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La asignatura de Balance de masa y energía y operaciones unitarias está enfocada en identificar, analizar y diseñar las unidades básicas de los procesos térmicos y físico- químicos que pueden encontrarse en cualquier sistema de aplicación energética.

Dado que la base de diseño de dichas unidades básicas u operaciones unitarias es el balance de masa y energía, el principio del curso será abordar el fundamento teórico y la metodología para afrontarlos, así como resolverlos. De tal manera que, a partir de la aplicación de estos balances, la finalidad de la asignatura es que logres realizar la selección, operación y adaptación de equipos industriales que involucren transferencia de masa y/o calor, específicamente en el campo de las energías renovables. Y, tomando en consideración que las operaciones unitarias son sumamente variadas, el principal objetivo del curso es que se revisen y analicen aquellas que tienen un mayor impacto en energías renovables.

Es importante señalar que para el estudio de esta materia requieres de los conocimientos básicos adquiridos previamente en las asignaturas de Física, Química, Química analítica, Cálculo diferencial, Cálculo integral, Termodinámica I y Termodinámica II. Además, los conocimientos que adquirirás serán de utilidad en el estudio de las siguientes asignaturas que estás cursando y posteriores: Diseño de sistemas termosolares, Diseño de sistemas eólicos, Diseño de sistemas fotovoltaicos, Diseño de sistemas hidráulicos, y Diseño de sistemas y dispositivos para la producción de biocombustibles.

Joan. (2020). Tardor20. [Imagen] Flickr. https://flic.kr/p/2mRknpZ

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Competencias

Competencia general

Analiza las operaciones unitarias aplicadas en sistemas energéticos renovables para examinar los procesos y el aprovechamiento de la energía a través del análisis de la transferencia de masa y/o energía.

Da clic en cada pestaña para revisar las competencias que alcanzarás en esta asignatura.

Competencia específica

Analiza balances de masa y energía para analizar operaciones unitarias aplicables en sistemas energéticos renovables, identificando la variable de transporte de masa y energía.

Logros:

Describirás un sistema y el tipo de proceso implicado en su transformación, identificando las líneas de flujo y las expresiones de balance de masa que lo gobiernan para, finalmente, analizar el balance de masa.
Identificarás los diferentes tipos de energía, sus interrelaciones, y los mecanismos de transferencia de calor.
Estimarás los grados de libertad de un sistema multi componente, así como analizar los balances de energía en sistemas cerrados y abiertos. Y emplearás la metodología generalizada para analizar simultáneamente los balances de masa y energía en estado estacionario y transitorio.

Competencia específica

Analiza operaciones unitarias de transferencia de masa y/o calor para examinar los procesos de transformación energética, analizando los principios de balance de masa y de energía.

Logros:

Identificarás las operaciones unitarias.
Utilizarás las herramientas de diseño de las operaciones unitarias de trasferencia de calor.
Identificarás los criterios de selección de equipos industriales de transferencia de calor, según las necesidades del proceso.

Competencia específica

Analiza operaciones unitarias de transferencia de masa y/o calor para examinar los procesos de transformación energética, analizando los principios de balance de masa y de energía.

Logros:

Utilizarás las herramientas de diseño de las operaciones unitarias de trasferencia simultánea de masa y calor.
Identificarás los criterios de selección de equipos industriales de transferencia simultánea de masa y calor según las necesidades del proceso.

Temario

El contenido que estudiarás en cada unidad de este módulo se presenta a continuación.

Da clic en cada unidad para ver los temas y subtemas.

Unidad 1. Balances de masa y energía

1.1. Balances de masa

1.1.1. Ecuación general de balance

1.1.2. Diagramas de flujo

1.1.3. Protocolo para cálculo de balances

1.2. Balances de energía

1.2.1. Tipos de energía

1.2.2. Balance de energía para sistemas cerrados

1.2.3. Balance de energía para sistemas abiertos

1.2.4. Mecanismos de transferencia de calor

1.3. Balances simultáneos de masa y energía

1.3.1. Determinación de grados de libertad en un proceso

1.3.2. Balances simultáneos en estado estacionario

1.3.3. Balances simultáneos en estado transitorio

Unidad 2. Operaciones unitarias de transferencia de calor

2.1. Intercambiadores de calor

2.1.1. Intercambiador de doble tubo

2.1.2. Intercambiador de tubo y coraza

2.1.3. Intercambiador de superficie extendida

2.2. Dispositivos solares

2.2.1. Colector solar plano

2.2.2. Panel fotovoltaico

Unidad 3. Operaciones unitarias de transferencia simultánea de masa y calor

3.1. Evaporación

3.1.1. Evaporador de simple efecto

3.1.2. Evaporador de múltiple efecto

3.2. Condensación

3.2.1. Condensador de superficie

3.2.2. Condensador de contacto

3.3. Secado

3.3.1. Tipos de secadores

3.3.2. Tiempo de secado

Metodología

En el curso de Balance de masa y energía y operaciones unitarias se emplearán dos metodologías: Aprendizaje Basado en Problemas (ABP) y del Aprendizaje Basado en Casos (ABC), ambas tienen el propósito de desarrollar las habilidades que te permitan usar de manera activa los conocimientos adquiridos. El ABP busca que comprendas y profundices adecuadamente en la solución a los problemas que se utilicen para aprender, empleando para tu análisis ciertas estructuras científicas y prácticas.

Por otro lado, en el ABC utilizas casos centrados en un tema específico, los cuales incluyen información, datos y material técnico; al final de cada caso habrá una lista de preguntas críticas, que requieren que hagas una reflexión inteligente del caso. La principal meta de ambas metodologías es que apliques tus conocimientos para obtener ciertas habilidades del pensamiento, como la formulación de conjeturas, modelación, entre otros. Por otro lado, se te presentan autoevaluaciones, que no son propiamente temas para estudiar, sino que se desarrollarán a lo largo de todo el curso y tienen la finalidad que compruebes los conocimientos que vayas adquiriendo.

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. Los instrumentos de evaluación establecidos para cada actividad contienen los criterios y lineamientos para realizarlas, por lo que es importante que el (la) estudiante los revise antes de elaborar sus actividades.

A continuación, se presenta el esquema general de evaluación correspondiente a esta asignatura:

Esquema de evaluación
Evaluación continua	Actividades colaborativas	10%
Evaluación continua	Actividades individuales	30%
E-portafolio	Evidencia de aprendizaje	40%
E-portafolio	Autorreflexiones	10%
Asignación a cargo del docente	Instrumentos y técnicas de evaluación propuestas por el docente en línea	10%
Calificación final		100%

Cabe señalar que para aprobar la asignatura, se debe de obtener la calificación mínima indicada por la UnADM.

Fuentes de consulta

Foust, A.S., Wenzel, L.A., Clump, C.W., Maus, L. Andersen, L.B. (2006). Principios de operaciones unitarias. México: Compañía Editorial Continental.
Geankoplis, C.J. (2006). Procesos de transporte y principios de procesos de separación (Incluye operaciones unitarias). México: Editorial Patria.
Izquierdo, J.F., Costa, J., Martínez de la Ossa, E., Rodríguez, J., Izquierdo, M. (2011). Introducción a la ingeniería química: Problemas resueltos de balances de materia y energía. Barcelona: Reverté.
McCabe, W.L., Smith, J.C., Harriott, P. (2007). Operaciones unitarias en ingeniería química. México: McGraw-Hill Interamericana.
Monsalvo, R. (2009). Balance de materia y energía. Procesos industriales. México: Editorial Patria.