Balance de Materia y Energia Hernan Alvarez

 

 

SEDE BOGOTÁ FACULTAD DE INGENIERÍA  DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTAL QUÍMICA   OBJETIVO GENERAL DEL PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA El Ingeniero Químico de la Universidad Nacional está en capacidad de innovar, investigar, trabajar en equipo, crear empresa, diseñar y mejorar productos y procesos de transformación física, química o biológica y dialogar permanentemente con la comunidad nacional e internacional especializada. Es un profesional con sólida formación científica y tecnológica, liderazgo, responsabilidad social y habilidades administrativas, que incide eficazmente en el desarrollo del país. OBJETIVOS ESPECÍFICOS DEL PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA  QUÍMICA  Formar ingenieros químicos provistos de fundamentación científica y tecnológica sólida, con capacidad para diseñar productos y procesos de transformación física, química o biológica, así como para planificar, administrar con eficiencia, evaluar, mejorar y/o diseñar las plantas en las que estos se llevan a cabo, c abo, con base en un espíritu emprendedor, investigativo e innovador. Fomentar en los estudiantes de ingeniería química el trabajo en equipos disciplinarios e interdisciplinarios, integrados en redes locales, regionales, nacionales e internacionales. Promover en sus estudiantes y egresados la conciencia de estudio y capacitación constante, el liderazgo y el desarrollo de habilidades administrativas, así como la responsabilidad ética, humanística, ambiental y social, de manera que incidan eficazmente en la identificación, estudio y presentación de propuestas para la solución de problemas específicos, contribuyendo con el desarrollo del país y el bienestar de las comunidades.

ÁREA DE TERMODINÁMICA BALANCE DE ENERGÍA Y EQUILIBRIO QUÍMICO 2015707 CRÉDITOS HORAS/SEMANA TIPOLOGÍA PROGRAMA DOCENTE

3   3 4  4  Formación profesional  profesional  Ingeniería Química  Química  Juan Guillermo Cadavid Estrada. Aulas de Ingeniería, oficina 318

OBJETIVOS Y METODOLOGÍA. El estudiante estará en capacidad de formular y resolver el balance de energía de procesos de transformación transformaci ón fisicoquímica habituales en la industria química, reconociendo la pertinencia del empleo de modelos ideales o reales en el cálculo de propiedades termodinámicas. Empleará el criterio de equilibrio termodinámico para establecer la factibilidad de procesos químicos y podrá formular y resolver problemas de equilibrio de sistemas reactivos homogéneos o

 

  heterogéneos. Establecerá el análisis termodinámico de los procesos químicos orientado por el análisis de exergía. Resolverá problemas que enfaticen en la calidad de los combustibles y su efecto sobre el ambiente. Presentará trabajos escritos y orales, empleará sus desarrollos propios en solución de problemas. Conocerá las fuentes de información termodinámicas. Consultará aplicaciones y desarrollos termodinámicos termodinámicos en la literatura técnica en otro idioma. CONTENIDO SEMANA 1

MÓDULO 1: BALANCE DE ENERGÍA DE SISTEMAS SIN REACCIÓN QUÍMICA  QUÍMICA 

Cálculo de entalpía de mezclas: estados de referencia, entalpías de mezclas en fase

líquida y en fase vapor, diagramas entalpía composición.  composición.  Balances de energía de procesos de separación y mezcla : procesos de mezcla de

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líquidos y de gases. Balances de energía considerando equilibrio de fases : evaporación flash, extracción, cristalización.  Mezclas gas vapor: sicrometría, temperatura de bulbo húmedo, bulbo seco, saturación

adiabática, construcción de la carta psicrométrica, balances de energía en operaciones de secado y humidificación.  MÓDULO 2: BALANCES DE ENERGÍA DE SISTEMAS CON REACCIÓN QUÍMICA Q UÍMICA  Balances de materia por componente:  avance de la reacción, determinación de las reacciones independientes que definen el sistema reactivo. Balances de materia de sistemas con estequiometría desconocida : balances atómicos, generación de ecuaciones estequiométricas a partir de los componentes. Primera ley de la termodinámica en procesos con reacción química : Reactor intermitente, reactor continuo, flujo de energía, calor de reacción, trabajo de reacción. Evaluación de calores de reacción: Estados de referencia, calor de formación, calor de combustión, ley de Hess. Influencia de la presión y de la temperatura sobre el calor de reacción. Combustibles y combustión, calidad y efectos ambientales  Métodos para obtención de datos termoquímicos: calorimetría a presión y volumen constante, calorimetría de flujo. Energía de enlace. Estimación de calores de reacción mediante energías energías de enlace, analogía química química y contribución de grupos.  Segunda ley de la termodinámica en procesos con reacción química: entropía de reacción. Energía libre de reacción, influencia de la presión y la temperatura sobre la energía libre de reacción. Energías libres estándar de reacción y potenciales potenciales estándar de oxidorreducción. MÓDULO 3:deEQUILIBRIO QUÍMICO de  actividades, efecto de presión y temperatura sobre Constante equilibrio, relación la constante de equilibrio.  Avance de reacción reacción para reacciones reacciones homogéneas homogéneas y heterog heterogéneas éneas. Factores que

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afectan el avance de reacción: presión, temperatura y composición de la mezcla de reacción. Temperatura y avance de reacción adiabática. Estado de equilibrio con reacciones múltiples.  Métodos de minimización de energía.   Estado de equilibrio de una reacción química afectado por el equilibrio entre fases.   MÓDULO 4: ANÁLISIS TERMODINÁMICO DE PROCESOS  PROCESOS  Energía disponible (Exergía) y no disponible: disponible: Balances de energía y energía disponible. Trabajo reversible: ecuación general. Aplicación a sistemas cerrados y a volúmenes de control. Irreversibilidad. Irreversibilidad.  

 

  RESULTADOS DE FORMACIÓN QUE SE TRABAJAN EN ESTE CURSO  CURSO  1.   Habilidad para aplicar conocimientos de matemáticas, ciencias físicas, ciencias químicas 1. y/o biológicas, en ingeniería química. 2.  2.  Habilidad para usar técnicas, capacidades y/o herramientas modernas de ingeniería necesarias para la práctica de la ingeniería química. 3.  3.  Habilidad para diseñar y llevar a cabo experimentos, e igualmente analizar e interpretar datos. 4.  Habilidad para diseñar sistemas, componentes, productos y/o procesos para satisfacer necesidades teniendo en cuenta restricciones económicas, ambientales y sociales (de sostenibilidad), políticas, éticas, de salud ocupacional, seguridad y manufactura.  manufactura.  5.   Habilidad para trabajar en equipo  5. equipo  6.   Comprensión de la responsabilidad ética y profesional 6. pro fesional   7.   Habilidad para comunicarse efectivamente en español  7. español  8.   Habilidad para comunicarse efectivamente en inglés  8. inglés  9.   Formación integral que le permita entender el impacto de las soluciones de ingeniería en 9. un contexto local, global, ambiental y social  social  10.   Capacidad para reconocer la necesidad de y tener el compromiso para adelantar un 10. proceso de aprendizaje continuo.  continuo.  11.   Conocimiento sobre problemáticas contemporáneas  11. contemporáneas  12.   Capacidad para participar en procesos de investigación, innovación y/o emprendimiento  12. emprendimiento  EVALUACIÓN Primer examen parcial: Se evalúa el contenido del módulo 1 Segundo examen parcial: Se evalúa el contenido del módulo 2 Tercer examen parcial: Se evalúa el contenido de los módulos 3 y 4 Trabajo individual y en grupo

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BIBLIOGRAFÍA 1.  1.  Felder, R. M., Rousseau, R. W., Principios básicos de los procesos químicos,  Editorial El Manual Moderno, S. A., 1981. 2.  2.  García, I. Introducción al equilibrio termodinámico y de fases . Universidad Nacional de Colombia. Bogotá, 1995. 3.  3.  Himmelblau, D. M., Principios básicos y cálculos en Ingeniería Química. 6ª edición, Prentice Hall Hispanoamericana S. A. 1997 4.  Hougen, O. A., Watson, K. M. y Ragatz, R. A. Principios de los procesos químicos. Parte I. John Wiley. 1947. 5.  5.  Hougen, O. A., Watson, K. M. y Ragatz, R. A. Principios de los procesos químicos. Parte II. John Wiley. 1947. 6.  6.  Poling, B., Prausnitz, J. M. y O’Connel, J. P. The Properties of Gases and Liquids , 5 th Edition, McGraw-Hill Book Co., New York, 2001 7.  7.  Reid, R., Prausnitz, J. M., Poling, B., The Properties of Gases and Liquids, 4th Edition, McGrawHill Book Co., New York, 1.987 8.  8.  Reklaitis, G.V. Balances de materia y energía. McGraw- Hill. 1989. 9.  9.  Smith, J.M., Van Ness, H .C. y Abbot, M.M. Introducción a la termodinámica en Ingeniería Química. 7ª edición, Mc Graw-Hill Interamericana Interamericana editores S. A, de C.V., México, 2007. 10.   Smith, J.M., Van Ness, H .C. y Abbot, M.M. Introducción a la termodinámica en Ingeniería 10. Interamericana editores S. A, de C.V., México, 1997. Química. 5ª edición, Mc Graw-Hill Interamericana 11.   Smith, W.R. y Missen, R. W.  Análisi 11.  Análisiss del equilibrio equilibrio en reacciones reacciones químic químicas: as: teoría y algoritmos. Editorial Limusa S. A. de C. V., 1987