UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

VICERRECTORIA ACADEMICA Y DE INVESTIGACIÓN

PROPUESTA DE SYLLLABUS

INFORMACIÓN GENERAL DEL CURSO

ESCUELA O UNIDAD: ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DE MEDIOA AMBIENTE.

SIGLA: ECAPMA

NIVEL: PROFESIONAL

CAMPO DE FORMACIÓN: INGENIERÍA AMBIENTAL

CURSO: BALANCE MASICO Y ENERGÉTICO DE PROBLEMAS AMBIENTALES. CODIGO:358081

TIPO DE CURSO: TEÓRICO PRÁCTICO

N° DE CREDITOS: 3 N° DE SEMANAS: 16

CONOCIMIENTOS PREVIOS: QUÍMICA GENERAL, QUÍMICA ORGÁNICA , FISICA GENERAL

DIRECTOR DEL CURSO: JANET BIBIANA GARCÍA MARTÍNEZ

FECHA DE ELABORACIÓN: 13/10/2013

DESCRIPCIÓN DEL CURSO: El curso balance másico y energético en problemáticas ambientales está dirigido al

programa de Ingeniería Ambiental de la UNAD. Este curso está encaminado a proporcionar herramientas para

evaluar los procesos industriales y los sistemas naturales desde el punto de vista de las transformaciones que

sufren los elementos constitutivos de un sistema y de la cuantificación de materia y energía, con el propósito de

conocer la magnitud de las cargas contaminantes y, a partir de ello, aportar elementos para tomar decisiones y

precisar acciones preventivas y correctivas como responsabilidad social del ingeniero ambiental en formación. El

análisis adecuado de dichos procesos y sistemas permitirá al egresado del programa mencionado: el diseño,

selección, optimización y control amigable con el medio ambiente, de los diferentes flujos de materia y energía en

los procesos cotidianos de desarrollo industrial. De esta forma con el desarrollo de este curso se pretende exponer

las bases de los balances de materia y energía y su utilidad para el análisis de los procesos naturales e

industriales que suelen presentarse en los estudios de impacto ambiental, en el cual se busca identificar los

aspectos clave en los que se basan dichos balances.

El curso se estructura en 3 unidades, equivalente a 9 capítulos y 45 lecciones, y a través de su contenido se

fomentan competencias relacionadas con la cuantificación de cargas contaminantes a partir de los balances de

materia y energía de procesos industriales y sistemas naturales, y, a partir de ello, proponer soluciones para

optimizar y minimizar impactos. De igual forma el estudiante se apropia de elementos y herramientas para la

comprensión y resolución de problemas ambientales, respondiendo así a la necesidad y responsabilidad de

preservar el ambiente para asegurar el futuro de la humanidad.

INTENCIONALIDADES FORMATIVAS

Propósitos: Presentar al estudiante los conceptos necesarios para el estudio integral de sistemas naturales y procesos productivos. Proporcionar las bases y técnicas utilizadas para la ejecución de balances de materia y energía para un determinado proceso. Brindar al estudiante una comprensión profunda e interiorizada de cómo puede ser caracterizado, sistematizado y cuantificado un flujo de masa. Capacitar a los estudiantes para evaluar y diseñar procesos sostenibles proporcionando una introducción a las herramientas y modelos que vinculan cuantitativamente las decisiones técnicas y económicas con un impacto ambiental. Identificar alternativas de proceso más limpias y amigables con el medio ambiente. Identificar los sistemas y procesos naturales que ocurren en un ecosistema a partir de balances de masa y energía.

Competencias generales del curso: El estudiante reconoce los fundamentos de las operaciones básicas y de la ingeniería de procesos químicos El estudiante evalúa y da solución a problemas de balance de materia y energía para procesos simples, que incluyan múltiples unidades, reciclado y purga. El estudiante usa tablas y gráficas para obtener datos de propiedades físicas necesarios para dar solución a problemas de balance de materia y energía. El estudiante reporta cálculos de ingeniería e informes de solución de problemas de una manera profesional. El estudiante identifica y representa esquemáticamente cada una de las operaciones y procesos unitarios comunes en el campo de la ingeniería. El estudiante realiza todo tipo de balances de materia y energía para sistemas naturales, procesos productivos y brinda soluciones a problemas de contaminación ambiental en los mismos. El estudiante resuelve problemas en el área de la ingeniería de procesos con iniciativa, capacidad de decisión, razonamiento crítico y compromiso ambiental. El estudiante identifica los campos de aplicación de la ingeniería química y su relación con la Industria Química, las materias primas, fuentes de energía y sus repercusiones ambientales.

CONTENIDOS DEL CURSO

Esquema del contenido del curso:

Nombre de la unidad

Contenidos de aprendizaje (Capítulos)

Referencias Bibliográficas Requeridas (Incluye: Libros textos, web links, revistas científicas)

UNIDAD 1. REFERENTES E INTRODUCCIÓN AL BALANCE DE

MATERIA Y ENERGÍA

INTRODUCCION A LOS SISTEMAS AMBIENTALES Y SU PROBLEMÁTICA

Lección 1: ¿Qué son las ciencias ambientales? AMBIENTAL, R. C. D. F. LAS CIENCIAS AMBIENTALES: UNA NUEVA ÁREA DEL CONOCIMIENTO. (En línea) (consultado el 29/10/20013).Disponible en: http://www.congresodecienciasambientales.com/inicio_archivos/Libro_Ciencias_Ambientales.pdf

Lección 2: Principios de ingeniería y ciencias ambientales: Scielo. (2007). Dossier Ingeniería y medio ambiente. [Artículo en PDF]. [Consultado Octubre 25, 2013]. Disponible en http://www.scielo.org.co/pdf/ring/n26/n26a8.pdf

Lección 3: Fundamentos de los sistemas ambientales: La vida sobre la tierra (2013, Octubre 24).La vida sobre la tierra. Recuperado de http://www.youtube.com/watch?v=_Bnuo1n_pVg&feature=related

Lección 4: Ecosistemas e influencia humana. Masters, G. (2008). Introducción a la Ingeniería Medioambiental. Madrid, Pearson

Lección 5: Ciclos de los nutrientes y bioacumulación

CÁLCULOS EN INGENIERÍA, PROCESOS Y VARIABLES DE PROCESOS

Lección 6: Dimensiones, unidades y conversión de unidades: Dimensiones y Unidades (2008) Universidad de Sevilla [Disponible en PDF] Tomado de: http://www.esi2.us.es/DFA/FFII/CursoCero/Curso0809/Curso0_DyU_BN_0809.pdf

Lección 7: Temperatura y presión - Masa, fuerza y volumen - Unidades de concentración: Huang, F. F., & de Gortari, J. B. C. (1981). Ingeniería termodinámica: fundamentos y aplicaciones. Compañía Editorial Continental. [Disponible en PDF] Tomado de: http://dspace.ucbscz.edu.bo/dspace/bitstream/123456789/4505/3/2329.pdf

Lección 8: Unidades de concentración Petrucci, R. (2011). Química general. Madrid, Pearson Educación.

Lección 9: Elección de una base de cálculo para la resolución de problemas

TEORÍAS UNIFICADORAS

Lección 10: Conceptos básicos de química: Chang, R. (2010). Química. México D. F., McGraw Hill

Lección 11: Reacciones químicas y estequiometria: Levenspiel, O. (2002). Ingeniería de las reacciones químicas. Reverté. http://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=jF_1vse6AKoC&oi=fnd&pg=PA1&dq=Reacciones+qu%C3%ADmicas+y+estequiometria&ots=a28vGtfvie&sig=SBRFkGXvc1hR7Ce2ZMGznBfVExA#v=onepage&q=Reacciones%20qu%C3%ADmicas%20y%20estequiometria&f=false

Lección 12: Ley de conservación de la materia y leyes ponderales: Whitten, K. W., Gailey, K. D., Davis, R. E., Ortega, M. T. A., & Muradás, R. M. G. (1992). Química general. Madrid: McGraw-Hill.

UNIDAD 2. BALANCE DE

MATERIA.

Capítulo 4: BALANCE DE MATERIA EN SISTEMAS NO REACCIONANTES.

Lección 13: Fundamentos de los balances de materia y Formulación del problema del balance de materiales Apuntes de Procesos Químicos para Ingeniería de Sistemas. Claudia S. Gómez Quintero. [Consultado Octubre 31, 2013]. Disponible en : http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/claudiag/DocuIPQ/IPQ%20Balance%20de%20materia%20procesos%20no%20reactivos.pdf

Lección 14: Cálculos de balances de materia: Gooding, N. (2007). Balance de Materia. Bogotá D. C., Universidad Libre de Colombia.

Lección 15: Balances en procesos de varias unidades: Fundamentos de Operaciones Unitarias Consultado Octubre 31, 2013]. Disponible en : http://web.ing.puc.cl/~wwwiiq/sb/recursos/archivos/Libro_OOUUIv2.pdf

Recirculación, desviación y purga.

BALANCE DE MATERIA EN SISTEMAS REACCIONANTES.

Lección 16: Balance por componentes con reacción única Fernandez, Y. Balance de materia en estado estacionario con reacción Consultado Octubre 15, 2013]. Disponible en http://issuu.com/yoly10/docs/balance_de_materia_con_rq química.

Lección 17: Balance por componentes con reacciones químicas múltiples

Lección 18: Conversión de balances elementales a balances por componentes

SISTEMAS DE UNA Y VARIAS FASES.

Lección 19: Gases ideales Gases reales Wark, K., & Richards, D. E. (1991). Termodinámica. McGraw-Hill.[ Consultado Noviembre 3, 2013]. Disponible en http://dspace.ucbscz.edu.bo/dspace/bitstream/123456789/4581/1/989.pdf

Lección 20: Equilibrio de fases en sistemas de un componente

Lección 21: Equilibrios vapor-líquido para sistemas multicomponentes

UNIDAD 3. BALANCE DE ENERGÍA Y

APLICACIONES

ENERGÍA Y BALANCES DE ENERGÍA.

Lección 22: Formas de energía Rolle, K. C. (2006). Termodinámica. Pearson Educación.

Balances de energía para sistemas cerrados Reklaitis G. (1986). Balances de Materia y Energía. México D. F., Interamericana.

Lección 23: Balances de energía para sistemas abiertos. Reklaitis G. (1986). Balances de Materia y Energía. México D. F., Interamericana.

Lección 24: Balances de energía mecánica: BALANCE MACROSCOPICO DE ENERGIA MECANICA Consultado Octubre 31, 2013]. Disponible en: http://catedras.quimica.unlp.edu.ar/ftransporte/clase10.pdf

BALANCES DE ENERGÍA EN SISTEMAS SIN Y CON REACCIÓN QUÍMICA.

Lección 25: Propiedades de estado y trayectorias hipotéticas de los procesos

Lección 26: Operaciones de cambio de fase, mezclado y disolución.

Lección 27: Calor de reacción y calor de formación: Levenspiel, O. (2002). Ingeniería de las reacciones químicas. Reverté.

Lección 28: Balances de energía en reacciones químicas. Levenspiel, O. (2002). Ingeniería de las reacciones químicas. Reverté.

Lección 29: Reactores y análisis de reactores. Flores, A. (2001). Reactores No Isotérmicos. Santa Fe., Universidad Iberoamericana

APLICACIONES DE BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA COMBINADOS, EN SISTEMAS AMBIENTALES.

Lección 30: Industria y medio ambiente: Saralegui, J. B. (1990). Industria y Medio Ambiente: de la colisión a la sinergia. Ekonomiaz: Revista vasca de economía, (17), 150-159. [Consultado Octubre 31, 2013]. Disponible en: http://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/273428.pdf

Lección 31: Contaminación del aire, combustibles y combustión.

Lección 32: Tratamiento y potabilización de agua: Morató, J., Subirana, A., Gris, A., Carneiro, A., & Pastor, R. (2012). Tecnologías sostenibles para la potabilización y el tratamiento de aguas residuales.

Lección 33: Tratamiento de aguas residuales. Ramalho, R. S., Lora, F. D., & Jiménez Beltrán, D. (1996). Tratamiento de aguas residuales. Reverté. [Consultado Octubre 31, 2013]. Disponible en: http://repository.lasallista.edu.co/dspace/bitstream/10567/426/1/v3n1_p19-29TECNOLOGIAS%20SOSTENIBLES%5B1%5D....pdf

Lección 34: Ingeniería de residuos sólidos. Elías, X. (2000). Reciclaje de residuos industriales. Estados Unidos. Consultado Octubre 31, 2013]. Disponible en http://www.editdiazdesantos.com/wwwdat/pdf/9788479788353.pdf

Referencias bibliográficas complementarias

Grado de avance de una reacción: definición y aplicación a un sistema [Consultado Octubre 1, 2013]. Disponible en http://www.youtube.com/watch?v=jisnbkQEtB0 Balance de masa de una columna de destilación con recirculación: [Consultado Octubre 1, 2013]. Disponible en http://www.youtube.com/watch?v=AVUv7KraJ3g

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

Unidad Contenido

de Aprendizaje

Competencia Indicadores de

desempeño Estrategia de Aprendizaje

N° de Sem

Evaluación

Propósito Criterios de evaluación

Ponderación

UNIDAD 1:

REFERENTES E INTRODUCCIÓN

AL BALANCE DE MATERIA Y

ENERGÍA

Introducción a los sistemas

ambientales y su

problemática.

Cálculos en ingeniería, procesos y variables de procesos.

Teorías unificadoras

El estudiante apropia los conceptos básicos ligados a problemas ambientales, planteándolos como sistemas donde se busca mostrar la influencia humana sobre el cambio de los ecosistemas, enfatizando en la aplicación de la ingeniería y ciencias ambientales, en los ciclos de los nutrientes y bioacumulación.

El estudiante reconoce y aplica conceptos básicos ligados a problemas ambientales El estudiante entiende y aplica los diferentes sistemas de unidades y de conversión. El estudiante recuerda y aplica con propiedad conceptos básicos de química, termodinámica y cinética de reacciones

El estudiante inicia con un reconocimiento del curso, apropiándose de cada uno de los entornos presentados. Seguido por una revisión de la temática a tratar a lo largo del curso y con una actividad que le permitirá adquirir habilidades en la búsqueda de información de fuentes académicas y con reconocimiento científico. La estrategia aplicada en el curso se basa en el planteamiento de un problema el cual está divido en dos fases en los que se espera que el estudiante realice cálculos, encuentre alternativas, sugiera soluciones.

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Proporcionar las bases y técnicas utilizadas para la ejecución de balances de materia y energía para un determinado proceso.

Participación en el foro Correcta búsqueda de artículos. Buen uso de las normas de referenciación. Relevancia del análisis de datos y manejo de variables relevantes. Se identifica la problemática a trabajar Diseño del diagrama del proceso seleccionado.

Participación en el Foro Desarrollo entregable Evaluación Inicial 5%

UNIDAD 2. BALANCE DE MATERIA.

Balance de materia en sistemas no reaccionantes Balance de materia en sistemas reaccionantes Sistemas de una y varias fases.

El estudiante evalúa y da solución a problemas de balance de materia y energía para procesos simples de ingeniaría química, que incluyan múltiples unidades, reciclado y purga.

El estudiante elabora balances de masa por componentes. El estudiante emplea diagramas de flujo de procesos. El estudiante desarrolla sistemas de recirculación, desviación y purga, así como el balance en sistemas de una y varias fases.

La Fase I Consiste en el desarrollo del balance másico de la solución planteada al problema ambiental propuesto. El grupo consolida un trabajo basado en los resultados obtenidos por cada uno de los estudiantes, realizando comparaciones bajo criterios, ambientales, de rendimiento y económicos.

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Evaluar los conocimientos habilidades y destrezas (saber , hacer , ser) del estudiantes sobre los temas de la unidad y 2. Evaluar la capacidad de análisis de los datos obtenidos, además de las conclusiones y recomendaciones propuestas

Cálculo del balance de masa total del sistema propuesto. Conclusiones y resultados. Análisis y recomendaciones planteadas.

Desarrollo entregable primera fase del problema del curso 30%

UNIDAD 3. BALANCE DE ENERGÍA Y APLICACIONES

Energía y balances de energía. Balances de energía en sistemas sin y con reacción química. Aplicaciones de balances de materia y energía combinados, en sistemas ambientales.

El estudiante comprende los fundamentos básicos de los balances, las clases y los cálculos, necesarios para realizar balances de energía y balances de materia y energía combinados

El estudiante realiza todo tipo de balances de materia y energía para sistemas naturales, procesos productivos y brinda soluciones a problemas de contaminación ambiental en los mismos. El estudiante identifica y representa esquemáticamente cada una de las operaciones y procesos unitarios comunes en el campo de la ingeniería

La Fase II Consiste en el desarrollo del balance energético de la solución planteada al problema ambiental propuesto. Para lo anterior el estudiante debe realizar inicialmente una búsqueda de condiciones de operación de las etapas del proceso. La evaluación final del curso consiste en un consolidado de las etapas ya desarrolladas, donde el estudiante propone un nuevo proceso basado en criterios ambientales, energéticos y económicos

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Búsqueda de información Calculo de balances energéticos del proceso. Evaluar la capacidad de análisis de los datos obtenidos, además de las conclusiones y recomendaciones propuestas

Cálculo del balance de energía total del sistema propuesto. Conclusiones y resultados. Análisis y recomendaciones planteadas.

Desarrollo entregable primera fase del problema del curso 30% Evaluación Final 25%

ESTRUCTURA DE EVALUACION DEL CURSO

Tipo de evaluación Ponderación1 Puntaje Máximo

Autoevaluación FORMATIVA

Co evaluación FORMATIVA

Hetero evaluación: Evaluación Inicial: Trabajo del curso fase I Trabajo del curso fase II Componente práctico Evaluación Final:

5% 30% 30% 10% 25%

25

150 150 50

125

Total 100 % 500