Materia	Carrera	Plan	Año	Periodo
Ingeniería de las Reacciones Químicas 1	INGENIERÍA QUÍMICA	Ord 24/12-17/22	2023	1° cuatrimestre
Ingeniería de las Reacciones Químicas 1	INGENIERÍA QUÍMICA	OCD Nº 21/2022	2023	1° cuatrimestre

Docente	Función	Cargo	Dedicación
TONELLI, FRANCO	Prof. Responsable	P.Adj Exc	40 Hs
ARDISSONE, DANIEL	Prof. Colaborador	P.Tit. Exc	40 Hs
HERRERO, ALFREDO RICARDO	Prof. Colaborador	P.Adj Exc	40 Hs
COMELLI, OLGA ELISA	Responsable de Práctico	JTP Exc	40 Hs

Este curso se orienta al estudio de la cinética de reacciones homogéneas y diseño de reactores químicos en fase homogénea. El diseño de Reactores es un ejercicio de integración de conocimientos que requiere la aplicación combinada de conceptos de química, estequiometria, termodinámica, cinética química y fenómenos de transporte, el planteamiento de balances de masa, energía y cantidad de movimiento, así como la utilización de métodos matemáticos, herramientas computacionales e ingenio. Por consiguiente, el diseño de reactores es uno de los campos de mayor nivel de exigencia y reconocimiento en el ejercicio profesional del ingeniero químico. La Ingeniería de las Reacciones químicas constituyen un núcleo de conocimientos muy particular y marcan una de las diferencias más notables entre la formación del Ingeniero Químico y la de profesionales de otras ramas de la ingeniería. De allí la importancia que reviste su inclusión en el Plan de Estudios.

Objetivos Generales:
Enseñar los conceptos de la ingeniería de las reacciones químicas, la descripción, diseño y modelado de reactores químicos en fase homogénea y el funcionamiento de los principales tipos de reactores empleados en la industria química.
Exponer a los alumnos a la problemática de analizar el diseño y comportamiento de reactores isotérmicos y no-isotérmicos, aplicando los balances de energía en conjunto a los balances de materia para establecer el modo de operación con base en los requerimientos de calor.
De especial relevancia es que los alumnos puedan emplear los conocimientos específicos en Cinética y Diseño de Reactores, para calcular las dimensiones de los reactores y seleccionar las diferentes operaciones de trabajo con la finalidad de optimizar el proceso según las distintas alternativas. Con lo cual deben utilizar las diferentes ecuaciones de diseño para la especificar del tamaño, el flujo de entrada o la conversión del reactor.
Aplicar los principios para diseñar reactores, en fase homogénea, para reacciones simples y múltiples.
Objetivos específicos del curso:
RA1: Plantear balances de materia y de energía a los diferentes tipos de reactores, para determinar las ecuaciones de diseño.
RA2: Modelar y simular reactores en fase homogénea.
RA3: Diseñar Reactores en fase Homogénea, controladas por la transferencia simultánea de materia y calor.
RA4: Aplicar los principios para diseñar reactores, en fase homogénea, para reacciones simples y múltiples.

TEMA I. BALANCES MOLARES EN SISTEMA DE REACCIÓN
Balances molares. La velocidad de reacción. Ecuación general de balance molar. Reactores intermitentes. Reactores de flujo continuo: reactor tanque agitado continuo, reactor tubular. Conversión y tamaño del reactor. Definición de conversión. Ecuaciones de diseño para reactores intermitentes. Ecuaciones de diseño para reactores de flujo: Reactor tanque agitado continuo; Reactor tubular con flujo pistón. Reactores en serie: Reactores tanques agitados continuos en serie; Reactores tubulares con flujo pistón en serie. Combinaciones de tanques agitados continuos y reactores tubulares en serie. Comparación de volúmenes de tanques agitados continuos y tubulares y sus combinaciones. Definiciones adicionales. Tiempo espacial. Velocidad espacial.

TEMA II. LEYES DE VELOCIDAD Y ESTEQUIOMETRÍA
Leyes de velocidad. Definiciones básicas. Velocidad de reacción relativa. El orden de reacción y la ley de velocidad. Modelos de ley de la potencia y leyes de velocidad elementales. Leyes de velocidad no elementales. Reacciones reversibles. La constante de velocidad de reacción. Estequiometria. Sistemas intermitentes. Ecuaciones para concentraciones en reactores intermitentes. Sistemas de reacción intermitente a volumen constante. Sistemas de flujo. Ecuaciones para concentraciones en sistemas de flujo. Concentraciones en fase líquida. Cambio en el número de moles totales de una reacción en fase gas. Reactores intermitentes de volumen variable. Reactores de flujo con velocidad de flujo volumétrico variable.

TEMA III. RECOLECCIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS DE VELOCIDAD
Datos del reactor intermitente. Método diferencial de análisis. Técnicas de diferenciación de datos: Método Gráfico; Método Numérico; Ajuste de Polinomios. Método integral. Regresión lineal y no lineal.
Método de las velocidades iniciales.
Método de las vidas medias.

TEMA IV. DISEÑO DE REACTORES ISOTÉRMICOS
Balances molares en términos de conversión.
Estructura de diseño para reactores isotérmicos. Diseño de un reactor intermitente. Diseño de reactores tanques agitados continuos: Un Tanque; Tanques en serie; Tanques en Paralelo. Diseño de reactores tubulares con flujo pistón.
Balances molares en términos de Concentración y Flujos Molares.
Balances molares para Reactores Tanque Agitados Continuos, Reactores Tubulares con Flujo Pistón y Reactores Intermitentes. Fase líquida. Fase gaseosa.

TEMA V. REACCIONES MÚLTIPLES
Definiciones. Tipos de reacciones. Selectividad. Rendimiento.
Reacciones en paralelo. Maximización del producto deseado para un reactivo. Elección de reactores y condiciones de operación.
Reacciones en serie. Maximización del producto deseado.
Reacciones en serie-paralelo. Balances molares. Velocidades netas de reacción.

TEMA VI. DISEÑO DE REACTORES NO ISOTÉRMICOS EN ESTADO ESTACIONARIO
El balance de energía. Primera ley de la Termodinámica. Evaluación del término de Trabajo. Disección de los flujos molares en estado estacionario para obtener el calor de reacción. Disección de las entalpías. Relación entre ∆HR(T), ∆HºR(TR) y ∆Cp.
Operación adiabática. Balance de energía adiabático. Reactor tubular con flujo pistón adiabático.
Reactor tubular con flujo pistón con intercambio de calor. Balance de energía para el reactor. Balance de energía para el fluido enfriador en la transferencia de calor.
Conversión en el equilibrio. Temperatura adiabática y conversión en el equilibrio. Reacciones exotérmicas. Reacciones endotérmicas. Temperatura óptima de alimentación.

TEMA VII. DISEÑO DE REACTORES NO ISOTÉRMICOS EN ESTADO ESTACIONARIO Y NO ESTACIONARIO
Reactor tanque agitado continuo con efectos caloríficos en estado estacionario. Calor agregado al reactor. Múltiples estados estacionarios. Término de calor removido, R(T). Término de calor generado, G(T). Curva de ignición-extinción.
Balance de energía en estado no estacionario. Balance de energía para reactores intermitentes. Operación adiabática de un reactor intermitente.

VII - Plan de Trabajos Prácticos


Los alumnos realizarán trabajos prácticos de resolución de situaciones problemáticas relacionadas con todos los temas desarrollados en el programa analítico. Los problemas que se proponen en los trabajos prácticos de aula, hacen hincapié en una comprensión básica de los conceptos que gobiernan la selección, comportamiento y cálculo de los Reactores Homogéneos, que operan en modo isotérmico y no isotérmico.
Algunos problemas son del tipo de discusión cualitativa: sirven para ampliar la comprensión del estudiante de los conceptos básicos e incrementar la capacidad de interpretar y analizar nuevas situaciones con éxito.
La mayoría de problemas están basados en procesos reales específicos y en situaciones de procesado reales.
Los trabajos prácticos de la asignatura consistirán de la resolución de problemas, aplicando los conocimientos adquiridos en las clases teóricas. Se usará software apropiado en los casos que se requiera.
Antes de las clases prácticas los estudiantes realizarán un cuestionario para autoevaluar los conocimientos necesarios para abordar los problemas propuestos.

TRABAJOS PRÁCTICOS DE AULA
Práctico 1. Balances molares. Conversión y tamaño del reactor
Práctico 2. Leyes de velocidad. Estequiometria. Sistemas intermitentes y de flujo.
Práctico 3. Análisis de datos de velocidad.
Práctico 4. Diseño de reactores isotérmicos. Balances molares en términos de conversión. Balances molares en términos de concentración y flujos molares.
Práctico 5. Diseño para reacciones múltiples.
Práctico 6. Diseño de reactores no isotérmicos en estado estacionario.
Práctico 7. Diseño de reactores no isotérmicos en estado estacionario y no estacionario.
Las guías de trabajo práctico de Aula se avaluaran tomando como base dos exámenes parciales. El primer examen parcial se evalúan los prácticos 1, 2, 3 y 4 y en una segunda evaluación parcial los 5, 6 y 7.

TRABAJOS PRÁCTICOS DE LABORATORIO
Práctico 0. Seguridad en el laboratorio.
Práctico 1. Reactor tanque agitado discontinuo.
Práctico 2. Reactor tanque agitado continuo.
Práctico 3. Reactor tubular.
Las guías de trabajo práctico de laboratorio se avaluaran cada práctico individual. Después de realizar los prácticos presenciales los alumnos deben presentar un informe individual de las actividades realizadas en el laboratorio

Los alumnos realizarán trabajos prácticos de resolución de situaciones problemáticas relacionadas con todos los temas desarrollados en el programa analítico. Los problemas que se proponen en los trabajos prácticos de aula, hacen hincapié en una comprensión básica de los conceptos que gobiernan la selección, comportamiento y cálculo de los Reactores Homogéneos, que operan en modo isotérmico y no isotérmico.
Algunos problemas son del tipo de discusión cualitativa: sirven para ampliar la comprensión del estudiante de los conceptos básicos e incrementar la capacidad de interpretar y analizar nuevas situaciones con éxito.
La mayoría de problemas están basados en procesos reales específicos y en situaciones de procesado reales.
Los trabajos prácticos de la asignatura consistirán de la resolución de problemas, aplicando los conocimientos adquiridos en las clases teóricas. Se usará software apropiado en los casos que se requiera.
Antes de las clases prácticas los estudiantes realizarán un cuestionario para autoevaluar los conocimientos necesarios para abordar los problemas propuestos.

TRABAJOS PRÁCTICOS DE AULA
Práctico 1. Balances molares. Conversión y tamaño del reactor
Práctico 2. Leyes de velocidad. Estequiometria. Sistemas intermitentes y de flujo.
Práctico 3. Análisis de datos de velocidad.
Práctico 4. Diseño de reactores isotérmicos. Balances molares en términos de conversión. Balances molares en términos de concentración y flujos molares.
Práctico 5. Diseño para reacciones múltiples.
Práctico 6. Diseño de reactores no isotérmicos en estado estacionario.
Práctico 7. Diseño de reactores no isotérmicos en estado estacionario y no estacionario.
Las guías de trabajo práctico de Aula se avaluaran tomando como base dos exámenes parciales. El primer examen parcial se evalúan los prácticos 1, 2, 3 y 4 y en una segunda evaluación parcial los 5, 6 y 7.





TRABAJOS PRÁCTICOS DE LABORATORIO
Práctico 0. Seguridad en el laboratorio.
Práctico 1. Reactor tanque agitado discontinuo.
Práctico 2. Reactor tanque agitado continuo.
Práctico 3. Reactor tubular.
Las guías de trabajo práctico de laboratorio se avaluaran cada práctico individual. Después de realizar los prácticos presenciales los alumnos deben presentar un informe individual de las actividades realizadas en el laboratorio

A - METODOLOGÍA DE DICTADO DEL CURSO:
El dictado de la asignatura ingeniería de las Reacciones Químicas 1, se subdivide en el dictado de clases Teóricas, clases con Trabajos prácticos de aula y clases con Trabajos prácticos de laboratorio.
En las clases teóricas se desarrollan los contenidos fundamentales de cada Unidad. La metodología del dictado consiste en clases expositivas en forma de seminarios. Con el desarrollo de las clases teóricas se pretende también que el alumno pueda comprender a la lectura de distintos textos específicos de cinética y diseño de reactores.
En las clases de trabajo practico de Aula se pone en efecto los Practico de cada Unidad. La metodología de trabajo consiste en el desarrollo de ejemplos utilizando los conceptos teóricos. Con el desarrollo de las clases se pretende que el alumno elabore de modo personal los prácticos de aula.
En las clases de trabajo practico de laboratorio se aplica los contenidos conceptuales adquiridos en las clases teóricas-practicas, los mismos serán de carácter obligatorio. Los Prácticos de laboratorio tienen gran importancia para ayudar a fijar conceptos teóricos que responde a una interpretación de fenómenos físicos químicos. Los datos obtenidos en los trabajos prácticos serán procesados y utilizados para simulación en programas específicos en clases especiales dedicadas al efecto.
B - CONDICIONES PARA REGULARIZAR EL CURSO
REGIMEN DE ALUMNOS REGULARES
- Asistir como mínimo al 80% de las clases teórico-prácticas y 100% los trabajos prácticos de laboratorio.
- Aprobar las Guías de trabajo práctico o sus correspondientes recuperaciones, con un mínimo de 7 (siete) puntos y las guías de trabajos prácticos de laboratorio.
- Las guías de trabajo práctico de Aula se avaluaran tomando como base dos exámenes parciales.
- Las guías de trabajo práctico de laboratorio se avaluaran cada práctico individual.
Ambas evaluaciones requieren aprobar un examen escrito, de carácter eliminatorio, concite en la resolución de problemas (teóricos-prácticos).
·
C – RÉGIMEN DE APROBACIÓN CON EXÁMEN FINAL
Se deberá describir modalidad y características del examen final para los estudiantes que alcancen la condición de regulares en el curso.
Régimen de aprobación para alumnos regulares:
- Aprobar examen oral individual sobre la totalidad de los contenidos de la asignatura.
D – RÉGIMEN DE PROMOCIÓN SIN EXAMEN FINAL
Este régimen se restringe a los alumnos que presentan aprobadas las asignaturas correlativas requeridas por el plan de estudios, hasta la fecha determinada por el calendario académico, y figuren en condición de promocional en el sistema de alumnos.
Condición de Promoción de la asignatura:
- Asistir como mínimo al 80% de las clases teórico-prácticas.
- Realizar el 100 % los trabajos prácticos de laboratorio y aprobar a través de la elaboración de los informes respectivos.
- Aprobar dos evaluaciones parciales, de carácter práctico, o sus correspondientes recuperaciones, con un mínimo de 7 (siete) puntos.
- Aprobar dos evaluaciones sobre conceptos teóricos de la asignatura, con un mínimo de 7 (siete) puntos. Las evaluaciones se tomarán en fechas a convenir con los alumnos, durante el transcurso del cuatrimestre.
- Aprobar un coloquio integrador, que se evaluara en la semana siguiente a la finalización del cuatrimestre.
E – RÉGIMEN DE APROBACIÓN PARA ESTUDIATNES LIBRES
El régimen para alumnos libres, contempla dos tipos de condiciones en las que se presentan los alumnos
Condición 1: ALUMNO QUE CURSÓ LA ASIGNATURA.
- Los Alumnos que cursaron la asignatura y quedaron libre por evaluaciones parciales, habiendo aprobado todas las instancias de los trabajos prácticos de laboratorio.
requieren:
1. Aprobar un examen escrito, de carácter eliminatorio, concite en la resolución de problemas basado en los trabajos prácticos de aula.
2. Aprobar un examen oral de los temas teóricos del curso.

Condición 2: ALUMNO QUE NO CURSÓ LA ASIGNATURA.
Se requiere:
1. Aprobar el Práctico 0, Seguridad en el Laboratorio.
2. Realizar y aprobar con el correspondiente informe, como mínimo, un trabajo práctico de laboratorio a sortear (Prácticos 1 a 3).
3. Aprobar un examen escrito, que consistirá en la resolución de problemas basado en los trabajos prácticos de aula.
4. Aprobar un examen oral de los temas teóricos del curso.
Cada instancia tiene carácter eliminatorio.

[1] “Elementos de Ingeniería de las Reacciones Químicas”.H. Scott Fogler. 3rd. Edition. Prentice Hall (1999) - (Libro impreso y digital disponibilidad en la catedra y Biblioteca VM)
[2] “Elements of Chemical Reaction Engineering”. H. Scott Fogler. 4ta Edición. Prentice Hall. (2008) - (Libro impreso y digital disponibilidad en la catedra y Biblioteca VM)
[3] “Ingeniería de las Reacciones Químicas”. Octave Levenspiel. 2ª. Edición. Editorial Reverté. (1990) (1999) (Libro impreso y digital disponibilidad en la catedra y Biblioteca VM)
[4] “Ingeniería de la Cinética Química”. J.M. Smith. Ed. CECSA.3. (1999) (Libro impreso y digital disponibilidad en la catedra)

[1] “Chemical Reactor Análisis and Design”. Froment & Bischoff. 2nd. Edition. J Wiley & Sons. NY. (1968) - (Libro impreso y digital disponibilidad en la catedra y Biblioteca Sl)
[2] “Modeling of Chemical Kinetics and Reactor Design”. A. Kayode Coker. 2nd. edition. Gulf Professional Publishing. (2001) - (Libro impreso disponibilidad en la catedra)
[3] “Chemical Reactor Design, Optimization and Scaleup”. E. Bruce Naumann. Mc Graw Hill. (2001). - (Libro impreso disponibilidad en la catedra)

Conseguir que el alumno logre: comprender los diferentes métodos cinéticos de las velocidades de las reacciones. Aplicar los balances de materia y energía que permitan el diseño de los diferentes modelos de reactores en fase homogénea y heterogénea respectivamente. Analizar y establecer las condiciones necesarias a los efectos de optimizar el diseño de los reactores.

BALANCES MOLARES EN SISTEMA DE REACCIÓN
LEYES DE VELOCIDAD Y ESTEQUIOMETRÍA
COLECCIÓN Y ANÁLISIS DE DATOS DE VELOCIDAD
DISEÑO DE REACTORES ISOTÉRMICOS
REACCIONES MÚLTIPLES
DISEÑO DE REACTORES NO ISOTÉRMICOS EN ESTADO ESTACIONARIO
DISEÑO DE REACTORES NO ISOTÉRMICOS EN ESTADO ESTACIONARIO Y NO ESTACIONARIO

Ante imprevistos, de prespecialidad, El curso está preparado para ser dictado en modalidad virtual

Aprendizajes Previos:
Se especificarán los conocimientos y competencias que los estudiantes deben haber aprendidos en cursos anteriores para comenzar este curso. Se deberán escribir en formato [Verbo]+[Objeto de conocimiento]

Comprender los fenómenos básicos de transferencia de materia y energía
Identificar las propiedades termodinámicas del sistema.
Plantear y resolver balance de masa y energía para obtener las ecuaciones de diseño.
Reconocer y utilizar métodos cinéticos de análisis experimental.
Utilizar eficientemente los métodos numéricos con softwares.
Resolver sistema de ecuaciones algebraicas.

Detalles de horas de la Intensidad de la formación práctica.
Se deberán discriminar las horas totales con mayor detalle al explicitado en el cuadro inicial (Punto 3). La sumatoria de las horas deberá coincidir con el crédito horario total del curso explicitado en el campo “Cantidad de horas” del punto III.
Cantidad de horas de Teoría: 35 h
Cantidad de horas de Práctico Aula: 25 h (Resolución de prácticos en carpeta)
Cantidad de horas de Práctico de Aula con software específico: 20 h (Resolución de prácticos en PC con software específico propio de la disciplina de la asignatura)
Cantidad de horas de Formación Experimental: 10 h (Laboratorios, Salidas a campo, etc.)

Aportes del curso al perfil de egreso:
Especificar las competencias definidas por el plan de estudio, a las cuales aporta el curso, de la siguiente manera: [competencia]+[(Nivel de dominio – (si corresponde)]. Solo se deberán especificar aquellas a las que se realiza algún aporte y en los casos que corresponda con qué nivel de dominio.

1.1. Identificar, formular y resolver problemas. (Nivel 2)
1.2. Concebir, diseñar, calcular, analizar y desarrollar proyectos (Nivel 2).
1.5. Certificar el funcionamiento, condición de uso o estado (Nivel 2)
2.1. Utilizar y adoptar de manera efectiva las técnicas, instrumentos y herramientas de aplicación (Nivel 2)
2.2. Contribuir a la generación de desarrollos tecnológicos y/o innovaciones tecnológicas (Nivel 2).
2.3. Considerar y actuar de acuerdo con disposiciones legales y normas de calidad. (Nivel 2)
2.4. Aplicar conocimientos de las ciencias básicas de la ingeniería y de las tecnologías básicas (Nivel 2)
2.5. Planificar y realizar ensayos y/o experimentos y analizar e interpretar resultados (Nivel 2)
2.6. Evaluar críticamente órdenes de magnitud y significación de resultados numéricos (Nivel 2)
3.1. Desempeñarse de manera efectiva en equipos de trabajo multidisciplinarios. (Nivel 3)
3.2. Comunicarse con efectividad en forma escrita, oral y gráfica (Nivel 2).
3.4. Actuar con ética, responsabilidad profesional y compromiso social, considerando el impacto económico, social y ambiental
de su actividad en el contexto local y global. (Nivel 2)
3.5. Aprender en forma continua y autónoma. (Nivel 2 )
3.6. Actuar con espíritu emprendedor y enfrentar la exigencia y responsabilidad propia del liderazgo. (Nivel 1)