Materia	Carrera	Plan	Año	Periodo
Balances de Materia y Energía	INGENIERÍA QUÍMICA	Ord 24/12-17/22	2022	1° cuatrimestre

Docente	Función	Cargo	Dedicación
ROVERES, ELLEN MAGDALENA	Prof. Responsable	P.Adj Simp	10 Hs

El tratamiento de las operaciones químicas y físicas básicas de la ingeniería química se fundamenta en un cierto número de leyes o principios. Estas leyes o principios son sencillos en forma y enunciados pero su aplicación a situaciones prácticas concretas no siempre resulta fácil, requiriéndose entrenamiento para hacerlo con éxito.
En este curso se aplicarán las leyes de conservación de la materia y la energía en la resolución de problemas de ingeniería química.

El objetivo general de este curso es presentar enfoques sistemáticos para la resolución manual y mediante computadora de problemas de balances de materia y energía.

V.1 Competencias a desarrollar:
Este curso pretende contribuir al desarrollo de las siguientes competencias genéricas:
- Identificar, formular y resolver problemas de ingeniería.
- Utilizar de manera efectiva las técnicas y herramientas de aplicación en ingeniería.
- Desempeñarse de manera efectiva en equipos de trabajo.
- Comunicarse con efectividad.

V.2 Resultados de aprendizaje:
Se espera que los alumnos al finalizar el curso sean capaces de:
RA1. Ejemplificar la necesidad de utilizar cálculos de balances de masa y energía para tomar decisiones en el análisis, diseño y/o control de un proceso químico
RA2. Explicar las expresiones matemáticas generales de las ecuaciones de balance de materia y de energía, para poder aplicarlas a cualquier proceso, fundamentándolas en las leyes de conservación de la masa y de la energía.
RA3. Estimar los valores de las propiedades físicas relevantes en un proceso industrial, para utilizarlos en los cálculos de las ecuaciones de balance, a partir de diversas fuentes de datos.
RA4. Representar e interpretar diagramas de flujo de procesos, a fin de identificar los subsistemas para los cuales podrían escribirse balances y llevar a cabo el/los análisis de grados de libertad, incluyendo corrientes de recirculación, derivación o purga.
RA5. Simplificar las expresiones matemáticas de las ecuaciones de balances de masa y/o energía, para poder calcular las variables de proceso requeridas en un sistema particular, que opere en estado estacionario o no estacionario.
RA6. Resolver las ecuaciones de balance de materia y/o energía, para obtener los valores de las variables de proceso involucradas, seleccionando la/s herramienta/s de cálculo más apropiada/s.
RA7. Realizar el análisis crítico de los resultados obtenidos para el modelo matemático de los balances del proceso, para adoptarlos como solución, o rehacer los cálculos.
RA8. Contribuir en el desarrollo de las actividades de un equipo de trabajo para resolver situaciones problemáticas donde se deban aplicar las ecuaciones de balance de materia y la energía.
RA9. Comunicar el resultado de una experiencia de laboratorio y defenderlo ante los docentes y alumnos del curso, respondiendo fundadamente a las cuestiones que se planteen.

INTRODUCCIÓN: Importancia de los cálculos de Balance de Materia y Energía en la Ingeniería Química
- El ingeniero químico: su campo profesional, competencias profesionales.
- El concepto de Balance
- El papel de los cálculos de balance de materia y energía en la ingeniería química
- Resolución de problemas en Ingeniería química.
- Herramientas computacionales para la resolución de problemas

UNIDAD I: Procesos y variables de procesos
- Procesos: Procesos físicos, químicos y bioprocesos.
- Revisión de conceptos de variables de proceso: Caudales másico y volumétrico. Composición química
- Revisión de conceptos de cálculo, predicción y fuentes de datos de propiedades físicas: densidad y volumen específico de gases y líquidos.
- Densidad aparente.
- Representación y análisis de datos de procesos.

UNIDAD II: Balances de materia
- El principio general de conservación de la materia
- Ecuación general de balance de materia
- Clasificación de procesos.
- Diagramas de flujo. Nomenclatura
- Balance para componentes.
- Procedimiento general de cálculos de balance
- Análisis de grados de libertad de un proceso
- Balances en base seca
- Balances en estado estacionario sobre unidades múltiples, en procesos sin reacción química.
- Corrientes de by-pass, recirculación y purga
- Balances en estado no estacionario para procesos no reactivos: condiciones iniciales, validez de las ecuaciones.

UNIDAD III: Balances de energía
- Revisión de conceptos: energía- formas de la energía
- El principio de conservación de la energía
- Ecuación general de balance de energía
- Clasificación de procesos
- Revisión de: cálculo, correlación y estimación de propiedades termodinámicas
- Balances sobre procesos no reactivos en estado estacionario y no estacionario, sin y con cambio de fase.

UNIDAD IV: Balances simultáneos de materia y energía en procesos sin reacción química
- Balances combinados de materia y energía para el equilibrio entre fases
- Resolución simultánea de los balances de materia y energía en procesos sin reacción química.

UNIDAD V: Balances de materia y energía en procesos reactivos
- Revisión de conceptos: estequiometría, cinética, conversión, reactivos limitante y en exceso, oxígeno y aire teórico.
- Balances de masa sobre sistemas reactivos en estado estacionario y no estacionario.
- Balances de masa y energía sobre procesos reactivos en estado estacionario.

ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA
El proceso de enseñanza se desarrollará de manera presencial con modalidad teórico-práctica.
Para el desarrollo de Las clases se contará con apoyo de recursos multimedia tales como presentaciones digitales, videos, etc.
La metodología de enseñanza se adecuará al tema a desarrollar, previendo utilizar lección magistral, aula invertida, enseñanza basada en problemas, simulación y aprendizaje productivo CDIO.
Se contará con el apoyo de un aula virtual alojada en plataforma Moodle que servirá como repositorio, a la vez que facilitará la administración y registro de las actividades de formación: http://moodle.fica.unsl.edu.ar/moodle/course/view.php?id=424

Trabajos Prácticos de aula:
Consistirán en actividades para lograr una mejor comprensión de los fundamentos teóricos y resolver situaciones problemáticas relacionadas con los temas de los contenidos del curso.
Estas actividades se desarrollarán en forma grupal o individual.
Las Guías de Trabajos Prácticos incluirán cuestiones y problemas de resolución obligatoria, y propuesta, para algunas de las cuales deberán emplearse obligatoriamente herramientas computacionales (software MathCad y Planillas de cálculo).

Trabajos prácticos de laboratorio
Los Trabajos Prácticos de Laboratorio se desarrollarán en comisiones de trabajo, a las que se le asignará un docente guía.
Se prevé desarrollar trabajos prácticos a escala laboratorio sobre los temas:
- Evaluación y correlación de densidades de líquidos
- Comprobación experimental del Balance de materia integral.
- Comprobación experimental del Balance de materia en estado no estacionario
- Comprobación experimental del balance de energía en estado no estacionario

Este último trabajo práctico será diseñado por grupos de estudiantes y llevado a cabo en un equipo experimental armado por ellos. (Aprendizaje basado en proyecto)

Trabajos prácticos en Planta Piloto
Si las condiciones son adecuadas, a fines del cuatrimestre se realizará una experiencia de producción de dulce (zapallo) en la Planta Piloto. Los estudiantes deberán previamente realizar los cálculos para determinar las cantidades de materia prima a utilizar y estimar el costo del producto (aprendizaje productivo CDIO).

Visitas a planta industrial y laboratorios de INTI San Luis
De existir la posibilidad se realizarán:
Una visita a un establecimiento industrial.
A partir de ella, los estudiantes desarrollarán actividades individuales y grupales: elaborarán el diagrama de flujo, plantearán los balances de materia y/o energías correspondientes y expondrán los resultados obtenidos en forma oral y/o escrita.
Se prevé realizar tareas de co-evaluación de las presentaciones.
Una visita al laboratorio de metrología del INTI para participar de una charla técnica.

A excepción de un porcentaje de los trabajos prácticos de aula, todas las demás actividades son de carácter obligatorio para alcanzar la regularidad/promoción del curso.

Los estudiantes van a demostrar sus aprendizajes a través de los siguientes desempeños:

Resolución de cuestionarios breves (formulario Google) antes o después de las clases teórico-prácticas, resolución de guías de trabajos prácticos áulicos, prácticas de laboratorio, práctica en planta piloto, trabajo práctico especial (visita a planta industrial), evaluaciones parciales.
La evaluación de los aprendizajes será formativa y sumativa:

EVALUACIÓN FORMATIVA (cualitativa y cuantitativa):
Se prevén instancias de AUTOEVALUACIÓN: Formulario Google/lección, glosario / cuestionarios, etc. (Moodle) y de COEVALUACION para un Trabajo práctico especial (visita a planta industrial)
Los Trabajos Prácticos de Laboratorio /o Planta Piloto se evaluarán mediante listas de cotejo

EVALUACIÓN SUMATIVA
HETEROEVALUACION CUANTITATIVA (Evaluaciones parciales y coloquios para promoción)
Primera Evaluación Parcial (Unidades I y II):
Fecha tentativa: viernes 06 o viernes 13 de mayo
Segunda Evaluación Parcial (Unidades III y IV):
Fecha tentativa: viernes 17 de junio
Tiempo asignado: Temas teóricos: 20 min; Problemas: 3 h
El recurso utilizado para ambas evaluaciones sumativa es la Rúbrica
Las evaluaciones parciales serán de carácter teórico-práctico e incluirán los temas desarrollados hasta una semana antes de llevarse a cabo las mismas. Las evaluaciones correspondientes a la primera recuperación se tomarán una semana después del parcial.

A- RÉGIMEN DE PROMOCIÓN SIN EXAMEN FINAL
Podrán cursar por este régimen aquellos estudiantes que hayan aprobado las asignaturas correlativas que establece el Plan de Estudios hasta la fecha determinada por el calendario académico, y figuren en condición de promocional en el sistema de estudiantes.


Condiciones para Promocionar la Asignatura:
- Asistencia al menos el 80% de las clases teórico-prácticas.
- Presentación y aprobación de al menos el 80% de las actividades que se establezcan como obligatorias (la aprobación incluye la presentación de la tarea, o participación en las actividades en los plazos y la modalidad que se establezcan)
- Asistencia y aprobación del 100% de los trabajos prácticos que se realicen (laboratorio, visita a planta industrial y producción en Planta Piloto). No habrá recuperación de Trabajos Prácticos de Laboratorio.
- Aprobación de una (1) instancia de evaluación sobre los contenidos de la Unidad I.
- Aprobación de las dos (2) evaluaciones parciales, en primera instancia, o en un primer examen recuperatorio por cada una de ellas.
- Aprobación de dos (2) coloquios sobre conceptos teóricos de la asignatura. Estos coloquios no tienen recuperación, y las notas obtenidas se promediarán con la del problema integrador para obtener la nota final en el curso.
Aprobación de la solución para una situación problemática de carácter integrador que incluirá temas de la Unidad V y se realizará en la semana posterior a la finalización del curso, al igual que el último coloquio.
En cada una de estas instancias la calificación mínima obtenida debe ser de 7 puntos (Ordenanza C.S. 13/03)

B- RÉGIMEN DE PROMOCIÓN CON EXAMEN FINAL
Condiciones para alcanzar la Regularidad
- Asistencia al menos el 70% de las clases teórico-prácticas.
- Presentación y aprobación de al menos el 70% de las actividades que se establezcan como obligatorias (la aprobación incluye la presentación de la tarea, o participación en las actividades en los plazos y la modalidad que se establezcan)
- Asistencia y aprobación del 100% de los trabajos prácticos que se realicen (laboratorio, visita a planta industrial y producción en Planta Piloto). No habrá recuperación de Trabajos Prácticos de Laboratorio.
- Aprobación de dos (2) evaluaciones parciales, en primera instancia o en instancias recuperatorias, correspondiendo la cantidad de recuperaciones a la mínima establecida por el régimen académico.

Condiciones para Aprobar el curso:
El examen final del curso consta de dos instancias:
- Aprobación de la solución dada a una situación problemática de carácter integrador que incluirá temas de la Unidad V.
- Aprobación de un coloquio sobre contenidos teóricos y criterios utilizados para la resolución de problemas.
El estudiante dispondrá de un tiempo no menor a 10 min ni mayor a 20 min, para desarrollar una síntesis de elaboración personal sobre los temas “balance de masa” o “balance de energía” (según sorteo) y luego será interrogado acerca de diversos temas del programa, a efectos de evaluar el aprendizaje logrado por el estudiante a lo largo de todo el curso.
La nota final resultará del promedio de las obtenidas en estas dos instancias; sin embargo, la no aprobación de cualquiera de estas actividades resultará en la no aprobación de la asignatura.

C-RÉGIMEN DE APROBACIÓN PARA ESTUDIANTES LIBRES
Condiciones para aprobar la asignatura:
Estudiante que cursó la asignatura y quedó libre por parciales, habiendo aprobado al menos un examen parcial y todas las instancias de trabajos prácticos:
Si el alumno se presenta a rendir antes del comienzo del dictado correspondiente al ciclo lectivo inmediato posterior al que cursó, el examen tendrá las mismas características que para los estudiantes regulares, pero como condición para acceder al mismo, el estudiante deberá aprobar previamente un examen escrito teórico-práctico, de carácter eliminatorio sobre conceptos fundamentales del curso. Superada esta instancia la evaluación tendrá las mismas características que para los estudiantes regulares.

Estudiante que no cursó la asignatura o no aprobó ningún examen parcial:
El examen final consta de distintas instancias, todas de ellas deben ser aprobadas:
- Un examen escrito teórico-práctico, de carácter eliminatorio en el que se abordarán conceptos fundamentales.
- Planteo y resolución de los balances de materia y energía para un proceso productivo que se le asignará. El estudiante dispondrá de un plazo de 24 hs. para entregar el trabajo.
- Un examen de las mismas características que el de los estudiantes regulares.
- Ejecución de uno de los prácticos de laboratorio, determinado por sorteo, y elaboración del correspondiente informe.

[1] [1] - PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS PROCESOS QUÍMICOS- Richard M. Felder- Ronald W. Rousseau.- Addison-Wesley Iberoamericana. 3ra. Edición, 2008 (2da. Edición, 1999)
[2] Disponible en Biblioteca FICA
[3] [2] – BASIC PRINCIPLES AND CALCULATIONS IN CHEMICAL ENGINEERING David M. Himmelblau/James Briggs - Prentice-Hall. 7ma Ed. (2004)- 6ta. Edición en Castellano (1997).
[4] http://www.pearsonhighered.com/educator/product/Basic-Principles-and-Calculations-in-Chemical-Engineering/9780131406346.page
[5] Disponible en Biblioteca FICA
[6] [3] -ELEMENTOS DE INGENIERÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. (CAPÍTULO 8)- Fogler, H. Scout- Pearson Educación de México 4ta. Edición, 2008
[7] Disponible en Biblioteca FICA
[8] [4] - CHEMICAL ENGINEERING HANDBOOK- John. Perry- Ediciones 6 y 8 (2008) Editorial Mc. Graw Hill Co. Soporte papel- Edición 7. Soporte digital
[9] Disponible en Biblioteca FICA
[10] [5] - MANUAL DE DATOS PARA INGENIERÍA DE LOS ALIMENTOS- Hayes, George. Ed. Acribia, 1992
[11] Disponible en Biblioteca FICA

[1] [1] - PRINCIPIOS DE INGENIERÍA DE LOS BIOPROCESOS- Doran, Pauline M.1era. ed., 1998.
[2] Disponible en Biblioteca FICA
[3] [3] - INTRODUCCIÓN AL CÁLCULO DE LOS PROCESOS TECNOLÓGICOS DE LOS ALIMENTOS. Lomas, Esteban. Ed. Acribia, 2002
[4] Disponible en Biblioteca FICA
[5] [4] - MÉTODOS PARA MEDIR PROPIEDADES EN INDUSTRIAS DE ALIMENTOS. Alvarado, J., Aguilera J. Ed. Acribia, 2001
[6] Disponible en Biblioteca FICA
[7] [5] - PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS ALIMENTOS Y DE LOS SISTEMAS DE PROCESADO. Lewis, M.J.01 ed, 1993
[8] Disponible en Biblioteca FICA

El objetivo general del curso es presentar enfoques sistemáticos para la resolución manual y mediante computadora de problemas de balance de materia y energía.
Se espera que los alumnos al finalizar el curso sean capaces de:
RA1. Ejemplificar la necesidad de utilizar cálculos de balances de masa y energía.
RA2. Explicar las expresiones matemáticas generales de las ecuaciones de balance.
RA3. Estimar los valores de las propiedades físicas relevantes en un proceso industrial.
RA4. Representar e interpretar diagramas de flujo de procesos.
RA5. Simplificar las expresiones matemáticas de las ecuaciones de balance.
RA6. Resolver las ecuaciones de balance seleccionando la/s herramienta/s de cálculo más apropiada/s.
RA7. Realizar el análisis crítico de los resultados obtenidos.
RA8. Contribuir en el desarrollo de las actividades de un equipo de trabajo.
RA9. Comunicar el resultado de una experiencia de laboratorio y defenderlo.

INTRODUCCIÓN: Importancia de los cálculos de balance de materia y energía en la Ingeniería Química.

UNIDAD I: Procesos y variables de procesos

UNIDAD II: Balances de materia

UNIDAD III: Balances de energía

UNIDAD IV: Balances simultáneos de materia y energía

UNIDAD V: Balances de materia y energía en procesos reactivos

En caso de imprevistos se reducirá la cantidad de problemas de resolución obligatoria por cada unidad del programa.