Programa de la asignatura:
Fenómenos de transporte
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Información general de la asignatura
Ciencias de la Salud Biológicas y Ambientales | Ingeniería en Biotecnología
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Nombre de la asignatura Fenómenos de transporte
Semestre Cuarto
Horas de estudio 72
Claves de la asignatura Biotecnología TSU: N/A
ING: 200920621/190920621
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Índice Información general de la asignatura ........................................................................................ 1 Ficha de identificación ............................................................................................................... 1 Presentación.............................................................................................................................. 3 Propósito ................................................................................................................................... 4 Competencias a desarrollar ...................................................................................................... 5 Temario…………………………………………………………………………………………………6 Metodología de trabajo .............................................................................................................. 8 Evaluación ............................................................................................................................... 11 Fuentes de consulta ................................................................................................................ 13
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Presentación
La Ingeniería en Biotecnología es una disciplina que plantea el diseño de procesos de transformación en un esquema muy particular que no exige producción en gran escala o al menos no en lo inmediato. Si bien la biotecnología trata de procesos en gran medida diferentes a los que implican industrias muy grandes que también manejan y desarrollan procesos tales como, las industrias químicas, petroquímicas y de alimentos entre otras; en la biotecnología los procesos se analizan y se diseñan de manera semejante a todas las áreas donde estos se llevan a cabo, ya sean procesos químicos, farmacéuticos, bioquímicos , petroquímicos; por tanto los procesos biotecnológicos deben considerar tanto como los procesos de otras industrias, a los fenómenos de transporte. Los fenómenos de transporte son situaciones físicas que como su nombre lo indica contienen implícito al movimiento, esto significa que en gran medida se considera el concepto físico de –cantidad de movimiento-; ¿Cantidad de movimiento en dónde o de qué? Precisamente la materia que se destina a un proceso de transformación, es decir que sufrirá cambios químicos y físicos debe transportarse para que todos esos cambios se lleven a cabo, dicha materia generalmente se comporta como un flujo se parece o es en muchas ocasiones un fluido es por ello que el análisis del movimiento, es decir de la cantidad de movimiento no es otra cosa que el análisis del comportamiento de los fluidos en movimiento, asimismo dicho movimiento implica otras variables o parámetros según los requerimientos de transformación de dicha materia o sustancia y por eso puede aplicarse necesariamente calor, presión, provocarse reacciones químicas que implican otras necesidades de predicción y cálculo; por ello interviene la termodinámica y en muchos aspectos la fisicoquímica. La asignatura de fenómenos de transporte tiene relación directa con disciplinas científicas tales como termodinámica, dinámica de fluidos, transferencia de calor, y con asignaturas tales como balance de materia y energía y operaciones unitarias; asimismo
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exige conocimientos matemáticos de: cálculo diferencial e integral, cálculo vectorial, cálculo de varias variables y ecuaciones diferenciales.
Propósito
Analizar el comportamiento de la materia en el proceso de transformación en ciertas circunstancias. Identificar diversos tipos de fluidos, analizándolos en términos de fluidos newtonianos y no newtonianos; considerando las situaciones de transferencia o transporte de y sus variables mecánicas, dinámicas, y termodinámicas. Emplear los fenómenos de transporte al enfrentar situaciones de diseño, tanto de procesos como de dispositivos y equipo de procesamiento en plantas de transformación química y o bioquímica y de bioprocesos.
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Competencias a desarrollar
Competencia General Analizar los fenómenos de transporte de cantidad de movimiento, energía y masa través de las ecuaciones propias de estos fenómenos para explicar los procesos de transformación. Competencias específicas de Unidad
Unidad 1
Comparar las biomoléculas mediante su estructura para identificar su función en los procesos bioquímicos.
Unidad 2
Analizar los fenómenos de transferencia de calor mediante las ecuaciones aplicables a este fenómeno para distinguir las condiciones de los procesos de transformación.
Unidad 3
Analizar los fenómenos de la transferencia de masa mediante las ecuaciones aplicables al mismo para distinguir las condiciones de los procesos de transformación.
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Temario Unidad 1. Transporte de cantidad de movimiento (momentum)
1.1.
Introducción y conceptos básicos 1.1.1 Importancia de los fenómenos de transporte en la formación profesional del ingeniero. 1.1.2. Elementos constitutivos de un fenómeno de transporte 1.1.3. Mecanismos de transporte
1.2.
Tipos de Fluidos y efecto de un esfuerzo sobre de éstos 1.2.1. Relación esfuerzos-rapidez de deformación en un fluido 1.2.2. Ley de Newton de la viscosidad 1.2.3. Fluidos Newtonianos y no Newtonianos 1.2.4. Modelos reológicos
1.3.
Ecuación de movimiento 1.3.1. Formulación Euleriana 1.3.2. Formulación Lagrangiana (Ec. de Navier-Stokes) 1.3.3. Ecuación de continuidad (forma diferencial) 1.3.4. Ecuación de Bernoulli
1.4.
Flujo laminar de fluidos newtonianos y no newtonianos 1.4.1. Flujo de Hagen-Poiseuille para fluidos no Newtonianos 1.4.2. Distribución de presión. 1.4.3. Flujo de Couette en régimen transitorio
1.5.
Capa límite hidrodinámica 1.5.1. Definición y caracterización de Capa límite 1.5.2. Teoría de capa límite de Ludwig Prandtl 1.5.3. Simplificación de la ecuación de Navier-Stokes para el flujo en la capa límite
1.6.
Turbulencia 1.6.1. Características distintivas de un flujo turbulento 1.6.2. Consecuencias matemáticas de las propiedades de la turbulencia
Unidad 2. Transporte de energía 2.1. Ley de Fourier. Transporte de calor por conducción 2.1.1. Capa límite térmica 2.1.2. Conducción unidimensional en estado estacionario. 2.1.3. Transporte de calor por conducción tridimensional en estado estacionario. Universidad Abierta y a Distancia de México
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2.1.4. Caracterización de materiales conductores 2.1.5. Caracterización de materiales aislantes 2.2. Conducción con generación interna de calor 2.2.1. Generación por reacción química. 2.2.2. Generación por efecto viscoso 2.3. Convección 2.3.1. Convección natural. Determinación analítica de perfiles de temperatura y flujo de calor por convección natural entre dos placas paralelas verticales a diferente temperatura 2.3.2. Rollos de convección 2.3.3. Convección forzada. Determinación de perfiles de temperatura y flujo de calor por convección forzada para el flujo de un fluido a través de un tubo y/o placas. 2.3.4. Termofluidos y sus propiedades 2.3.5. Transporte calor en flujo turbulento 2.4. Transporte de calor por radiación 2.4.1. Mecanismo. 2.4.2. Radiación del cuerpo negro. 2.4.3. Ley de Stefan-Boltzmann. Unidad 3. Transferencia de masa 3.1. Ley de Fick 3.1.1. Fuerzas impulsoras: Concentración, presión parcial, fracción masa y molar 3.1.2. Difusividad: Medición y estimación. Concepto de difusividad efectiva 3.1.3. Balance microscópico de masa para un componente en sistemas binarios 3.1.4. Deducción y uso de tablas en coordenadas cartesianas 3.1.5. Cálculo de perfiles de concentración en problemas de aplicación. 3.1.6. Introducción al estado dinámico. 3.2. Transferencia de masa interfacial 3.2.1. Modelo de transferencia convectiva de masa. 3.2.2. Coeficiente de transferencia de masa, correlaciones y analogías (Reynolds, Chilton-Colburn). 3.2.3. Fenómenos acoplados de transferencia y aplicaciones en procesos
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Metodología de trabajo
A continuación se describe la metodología de trabajo y se dan los lineamientos generales bajo los cuales se trabajará la asignatura. La metodología de enseñanza y evaluación será el Aprendizaje Basado en Problemas (ABP), así como la realización de prácticas teóricas y ejercicios, enfatizando la necesidad de la participación y cumplimiento del estudiante de forma ordenada y coordinada con el docente en línea para el logro de las competencias establecidas en la asignatura. El uso del Aprendizaje Basado en Problemas, la realización de prácticas teóricas y ejercicios le permitirán al estudiante adquirir habilidades y conocimientos que propicien aprendizajes significativos, que le permitan enfrentar situaciones de su entorno en un contexto real, aplicando el conocimiento y conceptos que se van obteniendo a lo largo de la asignatura, además de propiciar el interés por el desarrollo sustentable de su medio y la preservación de los recursos naturales. Durante el semestre se realizarán diversas actividades, cuya finalidad es reforzar y aplicar los conocimientos revisados a lo largo del curso, lo cual le permitirá desarrollar las competencias señaladas en el programa. Es importante que las prácticas y ejercicios se realicen en su totalidad y en el momento señalado, para que los estudiantes puedan evaluar sus avances o deficiencias con respecto a los temas indicados. A lo largo del curso se trabajará con problemas prototípicos, mismos que serán orientados por el docente en línea.
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Foro de Dudas y consultas.
En él podrás plasmar todas las inquietudes y cuestionamientos que te vayan surgiendo al momento de consultar los contenidos nucleares (materiales por unidad), así como al realizar las actividades y evidencia de aprendizaje. Tu docente en línea también podrá realizarte un diagnóstico de todos los conocimientos, relacionados con la asignatura, con los que cuentas, o bien, organizar equipos de trabajo si se requiere realizar una actividad en equipo con tus compañeros(as).
Planeación didáctica del docente en línea.
Este espacio fue diseñado para que el docente en línea pueda plasmar y comunicar tanto las actividades determinadas para esta asignatura como las complementarias; éstas últimas te aportarán elementos para alcanzar la competencia específica, es decir, tu objetivo por unidad. Es importante mencionar que deberás estar al pendiente de este espacio, porque el docente en línea puede comunicarse contigo y atender contingencias o problemáticas que vayan surgiendo en el semestre. Asimismo, te comunicará el diseño de cada una de las actividades que contribuirán a tu aprendizaje y asignar fechas de entrega, y que finalmente autogestiones tú tiempo requerido para esta asignatura, otra de las funciones de este espacio es que también te puede enviar material extra de consulta.
Autorreflexiones
Por otro lado, cuentas con la actividad de Autorreflexiones, misma que podrás realizar mediante dos herramientas en el aula, un foro de consulta y una tarea. El docente en línea te formulará preguntas detonadoras en el foro para generarte una reflexión respecto a lo revisado en cada unidad, reflexión que podrás plasmar a través de un documento que, a su vez, podrás subir en la herramienta de tarea con el mismo nombre.
Asignación a cargo del docente en línea
Asimismo, cuentas con la pestaña de Asignación a cargo del docente en línea, en la cual podrás encontrar, debidamente configuradas, herramientas de tareas, cuyo
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número corresponderá al número de unidades determinadas por esta asignatura. En estas herramientas deberás subir las respuestas de las actividades complementarias determinadas y comunicadas por tu docente en línea mediante el foro de Planeación didáctica del docente en línea, y te permitirán abarcar conocimientos y habilidades para alcanzar las competencias establecidas en la asignatura. Contenidos nucleares
Por último, no olvides consultar los contenidos nucleares que fueron seleccionados, determinados y desarrollados por un equipo docente para cada unidad, ya que estos contenidos nucleares son el conocimiento mínimo que debes aprender para poder realizar las actividades mencionadas anteriormente y así concluir con éxito la asignatura Desarrollo sustentable. ¡No dejes de hacerlo!
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Evaluación
Para acreditar la asignatura se espera la participación responsable y activa del estudiante, contando con el acompañamiento y comunicación estrecha con su docente en línea, quien, a través de la retroalimentación permanente, podrá evaluar de manera objetiva su desempeño. En este contexto, la retroalimentación permanente es fundamental para promover el aprendizaje significativo y reconocer el esfuerzo. Es requisito indispensable la entrega oportuna de cada una de las tareas, actividades y evidencias, así como la participación en foros y demás actividades programadas en cada una de las unidades y conforme a las indicaciones dadas. Las rúbricas establecidas para cada actividad contienen los criterios y lineamientos para realizarlas, por lo que es importante que el (la) estudiante las revise antes de elaborar sus actividades. Para este semestre, la evaluación se hará con base en las siguientes categorías: Foro de presentación y dudas En este espacio el grupo se integrará, se resolverán las dudas respecto a la asignatura y su evaluación. Planeación didáctica del docente en línea La planeación didáctica del docente en línea muestra de forma organizada y en un solo momento el diseño de las actividades e intervenciones que realizará el docente durante el desarrollo del curso en cada una de las unidades temáticas. Foro holístico En este espacio se espera que socialices y desarrolles tu objeto de investigación bajo el eje de problema prototípico, apoyándote en el contenido, así como en los recursos que se proponen.
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Producto del foro holístico Será el docente en línea quien diseñe los criterios generales del documento a entregar, el cual derivará de las ideas fuerza detectadas en el Foro holístico. Evidencia de aprendizaje – EA Dentro de la Planeación didáctica el docente en línea explicará la “Delimitación del problema prototípico” y describirá, de forma general, de que tratará la Evidencia de aprendizaje; así como el problema que se abordará. El docente proporcionará las instrucciones precisas sobre el formato en que entregarás dicho documento. Autorreflexiones En este espacio el docente es libre de proponer una actividad con el propósito de cubrir aquellos puntos que requieran de mayor profundidad. Es posible que se lancen algunas preguntas detonadoras o alguna actividad complementaria. A continuación se presenta el esquema general de evaluación.
Esquema de evaluación Evaluación continua
E-portafolio
Asignación a cargo del docente
Actividades colaborativas
10%
Actividades individuales
30%
Evidencia de aprendizaje
40%
Autorreflexiones
10%
Instrumentos y técnicas de evaluación propuestas por el docente en línea
10%
CALIFICACIÓN FINAL
100%
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Fuentes de consulta
Bibliografía básica
Bird, R. B. et.al. (2006). Fenómenos de transporte. (2a ed.) Nueva York: Ed. John Wiley & Sons, Inc. Betancourt, G. R. (1991). Fenómenos de Transporte: un curso introductorio. (Prefacio: Prólogo). Colombia: Centro de Publicaciones de la Universidad Nacional Seccional Manizales. Geankopolis, C. J. (2004). Procesos de transporte y operaciones unitarias. (5ª. reimpresión). México: Compañía Editorial Continental. Holman J. P. (1999). Transferencia de calor. (10ª. reimpresión). México: Compañía Editorial Continental, S.A. de C.V. McCabe W. L. et.al. (1995). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. 4ª Edición. España: McGraw-Hill/Interamericana. Instituto Tecnológico de Morelia, (2010). Fenómenos de Transporte I. Ingeniería Bioquímica. BQJ-1008. México: ITM. Mott, R. L. (2006). Mecánica de fluidos. México: Pearson Prentice Hall. Welty, J. R. et.al. (1993). Fundamentos de Transferencia de Momento, Calor y Masa. (5ª. reimpresión). México: Limusa.
Bibliografía complementaria
Córdoba, D. et.al. (2005). Las matemáticas de los fluidos: torbellinos, gotas y olas. La Gaceta de la Real Sociedad Matemática Española. Vol. 8.3, pp. 565-595.
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Franco, C. A., et al. (2007). Fenómenos y mecanismos de transporte. Universidad de Sevilla. pagina_06. Recuperado Diciembre 08, 2012, de ocwus Web site: http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operacionesbasicas/contenidos1/tema1/pagina_06.htm. Esta obra se publica bajo una licencia Creative Commons License. Copyright 2007, Autores y Colaboradores. Cite/attribute Resource. Smith, J. M. et al (1981). Introducción a la termodinámica en Ingeniería Química, México, McGraw Hill, 1981. Welti Chanes, J., Palomares, O., Vergara Balderas, F. y Maris Alzamora, S. (2005). Aplicaciones de ingeniería y fenómenos de transporte al estudio de la transferencia convectiva de calor en alimentos envasados. Revista Mexicana de Ingeniería Química, año/vol 4, número 001, Distrito Federal, México: Universidad Autónoma Metropolitana – Iztapalapa.
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