Operaciones Unitarias y Laboratorio

UNIVERSIDAD JUÁREZ AUTÓNOMA DE TABASCOUNIDAD CHONTALPA

DIVISIÓN ACADÉMICA DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURAKm. 1 Carr. Cunduacán-Jalpa de Méndez. Tel/Fax (0191433) 6-09-40

LICENCIATURA: INGENIERÍA QUÍMICA

Asignatura: Operaciones Unitarias y Laboratorio

Área: Sustantiva Profesional Sub-area: Aplic. de las ciencias de la Ing. Química

Horas Prácticas: 3 Horas/Semana Horas Teóricas: 3 Horas/Semana

Créditos: 9

Asignaturas Prerrequisitos: Transferencia de masa y laboratorio.

PRESENTACIÓNEsta asignatura es considerada como sustantiva profesional para la formación del Ingeniero Químico. Sus principales tópicos son la humidificación, secado, evaporación y cristalización. En estas operaciones unitarias intervienen en forma simultánea la transferencia de calor y masa. La humidificación es importante cuando se tienen procesos en los que se requiere enfriar una corriente de agua caliente proveniente de etapas previas, en la eliminación de humedad del aire, etc. El secado de sólidos es fundamental en varias industrias químicas, por ejemplo, en la industria alimenticia el deshidratado de alimentos representa un medio de conservación de los mismos. La evaporación juega un papel interesante cuando se requiere concentrar soluciones diluidas como jugo de caña, leche, soluciones salinas, etc. La cristalización parte de una solución concentrada para lograr la formación de cristales.En algunas industrias químicas estas operaciones resultan fundamentales para su desarrollo, entre las que se puede mencionar, la industria azucarera; en las que la evaporación y la cristalización son la parte medular de sus procesos y obtención de sus productos.

OBJETIVO GENERALAplicar la transferencia de calor y masa al diseño y/o análisis de procesos de humidificación, secado, evaporación y cristalización, así como, la identificación de los principales equipos asociados a dichos procesos. Además, se fomentará el uso de las habilidades intelectuales (observación, abstracción, análisis, síntesis, creatividad), valores

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éticos y ecológicos, para que el alumno relacione activamente el papel de la asignatura en la industria química y en su formación cognitiva, y le permitan establecer el potencial profesional que puede desarrollar.

METODOLOGÍA GENERAL1. Planeación de la enseñanza y de la evaluación del aprendizaje por parte del mediador

de la materia.2. Indicar a los estudiantes las habilidades que la materia fortalecerá para el perfil de

egreso.3. Establecer los indicadores de evaluación.4. Diagnóstico para determinar el grado de habilidades que posee el estudiante y que

son necesarias para el curso.5. Diagnóstico para determinar las formas de aprendizaje de los estudiantes y que serán

tomadas para rediseñar las estrategias de aprendizaje.6. El proceso educativo estará basado en:

-Aprender aprender, aprender hacer, aprender ser y aprender a convivir.-Enfoque a aprendizaje.-Fomento al desarrollo de habilidades de autoaprendizaje.-Evaluación centrada en aprendizajes y habilidades desarrolladas.

CONTENIDOS TEMÁTICOSUNIDAD I.- FUNDAMENTOS DE HUMIDIFICACIÓN1.1. Definición de humidificación y deshumidificación.1.2. Propiedades psicrométricas del sistema aire-vapor.

1.2.1. Humedad absoluta.1.2.2. Humedad relativa.1.2.3. Humedad porcentual.1.2.4. Volumen húmedo.1.2.5. Calor húmedo.1.2.6. Temperatura de rocío.1.2.7. Temperatura de saturación adiabática.1.2.8. Temperatura de bulbo húmedo y seco.

1.3. Uso de la carta psicrométrica.1.4. Mecanismos de interacción gas-líquido.1.5. Ecuaciones para contacto gas-líquido.1.6. Torres de enfriamiento.

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OBJETIVO: RESULTADO:Identificar y calcular las propiedades de los sistemas gas/vapor involucrados en los procesos de humidificación, así como, interpretar los mecanismos de transferencia de masa y calor de los sistemas gas/vapor; para aplicarlos en la determinación de la altura de las torres de enfriamiento.

1. Identificar las principales propiedades de los sistemas gas/vapor.

2. Aplicar ecuaciones apropiadas para el cálculo de las propiedades de los sistemas gas/vapor.

3. Evaluar las propiedades del sistema aire/vapor de agua a partir de la carta psicrométrica.

4. Distinguir los mecanismos de interacción gas/líquido derivados de la transferencia simultánea de masa y calor.

5. Estimar la altura de una torre de enfriamiento.

METODOLOGÍA DEL TRABAJOESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA RECURSOS DIDACTICOS

1. Lectura de literatura relacionada con el tema de humidificación.

2. Realización de trabajos bibliográficos (ejemplo: equipos relacionados con la humidificación, características y usos).

3. Construcción de una carta psicrométrica.

4. Exposición oral tanto por el mediador como por el estudiante.

5. Realización de prácticas de laboratorio.

6. Realización de problemas cerrados.7. Realización de problemas abiertos.8. 8-Trabajo en equipo.

Pintarrón. Proyector de acetatos. Cañón. Computadora. Software: Excel, MathCad, polymath,

gnuplot, etc.

CRITERIOS DE EVALUACIÓNTrabajos de investigación 15%Tareas 15%1er examen parcial o departamental 70%

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CONTENIDOS TEMÁTICOSUNIDAD II.- INTRODUCCIÓN AL SECADO

2.1. Definición de secado y su relación con otras operaciones de transferencia de calor y masa.

2.2. Conceptos relacionados con el secado.2.2.1.Humedad en base húmeda.2.2.2.Humedad en base seca.2.2.3.Humedad no ligada.2.2.4.Humedad ligada.2.2.5.Humedad de equilibrio.2.2.6.Humedad libre.2.2.7.Curva de humedad vs tiempo.2.2.8.Curva de velocidad de secado vs humedad.2.2.9.Velocidad de secado constante.2.2.10. Periodo de velocidad de secado constante.2.2.11. Periodo de velocidad de secado decreciente.

2.3. Contenido de humedad de equilibrio.2.3.1.Sólidos insolubles.2.3.2.Sólidos solubles

2.4. Clases de materiales según su comportamiento en el secado.2.5. Movimiento de humedad.

2.5.1.Mecanismo de difusión.2.5.2.Mecanismo capilar.

2.6. Tipos de secadores.2.7. Secado por lotes.

2.7.1.Mecanismos de secado por lotes.2.7.2.Cálculo del tiempo de secado en el periodo de velocidad de secado

constante.2.7.3.Cálculo del tiempo de secado en el periodo de velocidad de secado

decreciente.2.7.4.Secado con flujo de aire paralelo a la superficie de secado.2.7.5.Secado con flujo de aire perpendicular a la superficie de secado.

2.7.6.Efectos de la transferencia de calor por convección, conducción y radiación sobre el secado.

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2.7.7.Medición de datos experimentales de un proceso de secado.2.8. Secado continuo.

OBJETIVO: RESULTADO:Interpretar los principios que rigen en el secado para aplicarlos eficientemente en su análisis y evaluación.

1. Identificar los mecanismos en los que se da el movimiento de humedad a través del sólido.

2. Interpretar los principales periodos de secado de sólido, a través de curvas de velocidad de secado.

3. Estimar tiempos de secado a partir de la información reportada en la curva de secado.

4. Analizar los efectos de transferencia de calor por conducción, convección y radiación sobre el secado de un sólido.

5. Identificar los principales tipos de secadores, su modo de operación y sus principales usos.


1. Lectura de literatura relacionada con evaporación y cristalización.

2. Realización de trabajos bibliográficos (ejemplo: tipos de evaporadores y/o cristalizadores, características y usos).

3. Visita a un ingenio azucarero.4. Exposición oral tanto por el mediador

como por el estudiante.5. Realización de prácticas de

laboratorio.6. Realización de problemas cerrados.7. Realización de problemas abiertos.8. Trabajo en equipo.


gnuplot, etc.

CRITERIOS DE EVALUACIÓNTrabajos de investigación 15%Tareas 15%2º. Examen parcial o departamental 70%

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CONTENIDOS TEMÁTICOS3. Evaporación

3.1. Clasificación y aplicación industrial.3.2.3.3. Factores que afectan la operación de evaporación.3.4. Balances de materia y energía en un evaporador simple.3.5. Diseño térmico de un evaporador simple (consumo de vapor de agua, área de

transferencia de calor, capacidad y economía del sistema).3.6. Sistema de evaporación en múltiple efecto.

3.6.1. Tipos de alimentación.3.6.2. Balances de materia y energía.3.6.3. Diseño térmico (consumo de vapor de agua, área de transferencia de

calor, capacidad y economía del sistema).3.7. Equipos auxiliares.3.8. Definición, importancia y aplicación de la cristalización.,3.9. Fundamentos de cristalización.3.10. Equipos utilizados en la operación de cristalización.

OBJETIVO: RESULTADO:Aprender el cálculo de las dimensiones (área de calentamiento) de un evaporador de simple y múltiple efecto, así como el efecto que tiene tipo de alimentación y la presencia de la elevación del punto de ebullición. Se identificarán los principales equipos auxiliares de la evaporación. Además, se reconocerán los principios de masa y calor involucrados en el proceso de la cristalización.

1. Identificar los tipos de evaporadores.2. Identificar las principales

características existentes en los evaporadores de simple y de múltiple efecto.

3. Diseñar un evaporador de simple efecto (área de calentamiento, economía del vapor, efecto de la elevación del punto de ebullición, etc.)

4. Diseñar un evaporador de múltiple efecto a corriente directa (área de calentamiento, economía del vapor, efecto de la elevación del punto de ebullición, etc.).

5. Diseñar un evaporador de múltiple efecto a contracorriente (área de calentamiento, economía del vapor, efecto de la elevación del punto de ebullición, etc.)

6. Aplicar las gráficas de Dühring y las curvas de entalpía-concentración.

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7. Reconocer los principales equipos auxiliares involucrados en la evaporación.

8. Conocer los principios que rigen la cristalización.

9. Identificar los tipos de cristalización.


1. Lectura de literatura relacionada con evaporación y cristalización.

2. Realización de trabajos bibliográficos (ejemplo: tipos de evaporadores y/o cristalizadores, características y usos).

3. Visita a un ingenio azucarero.4. Exposición oral tanto por el mediador

como por el estudiante.5. Realización de prácticas de laboratorio.6. Realización de problemas cerrados.7. Realización de problemas abiertos.8. Trabajo en equipo.


gnuplot, etc.

CRITERIOS DE EVALUACIÓNTrabajos de investigación 15%Tareas 15%3º. Examen parcial o departamental 70%

BIBLIOGRAFÍA Geankoplis, C. J., 1999. Procesos de transporte y operaciones unitarias. Ed.

CECSA. 3ra. Edición. Treybal, R. E. 1986. Operaciones de transferencia de masa. Ed. McGraw-Hill. 2da.

Edición. Foust, A., Wenzel, L. A., Clump, C. W., Maus, L., y Andersen, L. B. 2001. Principios

de operaciones unitarias. Ed. CECSA. Valiente-Barderas, A. 2002. Problemas de transferencia de calor. Ed. Limusa-

Noriega editores. Kern, D. Q. 1999. Procesos de transferencia de calor. Ed. CECSA.

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Reid, R. C., Prausnitz, J. M. y Poling, B. E., 1987. The properties of gases and liquids. Ed. McGraw-Hill. 4ª.edición.

Responsable: Dr. Juan Barajas Fernández

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