Profesorado

- Ildefonso Caro Pina.
- Dolores Gordillo Romero.

Situación

Prerrequisitos

- Ninguna asignatura previa es llave.

Contexto dentro de la titulación

El objetivo de la asignatura es la transmisión al alumno de los
conocimientos y estrategias metodológicas necesarios para poder
calcular datos de equilibrio de fases y datos de equilibrio químico,
así como poder calcular la velocidad a la que transcurre un proceso
químico, tanto homogéneo como heterogéneo, en las condiciones
habituales que se dan en la industria.
Estos conocimientos serán necesarios para el buen desarrollo de
asignaturas posteriores, como son: Operaciones Básicas de Separación,
troncal de 4º curso, en lo que respecta al equilibrio de fases;
Reactores Químicos, troncal de 4º curso, en lo referente a la
velocidad de las reacciones; y Reactores Biológicos y Bioquímicos,
troncal de 5º curso, en lo referente a la cinética heterogénea.
En lo que se refiere a la aportación al perfil profesional, los
titulados deben adquirir los conocimientos necesarios para abordar los
cálculos mencionados en aquellos procesos químicos, físico-químicos o
biológicos, en los que la materia experimente un cambio de estado, de
contenido energético o de composición. Así, serán estudiados en esta
asignatura los dos aspéctos básicos del proceso químico industrial:
por una parte, el análisis de la posibilidad termodinámica de que tal
proceso tenga lugar y, por otra, el análisis de la velocidad con que
dicho proceso transcurra en su caso.

Recomendaciones

El programa propuesto requiere el conocimiento previo de principios de
Termodinámica y de nociones básicas de Cinética Química, que se
imparten en la asignatura de Química-Física. También son necesarias
nociones de Cálculo Diferencial e Integral y fundamentos de Cálculo
Numérico.

Competencias

Competencias transversales/genéricas

INSTRUMENTALES:
- Resolución de problemas.

PERSONALES:
- Razonamiento crítico.
- Trabajo en equipo.

SISTÉMICAS:
- Aprendizaje autónomo.
- Habilidad para trabajar de forma autónoma.
- Iniciativa y espíritu emprendedor.

Competencias específicas

• Cognitivas(Saber):

  - Analizar, modelar y calcular sistemas con equilibrio de fases
  y/o con reacción química.
  - Aplicar los conocimientos de Matemáticas, Física, Química e
  Ingeniería.

• Procedimentales/Instrumentales(Saber hacer):

  - Estimar.
  - Calcular.
  - Decidir.
  - Diseñar.

• Actitudinales:

  - Confianza.
  - Decisión.
  - Disciplina.
  - Honestidad.
  - Iniciativa.
  - Participación.
  - Respeto a los demás.
  - Responsablidad.

Objetivos

El alumno debe ser capaz de:
- Identificar ecuaciones de estado (EOS) cúbicas y generalizadas.
- Calcular volúmenes molares de cualquier compuesto puro.
- Identificar propiedades de compuestos puros, de compuestos en sistemas
multicomponentes y de fases.
- Identificar propiedades de la fase líquida y de la fase vapor.
- Calcular composiciones de equilibrio de sistemas binarios bifásicos
aplicando la Ley de Raoult modificada.
- Desarrollar las expresiones para estimar las composiciones de fases en
equilibrio.
- Describir el procedimiento para obtener la expresión de la constante de
equilibrio en sistemas reaccionantes, en función de la temperatura.
- Proponer un mecanismo razonable para una reacción química dada, en fase
homogénea, y ser capaz de calcular su expresión cinética correspondiente
en forma integrada.
- Calcular el valor de las constantes de una ecuación cinética dada, en
fase homogénea, y ser capaz de proponer un procedimiento experimental y de
cálculo adecuado.
- Determinar la identidad de todas las etapas cinéticas existentes en una
reacción química dada, en fase heterogénea, a partir de la información
experimental necesaria, y ser capaz de establecer la etapa controlante de
la velocidad global del proceso.
- Determinar el valor de las constantes cinéticas para una reacción
química dada, en un sistema sólido-fluido no catalítico, y ser capaz
evaluar la importancia relativa de cada etapa, a partir del manejo de los
números adimensionales correspondientes.
- Determinar el valor de las constantes cinéticas para una reacción
química dada, en un sistema fluido-fluido, y ser capaz evaluar la
importancia relativa de cada etapa, a partir del manejo de los números
adimensionales correspondientes.

Programa

A) TERMODINÁMICA.
T1.-Propiedades volumétricas de fluidos puros. Comportamiento PVT de las
sustancias puras. Ecuación del virial. Aplicaciones de la ecuación del
virial. Gas ideal. Funciones de estado cúbicas. Correlaciones
generalizadas y factor acéntrico.
T2.-Propiedades termodinámicas de fluidos puros. Propiedades
termodinámicas. Relaciones entre propiedades termodinámicas. Determinación
de las variaciones de las propiedades con la presión y la temperatura.
Propiedades residuales. Diagramas termodinámicos. Tablas de propiedades
termodinámicas.
T3.-Propiedades termodinámicas de las mezclas homogéneas. Propiedades
molares parciales y potencial químico. Fugacidad y coeficiente de
fugacidad. Estimación de la fugacidad de gases y líquidos. Disoluciones
ideales y no ideales. Actividad y coeficiente de actividad. Estados de
referencia. Propiedades en exceso.
T4.-Equilibrio de fases. Naturaleza del equilibrio. Criterios de
equilibrio. La regla de las fases. Diagramas de fases. Equilibrio líquido-
vapor y gas-líquido. Equilibrio líquido-líquido. Equilibrio sólido-fluido.
Procedimientos de estimación de los equilibrios de fases.
T5.-Equilibrio químico. Criterios de equilibrio en reacciones químicas.
Cambios en la energía libre y constante de equilibrio. Efectos de la
temperatura y presión. La regla de las fases para el equilibrio químico.
Procedimientos de estimación del equilibrio en sistemas reaccionantes.
B) CINÉTICA.
T6.-Cinética homogénea. Definiciones de velocidad de reacción. Ecuación
estequiométrica y ecuación cinética. Mecanismos de reacción. Dependencia
de la velocidad con la concentración y la temperatura. Teorías
moleculares. Aproximación de Arrhenius.
T7.-Métodos de análisis de datos cinéticos. Métodos integral y
diferencial. Sistemas de volumen o densidad constante. Sistemas de volumen
o densidad variable. Aplicaciones: reacciones irreversibles de tipo
potencial, reacciones reversibles, reacciones múltiples, reacciones
autocatalíticas, catálisis ácido-base, catálisis enzimática.
T8.-Cinética heterogénea. Etapas físicas de transporte de materia. Teoría
de la capa límite y de la doble película. Velocidad global del proceso.
Esquemas de reacciones heterogéneas: etapas controlantes.
T9.-Reacciones heterogéneas sólido-fluido. Sistemas no catalíticos.
Modelos de reacción. Modelo del núcleo sin reaccionar: partículas de
tamaño constante y partículas de tamaño decreciente. Velocidad de las
etapas de difusión externa e interna. Velocidad de las etapas de reacción
superficial. Velocidad global del proceso. Evaluación experimental de la
etapa controlante.
T10.-Reacciones heterogéneas fluido-fluido no catalíticas. Regímenes
cinéticos. Expresión general de la velocidad. Factor de mejora.
Determinación de la etapa controlante. Evaluación del factor de mejora.

Actividades

- Test de autoevaluación en clase.
- Ejercicios resueltos en clase y propuestos para casa.
- Lecturas recomendadas para comentar en clase.
- Resolución de problemas y trabajos en grupos.

Metodología

En los créditos teóricos de la asignatura, el profesor lleva el peso de la
misma, fomentando la participación de los alumnos. En los créditos
prácticos, por el contrario, el peso de la asignatura recae sobre los
alumnos, siendo el profesor el que propone el trabajo y orienta sobre las
vías de resolución. Se potencian así determinadas capacidades y
habilidades, como la habilidad para la resolución de problemas, la
capacidad de trabajo en equipo, la capacidad de comunicación oral y
escrita, la habilidad para aplicar la teoría a la práctica, etc.
Además, el alumno dispondrá del Aula Virtual para un desarrollo más eficaz
de la asignatura. En ella se incluirán hojas de problemas, transparencias,
enlaces de interés y artículos científicos relacionados con la materia.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 220

• Clases Teóricas: 60  
• Clases Prácticas: 30  
• Exposiciones y Seminarios:  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas:  
  • Individules:  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 20  
  • Sin presencia del profesorado: 10  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 60  
  • Preparación de Trabajo Personal: 30  
  • ...
     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 10  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal):  

Técnicas Docentes

- Test de seguimiento regular.
- Test de autoevaluación.
- Preguntas cortas.
- Resolución de problemas.
- Trabajos en grupos.

Criterios y Sistemas de Evaluación

La asignatura se podrá aprobar en el presente curso, además de en los
exámenes finales correspondientes, mediante el sistema de Evaluación
Continua. No obstante, en este caso la asistencia a clase es obligatoria,
no siendo posible faltar a más del 25 % de la docencia presencial, en cada
uno de los cuatrimestres (o partes de la asignatura).
El sistema de Evaluación Continua consiste en una serie de Actividades
Académicas Dirigidas (todas ellas evaluables) y un examen parcial, en
cada uno de los cuatrimestres. Las AAD constituirán el 40% de la
calificación del cuatrimestre y el examen parcial el 60% restante. Para
superar un cuatrimestre será necesario, no sólo obtener una nota
resultante igual o superior a 5'0, sino haber obtenido en el examen
parcial correspondiente un mínimo de 4,5 puntos.
Una vez aprobado por el sistema de Evaluación Continua cualquiera de los
cuatrimestres, las nota obtenida será definitiva y eliminará la necesidad
de realizar el examen final de la asignatura (febrero, junio o
septiembre), en la parte aprobada correspondiente.
El alumno que no supere alguno de los cuatrimestres (o ninguno de ellos)
por el sistema de Evaluación Continua, podrá presentarse a los exámenes
finales para superarlos.
Por otra parte, para aprobar la asignatura completa por cualquiera de las
vías descritas, será necesario obtener, no sólo una nota resultante igual
o superior a 5'0, sino haber obtenido en ambos cuatrimestres (o partes de
la asignatura) un mínimo de 4,5 puntos. Por tanto, en ningún caso es
posible la compensación entre las dos partes de la asignatura, a menos que
se haya obtenido en ambas el mínimo de 4'5 puntos.

Recursos Bibliográficos

A) TERMODINÁMICA.
·Daubert, T.E.: "Chemical Engineering Thermodynamics". McGraw-Hill (1985).
·Kyle, B.G.: "Chemical and Process Thermodynamics". Prentice-Hall (1992).
·Reid, R.C.; Prausnitz, J.M. y Sherwood, T.K.: "The Properties of Gases
and Liquids". McGraw-Hill (1987).
·Smith, J.M.; van Ness, H.C. y Abbott, M.M: "Introducción a la
Termodinámica en Ingeniería Química". McGraw-Hill (1997).
·Walas, S.: "Phase Equilibria in Chemical Engineering". Butterworth Pub.
(1985).
B) CINÉTICA.
·González, J.R. et al. "Cinética Química Aplicada", Síntesis (1999).
·Hill, C.G. "Chemical Engineering Kinetics and Reactor Design". Willey
(1977).
·Izquierdo, J.F.; Cunill, F.; Tejero, J.; Iborra, M.; Fité, C. "Cinética
de las Reacciones Químicas", Universitat de Barcelona (2004).
·Izquierdo, J.F.; Cunill, F.; Tejero, J.; Iborra, M.; Fité, C. "Problemas
resueltos de Cinética de las Reacciones Químicas", Universitat de
Barcelona (2004).
·Levenspiel, O. "El Omnilibro de los Reactores Químicos", Reverté (1985).
·Levenspiel, O. "Ingeniería de las Reacciones Químicas", Reverté (1987).
·Smith, J.M. "Ingeniería de la Cinética Química". Compañía Ed.
Intercontinental (1977).