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Balance de Masa y Energía Ecuaciones Diferenciales Fisicoquímica

Pedro Luis Izquierdo QuirozApuntes24 de Mayo de 2022

2.244 Palabras (9 Páginas)151 Visitas

Página 1 de 9

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UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA

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Nombre del Programa

INGENIERÍA DE ALIMENTOS

Nombre del curso                         

TERMODINÁMICA

Facultad y Departamento

Facultad de Ingenierías

Departamento de Ingeniería de Alimentos

Código        

302122

Semestre        

V

Número de créditos

3

Carga horaria presencial semanal

5 horas

Área de conocimiento

Básica Ingeniería

Requisitos

Balance de Masa y Energía

Ecuaciones Diferenciales

Fisicoquímica

DESCRIPCIÓN DEL CURSO

  1. FUNDAMENTACIÓN

El egresado del programa de Ingeniería de Alimentos debe tener habilidades y conocimientos en describir e interpretar los procesos térmicos, el equilibrio dinámico entre fases, principios básicos que involucren los fenómenos de evaporación, refrigeración, ciclos de potencia para poder aplicarlos en los procesos y operaciones involucrados en la transformación de materia primas agropecuarias.

El sistema de conocimientos y habilidades de la asignatura satisface las necesidades de otras disciplinas y asignaturas como Operaciones Unitarias I, Operaciones Unitarias II, Diseño de Plantas, Procesos Biotecnológicos, Tecnología de Alimentos tiene salida directa al campo de acción de los procesos y tecnologías de los alimentos.  

  1. OBJETIVOS GENERALES

2

  1. Objetivos Generales Educativos

Reflexionar epistemológicamente sobre los conocimientos y la práctica en el campo de la Ingeniería de Alimentos como una alternativa para el bienestar y desarrollo de la comunidad, produciendo un profesional integral.

  1. Objetivos Generales Instructivos

Analizar las leyes de la Termodinámica y sus aplicaciones a los procesos y operaciones involucradas en la transformación y conservación de las materias primas y productos alimentarios.

  1. CONTENIDO
  1. UNIDAD DE APRENDIZAJE I: PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE LOS FLUIDOS
  1. Objetivos

Adquirir el conocimiento y la habilidad de calcular las propiedades termodinámicas (entalpía, energía interna, entropía, etc.) de las sustancias puras.

  1. Sistema de conocimiento
  • Relación entre las propiedades termodinámicas de los fluidos.
  • Propiedades termodinámicas de las sustancias de una sola fase.
  • Sistema de dos fases.
  • Tipos de diagramas termodinámicos.
  • Tabla de propiedades termodinámicas.
  • Correlaciones generalizadas      

 

  1. Sistema de habilidades
  • Interpretar diagramas termodinámicos.
  • Calcular propiedades termodinámicas de sustancias puras.

  1. UNIDAD DE APRENDIZAJE II: PROPIEDADES TERMODINÁMICAS DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS
  1. Objetivos

Desarrollar conocimientos y habilidades para cuantificar las propiedades termodinámicas de mezclas.

  1. Sistema de conocimiento
  • Relaciones de propiedades termodinámicas.
  • Propiedades molares parciales, fugacidad, coeficiente de fugacidad.
  • Cambio propiedades mezclas, efectos térmicos de mezclado.
  • Coeficiente de actividad.
  • Mezcla de gases.  

  1. Sistema de habilidades
  • Identificar las relaciones termodinámicas para mezclas gaseosas.
  • Calcular fugacidad, coeficiente de fugacidad, actividad, propiedades de las mezclas.
  • Diferenciar soluciones reales e ideales.
  1. UNIDAD DE APRENDIZAJE III: EQUILIBRIO DE FASES
  1. Objetivos

Desarrollar conocimientos para integrar las variables que determinan los procesos de equilibrio de fases, y así comprender las diferentes curvas de equilibrio que serán utilizadas en los procesos que involucren fenómenos de transferencia de materia.

  1. Sistema de conocimiento
  • Naturaleza del equilibrio.
  • Criterios del equilibrio.
  • Modelos para el cálculo del coeficiente de actividad.
  • Equilibrio Líquido – Vapor.
  • Equilibrio Líquido – Líquido.
  • Equilibrio Sólido – Gas, Sólido, Líquido.
  • Carta Psicométrica.

  1. Sistema de habilidades
  • Realizar curvas equilibrio sistema binario, líquido – vapor.
  • Comprender la carta psicométrica.
  • Determinar curvas de equilibrio de secado y de procesos transferencia de masa.
  1. UNIDAD DE APRENDIZAJE IV: CICLOS DE POTENCIA Y REFRIGERACIÓN  
  1. Objetivos

Comprender las variables involucradas en los ciclos de potencia y refrigeración y aplicarlas a los sistemas en potencia y refrigeración.

  1. Sistema de conocimiento
  • Ciclo de vapor.
  • Máquinas de combustión interior.
  • Planta de potencia de turbinas.
  • Ciclos de refrigeración (Carnot, aire, compresión vapor).
  • Elección de refrigerante.
  • Introducción al diseño de sistemas de refrigeración.
  1. Sistema de habilidades
  • Analizar los ciclos de potencia.
  • Interpretar los ciclos de refrigeración.
  • Calcular los ciclos de potencia y refrigeración.

  1. INDICACIONES METODOLÓGICAS Y DE ORGANIZACIÓN

El método de enseñanza utilizado en el desarrollo de la asignatura comprende:

  • Familiarización: clases magistrales o conferencias, donde se impartirán las bases teóricas de los diferentes temas a tratar.
  • Reproducción: se hará utilizando seminarios y análisis de artículos de revistas actualizadas que tengan metodologías nuevas de cálculos de los temas tratados.
  • Producir: se realizarán talleres en la sala de cómputo donde se programarán algoritmos de cálculos del equilibrio y de propiedades termodinámicas, se desarrollarán talleres en clase para afianzar los conocimientos adquiridos.
  • Crear: durante el curso, el estudiante desarrollará software para la determinación de curvas de equilibrio de procesos de transformación de masa en Ingeniería de Alimentos.
  1. SISTEMA DE EVALUACIÓN DEL APRENDIZAJE

Se tomarán 3 notas semestrales donde cada nota se distribuye así:

Parcial: 50%

Quices: 30%

Talleres y trabajos: 30%

BIBLIOGRAFÍA

GENCEL, Yunus y BOLES, Michael. Termodinámica. Tomo I y II. Mc Graw Hill.

ZEMANSKY, Mark y DITTMAN, Richard. Calor y termodinámica. Mc Graw Hill.

 

HOWEL, John y BUCKLUS, Richard. Principios de termodinámica para ingenieros. Mc Graw Hill.

SMITH, J. M. y VAN NESS, H. C. Introducción a la termodinámica en ingeniería química. Mc Graw Hill.

AGUILAR, J. Curso de termodinámica. Alambra.  

PROGRAMACIÓN ACADÉMICA GENERAL

SEM

COMPETENCIA

FUNDAMENTACIÓN CONCEPTUAL

METODOLOGÍA

RECURSOS

EVALUACIÓN

TOTAL (horas)

DOCENCIA DIRECTA

TIEMPO

TRABAJO INDEPENDIENTE

TIEMPO

1

Reconoce la importancia  de la termodinámica y aplicabilidad en la ingeniería de Alimentos.

Calcula datos PVT a partir de factor de compresibilidad y coeficientes viriales.

Calcula calores latentes de ebullición a partir de propiedades criticas  

Explica  y relacionar las propiedades termodinámicas y su uso en el cálculo de equilibrio de procesos físicos en ingeniería de alimentos

Sensibilización y socialización de la importancia de la termodinámica en el equilibrio físico y su aplicabilidad en la operaciones unitarias  en los procesos de ingeniería de alimentos

Desarrollo teórico y aplicación de coeficientes viriales y factor de compresibilidad en el cálculo PVT

Definir algunas relaciones termodinámicas entre U, H, A, G, S

2

2

1

Elaboración de ensayo sobre: la importancia de la termodinámica en la ingeniería de Alimentos.

Solución de taller sobre la aplicación sobre cálculos PVT  a partir de factor de compresibilidad y coeficientes viriales.

Solución de Taller sobre  el cálculo de propiedades termodinámicas en función de propiedades termodinámicas

2

1

1

Dinámica de presentación.

Presentación del programa académico.

Taller sobre cálculo de PVT.

Clase magistral

Dinámica de grupos.

Programa de asignaturas.

Textos  de termodinámica: Smith Van Ness, Prausnitz, Van Ness and Abbott, Manual del Ingeniero Químico ( Perry)

Documentos del docente

Participación.

Ensayo.

Revisión de taller.

Monitoreo del autoaprendizaje.

9

2

Explicar  y relacionar las propiedades termodinámicas y su uso en el cálculo de equilibrio de procesos físicos en ingeniería de alimentos

Interpreta los modelos  de cálculo de presión  de vapor

Información básica sobre relaciones termodinámicas, propiedades termodinámicas en una sola fase, relaciones de Maxwell

Desarrollo  de modelos  (Antoinne, Clausius- Clapeyron) de cálculo de la presión de vapor a partir de relaciones de equilibrio

2

3

Solución de Taller sobre la aplicación de las relaciones de Maxwell  en los modelos para el cálculo de propiedades termodinámicas

Desarrollo de algoritmo para el cálculo de la presión de vapor

Desarrollo de un programa para el cálculo de presiones de vapor

2

1

1

Exposición magistral.

Sala informática

Proyector

Computadores

Textos de consulta

Consultas en Internet

Participación en clases.

.

9

3

Calcula propiedades termodinámicas como entalpía, entropía, energía interna, energía libre de Helmontz, energía libre de Gibbs  de sustancias puras a partir de datos experimentales o utilizando  coeficientes viriales o factor de compresiblidad

Definición de propiedades residuales y el desarrollo de  sus modelos matemáticos.

Desarrollo de modelos para el  cálculo de propiedades  termodinámicas  a partir de las propiedades residuales y datos experimentales

2

3

 Desarrollo de Taller sobre el cálculo de propiedades termodinámicas a partir de datos experimentales

Desarrollo de Taller sobre el cálculo de propiedades termodinámicas a partir de coeficientes viriales y factor de compresibilidad

Desarrollo de un algoritmo para el cálculo de las propiedades termodinámicas del vapor de agua a partir de coeficientes viriales

2

1

1

Exposición magistral.

Taller.

Mesa redonda.

Trabajo en sala de informática

Computadores

Documentos del docente

Artículos

Informe escrito.

Revisión de taller

Informe del programa  (software)

Quíz

9

4

Interpreta qué es una propiedad molar parcial

Calcula las propiedades de un componente en una solución a partir de  datos experimentales

Conceptos sobre propiedades molares parciales

Explicación de la  Ecuación de Gibbs-Duhem y aplicación en el cálculo de propiedades de un componente en una solución

2

3

Desarrollar un programa por computador para el cálculo de las propiedades termodinámicas del vapor de agua saturado a partir de los coeficientes viriales.

Solución de Taller sobre el cálculo de las propiedades de un componente en una solución.

2

2

Clase magistral.

Taller

Taller

Textos de termodinámica

Internet

Participación.

Socialización taller.

9

5

Distingue una solución ideal y su importancia en el cálculo de las propiedades termodinámicas de soluciones reales

Calcula las entalpía de mezcla en soluciones

Conceptualizacion  teórica  sobre las  Soluciones ideales

Desarrollo teórico de Fugacidad  y su forma de calculo

Cambios de propiedades de mezcla,  definición  de actividad y

Propiedades en exceso

2

2

1

Solución de Taller sobre la distinción entre una solución ideal y una solución  no ideal.

Solución de Taller sobre el cálculo de la fugacidad de compuestos puros

Continuación con el desarrollo de software del cálculo de las propiedades termodinámicas

2

1

1

Exposición.

Clase magistral

Seminarios

Trabajo sala de informática

Textos de termodinámica

Internet

Computadores

Quiz

Participación seminarios

9

6

Estudio de temática para la preparación para el parcial.

Primer Examen Parcial

Despeje de dudas.

Aplicación del examen evaluativo.

3

2

Investigación y repaso de temática.

4

Repaso y lecturas previas.

Textos, guías de laboratorio, internet.

Examen escrito

9

7

Interpreta las propiedades de mezcla y soluciones

Calcula  de coeficiente de actividad

Estudio de los Efectos térmicos en procesos de mezclado

Desarrollo de métodos para  el  del Coeficiente de actividad

2

3

Implementación de Taller sobre la metodología de cálculo del calor desprendido o absorbido cuando se mezclan dos sustancia puras.

Desarrollo de Taller sobre el cálculo del coeficiente de actividad

2

2

Exposición magistral.

Taller

Documento docente

Artículos

Quíz.

Socialización taller

9

8

Calcula de las propiedades termodinámicas de mezclas gaseosas

Métodos de cálculo de propiedades termodinámicas  de Mezcla de gaseosos

5

Solución de Taller sobre  el cálculo de  las propiedades termodinámicas de mezclas gaseosas a partir de coeficientes viriales y factor de compresibilidad

4

Exposición magistral.

Seminario

taller

Artículos científicos

Participación en seminario.

Socialización en taller.

Documento de docente

9

9

Identifica los criterios de equilibrio físico y su naturaleza.

Utiliza las regla de las fases en la determinación de grados de libertad en los procesos de equilibrio

Fundamentación  teórica de  Naturaleza del equilibrio, Criterios de equilibrio  y Regla de las fases

5

Taller sobre la aplicación del teorema de Duhem para el cálculo de los grados de libertad en equilibrio

Desarrollo de un póster sobre los modelos fundamentales de equilibrio Liquido – vapor , sólido - vapor

2

2

Mesa redonda.

Seminarios

ensayos

Artículos científicos

Informe de

Revisión de ensayo

Participación en seminarios

9

10

Predice y simula  curvas de equilibrio ELV  a bajas presiones

 Desarrollo de Información básica y modelo para   de Equilibrio liquido vapor (ELV), Caso ideal (presiones bajas), y sus Restricciones,  Ley de Raoult, aplicaciones, curvas de equilibrio, diagramas T x y, P x y

5

Desarrollo de un algoritmo para el cálculo de diagramas T x y,  x y

Solución de Taller sobre el cálculo de la ley de Raoult

2

2

Clase magistral

Seminario.

Mesa redonda

taller

Artículos científicos

Revisión de taller.

Participación mesa redonda.

9

11

Predice y simula Curvas de equilibrio ELV a presiones moderadas

 Desarrollo de la ,información básica  teórica de los modelos de  Equilibrio liquido vapor ELV ( presiones moderadas), cálculo de diagramas T x y, P x y

5

Desarrollo de un algoritmo para el cálculo del Equilibrio liquido – vapor a presiones moderada

Implementación de un algoritmo de cálculo para determinar datos de equilibrio liquido - vapor

2

2

Clase magistral

Seminario.

Lecturas previas

Consulta Internet

Textos

Artículos científicos

Revisión de algoritmos

Participación en seminario.

Quiz

Internet

9

12

Estudio de temática para la preparación para el parcial.

Segundo Examen Parcial

Despeje de dudas.

Aplicación del examen evaluativo.

3

2

Investigación y repaso de temática.

4

Repaso y lecturas previas.

Textos, guías de laboratorio, internet.

Examen escrito

9

13

Estima criterios para determinar humedad absoluta, relativa, punto de rocío, curvas de saturación adiabática.

Resuelve problemas donde se utilice la carta psicométrica, como secado, y  humidificación

Fundamentos teóricos  sobre  los criterios básicos que determinan el equilibrio entre el agua y el aire Psicometría

Desarrollo de metodologías para adquirir destrezas en el uso de la carta psicométrica

5

Implementación de Taller para fortalecimiento de las variables que relacionan el cálculo de las propiedades del aire.

Solución de Taller sobre la resolución de problemas de aplicación del uso de la carta psicométrica

Póster sobre información de curvas de equilibrio de secado

2

1

1

Exposición magistral

Taller

Consulta  en Internet

Software

Artículos científicos

Textos

Socialización de taller

Quíz.

9

14

Reconoce los componentes básicos de un sistema de refrigeración.

Calcula  la carga de refrigeración

Interpretar los conceptos básicos sobre refrigeración

Definición de los  conceptos básicos de refrigeración, ciclos de refrigeración, toneladas de refrigeración,  refrigerante descripción de las unidades de un ciclo de refrigeración, calculo previo de la carga de refrigeración  

5

Taller sobre el reconocimiento de los componentes básicos de un ciclo de refrigeración

Taller sobre el cálculo de carga de refrigeración

2

2

Visita plantas pilotos

Grupos de discusión.

Software

Artículos científicos

Textos

Informe  visita plantas  pilotos

Participación seminario.

Socialización taller

9

15

Calcula a través de los diagramas H-S las condiciones de  un ciclo de refrigeración  y ciclo de potencia y condiciones de los equipos

Desarrollo de  cálculos para determinar  las condiciones de proceso en ciclos de refrigeración, como potencia al compresor, flujo de refrigerante y en ciclos de potencia

5

Taller para el cálculo de sistemas de refrigeración

Y ciclos de potencia

4

Taller

Seminario

Software

Artículos científicos

Textos

Socialización de taller y seminario.

9

16

Estudio de temática para la preparación para el parcial.

TercerExamen Parcial

Despeje de dudas.

Aplicación del examen evaluativo.

3

2

Investigación y repaso de temática.

4

Repaso y lecturas previas.

Textos, guías de laboratorio, internet.

Examen escrito

9

TIEMPO TOTAL SEMESTRAL (horas)  

80

64

144

...

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