission.

 

Practical 3: DISCONTINUOUS DISTILATION.  Determination of the vapour-liquid equilibrium curve of an ethanol-butanol mixture.  Recognition of the importance of a balanced relationship between both phases is essential in the design of a distillation process.  This information is used to determine the number of plates within a distillation column.  Vapour-liquid equilibrium data is obtained during experiments by measuring the compositions of the vapour phase and the liquid phase in equilibrium.  The practical focuses on the system used to obtain the equilibrium curve, as well as another system, in order to carry out differential distillation.

    

Practical 4:   SOLID-LIQUID EXTRACTON. Determination of the degree of extraction of a solid sample, in terms of the number of stages or cycles, in a theoretical and experimental way.  Once the efficacy and number of theoretical stages have been determined, students are able to calculate the real stages.  The experimental equipment is based on a Soxhlet extractor and allows work at different stages of extraction to be carried out.

  

Practical 5: HEAT TRANSFER BY CONDUCTION. Determining thermal conductivities of different solid under heating at steady state it is studied in this practice. The experimental equipment has different materials and shapes, a heating system and a continuous temperature record. 

4.4. Course planning and calendar

Study time and individual work

Assistance to the presential sessions is mandatory in works/activities and laboratory practice.

The students must take up the subject (4-5 hours per week) to understand and carry out further issues and problems that arise in class.

Overall it is estimated that students must use a total of 90 hours of personal work to complete a total of 150 hours devoted to the subject.

Activity/Weak 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Total
17-23 sep 24-30 sep 1-7 oct 8-14 oct 15-21 oct 22-28 oct(1) 29 oct-4 nov 5-11 nov 12-18 nov(2) 19-25 nov 26 nov-2 dec 3-9 dec 10-16 dec(3) 17-23 dic 24-30 dic 31 dic-6 ene 7-13 jan 14-20 jan 21-27 jan 28 jan-3 feb 4-10 feb
                            Christmas holidays Christmas holidays   Exams, tests Exams, tests Exams, tests Exams, tests
Classroom activity                                           61
Theory 4 3 1 1 2 2 1 3   3 1 1 1 3     2         28
Troubleshooting   1 3 3   2 1 1   1 1 1 1 1     2         18
Laboratory sessions         2   2   2   2 2                   10
Exams, tests                                     5     5
Personal study and work                                           89
Individual work 4 4 4 4 3 3 3 3 4 2 2 2 4 4 4 4 4 6 5     69
Group work         2 2 2 2 2 2 2 2 2       2         20
TOTAL 8 8 8 8 9 9 9 9 8 8 8 8 8 8 4 4 10 6 10     150

 

4.5. Bibliography and recommended resources

 

BB Cengel, Yunus A.. Transferencia de calor y masa : un enfoque práctico / Yunus A. Cengel ; revisor técnico Sofía Faddeva . 3ª ed. México D. F. : McGraw-Hill Interamericana, cop. 2007
BB Himmelblau, David M.. Principios básicos y cálculos en ingeniería química / David M. Himmelblau ; traducción, Roberto Luis Escalona García ; revisión técnica, Mª del Carmen Doria Serrano . 2ª ed. en español México [etc.] : Prentice-Hall Hispanoamericana, cop. 1997
BB Ibarz, Albert. Operaciones unitarias en la ingeniería de los alimentos / Albert Ibarz, Gustavo V. Barbosa-Cánovas . Madrid : Mundi-Prensa, 2005
BB McCabe, Warren L.. Operaciones unitarias en ingeniería química / Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott ; revisor técnico René Huerta Cevallos ; [traductor, Alejandro Carlos Piombo Herrera] . 7ª ed. México D. F. : McGraw-Hill Interamericana, cop. 2007
BC Coulson, John Metcalfe. Chemical engineering / J.M Coulson and J.F. Richardson. Vol. II, Particle technology and separation processes / with J.R. Backhurst y J.H. Harker . [4th. ed., repr. with revisions] Oxford [etc.] : Butterworth Heinemann, 1996
BC Hermida Bun, José Ramón. Fundamentos de ingeniería de procesos agroalimentarios / José Ramón Hermida Bun . Madrid : Mundi-Prensa : AMV, 2000
BC Incropera, Frank P.. Fundamentos de transferencia de calor / Frank P. Incropera, David P. DeWitt . 4a ed. México : Prentice Hall, 1999
BC Ingeniería de la industria alimentaria. Vol. I, Conceptos básicos / José Aguado Alonso, editor ; José Antonio Calles Martín ... [et al.]. Madrid : Síntesis, 1999
BC Ingeniería de la industria alimentaria. Vol. II, Operaciones de procesado de alimentos / Francisco Rodríguez Somolinos, editor ; José Aguado Alonso ... [et al.]. Madrid : Síntesis, 2002
BC Ingeniería de la industria alimentaria. Vol. III, Operaciones de conservación de alimentos / Francisco Rodríguez Somolinos, editor ; José Aguado Alonso ... [et al.]. Madrid : Síntesis, 2002
BC Introducción a la ingeniería química / Editor Guillermo Calleja Pardo ; Autores Guillermo Calleja Pardo...[et al.]. Madrid : Síntesis, D.L. 1999
BC Métodos experimentales en la ingeniería alimentaria / Alberto Ibarz Ribas ... [et al.] . Zaragoza : Acribia, D.L. 2000
BC Seader, J. D.. Separation process principles / J. D. Seader, Ernest J. Henley . 2nd ed. Hoboken, NJ : John Wiley & Sons, cop. 2006
BC Singh, R. Paul. Introducción a la ingeniería de los alimentos / R. Paul Singh, Dennis R. Heldman . [1ª ed. en español de la 2ª en inglés] Zaragoza : Acribia, D.L. 1997
BC Treybal, Robert E.. Operaciones de transferencia de masa / Robert E. Treybal . 2a ed. México [etc] : McGraw-Hill, 1980
BC Valiente Barderas, Antonio. Problemas de balances de materia y energía / Antonio Valiente, Rudi Primo Tlacatzin Stivalet . [1ª ed., 1ª reimpr.] México : Alhambra Mexicana, 1991 (reimpr.1997)

 

The updated recommended bibliography can be consulted in: http://psfunizar7.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?id=8097


Curso Académico: 2018/19

437 - Graduado en Ingeniería Agroalimentaria y del Medio Rural

28936 - Operaciones básicas I


Información del Plan Docente

Año académico:
2018/19
Asignatura:
28936 - Operaciones básicas I
Centro académico:
201 - Escuela Politécnica Superior
Titulación:
437 - Graduado en Ingeniería Agroalimentaria y del Medio Rural
Créditos:
6.0
Curso:
583 - Graduado en Ingeniería Agroalimentaria y del Medio Rural: 3
583 - Graduado en Ingeniería Agroalimentaria y del Medio Rural: 4
437 - Graduado en Ingeniería Agroalimentaria y del Medio Rural: 3
Periodo de impartición:
Primer semestre
Clase de asignatura:
Obligatoria
Módulo:
---

1.1. Objetivos de la asignatura

La asignatura y sus resultados previstos responden a los siguientes planteamientos y objetivos:

Los objetivos perseguidos con la impartición de esta asignatura son:

 

  • La comprensión de los conceptos fundamentales que constituyen la esencia de las operaciones básicas estudiadas.
  • El análisis de las operaciones unitarias empleando modelos físicos sencillos que reproduzcan la acción de la operación.
  • Familiarizarse con los métodos de cálculo necesarios para la resolución de las expresiones matemáticas generadas como consecuencia de la aplicación de modelos físicos a las diferentes operaciones.
  • Alcanzar una visión globalizadora que permita captar los principios básicos comunes a un grupo de operaciones, lo que contribuirá a una mayor amplitud en la comprensión de todas las operaciones.
  • El conocimiento básico de los equipos existentes para cada operación básica, su funcionamiento y aplicación.
  • El conocimiento de las peculiaridades que el hecho de que la materia que se transforma sea una sustancia alimentaria imprime a las operaciones básicas.
  • Ser capaz de elegir la operación básica más adecuada para conseguir una determinada transformación.

 

 

 

 

 

1.2. Contexto y sentido de la asignatura en la titulación

La asignatura “Operaciones Básicas I” no sólo forma parte del módulo de formación específica, sino que es una asignatura introductoria a otras obligatorias, ya que la base adquirida en la asignatura (balances de materia y energía, transmisión de calor, etc.) será continuamente utilizada, o incluso ampliada, por el resto de asignaturas vinculadas.

Las relaciones de la asignatura con las asignaturas del plan de estudios de perfil cercano y de carácter obligatorio son:

  • “Operaciones Básicas II”, donde se estudian las operaciones básicas basadas en el transporte de cantidad de movimiento y otras operaciones básicas basadas en la transferencia de calor y/o materia en las que intervienen sólidos, (secado, cristalización…).

  • “Ingeniería de las Industrias Agroalimentarias”, centrada en el estudio de balances de materia y energía con reacción química, estequiometría y cinética de la reacción química y diseño de reactores enzimáticos y biorreactores microbianos.

  • “Diseño y Optimización de Industrias Agroalimentarias”, donde se estudian fundamentos de diseño de sistemas productivos, técnicas de modelización y optimización  y simulación de procesos agroalimentarios.

  • “Equipos Auxiliares y Control de Procesos”, centrada en el estudio de la instrumentación y el control en las industrias agroalimentarias, la dinámica y el comportamiento de procesos propios de la industria agroalimentaria, y los sistemas de medición y control.

 

1.3. Recomendaciones para cursar la asignatura

Es muy conveniente que el alumnado haya superado las materias siguientes, que corresponden al módulo de formación básica del Grado: Matemáticas, Física y Química.

Es muy importante la asistencia regular a clase. El estudio y la resolución de problemas en perfecto sincronismo con las actividades en el aula, garantizan unas buenas perspectivas de éxito. Esto se consigue con una dedicación semanal constante

2.1. Competencias

Al superar la asignatura, el estudiante será más competente para...

Competencias específicas

  • Conocer, comprender y utilizar los principios de la ingeniería y tecnología de los alimentos: ingeniería y operaciones básicas de alimentos; tecnología de alimentos; procesos en las industrias agroalimentarias.

Esta competencia específica (CE.20a) recogida en la memoria del grado implicará:

  • Conocer, aplicar y resolver los balances de materia y energía para calcular los caudales, composiciones, temperaturas y necesidades energéticas de los procesos de la industria alimentaria.
  • Conocer los mecanismos de transmisión de calor y transferencia de materia, conocer los procesos de las industrias agroalimentarios y diseñar los equipos donde realizar la transferencia de materia y calor.
  • Reconocer y analizar nuevos problemas de transmisión de calor y separación y plantear estrategias para su resolución.
  • Capacidad analítica para interpretar datos de proceso un proceso industrial agroalimentario.
  • Manejar los equipos de laboratorio relacionados con operaciones unitarias en las industrias agroalimentarias.
  • Adquirir destreza en el manejo del programa EES. 
  • Asesorar científica y técnicamente a la industria alimentaria.

 

Competencias generales

  • 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
  • Ser capaces de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
  • Transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado
  • Desarrollar las habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía
  • Ser capaces de trabajar en equipo.

 

2.2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados...

  1. Enumerar y describir las formas de operación de la industria alimentaria, así como sus ventajas e inconvenientes.

  2. Plantear y resolver balances de materia y energía (sin reacción química).

  3. Estimar el valor numérico del coeficiente global de transmisión de calor y cuantificar el área de transmisión de calor necesaria para llevar a cabo una determinada operación de intercambio de calor.

  4. Determinar la capacidad y la economía de un evaporador de simple efecto.

  5. Estimar el tiempo necesario, y el calor medio retirado, para refrigerar o congelar un determinado alimento.

  6. Estimar el número de etapas y la cantidad de disolvente necesario para conseguir un determinado grado de extracción.

  7. Obtener la curva de equilibrio líquido vapor de una mezcla binaria. Calcular el número de platos de una columna de destilación.  Calcular la eficacia de cada etapa.

  8. Utilizar con soltura el programa EES para la resolución de problemas.

  9. Manejar con cierto grado de destreza, y de manera responsable, los equipos e instrumentos utilizados durante las sesiones prácticas de laboratorio.

  10. Interpretar resultados experimentales en el contexto de la asignatura y relacionarlos con los contenidos teóricos.

  11. Analizar las operaciones unitarias más importantes de la industria alimentaria empleando modelos físicos sencillos que reproduzcan la acción de la operación

  12. Elegir la o las operaciones básicas más adecuadas para la preparación, obtención, conservación y transformación de los alimentos

2.3. Importancia de los resultados de aprendizaje

Esta asignatura estudia las Operaciones Básicas, que más tarde se emplearán en los distintos procesos industriales. Se pretende que el alumno adquiera los conocimientos y habilidades necesarias para el análisis y la resolución de problemas relacionados con ciertas operaciones básicas (transmisión de calor, evaporación, extracción, etc.). Estos conocimientos y habilidades establecerán los cimientos imprescindibles para que el/la estudiante pueda abordar posteriormente el estudio de las otras asignaturas que integran el módulo de la especialidad.

Con las competencias adquiridas junto con las de las otras asignaturas de la especialidad, contribuyen a la formación de profesionales de calidad en el ámbito “Industrias Agrarias y Alimentarias”.

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

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

El sistema de evaluación será global, considerando:1 Examen de teoría y problemas, 2 Tareas y trabajos y 3 Examen de prácticas de laboratorio. Las fechas de la prueba global en las convocatorias oficiales pueden consultarse en:

 http://eps.unizar.es/academico/horarios-iamr

 

1 Examen de teoría y problemas

1ª y 2ª CONVOCATORIA

Pruebaescrita, según calendario de exámenes de la EPS, que constará de dos partes: teoría y problemas. La teoría constará de 4 preguntas teórico-practicas de desarrollo breve. Pueden ser de tipo descriptivo o de aplicación. El tiempo para realizarla oscilará entre 1 hora y 1 hora y 15 minutos. Se realizará sin  ayuda de apuntes ni libros de texto. La prueba de problemas consistirá en la resolución, con ayuda de apuntes y libros de texto, de  2 o 3 problemas de tipo similar a los mandados a lo largo del curso en las tareas. El tiempo para realizarla oscilará entre 2 horas y 30 minutos  y 3 horas.

Cada parte se calificará sobre 10, pudiendo compensarse únicamente calificaciones mínimas de 3,5. La calificación global de la prueba será ponderada entre las dos partes, teoría (40%) y problemas (60%), y no podrá ser inferior a 4 para poder ser compensada por el resto de las actividades que se evalúan. La superación de esta prueba escrita acreditará en parte el logro de los resultados de aprendizaje 1, 2, 3, 4, 5 ,6 y 7. La calificación del examen de teoría y problemas supondrá el 55% de la calificación final del estudiante en la asignatura. Superada alguna parte (teoría o problemas), la calificación solamente se conservará hasta la siguiente convocatoria oficial del curso académico correspondiente.

 

2 Tareas y trabajos

1ª CONVOCATORIA

Evaluación de las actividades: tareas individuales y trabajos (grupos de 2 estudiantes), que los estudiantes vayan entregando, en las fechas indicadas, a través de la intranet docente (http://add.unizar.es/add/campusvirtual/). Cada actividad será calificada de 0 a 10 y la calificación global será la media ponderada de todas las actividades programadas. La superación de estas actividades acreditará en parte el logro de los resultados de aprendizaje 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (tareas), 11 y 12 (trabajos).

Las tareas individuales serán problemas. La nota obtenida será la media aritmética de los problemas entregados. Habrá una tarea por bloque temático del programa.  Los trabajos (grupos de 2 alumnos) consistirán en el estudio de una operación básica (basada en la trasferencia de materia y/o calor) diferente de las expuestas en el programa de la asignatura. Se expondrán al profesor. Se evaluará el rigor con que se analiza la operación básica y la corrección en la exposición de los principios en que se fundamenta. En cuanto a las ecuaciones matemáticas y los métodos de cálculo, se evaluará positivamente su concreción en un ejemplo. Este trabajo se debe fundamentar en la realización de una síntesis de toda la información que sobre dicha operación básica se tenga. Sin embargo, debe de contener los conceptos e ideas claves para que cualquier persona ajena a su conocimiento sea capaz de entender el proceso y realizar los cálculos necesarios. No se trata de copiar un capítulo de un determinado libro sino una labor de síntesis. Se tendrá en cuenta para su calificación la variedad real de fuentes de información.

Los estudiantes que no hayan entregando a través de la intranet docente (http://add.unizar.es/add/campusvirtual/) las tareas y trabajos en las fechas programadas para la 1ª convocatoria, deberán entregar la resolución de una nueva colección de  tareas y trabajos de forma individual hasta la hora de comienzo de la prueba global de la 1ª convocatoria oficial del curso académico. Los enunciados de las nuevas tareas estarán disponibles a través de la intranet docente, con un mes de antelación a la fecha de entrega y pueden ser distintos a los planteados para entregar en fechas programadas. 

 

2ª CONVOCATORIA

Los estudiantes que suspendan en primera convocatoria y no puedan compensar (nota inferior  a 3.5 en 1ª convocatoria en esta parte), o no hayan realizado esta actividad para la 1ª convocatoria, deberán entregar la resolución de una nueva colección de  tareas y trabajos de forma individuales hasta la hora de comienzo de la prueba global de la 2ª convocatoria oficial del curso académico. Los enunciados de las nuevas tareas estarán disponibles, pudiendo ser distintos a los planteados para la 1ª convocatoria, con un mes de antelación a la fecha de entrega, a través de la intranet docente (http://add.unizar.es/add/campusvirtual).

La calificación obtenida en la parte de Tareas y Trabajos, que no podrá ser inferior a 3,5 para poder ser compensada por el resto de las actividades que se evalúan, supondrá el 25% de la calificación final del estudiante en la asignatura (10% tareas, 15 % trabajos) y, caso de estar aprobado, solamente se conservará durante el curso académico en el que se realicen las tareas y trabajos.

 

3 Examen de prácticas de laboratorio

1ª y 2ª CONVOCATORIA

Si el estudiante ha asistido a las cinco sesiones de prácticas de laboratorio programadas durante el semestre, la evaluación se llevará a cabo mediante una prueba escrita.La prueba constará de 3 preguntas (a elegir 2) sobre los fundamentos teóricos, cálculos y tratamiento de datos experimentales de las prácticas de laboratorio realizadas. La prueba escrita tendrá una duración de 1h. En la 1ª convocatoria se realizará en fecha diferente que el examen de teoría y problemas del apartado 1 y se fijará con al menos 3 semanas de antelación a su realización. En la 2ª convocatoria, si no se ha especificado al fijar la de la 1ª convocatoria, se realizará en la misma fecha que el examen de teoría y problemas del apartado 1.  En dicha prueba los estudiantes podrán consultar los informes en formato papel de las prácticas de laboratorio realizadas.

Los estudiantes que se presenten a la prueba global y no hayan realizado las prácticas de laboratorio previamente, serán convocados para la realización del examen de prácticas de laboratorio en el laboratorio 7 de la EPS, el mismo día y a distinta hora de las pruebas escritas de teoría y problemas. En la prueba, cada estudiante deberá realizar algunas de las prácticas contempladas en el programa de prácticas de laboratorio y responder un cuestionario de preguntas. Para ello, el estudiante solo podrá consultar los guiones de las prácticas. 

La superación del examen de prácticas de laboratorio acreditará en parte el logro de los resultados de aprendizaje 3, 5, 6, 7, 8, 9 y 10. La calificación obtenida, que no podrá ser inferior a 3,5 para poder ser compensada por el resto de las actividades que se evalúan, supondrá el 20% de la calificación final del estudiante en la asignatura, siendo válida durante 2 cursos académicos sucesivos.

 

Criterios de Evaluación

 

CUADRO RESUMEN DE LOS CRITERIOS DE EVALUACIÓN

 

Actividad de evaluación

Teoría y problemas

Tareas y Trabajos

Prácticas de laboratorio

Calificación para cada actividad

La nota del examen de teoría y problemas (Ntp) se determinará de la manera siguiente:

Ntp = 0,4Nt + 0,6Np

donde Nt y Np corresponden a las calificaciones obtenidas en la parte de teoría y de problemas, respectivamente.

Si Nt y/o Np < 3.5, la calificación de la prueba escrita será de suspenso. En este caso, la calificación de esta actividad será:

Ntp = MIN (Nt, Np)

La calificación de esta actividad (Ntareas) corresponderá a la media aritmética ponderada de las calificaciones obtenidas en tareas y trabajos, multiplicando la nota de las tareas por 1 y la del trabajo por 1.5.

La calificación de las prácticas de laboratorio (Nlab) corresponderá a la calificación obtenida en el examen de prácticas de laboratorio.

Calificaciones que se guardan para 2ª convocatoria

Se guarda Ntp si es ≥ 5.

Si Ntp < 5, se guarda Ntó Np si su valor es ≥ 5.

Se guarda si Ntareas ≥ 5

Se guarda si Nlab ≥ 5

CALIFICACIÓN FINAL

La calificación final de la asignatura (CF) se determinará mediante la ecuación siguiente:

CF = 0,55Ntp + 0,25Ntareas + 0,20Nlab

Para poder aprobar (CF≥5) es imprescindible que: Ntp  ≥ 4, Ntareas ≥ 3.5 y Nlab ≥ 3.5

En el caso de que no se cumplan los requisitos del apartado anterior, la calificación final se obtendrá de la manera siguiente:

Si CF ≥ 4 (obtenida mediante la ecuación anterior), la calificación final será: Suspenso (4,0)

Si CF < 4, la calificación final será: Suspenso (CF)

 

4.1. Presentación metodológica general

El proceso de aprendizaje que se ha diseñado para esta asignatura se basa en lo siguiente:

Las sesiones teóricas  presenciales consistirán, fundamentalmente, en lecciones magistrales participativas. Dentro de éstas cabe destacar las dedicadas a la resolución de problemas, en las que se promoverá la participación de los alumnos de forma más intensa que en las dedicadas a la exposición de los contenidos teóricos.

Para cada módulo, conteniendo los temas con el programa de teoría de la asignatura, se plantean una tarea individual cuyos resultados deberán ser entregados en las fechas indicadas en la intranet docente. En los trabajos se estudia en grupo una operación básica diferente de las del programa de teoría, que se expondrá al profesor. Cada grupo tendrá varias sesiones de tutoría grupal en las que irán presentando al profesor sus avances y las dificultades que les vayan surgiendo..

Las prácticas de laboratorio presenciales, consistirán en la realización,  en grupos de 2 estudiantes, de la toma de datos experimental de las prácticas contempladas en el programa de prácticas de laboratorio. Posteriormente, como actividad no presencial, se recomienda que cada estudiante elabore un informe conteniendo los resultados obtenidos en las mediciones y las respuestas a las preguntas planteadas en el correspondiente guión que, previamente a la realización de la práctica, deberá haberse leído cada estudiante.

 

4.2. Actividades de aprendizaje

El programa que se ofrece al estudiante para ayudarle a lograr los resultados previstos comprende las siguientes actividades...

  1. Teoría y Problemas: Estudio de la materia impartida en las clases de teoría y resolución de los problemas de cada tema, tanto los resueltos por el profesor en el aula, como los propuestos para que los resuelva el alumno. Los estudiantes dispondrán de las soluciones a los problemas para su autoevaluación.
  2. Tareas y trabajos en grupo: Resolución de manera individual de un problema (tarea) de cada bloque temático. Estudio en grupo de una operación básica. Estas actividades deberán entregarse a través de la intranet docente en la fecha establecida.
  3. Prácticas de Laboratorio: Se recomienda la elaboración de los informes de todas las prácticas realizadas en el laboratorio. El tiempo estimado para esta tarea será de 2 horas, aproximadamente, para cada una de las cinco prácticas que el alumno tiene que realizar.

4.3. Programa

Programa de teoría

 

Bloque temático 1: INTRODUCCIÓN

Tema 1:      INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA. Industria alimentaria e Ingeniería Química. Proceso Químico. Operaciones Unitarias. Definición. Clasificación de las operaciones básicas: según la propiedad que se transporta, según las fases implicadas, según su aplicación.  Formas de operación de la industria química. Operación intermitente y continua. Estado estacionario y estado no estacionario. Elección del tipo de proceso. Esquema de un proceso de la industria alimentaria. Magnitudes, unidades y dimensiones. Sistemas de unidades.

Tema 2: FENÓMENOS DE TRANSPORTE. Operaciones Básicas y Fenómenos de transporte. Mecanismos de Transporte. Transporte en el seno de un fluido: transporte laminar y transporte turbulento (coeficientes de transporte efectivos). Transporte entre fases. Coeficientes de transporte individuales. Coeficientes de transporte globales: aplicación a la transmisión de calor y a la transferencia de materia.

Tema 3: BALANCES DE MATERIA EN ESTADO ESTACIONARIO. ¿Qué es un balance de materia? Aplicación en la Industria Agroalimentaria. Ley de conservación de la materia: ecuación general de un balance de materia (con y sin reacción química). Balances de materia con purgas, desvíos y recirculación. Procedimiento de resolución. Introducción a los balances de materia en estado no estacionario sin reacción química.

Tema 4: BALANCES DE ENERGÍA EN ESTADO ESTACIONARIO SIN REACCIÓN QUÍMICA. ¿Qué es un balance de energía? Utilidad en la Industria Agroalimentaria. Ley de conservación de la energía: ecuación general de un balance de energía. Formas de energía: energía cinética, energía potencial, energía interna, calor y trabajo. Balance entálpico: definición de entalpía y cálculo en función de la temperatura y el estado de agregación. Resolución conjunta de balances de materia y energía.

 

Bloque temático 2: OPERACIONES BÁSICAS BASADAS EN LA TRANSMISIÓN DE CALOR

Tema 5:      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 por radiación: emisión y absorción de la radiación térmica, ley de Stefan-Boltzman, emisividad de un cuerpo gris, ley de Kirchoff. Transmisión de calor en estado no estacionario. Significado del número de Biot. Ecuación de la transmisión de calor en función de la resistencia controlante.

Tema 6: CAMBIADORES DE CALOR. Definición y tipos. Diseño de cambiadores: cambiadores de tubos concéntricos (coeficiente global constante y variable), cambiadores multitubulares (carcasa y tubos), de placas y compactos. Método de la diferencia de temperatura media logarítmica y método NUT. Detalles de los equipos. Aplicaciones en la Industria Agroalimentaria.

Tema 7: EVAPORACIÓN. Definición y ejemplos de aplicación. Características de los diferentes tipos de evaporadores. Diseño de un evaporador de simple efecto: capacidad, elevación del punto de ebullición, coeficientes de transmisión de calor y economía. Ventajas del sistema de múltiple efecto frente al de simple efecto. Disposiciones de los evaporadores multiefecto. Cálculos para evaporadores multiefecto en corriente directa. Recompresión mecánica de vapor.

Tema 8: REFRIGERACIÓN Y CONGELACIÓN. Producción de frío por compresión mecánica. Diagrama de Mollier y ciclo de Rankine. Máquina de frío: principales elementos y principios de funcionamiento. Cálculo de la carga de frío. Cálculo del tiempo de congelación: ecuación de Plank y modificaciones de la misma Descripción de los equipos más utilizados en refrigeración y congelación. Ejemplos de aplicación.

 

Bloque temático 3: OPERACIONES BÁSICAS BASADAS EN LA TRANSFERENCIA DE MATERIA

Tema 9:      FUNDAMENTOS DE LA DIFUSIÓN Y DE LA TRANSFERENCIA DE MATERIA ENTRE FASES. Transferencia de materia en una fase: mecanismos, difusión molecular (ley de Fick), convección. Transferencia de materia por difusión entre dos fases: teoría de la doble película. Coeficientes globales de transferencia de materia. Resistencia controlante en la difusión entre fases.

Tema 10:    EXTRACCIÓN. Equilibrio de extracción. Cinética de extracción. Factores que influyen en la extracción. Extracción en una etapa y en varias etapas: contacto sencillo, contacto múltiple en corriente directa y en contracorriente. Equipos de extracción. Extracción con fluidos supercríticos. Usos de la extracción en la industria agroalimentaria.

Tema 11:    DESTILACIÓN. Introducción. Equilibrio líquido-vapor de mezclas binarias. Destilación simple de mezclas binarias: destilación discontinua, destilación súbita. Rectificación de mezclas binarias.

 

Programa de prácticas

 

Práctica 1:  MANEJO DEL SOFTWARE ESS. Empleo del programa informático EES para la resolución de problemas y búsqueda de propiedades de sustancias

Práctica 2:  CAMBIADORES DE CALOR. Se dispone de un equipo diseñado para fines docentes a escala de laboratorio. Este sistema permite la utilización de tres tipos de cambiadores: tubos concéntricos, carcasa-tubos y placas. El objetivo global de esta práctica es que el alumno diferencie estado estacionario de no estacionario, valore la influencia de algunas de las variables de operación sobre el calor transmitido entre dos fluidos (agua en ambos casos) y compare la eficacia conseguida en los tres tipos de intercambiadores más comunes. Para ello el alumnado debe determinar experimentalmente el coeficiente global de transmisión de calor.

Práctica 3:  DESTILACION DISCONTINUA.  Determinación de la curva de equilibrio líquido-vapor de la mezcla etanol-butanol. El conocimiento de las relaciones de equilibrio entre ambas fases es esencial para el diseño de un proceso de destilación. Este tipo de representaciones se utilizan para la determinación del número de platos de una columna de destilación. Los datos de equilibrio líquido-vapor se obtienen experimentalmente midiendo las composiciones de la fase vapor y la fase líquida en equilibrio. La práctica consta de un sistema para obtener la curva de equilibrio y otro sistema para realizar la destilación diferencial.

Práctica 4:  EXTRACCIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO. Determinación del grado de extracción de una muestra solida en función del número de etapas o ciclos de manera teórica y experimental. A partir de la eficacia y del número de etapas teóricas calcular las etapas reales. El equipo experimental basados en un extractor tipo “soxhlet” permite trabajar con diferentes etapas de extracción.

Práctica 5:  TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN. Se estudia en esta práctica la determinación de conductividades térmicas de distintos sólidos sometidos a calentamiento en régimen estacionario. El equipo experimental dispone  de cuerpos de diferentes materiales y formas, un sistema de calentamiento y un registro continuo de temperaturas. 

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

Calendario de sesiones presenciales y presentación de trabajos

Se estima que un estudiante medio debe dedicar a esta asignatura, de 6 ECTS, un total de 150 horas que deben englobar tanto las actividades presenciales como las no presenciales. La dedicación a la misma debe procurarse que se reparta de forma equilibrada a lo largo del semestre. Con esta previsión, la carga semanal del estudiante en horas queda reflejada en el siguiente cronograma:

Tipo actividad / Semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Total
17-23 sep 24-30 sep 1-7 oct 8-14 oct 15-21 oct 22-28 oct(1) 29 oct-4 nov 5-11 nov 12-18 nov(2) 19-25 nov 26 nov-2 dic 3-9 dic 10-16 dic(3) 17-23 dic 24-30 dic 31 dic-6 ene 7-13 ene 14-20 ene 21-27 ene 28 ene-3 feb 4-10 feb
       Festivo 12 oct (vie) No lectivo 11 oct (jue)      Festivo 1 nov (jue)   Festivo 16 nov (vie)     Festivos 6 (jue) y 8 (sab) No lectivo 7 (vie)     Vac. Navidad desde 21 dic (vie) Vac. Navidad Vac. Navidad hasta 6 ene (dom)    Fin clases Sem 1:16 ene (mier). Comienzo exam 17 ene (jue) Festivo 22 ene (mar)    Fin exam 9 feb (sab)
Actividad  Presencial                                           64
Teoría 4 3 1 1 4 2 1 3 1 3 2 2 1 1               29
Problemas   1 3 3   1 1 1 1 1 2 2 1 1     2         20
Prácticas laboratorio             2   2       2 2     2         10
Trabajos en grupo                                           0
Salidas de prácticas                                           0
Tutorías ECTS                                           0
Evaluación                                      5     5
Actividad No presencial                                           86
Trabajo individual: 4 4 4 3 3 3 3 3 3 2 2 3 2 4 4 4 4 6 5     66
Trabajo en  grupo   2 2   2 2 2 2 2 2 2   2                 20
TOTAL 8 10 10 7 9 8 9 9 9 8 8 7 8 8 4 4 8 6 10     150

 

 

Para el desarrollo de la asignatura se contará con una Intranet Docente, "espacio virtual" compartido de acceso vía Internet, restringido a los profesores y estudiantes de la asignatura, utilizando un navegador estándar: (http://add.unizar.es/add/campusvirtual/). La Intranet será el principal medio de comunicación entre todos los participantes (profesores y estudiantes), y contendrá los "apuntes", los enunciados de las "tareas" y "trabajos", los guiones de las “prácticas de laboratorio” y otro material de estudio. Los resultados de las tareas, trabajos deberán ser entregados en las fechas indicadas en la Intranet. La Intranet de la asignatura se actualiza (fechas de entrega, documentos, etc.) a menudo y, por lo tanto, es muy aconsejable acceder a ella con cierta frecuencia.

 

El sistema de evaluación será global. Las fechas de la prueba escrita en las convocatorias oficiales pueden consultarse en:

http://www.unizar.es/centros/eps/titulaciones/agroalimentaria/horarios.html.

4.5. Bibliografía y recursos recomendados

 

BB Cengel, Yunus A.. Transferencia de calor y masa : un enfoque práctico / Yunus A. Cengel ; revisor técnico Sofía Faddeva . 3ª ed. México D. F. : McGraw-Hill Interamericana, cop. 2007
BB Himmelblau, David M.. Principios básicos y cálculos en ingeniería química / David M. Himmelblau ; traducción, Roberto Luis Escalona García ; revisión técnica, Mª del Carmen Doria Serrano . 2ª ed. en español México [etc.] : Prentice-Hall Hispanoamericana, cop. 1997
BB Ibarz, Albert. Operaciones unitarias en la ingeniería de los alimentos / Albert Ibarz, Gustavo V. Barbosa-Cánovas . Madrid : Mundi-Prensa, 2005
BB McCabe, Warren L.. Operaciones unitarias en ingeniería química / Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott ; revisor técnico René Huerta Cevallos ; [traductor, Alejandro Carlos Piombo Herrera] . 7ª ed. México D. F. : McGraw-Hill Interamericana, cop. 2007
BC Coulson, John Metcalfe. Chemical engineering / J.M Coulson and J.F. Richardson. Vol. II, Particle technology and separation processes / with J.R. Backhurst y J.H. Harker . [4th. ed., repr. with revisions] Oxford [etc.] : Butterworth Heinemann, 1996
BC Hermida Bun, José Ramón. Fundamentos de ingeniería de procesos agroalimentarios / José Ramón Hermida Bun . Madrid : Mundi-Prensa : AMV, 2000
BC Incropera, Frank P.. Fundamentos de transferencia de calor / Frank P. Incropera, David P. DeWitt . 4a ed. México : Prentice Hall, 1999
BC Ingeniería de la industria alimentaria. Vol. I, Conceptos básicos / José Aguado Alonso, editor ; José Antonio Calles Martín ... [et al.]. Madrid : Síntesis, 1999
BC Ingeniería de la industria alimentaria. Vol. II, Operaciones de procesado de alimentos / Francisco Rodríguez Somolinos, editor ; José Aguado Alonso ... [et al.]. Madrid : Síntesis, 2002
BC Ingeniería de la industria alimentaria. Vol. III, Operaciones de conservación de alimentos / Francisco Rodríguez Somolinos, editor ; José Aguado Alonso ... [et al.]. Madrid : Síntesis, 2002
BC Introducción a la ingeniería química / Editor Guillermo Calleja Pardo ; Autores Guillermo Calleja Pardo...[et al.]. Madrid : Síntesis, D.L. 1999
BC Métodos experimentales en la ingeniería alimentaria / Alberto Ibarz Ribas ... [et al.] . Zaragoza : Acribia, D.L. 2000
BC Seader, J. D.. Separation process principles / J. D. Seader, Ernest J. Henley . 2nd ed. Hoboken, NJ : John Wiley & Sons, cop. 2006
BC Singh, R. Paul. Introducción a la ingeniería de los alimentos / R. Paul Singh, Dennis R. Heldman . [1ª ed. en español de la 2ª en inglés] Zaragoza : Acribia, D.L. 1997
BC Treybal, Robert E.. Operaciones de transferencia de masa / Robert E. Treybal . 2a ed. México [etc] : McGraw-Hill, 1980
BC Valiente Barderas, Antonio. Problemas de balances de materia y energía / Antonio Valiente, Rudi Primo Tlacatzin Stivalet . [1ª ed., 1ª reimpr.] México : Alhambra Mexicana, 1991 (reimpr.1997)

 

La bibliografía de la asignatura se puede localizar a través de la web: http://psfunizar7.unizar.es/br13/egAsignaturas.php?id=8097