GUÍA DOCENTE DE ASIGNATURA

(1)

GUÍA DOCENTE DE ASIGNATURA

1. DATOS DE LA ASIGNATURA

1.1. Nombre DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

1.2. Código 46995101 1.3.Plan 1999 1.4.Ciclo Segundo

1.5. Curso Quinto 1.6. Tipo Troncal 1.7. Cuatrimestre Primero

1.8. Créditos LRU1 7,5 1.8.1. Teóricos 4 1.8.2. Prácticos 3,5 1.9. Créditos ECTS2 7,5 1.9.1. Total de horas de trabajo del estudiante3

1.10.1.Previsión de actividades y su estimación en horas de trabajo del estudiante 1.10.Tipo de actividad

a)Enumeración y/o descripción de las actividades del estudiante 4 b)Horas

Clase magistral 15

Resolución de ejercicios en grupo docente 8

Ampliación de contenidos en grupo docente 15

I. ACTIVIDADES FORMATIVAS EN CLASE DE TEORÍA Y/O PRÁCTICA (Presenciales) 5 Prácticas 6 Tareas con

docente 7 Resolución ejercicios en grupos cooperativos 21

Tutorías colectivas (Presencial) 2,75

Realización de exámenes 5

Tutorías Individuales (Presencial) 2,75 Tareas

autónomas Trabajo en equipo (No Presencial) 7,5

II. ACTIVIDADES FORMATIVAS DIRIGIDAS ACADÉMICAMENTE (Presenciales y/o No presenciales)6

Estudio de teoría y problemas para pruebas y exámenes 117,5

III. ACTIVIDADES FORMATIVAS REALIZADAS DE FORMA AUTÓNOMA POR EL ESTUDIANTE (No presencial) 1.11. Descriptores8

Comportamiento de los materiales. Corrosión. Inspección de materiales. Diseño de plantas de proceso. Escalado.

1.12.Campos de

estudio9 Ingeniería, diseño y gestión de procesos químicos

2. DATOS DE LA PROFESORA/PROFESOR

2.1. Nombre Asterio Sánchez Mirón

2.2. Departamento Ingeniería Química

(2)

2 2.4. Despacho Edf. CITE II A, Despacho 0.26

2.6. Horario de tutoría

2.6.1. 1er Cuatrimestre Lunes 15-17 h, Martes

14-16 h, Jueves 12-14 h 2.6.2. 2º Cuatrimestre

2.7. Teléfono 950014025 2.8. E-Mail [email protected]_s 2.9. Apoyo virtual WebCT Si

(3)

3. ELEMENTOS DE INTERÉS DE LA ASIGNATURA

3.1. ¿Por qué cursar la asignatura?

Se trata de una asignatura trocal en el plan de estudios de Ingeniero Químico. Es una asignatura fundamental para el futuro ingeniero químico, ya que en ella se estudian varios aspectos que tienen como objetivo final el diseño de plantas químicas. En primer lugar se estudian los materiales de construcción de las plantas químicas (metales, polímeros y cerámicas), haciendo más hincapié en los metales, por ser los más empleados. Este estudio se hace centrado en los dos tipos de propiedades más importantes en construcción, las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión.

Los conceptos anteriores se aplican al diseño detallado de algunos equipos importantes en las plantas químicas como cambiadores de calor, cálculo mecánico de tuberías, recipientes a presión y torres altas. Finalmente se ven algunos conceptos importantes para el diseño de procesos y para la ubicación de los equipos en la planta química.

3.2. Conocimientos previos y recomendaciones para estudiantes que vayan a cursar la asignatura

Esta asignatura está en quinto curso porque conviene tener ya una visión general de toda la titulación y conocer los fundamentos del dimensionado de los equipos más frecuentes en las industrias químicas (tuberías, cambiadores de calor, columnas de rectificación, tanques de almacenamiento, etc.). Para el apartado de materiales basta con tener conocimientos básicos de química.

3.3. Prerrequisitos10

(4)

4

4. COMPETENCIAS

12

4.1. Competencias generales13

Por no existir aún plan de estudios Piloto no se han definido las competencias para la titulación de Ingeniero Químico.

En este curso se van a trabajar las siguientes Competencias básicas definidas por la Universidad de Almería:

Capacidad para resolver problemas Conocimientos básicos de la profesión Capacidad de crítica y autocrítica Trabajo en equipo

4.2. Competencias específicas14

1. Conocer materiales y productos

2. Integrar diferentes operaciones y procesos 3. Especificar equipos e instalaciones

4. Conocer las propiedades más importantes y criterios básicos para su elección

5. Saber construir una red de intercambiadores y saber estimar el área de una red de intercambiadores

(5)

5. CONTENIDOS

Parte I. Materiales

Tema 1.- Materiales: propiedades mecánicas. Elección de materiales para las plantas químicas.

Tipos de materiales. Estructura de los sólidos cristalinos: dislocaciones y deformación plástica. Propiedades mecánicas. Ensayo esfuerzo-deformación o de tracción: módulo de elasticidad; límite elástico, resistencia a la tracción, ductilidad, resiliencia, tenacidad. Dureza. Fractura dúctil y frágil. Ensayos de Charpy e Izod: transición dúctil-frágil. Tensión y deformación reales. Endurecimiento por deformación plástica. Ensayos de termofluencia. Fatiga del material. Variabilidad de las propiedades mecánicas. Tensión de trabajo

Tema 2. Metales y aleaciones. Mecanismos de refuerzo de metales monofásicos. Recuperación,

recristalización y crecimiento de grano. Diagramad de fases: diagrama hierro-carbono. Diagrama de transformación por enfriamiento continuo. Comportamiento mecánico de los aceros al carbono. Tratamientos térmicos de los aceros. Clasificación y nomenclatura de los aceros. Metales más comunes en Ingeniería Química.

Tema 3. Polímeros y cerámicas. Polímeros: comportamiento esfuerzo-deformación, deformación

en polímeros semicristalinos, fusión y transición vítrea, polímeros termoplásticos y termoestables, deformación de elastómeros, plásticos para la construcción más comunes en Ingeniería Química. Cerámicas: fractura frágil, comportamiento tensión-deformación, mecanismos de deformación plástica, porosidad, dureza, clasificación, cerámicas de ingeniería.

Tema 4. Corrosión y degradación de materiales. Introducción. Relaciones entre la

termodinámica y la corrosión: ecuación de Nernst, pilas galvánicas. Velocidad de corrosión: polarización. Pasivación. Factores ambientales. Formas de corrosión: uniforme, galvánica, por aireación diferencial, por picaduras, intergranular, selectiva, erosiva, bajo tensiones. Corrosión ambiental. Prevención frente a la corrosión: protección catódica. Cartas de corrosión.

Parte II. Diseño de equipos

Tema 5. Diseño de recipientes a presión y tanques de almacenamiento.Recipientes sometidos a

presión interna, recipientes sometidos a presión externa, recipientes sometidos a cargas combinadas. Soportes. Recipientes horizontales y esféricos.

Tema 6. Diseño mecánico de torres altas. Cálculo de la altura y espesor en función de las cargas a

que estén sometidas.

Tema 7.- Diseño y elección de tuberías. Selección de tuberías. Estándar y normas de tuberías.

Accesorios.

Tema 8.- Diseño de intercambiadores de calor. Introducción y clasificación. Intercambiadores de

haz tubular: descripción y dimensiones típicas. Cálculo termodinámico de intercambiadores de haz tubular: coeficiente global de transmisión, caída de presión, superficie del intercambiador,

procedimiento de diseño, elección del tipo de intercambiador de haz tubular, cálculo mecánico y materiales utilizados. Ejemplos prácticos de cálculo de un intercambiadores de calor de haz tubular.

(6)

6

Parte III. Diseño de procesos

Tema 9. Síntesis de procesos. Etapas en ingeniería de procesos. Desarrollo de diagramas de flujo.

Síntesis de redes de intercambiadores de calor. Método del punto de pliegue: integración de calor y diseño de redes. Diagramas compuestos temperatura-entalpía. Curvas de entalpía compuesta para sistemas sin pliegue. Estimación de las áreas de intercambiadores de calor. Síntesis de sistemas de separación: selección de procesos de separación, diseño de columnas de destilación, análisis económico de columnas de destilación, técnicas de síntesis de sistemas de separación, reglas heurísticas.

Tema 10. Consideraciones generales sobre la ubicación. Introducción. Localización de la planta

y selección de la ubicación. Disposición del lugar. Disposición de la planta. Servicios. Consideraciones medioambientales.

(7)

6. METODOLOGÍA

15

Se utilizará metodología de:

Gran grupo (8%)

-Clases magistrales: se expondrán los contenidos principales de cada tema.

Grupo docente (13,87%)

-En clase se dedicará tiempo a la ampliación de contenidos que, tras el trabajo del estudiante, no hayan quedado suficientemente claros en las clases magistrales o en los seminarios de problemas.

-Seminarios de problemas

El profesor resolverá un número mínimo de ejemplos típicos de cada tema y posteriormente los estudiantes en grupos reducidos resolverán otros que el profesor proponga.

-Tutorías colectivas

Tanto a sugerencia de los estudiantes como del profesor los grupos de trabajo se reunirán con el profesor, bien en el despacho o en el seminario, para resolver dudas u otros detalles relativos al trabajo n grupo. -Examen

Se realizará una prueba escrita del mismo nivel que los problemas realizados en clase. Además se incluirán cuestiones teóricas aplicadas.

Grupo de trabajo (14,4%)

Se organizará a los alumnos en grupos de número reducido. Con esta organización se realizarán: -Prácticas en el laboratorio

-Aprendizaje cooperativo

Se realizarán en el aula actividades de, tanto en la resolución de problemas como discusión de cuestiones que el profesor y otros grupos prepararán.

Trabajo autónomo (65,3%)

El estudiante trabajará de forma autónoma pero bajo supervisión del profesor en:

-Reuniones con sus compañeros de grupo para diseñar dos problemas y tres cuestiones de un tema que el profesor asignará.

-Buscará, completará y estudiará información para la realización del examen escrito y la realización de problemas.

(8)

8

7. SECUENCIACIÓN TEMPORAL DE ACTIVIDADES

SEMANA CONTENIDOS TIPO DE ACTIVIDAD HORAS

(previsión)

1

Tema 1.- Materiales: propiedades mecánicas

Clase magistral

Ampliación de contenidos en grupo docente

Resolución ejercicios en grupos cooperativos Prácticas 5 2 Tema 1.- Materiales: propiedades mecánicas Clase magistral

Resolución ejercicios en grupos cooperativos

Tutorías individuales o por grupos

8,36

3

Tema 2.- Metales y aleaciones

Clase magistral

5,36

4

Tema 2.- Metales y aleaciones

Clase magistral

Resolución de ejercicios en grupo docente

5,36

5

Tema 3.- Polímeros y cerámicas

Clase magistral

5,36

6

Tema 4.- Corrosión y degradación de materiales

Clase magistral

8,36 7 Tema 5.- Diseño de recipientes a presión y tanques de almacenamiento. Clase magistral

(9)

8

Tema 5.- Diseño de recipientes a presión y tanques de almacenamiento. Tema 6.- Diseño mecánico de torres altas

Clase magistral

3,36 2

9

Tema 6.- Diseño mecánico de torres altas

Clase magistral

5,36

10

Tema 7.- Diseño y elección de tuberías

Clase magistral

5,36

11

Tema 7.- Diseño y elección de tuberías

Tema 8.- Diseño de intercambiadores de calor

Clase magistral

Clase teórica y resolución de ejercicios numéricos en grupo Tutorías individuales o por grupos

2 3,36 12 Tema 8.- Diseño de intercambiadores de calor Clase magistral

5,36

13

Tema 8.- Diseño de intercambiadores de calor Tema 9. Síntesis de procesos

Tutorías individuales o por grupos Clase magistral

2,36

3

14

Tema 9. Síntesis de procesos

Clase magistral

5,36

15

Tema 9. Síntesis de procesos Tema 10. Consideraciones generales sobre la ubicación

Clase magistral

Tutorías individuales o por grupos 3 2,36

(10)

10

8. BIBLIOGRAFÍA DE LA ASIGNATURA

8.1. Lecturas obligatorias16

El material que suministra el profesor a través del aula virtual se basa fundamentalmente en los libros: -Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales. W.D. Callister, Reverté, 1995.

-Coulson and Richardson’s Chemical Engineering. Vol. 6. Chemical Engineering Design. R.K. Sinnot. Third edition. Butterworth Heinemann. Elsevier Science (1999)

-Pressure vessel handbook. Eugene F. Megyesy. Twelfth edition. Pressure vessel publishing, Inc., 2001.

8.2. Lecturas recomendadas17

Para confeccionar el contenido de la asignatura también se han empleado los siguientes libros:

• Corrosión y control de la corrosión, Herbert H. Uhlig. Urmo, S.A. de ediciones, 1979.

• Equipos para la industria química y alimentaria. J. Baquero y V. Llorente. Alhambra, 1985.

• Diseño de procesos en Ingeniería Química. Arturo Jiménez Gutiérrez. Ed. Reverté, 2003.

• Analysis, Synthesis, and Design of Chemical Processes. Richard Turton, Richard C. Bailie, Wallace B. Whiting, Joseph A. Shaeiwitz. Second edition. Prentice Hall PTR, New Jersey, 2003.

• Curso de Introducción al diseño de tuberías para plantas de proceso I y II. J. Antonio Clavijo Tornero. Universidad de Cádiz.

• Diseño de tuberías para plantas de proceso. Howard F. Rase. 1ª edición. H. Blume Ediciones.

• ASME B31.3 Process piping.

• ASME IV. Rules for construction of heating boilers.

• ASME VIII Division 1. Rules for construction of pressure vessels.

• Fundamentos a la ciencia e ingeniería de los materiales. W. F. Smith. McGraw Hill. 3ª edición, 1998.

• Control de la corrosión. Estudio y medida por técnicas electroquímicas. J.A. González Fernández, Centro nacional de investigaciones metalúrgicas. Consejo superior de investigaciones científicas, 1989.

Algunos de ellos pueden ser recomendados por el profesor para que el estudiante revise algunos aspectos concretos más o menos necesarios, como son los marcados con asterisco.

(11)

9. SISTEMA DE EVALUACIÓN

9.1. Aspectos y/o criterios

La evaluación se hará teniendo en cuenta todas las actividades que se realizan en la asignatura: asistencia a clases de teoría y problemas, presentación de los ejercicios propuestos y calificaciones obtenidas en un examen parcial y en uno final. El examen parcial se realizará una vez que se hayan visto los cuatro primeros temas y tendrá carácter eliminatorio para los alumnos que lo aprueben. El examen final se realizará al final de la asignatura.

9.2. Modalidades e instrumentos19

Para la evaluación se tienen en cuenta los siguientes aspectos:

- Exámenes parcial y final

- Realización de los ejercicios propuestos por el profesor tanto individual como cooperativamente - Participación en clase

9.3. Sistema de puntuación / calificación20

El peso relativo de cada instrumento de evaluación es el siguiente:

- Calificaciones obtenidas en los exámenes parcial y final: 70% - Entrega de los ejercicios propuestos por el profesor: 20% - Participación en clase: 10%