Modelización termodinámica y cinética de procesos de secado

La asignatura pretende formar al alumno en los fundamentos de los mecanismos controlantes (materia y calor) en la velocidad de transferencia de materia en una operación en la que sólidos están presentes como es la operación de secado. Para ello se abordará el estudio de la estática de secado (equilibrio termodinámico) y la cinética de secado (velocidad de transferencia) empleando modelos rigurosos y aproximados.
La intensificación de los procesos de transferencia es necesaria para la minimización de costes energéticos en los procesos industriales en los que la etapa de secado representa un papel central, pero con un planteamiento restrictivo como es la calidad del producto seco. Se abordará los modos de operación equipos de secado (térmicos y no térmicos) más comunes en la industria y las tendencias actuales.
La asignatura está enfocada para el empleo práctico (clases de problemas) de los conceptos y métodos que servirán para llevar a cabo el diseño de equipos de secado que emplean aire caliente convectivo.

a. Clases expositivas.
Tema 1. Importancia del secado en la industria química y alimentaria. Aspectos energéticos. Interacción agua-sustrato. Interacción aire-agua: propiedades del aire húmedo. Diagrama psicrómetrico y de Mollier.
Tema 2. Estática de secado. Actividad de agua. Medida experimental y predicción. Isotermas de sorción (desorción/adsorción). Modelos BET, GAB y empíricos. Aplicaciones.
Tema 3. Transferencia de materia y calor en procesos de secado. Condiciones externas e internas. Mecanismos de transporte de humedad: difusión. Sistemas estacionarios y no estacionarios. Determinación experimental de difusividades efectivas.
Tema 4. Introducción al diseño de secaderos convectivos. Balances de energía y materia diferenciales. Secaderos continuos y discontinuos. Modelización matemática. Aplicación a secaderos con fase sólida dispersa: secaderos neumáticos.
Tema 5. Otros métodos de secado. Secado por radiación (infrarrojo), dieléctrico, liofilización y deshidratación osmótica. Selección de equipos de secado. Métodos de eficiencia energética.

b. Clases interactivas.
1. Seminarios de resolución de problemas.
2. Elaboración de una memoria de prácticas en formato artículo científico. Presentación y defensa oral.

c. Prácticas de laboratorio
1. Obtención experimental en laboratorio de una cinética de secado de manzana: efecto de geometría y temperatura. Tratamiento de datos. Obtención de coeficientes de difusión.

Bibliografía básica
MUJUMDAR, A.S. Handbook of industrial drying. New York: Marcel Dekker. 1995. ISBN: 978-1-46659-665-8. (SIG: 132 29). (solicitado como libro electrónico).

Bibliografía complementaria
BARBOSA-CANOVAS, G.V. VEGA MERCADO, H. Deshidratación de alimentos. Zaragoza: Acribia. 2000. ISBN: 978-8-42000-918-6. (ALT 368).
KUDRA, T., MUJUMDAR, A.S. Advances drying Technologies, Basilea: Marcel Dekker. 2002. ISBN: 0-8247-9618-7. (SIG: 164 11).

Conocimiento
(CN02) Adquirir conocimientos avanzados y demostrar, en un contexto de investigación científica y tecnológica o altamente especializado, una comprensión detallada y fundamentada de los aspectos teóricos y prácticos y de la metodología de trabajo en uno o más campos de estudio en Ingeniería Química.

Competencia
(CP03) Diseñar productos, procesos, sistemas y servicios de la industria química, así como la optimización de otros ya desarrollados, tomando como base tecnológica las diversas áreas de la ingeniería química, comprensivas de procesos y fenómenos de transporte, operaciones de separación e ingeniería de las reacciones químicas, nucleares, electroquímicas y bioquímicas.

Habilidad
(HD04) Buscar, procesar, analizar y sintetizar, de forma crítica, información procedente de diversas fuentes para el establecimiento de las correspondientes conclusiones.

(HD09) Abordar los problemas desde una perspectiva científica, reconociendo la importancia de la búsqueda y gestión de la información existente.

Clases expositivas CN02, CP03
Seminarios CP03, HD09
Laboratorio HD04, HD09
Los contenidos teóricos de la materia se enseñarán sobre la base de clases magistrales. En cada una de ellas, se realizarán preguntas de seguimiento de la materia en clase para la participación por parte del alumno. Se empleará como material de apoyo tanto la pizarra como presentaciones en PowerPoint que previamente se pondrán a disposición del alumno a través del curso del campus virtual. (CN02, CP03).
En los seminarios se resolverán problemas propuestos en los boletines de cada tema tanto por parte del profesor como por parte de los alumnos. (CP03, HD09).
Se realizará en grupo de alumnos (número a determinar en función de matriculados) un trabajo de diseño de un secadero convectivo o la descripción de equipos de secado que empleen otras técnicas avanzadas que se empleen en diferentes sectores industriales. Este trabajo será presentado en las últimas clases programadas interactivas del calendario durante 20 min después de la supervisión por parte del profesor en horario de tutorías. (CN02, CP03).
Se realizarán prácticas de laboratorio con el fin de determinar experimentalmente cinéticas de secado bajo diferentes condiciones de operación de diferentes productos o la determinación de condiciones de equilibrio bajo diferentes condiciones higrotérmicas. El tratamiento de los datos con los modelos correspondientes dará como resultado la evaluación de coeficientes de difusión efectivos en diferentes condiciones experimentales. (HD04, HD09).
La asistencia a las prácticas es obligatoria.

Descripción temporal de las actividades:
Presentación de la materia.
Tema 1. Importancia del secado en la industria química y alimentaria. Aspectos energéticos. Interacción agua-sustrato. Interacción aire-agua: propiedades del aire húmedo. Diagrama psicrómetrico y de Mollier. (4 h)
Tema 2. Estática de secado. Actividad de agua. Medida experimental y predicción. Isotermas de sorción (desorción/adsorción). Modelos BET, GAB y empíricos. Aplicaciones. (4 h)
Tema 3. Transferencia de materia y calor en procesos de secado. Condiciones externas e internas. Mecanismos de transporte de humedad: difusión. Sistemas estacionarios y no estacionarios. (4 h)
Prácticas de laboratorio: Determinación experimental de difusividades efectivas. (8 h)
Tema 4. Introducción al diseño de secaderos convectivos. Balances de energía y materia diferenciales. Secaderos continuos y discontinuos. Introducción al diseño de secaderos convectivos. Modelización matemática. (4 h)
Tema 5. Otros métodos de secado. Secado por radiación (infrarrojo), dieléctrico, liofilización y deshidratación osmótica. Selección de equipos de secado. Métodos de eficiencia energética. (4 h)

Distribución de la calificación
Examen 50%
Trabajos/memorias de prácticas 35% (10/25%)
Tutorías 10%
Informe profesor 5%
Esta distribución de actividades relacionadas con la evaluación se mantendrá en los tres escenarios planteados por la USC.
Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación lo recogido en la Normativa de evaluación del rendimiento académico de los estudiantes y de revisión de calificaciones.
Se realizará un seguimiento del aprendizaje de los estudiantes mediante la realización de problemas y actividades de forma individual y/o por grupo. Así mismo, los estudiantes harán un examen de resolución de problemas para la parte teórica que junto a la memoria de laboratorio permitirá individualizar la calificación final.
Para aprobar es necesario obtener como mínimo un total de 5 puntos y 3/10 en cada una de las partes de las que consta la evaluación, excepto en los apartados de Tutorías/informe de profesor.
En la oportunidad de recuperación se mantiene la puntuación acumulada de la evaluación continua.
En convocatorias adicionales el alumno puede hacer uso de las calificaciones de evaluación continua y si las prácticas no están suspensas, no las tiene que repetir.
La evaluación de las competencias se realizará conforme lo indicado en el apartado de metodología donde se indican las competencias a adquirir en cada actividad. Así:
El examen escrito, al ser de carácter teórico práctico evalúa Los resultados de aprendizaje correspondientes a las clases expositivas y de seminario (CN02, CP03, CP03, HD09).
Trabajo en grupo (incluyendo tutoría) y exposición: CN02, CP03.
Prácticas de laboratorio: HD04, HD09.

Clases magistrales: 12
Seminarios: 10
Prácticas laboratorio: 12
Tutorías grupo: 4
Examen y revisión: 8
Total: 46

Los alumnos que se matriculen de la materia han de tener una serie de conocimientos básicos de transferencia de materia y calor así como de práctica en balances de propiedad.
Es aconsejable que el alumno tenga para la consulta de bibliografía de cierto dominio de inglés y hojas de cálculo para la resolución de problemas de diseño.
Por último, y como es lógico, se recomienda el uso de las tutorías de despacho para la aclaración de dudas y conceptos.

Las clases se impartirán en castellano.
El equipo de secado cuenta con manuales de funcionamiento básico a disposición del alumnado que cubren los aspectos relacionados con seguridad y salud en el laboratorio.
La admisión y permanencia del alumnado matriculado en el laboratorio de prácticas requiere que conozca y cumpla las normas incluidas en el "Protocolo de formación básica en materia de seguridade para espazos experimentais" de la Escola Técnica Superior de Enxeñería, disponible en el apartado de seguridad de su web, al que se puede acceder así:
https://www.usc.gal/gl/centro/escola-tecnica-superior-enxenaria
Acceder a la intranet con las credenciales personales.
Entrar en Comisións > Seguridade e saúde > Formación
Pulsar en "Protocolo de formación básica en materia de seguridade para espazos experimentais".
Como programa informático se va a emplear Excel.