Ciencias básicas de ingeniería Balance de Masa y Energía
Enviado por Lala.celis • 3 de Junio de 2017 • Tareas • 3.059 Palabras (13 Páginas) • 810 Visitas
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FACULTAD: Ingenierías | |
PROGRAMA ACADÉMICO: Ingeniería Química | |
CURSO O ASIGNATURA: Balance de Masa y Energía | |
ÁREA: Ciencias básicas de ingeniería | PERIODO ACADÉMICO: V |
CRÉDITOS ACADÉMICOS: 4 | TIPO DE ACTIVIDAD ACADÉMICA: Teórica |
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SÍNTESIS Y ALCANCE: Este curso se fundamenta en las leyes de la conservación de la materia y de la energía. Integra también conocimientos de sistemas de unidades, propiedades físico químicas, gases ideales, procesos de separación, estequiometria y termoquímica. Para los ingenieros es indispensable desarrollar y aplicar adecuadamente los balances de materia y energía para la proyección de requerimientos de materias primas, de rendimiento y de consumos energéticos en las operaciones y procesos unitarios asociados con el diseño y control de plantas de procesos físicos, químicos y petroquímicos. | |
OBJETIVO GENERAL: Desarrollar los balances de materia y de energía aplicados al diseño y operación de procesos industriales donde haya cambios físicos o químicos, estableciendo los requerimientos de materiales, de energía y los rendimientos de dichos procesos. | OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
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COMPETENCIAS DE FORMACIÓN SITUACIÓN PROBLÉMICA: ¿Cómo plantear y resolver problemas de balance de masa y de energía aplicados a procesos y operaciones unitarias, relacionados con la ingeniería química y de petróleos? COMPETENCIAS PROFESIONALES DEL PROGRAMA:
COMPETENCIA DEL CURSO: Plantea y resuelve balances de materia y de energía aplicados a procesos químicos y operaciones unitarias relacionados con la Ingeniería química y la Ingeniería de petróleos. Elementos de las competencias del curso:
Conceptos claves del curso:
Relación de los Conceptos claves con las Competencias específicas del Programa: Dentro de la Ingeniería Química se contempla como competencia Diseñar, operar y controlar procesos de transformación de producto y servicios; y en ese aspecto el balance de materia y de energía tiene un papel fundamental para determinar las cantidades, composiciones y flujos de las corrientes involucradas en dicho proceso, además de sus requerimientos energéticos. Estos procesos no son exclusivos de la ingeniería química, sino también hacen parte del ámbito de la ingeniería de petróleos, sobre todo en el entorno de las facilidades de producción y en refinería. Para ello, el ingeniero debe interpretar y analizar diagramas de procesos; plantear las condiciones del mismo; definir y entender qué tipo de operación unitaria o de reacción química se requiere, aplicando conceptos de las variables de proceso asociadas. |
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Semana | Ejes de Formación | Elementos de competencia | Acciones | Criterios de Evaluación | Evidencias | |
De Acompañamiento | De Trabajo autónomo | |||||
1 | Presentación Y Variables de proceso | Aplica los factores de conversión de unidades en las cantidades y composiciones de los materiales. | Se hará entrega y socialización del syllabus: presentación de los objetivos, competencias a desarrollar, planeación y sistema de evaluación del curso. Se harán preguntas aleatorias para respuesta individual. | Lectura 1: páginas 44 a 64. Principios elementales de los procesos químicos. Felder, 3ª. Edición. | Con base en el texto leído los estudiantes elaboran un resumen con ideas clave, sobre: densidad, volumen específico, densidad relativa, velocidades de flujo másico, molar y volumétrico, presión y temperatura; composición y concentración. | Resumen de la lectura. |
2 | Variables de proceso: Flujos, Porcentajes y fracciones de masa y molares Relaciones de composiciones | Calcula e interpreta las propiedades de mezclas de materiales en diferentes procesos. | A partir de la lectura realizada, se realizará solución de dudas y explicación de ejemplos seleccionados. Se llevará a cabo un Taller en parejas. | Lectura 2: Páginas 191 a 199 del Felder. Ejercicios 3.14 a 3.17; 3.19; 3.22, 3.23; 3.28; 3.32 y 3.48 del Felder. | Con base en el texto leído los estudiantes elaboran un resumen con ideas principales sobre: ecuación de estado de los gases ideales; presión y temperatura estándar; efecto de T y P sobre flujo volumétrico; y, mezclas de gases ideales. | Ejercicios sobre Mezclas de gases ideales. Resumen de la lectura. |
3 | Gases Ideales. Mezclas de gases ideales. Ley de presiones parciales | Calcula e interpreta las propiedades de mezclas de materiales en diferentes procesos. | Partiendo de la lectura realizada, se resolverán dudas y se dará explicación a ejemplos seleccionados. Se evaluará la participación individual por medio de preguntas aleatorias. | Ejercicios 5.5 a 5.12 y 5.16 del Felder. Lectura 3: Balance de Materia para ingenieros químicos. Néstor Gooding Garavito. 7ª. Edición. Problemas resueltos N°. 3.14 a 3.18; y páginas 240 a 252 del Felder, 3ª. Edición | Con base en el texto leído los estudiantes elaboran un resumen con ideas clave, sobre: diagramas de fase; ecuación de Clausius – Clapeyron; relación entre presión de vapor y temperatura; y, balance de materia en torno a un condensador | Ejercicios sobre mezclas gas vapor. Resumen de la lectura. |
4 | Mezclas gas-vapor. Presión de Vapor. Saturación parcial. Carta psicrométrica. Balance de materia en un condensador. | Calcula e interpreta las propiedades de mezclas de materiales en diferentes procesos. | Haciendo uso del video beam se demostrará el uso de la carta psicrométrica comparando los resultados con los obtenidos por medio de tablas. Se desarrollará un Taller en grupo. | Ejercicios propuestos del Gooding, 4.1 a 4.20 Ejercicios propuestos del Felder, 6.13; 6.15 – 6.19; 6.22 y 6.27 | Debe resolver paso a paso, los ejercicios propuestos. Debe incluir el análisis de grados de libertad. | Ejercicios sobre balance en condensadores. |
5 | PRIMER corte. | Presentación del parcial: 20% | Presentación de los ejercicios y los resúmenes: 10% | Resuelve correctamente los ejercicios propuestos. Aplica los conceptos clave de este corte. | ||
6 | Introducción al balance de materia: Base de cálculo, ecuaciones, análisis de grados de libertad Balance de materia en operaciones de mezcla | Determina grados de libertad de un proceso. Desarrolla el balance de materia en procesos con y sin transformación química, con recirculación, derivación o purga. | Con base en la lectura realizada, se resolverán dudas y se realizará explicación de ejemplos seleccionados. Se desarrollará un Taller en grupo. | Resolver ejercicios 4.5; 4.7; 4.10 y 4.11; del Felder y 5.47 – 5.49; 5.51 a 5.57 del Gooding. | Debe resolver paso a paso, los ejercicios propuestos. Debe incluir el análisis de grados de libertad. | Ejercicios sobre balance en operaciones de mezclado. |
7 | Balance de materia en operaciones de separación: secado, evaporación, cristalización, condensación, destilación, extracción. Ejercicios con operaciones unitarias | Determina grados de libertad de un proceso. Desarrolla el balance de materia en procesos con y sin transformación química, con recirculación, derivación o purga. | A partir de la lectura realizada, se realizará solución de dudas y explicación de ejemplos seleccionados. Se evaluará la participación individual por medio de preguntas aleatorias. | Resolver ejercicios 5.61 a 5.90 del Gooding. Leer y revisar detalladamente páginas 104 a 107 del Felder. | Debe resolver paso a paso, los ejercicios propuestos. Debe incluir el análisis de grados de libertad. Debe presentar un resumen detallado de la lectura propuesta. | Ejercicios sobre balance en diferentes operaciones unitarias, en unidades simples. Resumen de la lectura. |
8 | Balance de materia en procesos con múltiples etapas | Determina grados de libertad de un proceso. Desarrolla el balance de materia en procesos con y sin transformación química, con recirculación, derivación o purga. | Partiendo de la lectura realizada, se realizará solución de dudas y explicación de ejemplos seleccionados. Se llevará a cabo un Taller en parejas. | Resolver ejercicios 5.91; 5.94 a 5.104 del Gooding. Y 4.28 – 4.30 del Felder. Lectura páginas 110 a 116 del Felder y páginas 169 a 172 del Gooding. | Debe resolver paso a paso, los ejercicios propuestos. Debe incluir el análisis de grados de libertad. | Ejercicios sobre balance en diferentes operaciones unitarias, en unidades simples. |
9 | Operaciones con recirculación y derivación | Determina grados de libertad de un proceso. Desarrolla el balance de materia en procesos con y sin transformación química, con recirculación, derivación o purga. | Con base en la lectura realizada, se resolverán dudas y se realizará explicación de ejemplos seleccionados. Se desarrollará un Taller en grupo. | Repasar el contenido del curso durante este corte, para el parcial. Inventar y resolver 5 ejercicios de Unidades Múltiples con y sin recirculación | Debe repasar el contenido del corte, revisando los ejercicios propuestos y los desarrollados en clase. Debe inventar y resolver como mínimo, cinco ejercicios de todo el tema, incluyendo el análisis de grados de libertad. | Ejercicios sobre balance de materia sin reacción química |
10 | SEGUNDO corte. | Presentación del parcial: 20% | Presentación de los ejercicios y los resúmenes: 10% | Resuelve correctamente los ejercicios propuestos. Aplica los conceptos clave de este corte. | ||
11 | Estequiometria. Reactivo límite, porcentaje de pureza, porcentaje de rendimiento, conversión. Grado de avance. | Determina grados de libertad de un proceso. Desarrolla el balance de materia en procesos con y sin transformación química, con recirculación, derivación o purga. | A partir de la lectura realizada, se resolverán dudas y se desarrollará ejemplos seleccionados. Se evaluará la participación individual por medio de preguntas aleatorias. | Leer detalladamente páginas 123 a 127 del Felder incluyendo el ejemplo 4.6.3 Resolver ejercicios 6.55 a 6.60 del Gooding y 4.39; 4.40; 4.42 y 4.43 del Felder. | Con base en el texto leído los estudiantes elaboran un resumen con ideas clave, sobre: rendimiento, selectividad, reacciones múltiples; balances moleculares, balances atómicos y balances por grado de avance. | Resumen de la lectura. |
12 | Balances de materia con múltiples reacciones químicas Selectividad, balances, solución de problemas. | Determina grados de libertad de un proceso. Desarrolla el balance de materia en procesos con y sin transformación química, con recirculación, derivación o purga. | Con base en la lectura realizada, se resolverán dudas y se orientará la solución de ejemplos seleccionados, para desarrollar de manera grupal. | Lectura páginas 128 a 134 del Felder para la segunda mitad de la semana. Resolver ejercicios 4.50 y 4.51 del Felder y 6.79 a 6.81 del Gooding. Lectura detallada de las páginas 135 a 139 del Felder para la siguiente semana. | Deben presentar un resumen con ideas sobre conversión global, conversión por paso, recirculación y purga; separación de productos y reactivos sin reaccionar. Debe resolver paso a paso, los ejercicios propuestos. Debe incluir el análisis de grados de libertad. | Ejercicios sobre estequiometria de reacciones múltiples. Resumen de la lectura. |
13 | Balances de materia con reacción química en múltiples unidades de proceso. Balances de materia en procesos con reacción, derivación, recirculación y purga. | Determina grados de libertad de un proceso. Desarrolla el balance de materia en procesos con y sin transformación química, con recirculación, derivación o purga. | Partiendo de la lectura realizada, se realizará solución de dudas y explicación de ejemplos seleccionados. Se llevará a cabo un Taller en parejas | Resolver ejercicios 4.55 a 4.60 del Felder y 6.86 a 6.91 del Gooding. Lectura páginas 315 a 322 del Felder para la siguiente semana. | Con base en el texto leído los estudiantes elaboran un resumen con ideas clave, sobre: ecuación general de balance de energía; clases de sistemas; procesos; entalpía; energía interna y calores específicos. Debe resolver paso a paso, los ejercicios propuestos. Debe incluir el análisis de grados de libertad. | Resumen de la lectura. Ejercicios sobre procesos reactivos con recirculación y purga. |
14 | Introducción a los balances de energía sin reacción química. Balances de energía en evaporadores, condensadores, intercambiadores de calor y torres de destilación | Determina grados de libertad de un proceso. Identifica las propiedades termoquímicas integradas en los balances de energía. Estima los requerimientos energéticos de una operación y/o proceso unitario. | Haciendo uso del video beam se presentará un resumen de la teoría y se demostrará el uso de hojas de cálculo para resolver estos tipos de problemas. Se orientará la realización de un Taller en grupo. | Lectura páginas 361 a 373 del Felder para la segunda mitad de la semana. Resolver ejercicios 7.4 a 7.13 del Felder Para la segunda mitad de la semana. Resolver ejercicios 8.5; 8.7; 8.9; 8.14 y 8,16 para la siguiente semana. Lectura páginas 341 a 351 del Felder para la siguiente semana. | Con base en el texto leído los estudiantes elaboran un resumen con ideas clave, sobre: balance de energía en procesos no reactivos. Debe resolver paso a paso, los ejercicios propuestos. Debe incluir el análisis de grados de libertad. | Resumen de la lectura. Ejercicios sobre balances de energía en procesos no reactivos de unidades simples. |
15 | Balances independientes de materia y de energía en procesos con reacción química. | Determina grados de libertad de un proceso. Identifica las propiedades termoquímicas integradas en los balances de energía. Estima los requerimientos energéticos de una operación y/o proceso unitario. | Con ayuda del video beam se presentará un resumen de la teoría y se emplearán hojas de cálculo para resolver ejemplos seleccionados. Se orientará la realización de un Taller en grupo. | Lectura páginas 451 a 459 para la segunda mitad de la semana. Ejercicios 9.4; 9.5 y 9.7 del Felder para la segunda mitad de la semana. Lectura páginas 459 a 461 del Felder y revisión detallada del ejemplo 9.5.5. Para la siguiente semana. Ejercicios 9.11 y 9.14 del Felder. | Debe resolver paso a paso, los ejercicios propuestos. Debe incluir el análisis de grados de libertad. Con base en el texto leído los estudiantes elaboran un resumen con ideas clave: balance de energía en procesos reactivos simples; calor de reacción; reacciones exotérmicas y endotérmicas; flujo de calor hacia o desde el reactor; procesos reactivos adiabáticos; temperatura de llama adiabática. | Ejercicios de balances de energía en procesos reactivos en unidades simples. Resumen de la lectura. |
16 | Balances simultáneos de materia y energía en procesos con reacción química. | Determina los requerimientos de materiales, cantidades de productos y calidades obtenidas, además de los flujos energéticos en un proceso determinado. | Haciendo uso del video beam se presentará un resumen de la teoría y se demostrará el uso de hojas de cálculo para resolver estos tipos de problemas. Se orientará la realización de un Taller en grupo. | Control de lectura en grupos Realizar el ejercicio 9.33 del Felder para la segunda mitad de la semana. | Debe resolver paso a paso, el ejercicio propuesto. Debe incluir el análisis de grados de libertad. | Ejercicios sobre balances simultáneos de materia y energía. |
17 | EXAMEN FINAL | Presentación del parcial: (30%). | Presentación de los ejercicios y los resúmenes: 10% | Resuelve correctamente los ejercicios propuestos. Aplica los conceptos clave de este corte. |
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