INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PROGRAMA SINTÉTICO UNIDAD ACADÉMICA:

CARRERA:

UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA.

Ingeniería Ambiental, Ingeniería en Alimentos, Ingeniería en Biotecnología, Ingeniería Farmacéutica.

UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Fenómenos de Transporte

NIVEL:

III y IV

OBJETIVO GENERAL: El alumno aplicará los principios y leyes fundamentales de los fenómenos de transporte, y describirá los principios de las operaciones unitarias utilizadas en la bioingeniería en la solución de problemas identificando las condiciones y números adimensionales involucrados en la solución de la situación particular. DESCRIPCIÓN GENERAL DE CONTENIDOS: I. II. III. IV.

Introducción y conceptos básicos. Transferencia de cantidad de movimiento. Transferencia de energía. Transferencia de materia.

ORIENTACIÓN DIDÁCTICA: Resolución de problemas, elaboraciones de resúmenes esquemáticos, exposición de temas, sesión de preguntas y respuestas, trabajo en equipo e individual. EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN: La unidad de aprendizaje puede acreditarse mediante la demostración de los conocimientos a través de resolución de problemas, habilidades y destrezas antes de iniciar el curso, con calificación mínima aprobatoria de 6. Constará de evaluaciones parciales que consiste en un examen escrito con valor del 70% y el 30% restante será evaluado con las actividades que el alumno realice como resolución de problemas y participación en clase durante el periodo que abarque el parcial que se esté considerando. BIBLIOGRAFIA: Bird, R., Byron, W.E., Stewart, E.N., Lightfoot. Fenómenos de transporte, un estudio sistemático de los fundamentos del transporte de materia, energía y cantidad de movimiento. Revertè, Mèxico, 1ª. Edición. 300 págs. Treybal, J.C. Operaciones de transferencia de masa. Mc. Graw Hill, Mèxico, 1980. 156 págs.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD ACADÉMICA: Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología

UNIDAD DE APRENDIZAJE: Fenómenos de Transporte TIPO DE UNIDAD DE APRENDIZAJE: Teórica/obligatoria

CARRERA: Ingeniería en Alimentos , Ingeniería Biotecnológica, Ingeniería Ambiental e Ingeniería Farmacéutica

VIGENCIA: Agosto 2007

OPCIÓN:

NIVEL: III

PROFESIONAL ASOCIADO:

CRÉDITOS: 9.0

ÁREA FORMATIVA: Profesional MODALIDAD: Escolarizada

PROPÓSITO GENERAL Los fenómenos en donde se transfiere movimiento, materia y calor ayudan para comprender a partir de modelos matemáticos los principios de las operaciones unitarias utilizadas en bioprocesos. La asignatura de Fenómenos de Transporte, es una disciplina metodológica utilizada como conocimiento fundamental para el manejo integral de los procesos industriales Para alcanzar este propósito se requiere de conocimientos matemáticos por lo que se debe haber cursado la asignatura de Ecuaciones diferenciales para resolver sistemas de ecuaciones y conocimientos de propiedades termodinámicas de sustancias así como sus variaciones por cambios de estado, por lo que se debe haber cursado la asignatura Termodinámica. Como asignaturas consecuentes se tiene a Mecánica de fluidos y sólidos y Procesos de transferencia de calor.

OBJETIVO GENERAL El alumno aplicará los principios y leyes fundamentales de los fenómenos de transporte, y describirá los principios de las operaciones unitarias utilizadas en la bioingeniería en la solución de problemas identificando las condiciones y números adimensionales involucrados en la solución de la situación particular.

TIEMPOS ASIGNADOS HORAS TEORÍA/SEMANA: 4.5 HORAS PRÁCTICA/SEMANA :

UNIDAD DE APRENDIZAJE DISEÑADA O REDISEÑADA POR: Academia de Ingeniería Básica REVISADA POR: Subdirector Académico

AUTORIZADO POR: Comisión de Programas Académicos del Consejo General Consultivo del IPN

HORAS TEORÍA/NIVEL: 81 HORAS PRÁCTICA/NIVEL:

APROBADA POR: Consejo Técnico Consultivo Escolar

HORAS TOTALES/NIVEL: 81 Dr. Enrique Durán Páramo

Ing. Ernesto Ángeles Mejía

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE: N° UNIDAD TEMÁTICA: I

Fenómenos de Transporte

HOJA:

2

DE 6

NOMBRE: Introducción y Conceptos Básicos. OBJETIVOS PARTICULARES

El alumno identificará el campo de aplicación de los fenómenos de transporte. Aplicará los sistemas de unidades, mencionará conceptos y definiciones básicas de física y matemáticas así como la Ley de Newton para resolver problemas.

No. 1.1 1.2 1.2.1 1.3 1.4 1.5 1.6

CONTENIDOS Panorama general de los fenómenos de transporte en la bioingeniería Sistemas de unidades Conversiones Conceptos básicos de física y matemáticas Ley de Newton de la viscosidad Fluidos no Newtonianos Viscosidad: Estimaciones

T 1.5

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1C, 2B, 8C

1.5 1.5 1.5 1.5

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Encuadre del curso por parte del profesor. Participación en clase. Exposición de temas por parte de los alumnos con el apoyo y supervisión del profesor. Resolver los problemas de la guía suministrada por el profesor para trabajar de manera colaborativa. Uso de cañón, y pizarrón.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Solución de problemas, en trabajo colaborativo 5% Búsqueda de información en trabajo individual 10% Exposición de temas, trabajo colaborativo 5% Las actividades que el alumno realice corresponderán al 20% de la calificación y el 80% será la obtenida en el 1er. examen aplicado

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Fenómenos de Transporte

HOJA:

3

DE 6

N° UNIDAD TEMÁTICA: II

NOMBRE: Transferencia de cantidad de movimiento. OBJETIVOS PARTICULARES El alumno analizará y resolverá la ecuación de continuidad, cantidad de movimiento y energía y describirá diversas situaciones presentes basándose en mapas mentales en el manejo de fluidos. Identificará los principios, leyes, condiciones involucrados en una situación particular de interés en su carrera. No. 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.4.1 2.3

CONTENIDOS Balances de cantidad de movimiento Flujo de una película descendente Flujo a través de un tubo circular Flujo a través de un espacio anular Flujo reptante alrededor de una esfera sólida Ecuaciones de variación Ecuación de continuidad Ecuación de cantidad de movimiento Ecuaciones de variación en coordenadas curvilíneas Análisis dimensional de las ecuaciones de variación Uso de las ecuaciones de variación Factores de fricción.

T 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 3.0 3.0 3.0 1.5

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1C,2B,3C, 4C,,6B,

1.5

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Solución de problemas tipo en forma grupal. Solución de problemas tipo para Balances de cantidad de movimiento, Flujo de una película descendente, Flujo a través de un tubo circular, Flujo a través de un espacio anular, Flujo reptante alrededor de una esfera sólida. Realización de procedimientos para la solución de problemas tipo. Exposición por parte de los alumnos en forma tanto grupal como individual. Uso de computadora, programas de cómputo y cañón como apoyo para la exposición de temas y resolución de problemas. Guía suministrada por el profesor sobre la Elaboración de mapas mentales por el alumno.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Solución de problemas trabajo grupal . 5% Exposición de problemas. Trabajo colaborativo.10% Elaboración de un mapa mental. Trabajo individual.5% Aplicación del examen correspondiente a la unidad I y II, equivalente a un 80% de la calificación, el 20% corresponde a la participación en clase con exposición de problemas y a la elaboración de mapas mentales.

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Fenómenos de Transporte

HOJA:

4

DE 6

N° UNIDAD TEMÁTICA: III

NOMBRE: Transferencia de energía. OBJETIVOS PARTICULARES El alumno aplicará la solución de la ecuación de energía, analizando y describiendo diversas situaciones en donde se presente el fenómeno de transferencia de energía.

No. 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 3.3.6 3.3.7 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3

CONTENIDOS Ley de Fourier de la conducción de calor Conductividad térmica: Estimaciones Balances de energía Conducción con disipación térmica Conducción con reacción química Conducción en paredes compuestas Conducción en una aleta de enfriamiento Convección forzada Convección libre Ecuaciones de variación Ecuaciones de energía Ecuaciones de variación en coordenadas curvilíneas Uso de las ecuaciones de variación Coeficientes de transmisión de calor

T 1.5 1.5 1.5 3.0 3.0 3.0 3.0 1.5 1.5 1.5 1.5 3.0 3.0

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

1C,2B,,5C 6B,7C,8C

3.0

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Enseñanza integrativas: Solución de problemas aplicados a la industria, ilustraciones. Exposición de temas en clase por parte del alumno con asesoría del profesor. Participación en clase. Uso de computadora, programas de cómputo y cañón como apoyo para la exposición de temas y problemas. Guía suministrada por el profesor sobre la elaboración de mapas mentales con un ejemplo. El profesor coordinará el trabajo de manera colaborativa.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES Aplicación del examen departamental correspondiente a la unidad III, equivalente a un 80% de la calificación, Solución de problemas, individual 10% Exposición de temas. Trabajo colaborativo.5% Elaboración de un mapa mental. Trabajo individual.5%

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

Fenómenos de Transporte

HOJA:

5

DE 6

N° UNIDAD TEMÁTICA: IV

NOMBRE: Transferencia de materia. OBJETIVOS PARTICULARES El alumno aplicará la ecuación de continuidad, cantidad de movimiento y energía. Analizará y describirá las aplicaciones en problemas de transferencia de masa. No. 4.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.3.4 4.4 4.4.1 4.4.2

CONTENIDOS Ley de Fick de la difusión binaria Difusividad: Estimaciones Balances de materia Difusión a través de una película de gas estancada Difusión a una película líquida descendente Ecuaciones de variación Ecuación de continuidad para sistema multicomponente Uso de las ecuaciones de variación Coeficiente de transferencia de masa

T 1.5 1.5 1.5 1.5 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0

P

TAA

CLAVE BIBLIOGRÁFICA

2B,3C,5C 7C

ESTRATEGIAS DIDÁCTICAS Exposición-interactiva mediante cuadros sinópticos, preguntas de tipo abierto Elaboración de mapa mental de la unidad. Uso de computadora, programas de cómputo y cañón como apoyo para la exposición de temas y solución de problemas por parte del alumno con el apoyo del profesor.

EVALUACIÓN DE LOS APRENDIZAJES

Aplicación del examen correspondiente a la unidad IV, equivalente a un 80% de la calificación Aprendizaje por la búsqueda de información. 5% Solución de problemas Trabajo colaborativo. 10% Exposición de temas. Trabajo colaborativo. 3% Elaboración de un mapa mental. Trabajo individual. 2%

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR UNIDAD DE APRENDIZAJE:

PERÍODO 1

UNIDAD I y II.

Fenómenos de Transporte

HOJA:

6

DE 6

PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN Aplicación de tres exámenes departamentales, cada uno equivalente a un 80% de la calificación, el 20% corresponde a la participación en clase con exposición de problemas, elaboración de mapas mentales.

2

III.

3.

IV

CLAVE

B

X

1

2

C

X

6 7

Geankoplis Ch. J., Procesos de transporte y principios de procesos de separación. (Incluye operaciones unitarias), compañía Editorial continental, cuarta Edición México, 2006. 336 págs.

X

Slattery, J.C. Momentum, energy and mass transfer in continua. Mc. Graw Hill, Mèxico, 1972. 258 págs

X

Sisson, E. Elements of transport phenomena, Mc. Graw Hill, Mèxico, 1972. 385 págs

4 5

Bennett, O, Myers, J.E. Transferencia de cantidad de movimiento, calor y materia (tomos 1 y 2). Reverte, México, 2ª, edición,1998 248 págs Bird, R., Byron, W.E., Stewart, E.N., Lightfoot. Fenómenos de transporte, un estudio sistemático de los fundamentos del transporte de materia, energía y cantidad de movimiento. Reverte, México, 1ª. Edición, 1993. 300 págs

X

3

BIBLIOGRAFÍA

X

Treybal, J.C. Operaciones de transferencia de masa. Mc. Graw Hill, Mèxico, 1980. 156 págs. X Welty, J.R. Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa. Limusa, México 1972.págs.561.765

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARÍA ACADÉMICA DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN SUPERIOR PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA 1. DATOS GENERALES ESCUELA: UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGÍA CARRERA

Ingeniería Ambiental, Ingeniería en Alimentos, Ingeniería en Biotecnología, Ingeniería Farmacéutica

ÁREA:

BÁSICAS

ACADEMIA:

C. INGENIERÍA

D. INGENIERÍA

Ingeniería Básica

NIVEL

III y IV

C. SOC. y HUM.

ASIGNATURA: Fenómenos de Transporte

ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO REQUERIDO: Ingeniero en Alimentos Ingeniero en Biotecnología, Ingeniero Farmacéutico, Ingeniero Bioquímico, Ingeniero Químico, Ingeniero Ambiental o afín. 2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA: El alumno aplicará los principios y leyes fundamentales de los fenómenos de transporte, y describirá los principios de las operaciones unitarias utilizadas en la bioingeniería en la solución de problemas identificando las condiciones y números adimensionales involucrados en la solución de la situación particular.

3. PERFIL DOCENTE: CONOCIMIENTOS EXPERIENCIA PROFESIONAL Conocimientos en Experiencia industrial y/o transferencias de cantidad de movimiento, docente. de calor y masa. Conocimientos en los principios fundamentales de las operaciones unitarias utilizadas en bioprocesos.

HABILIDADES

Profesional capaz de desarrollar el compromiso social y ético, capacidad de transmitir los conocimientos y su aplicación a situaciones prácticas.

ACTITUDES • • • • • • • • •

ELABORÓ

REVISÓ

___________________________ _______________________ M. en C. Ma. Elena Rosales Peña Alfaro Dr. Gustavo Valencia del Toro PRESIDENTE DE ACADEMIA

SUBDIRECTOR ACADÉMICO

Reflexión y análisis Innovación Proactividad Valores compartidos Comunicación abierta y fluida Intercambio de información Visión global Trabajo en equipo Compromiso social.

AUTORIZÓ

_____________________ Dr. Enrique Duran Páramo DIRECTOR FECHA: JUNIO 2007