Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Agrícola de Ciudad Real

61111 OPERACIONES BÁSICAS

Asignatura Troncal Créditos 9 6 teóricos + 3 prácticos Créditos ECTS 8.0 Carácter Anual Área de conocimiento: Ingeniería Química Profesorado Dra. Rocío Gómez Gómez Dra. Amaya Romero Izquierdo

OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA

Conocer las técnicas de resolución de los Balances de Materia y Energía de los procesos industriales. Conocer los fundamentos de los Fenómenos de Transporte que rigen las Operaciones Básicas. Conocer los fundamentos y las ecuaciones de diseño de las distintas Operaciones Básicas. Ser capaz de calcular y dimensionar los equipos correspondientes a las Operaciones Básicas necesarias que intervienen en

una Industria Agroalimentaria. COMPETENCIAS Y DESTREZAS TEÓRICO-PRÁCTICAS A ADQUIRIR POR EL ALUMNO Competencias profesionales vinculadas a los perfiles profesionales siguientes:

Ingeniería de las instalaciones agroalimentarias Control, mantenimiento y optimización de equipos e instalaciones

Destrezas profesionales:

Conocimiento de los fenómenos de transporte que rigen las Operaciones Básicas (Transferencia de cantidad de movimiento, calor y materia) así como los fundamentos y ecuaciones de diseño de las distintas operaciones básicas que integran un proceso de elaboración de productos agroalimentarios.

Diseñar y dimensionar líneas de procesado e instalaciones auxiliares de las distintas industrias agroalimentarias, así como el mantenimiento preventivo y correctivo de las mismas.

TEMARIO TEÓRICO-PRÁCTICO PROGRAMA TEÓRICO: Consta de seis bloques temáticos en función a los Fenómenos de Transporte que controlan cada una de las Operaciones Básicas estudiadas en la asignatura. I.- Principios Generales. TEMA 1: Introducción y conceptos generales en Ingeniería Química. Introducción a la Ingeniería Química.- Principios fundamentales que rigen las Operaciones Basicas: Transferencia de cantidad de movimiento, transferencia de energía y transferencia de materia.- Balances de Materia y Energía: Planteamiento y métodos de resolución. II.- Transferencia de Cantidad de Movimiento. Operaciones Básicas controladas por la transferencia de la cantidad de

movimiento. TEMA 2: Fluidos: Principios generales. Introducción.- Estática de fluidos: Concepto de presión y Medidores de presión.- Dinámica de fluidos: Teorema de continuidad y Principio de conservación de la energía.- Comportamiento reológico de los fluidos: Ley de Newton, tipos de fluidos y medidores de viscosidad. TEMA 3: Flujo de fluidos. Introducción.- Transporte de fluidos: Tipos de flujo (laminar y turbulento).- Resistencia al flujo en conducciones cilíndricas.- Medidores de flujo. TEMA 4: Centrifugación. Introducción.- Movimiento de partículas sólidas bajo la acción de un campo centrífugo.- Separación de líquidos inmiscibles.- Tipos de centrífugas.- Aplicaciones de la centrifugación en la industria Alimentaria. TEMA 5: Clarificación de gases. Introducción.- Principios que rigen la clarificación de gases.- Equipos para la clarificación de gases. TEMA 6: Filtración. Introducción.- Teoría de la filtración: Filtración a presión constante, filtración a caudal constante y tortas compresibles.- Práctica de la filtración: Medios filtrantes y coadyuvantes de filtración.- Equipos de filtración.- Aplicaciones de la filtración en la Industria Alimentaria. TEMA 7: Agitación, mezcla y emulsificación. Introducción.- Tipos de mezclas.- Agitación: Conceptos generales, potencia necesaria para la agitación, criterios de semejanza y tipos de agitadores.- Mezcla: Conceptos generales, mezclado de sustancias viscosas, mezclado de sólidos y tipos de

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mezcladoras.- Emulsificación: Conceptos generales, tensión interfacial, estabilidad de las emulsiones y aparatos.- Aplicaciones en la Industria Alimentaria. III.- Transmisión de calor. Operaciones Básicas controladas por la transmisión de calor. TEMA 8: Transmisión de calor Introducción.- Transmisión de calor por conducción: Ecuación de Fourier, conducción en estado estacionario y resistencias térmicas en serie.- Transmisión de calor por convección: Tipos de convección, módulos adimensionales.- Transmisión de calor por radiación: Ley de Kirchhoff, Ley de Stephan-Boltzmann. TEMA 9: Intercambiadores de calor. Introducción.- Diferencia media de temperaturas.- Determinación de los coeficientes medios de película.- Cálculo del área de intercambio.- Tipos de intrcambiadores. TEMA 10: Evaporación. Introducción.- Mecanismo de la transmisión de calor en los evaporadores: Coeficientes de transmisión de calor y factores que influyen sobre el coeficiente de transmisión de calor.- Factores que influyen sobre el punto de ebullición de la disolución.- Características de la disolución a evaporar.- Cálculo de evaporadores: evaporadores de efecto simple y evaporadores de múltiples efectos.- Tipos de evaporadores.- Aplicaciones de la evaporación en la Industria Alimentaria. IV.- Transferencia de materia. Operaciones Básicas controladas por la transferencia de materia. TEMA 11: Transferencia de materia. Introducción.- Transferencia de materia por difusión: Ley de Fick, Difusividad.- Transferencia de materia entre fases: Teoría de la doble película y teoría de penetración de Higbie.- Coeficientes de transferencia de materia. TEMA 12: Destilación y rectificación. Introducción.- Equilibrio líquido-vapor.- Destilación cerrada o de equilibrio.- Destilación abierta o diferencial.- Rectificación: Cálculo del número de platos necesarios por el método de McCabe-Thiele, Equipos para la rectificación (Columnas de platos y de relleno).- Aplicaciones en la Industria Alimentaria. TEMA 13: Lixiviación. Introducción.- Transferencia de materia en la lixiviación: Velocidad de extracción y Factores que influyen sobre la velocidad de extracción.- Cálculo de las operaciones de lixiviación.- Equipos para la extracción.- Aplicaciones de la lixiviación en la Industria Alimentaria. TEMA 14: Separaciones por membranas: Ultrafiltración y Osmosis Inversa. Introducción.- Transferencia de materia en los procesos de separación por membranas: Fuerzas impulsoras y mecanismos de transporte.- Tipos de membranas.- Equipos para los procesos de separación por membranas.- Aplicaciones en la Industria Alimentaria. V.- Operaciones Básicas controladas por la transferencia de materia y la transmisión de calor. TEMA 15: Secado y liofilización. Introducción.- Velocidad de secado: Periodo de velocidad constante, periodo de velocidad decreciente y cálculo del tiempo necesario para el secado.- Efectos del secado sobre los productos agroalimentarios.- Equipos para el secado.- Liofilización: Definición y consideraciones generales y tipos de liofilizadores.- Aplicaciones en la Industria Alimentaria. TEMA 16: Cristalización. Introducción.- Sobresaturación y equilibrio.- Cinética de la cristalización: Velocidad de nucleación, velocidad de crecimiento de los cristales y distribución de tamaño de los cristales.- Equipos para la cristalización.- Aplicaciones en la industria alimentaria. PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO: Las Prácticas de Laboratorio programadas para esta asignatura son las siguientes: 1.- Rectificación 2.- Agitación 3.- Comportamiento reológico de fluidos 4.- Filtración 5.- Lixiviación 6.- Sedimentación 7.- Construcción de diagramas de Dhüring 8.- Evaporación. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Se calificará sobre 100 puntos distribuidos de la forma siguiente:

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Asistencia: Hasta 10 ptos., siendo necesario asistir a un mínimo del 60 % de las clases teóricas y de seminario. Laboratorios: Hasta 15 ptos., siendo necesario para ello obtener más de 10 ptos. en la calificación del cuaderno de prácticas. Seminarios: Hasta 15 ptos., en la realización de los casos prácticos propuestos para cada alumno a lo largo del curso en las

clases de seminario.

Examen: Hasta 60 ptos. Con las condiciones siguientes: - La calificación de cada control o examen final será la nota media entre teoría y problemas siempre que se alcance

como mínimo 4 puntos (sobre 10) en cada una de las partes. - Los controles serán compensables entre sí siempre que la nota media sea superior a 4 puntos (sobre 10). - Los alumnos que no superen los controles deberán presentarse a un Examen Final con la parte no superada.

La calificación final se obtendrá aplicando la fórmula siguiente:

Nota Final = 0,1 A + 0,2 L + 0,1 S + 0,6 E Siendo: A: asistencia; L: Laboratorios; S: Seminarios; E: Nota media de los controles o del examen final. BIBLIOGRAFÍA

BIBLIOGRAFÍA BÁSICA

Aguado, J. (Editor) “Ingeniería de la Industria alimentaria” Ed. Síntesis. Vol I: Conceptos básicos. 1.999. Vol II: Operaciones de procesado de alimentos. 2.002 Vol. III: Operaciones de conservación de alimentos. 2.002 Brennan, Butters, Cowell y Lilly. "Las Operaciones de la Ingeniería de los Alimentos". 3ª ed., Ed. Acribia 1998. Calleja Pardo, G. (Editor) “Introducción a la ingeniería Química” Ed. Síntesis, 1.999. Coulson, J.M. y Richardson, J.F. "Ingeniería Química" Ed. Reverté. Vol I: Flujo de fluidos, transmisión de calor y transferencia de materia. 1979. Vol. II: Operaciones Básicas. 1988. Vol. IV: Solución a los problemas del vol I. 1980. Vol V: Solución a los problemas del vol. II. 1982. Earle, R.L. "Ingeniería de los alimentos". Ed. Acribia. 1988. McCabe, W.L.; Smith, J.C. y Harriott, P. "Operaciones Básicas de la Ingeniería Química". McGraw-Hill. 1991. Fellows, P. "Tecnología del procesado de los alimentos" Ed. Acribia, 1.993. Geankoplis, C.J. "Procesos de transporte y Operaciones Unitarias". Ed. Continental (Méjico) 1982. Hermida Bun, J.R. “Fundamentos de ingeniería de procesos agroalimentarios” Ed. Mundi-Prensa, 2.000. Welty, J.R. “Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa” 2ª ed., Ed. Limusa Wiley 2.000. Libros de Problemas: Coulson, J.M. y Richardson, J.F. vol IV y V. Hougen,O.A.; Watson, K.M. y Ragatz, R.A. "Principios de los procesos químicos. I. Balances de materia y energía". Ed. Reverté 1964. Himmelblau, D.M. "Principios y cálculos básicos de la Ingeniería Química". Ed. CECSA (Méjico) 1986. Himmeblau, D.M. “Basic principles and calculations in chemical engineering” Prentice Hall Int. 1.996. Ocon, J. y Tojo, G. "Problemas de Ingeniería Química" Ed. Aguilar 1963-1968. Peiró Pérez, J..J. “Balances de materia y energía” Servicio de publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia, 1.997. Valiente Barderas, A. "Problemas de balance de materia y energía en la Industria Alimentaria". Ed. Limusa 1986. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA

Barbosa-Cánovas, G.V, y Vega-Mercado, H. “Deshidratación de alimentos” Ed. Acribia 2.000. Mafart, P. Y Beliard, E. “Ingeniería industrial alimentaria” vol. I y II, Ed. Acribia 1.994. Coulson& Richardson “Chemical Engineering”, Ed. Elsevier Vol. 1, 6ª ed. 1999. Vol. 2, 5ª ed. 2002. “Solutions to the problems in vol. 1 y 2”, 2002. Costa Novella, E. y col. "Ingeniería Química" (5 volúmenes). Ed. Alhambra 1983-1988.

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Geankoplis, C.J. "Transport processes and unit operations" 3ª ed., Prentice Hall International Editions, 1.993. Marcilla Gomis, A. “Introducción a las operaciones de separación: Cálculo por etapas de equilibrio” Publicaciones de la Universidad de Alicante, 1.998. Marcilla Gomis, A. “Introducción a las operaciones de separación: Contacto contínuo” Publicaciones de la Universidad de Alicante, 1.999. Mc Cabe, L.W.; Smith, J.C.; Harriot, P. Manuales Baquero, J. y Llorente, V. "Equipos para la industria química y de alimentos" Ed. Alhambra, 1.985 Branan, C.R. “Soluciones prácticas para el ingeniero químico” 2ª ed. Ed. Mc Graw Hill 2.000. Cheremisinoff, N.P. “Handbook of chemical processing equipment” Ed. Butterworth Heinemann, 2.000. Garcia-Vaquero, E. Y Ayuga Téllez, F. “Diseño y construcción de Industrias agroalimentarias” Ed. Mundi-Prensa 1.993. Hayes, G.D. "Manual de datos para ingeniería de los alimentos" Ed. Acribia, 1.992. Mohsenin, N.N. "Thermal Properties of Foods and agricultural Materials" Gordon Breach Science Publisher, 1.980. Mohsenin, N.N. "Phisical Properties of Food an Agricultural Materials", Gordon and Breach Science Publisher, 1.981 Peleg, M. y Bagley. E.B. "Phisical Properties of Foods" AVI Publishing Co., 1.983 Perry, R.H. y Chilton, C.M. "Manual del Ingeniero Químico" 5ª ed. traducida (3 volúmenes) Ed. McGraw-Hill 1973.