I. Guía Pedagógica del Módulo Balance de materia y energía

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía

Contenido Pág. I.

Guía pedagógica

1.

Descripción

3

2.

Datos de identificación de la norma

4

3.

Generalidades pedagógicas

5

4.

Enfoque del módulo

12

5.

Orientaciones didácticas y estrategias de aprendizaje por unidad

13

Prácticas/ejercicios/problemas/actividades

25

Guía de evaluación

81

7.

Descripción

82

8.

Matriz de ponderación

86

9.

Materiales para el desarrollo de actividades de evaluación

87

10.

Matriz de valoración o rúbrica

101

6. II.

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1. Descripción

La Guía Pedagógica es un documento que integra elementos técnico-metodológicos planteados de acuerdo con los principios y lineamientos del Modelo Académico de Calidad para la Competitividad del Conalep para orientar la práctica educativa del docente en el desarrollo de competencias previstas en los programas de estudio. La finalidad que tiene esta guía es facilitar el aprendizaje de los alumnos, encauzar sus acciones y reflexiones y proporcionar situaciones en las que desarrollará las competencias. El docente debe asumir conscientemente un rol que facilite el proceso de aprendizaje, proponiendo y cuidando un encuadre que favorezca un ambiente seguro en el que los alumnos puedan aprender, tomar riesgos, equivocarse extrayendo de sus errores lecciones significativas, apoyarse mutuamente, establecer relaciones positivas y de confianza, crear relaciones significativas con adultos a quienes respetan no por su estatus como tal, sino como personas cuyo ejemplo, cercanía y apoyo emocional es valioso. Es necesario destacar que el desarrollo de la competencia se concreta en el aula, ya que formar con un enfoque en competencias significa crear experiencias de aprendizaje para que los alumnos adquieran la capacidad de movilizar, de forma integral, recursos que se consideran indispensables para saber resolver problemas en diversas situaciones o contextos, e involucran las dimensiones cognitiva, afectiva y psicomotora; por ello, los programas de estudio, describen las competencias a desarrollar, entendiéndolas como la combinación integrada de conocimientos, habilidades, actitudes y valores que permiten el logro de un desempeño eficiente, autónomo, flexible y responsable del individuo en situaciones específicas y en un contexto dado. En consecuencia, la competencia implica la comprensión y transferencia de los conocimientos a situaciones de la vida real; ello exige relacionar, integrar, interpretar, inventar, aplicar y transferir los saberes a la resolución de problemas. Esto significa que el contenido, los medios de enseñanza, las estrategias de aprendizaje, las formas de organización de la clase y la evaluación se estructuran en función de la competencia a formar; es decir, el énfasis en la proyección curricular está en lo que los alumnos tienen que aprender, en las formas en cómo lo hacen y en su aplicación a situaciones de la vida cotidiana y profesional. Considerando que el alumno está en el centro del proceso formativo, se busca acercarle elementos de apoyo que le muestren qué competencias va a desarrollar, cómo hacerlo y la forma en que se le evaluará. Es decir, mediante la guía pedagógica el alumno podrá autogestionar su aprendizaje a través del uso de estrategias flexibles y apropiadas que se transfieran y adopten a nuevas situaciones y contextos e ir dando seguimiento a sus avances a través de una autoevaluación constante, como base para mejorar en el logro y desarrollo de las competencias indispensables para un crecimiento académico y personal.

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2. Datos de Identificación de la Norma

Título: Unidad (es) de competencia laboral:

Código:

Nivel de competencia:

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3.

Generalidades Pedagógicas

Con el propósito de difundir los criterios a considerar en la instrumentación de la presente guía entre los docentes y personal académico de planteles y Colegios Estatales, se describen algunas consideraciones respecto al desarrollo e intención de las competencias expresadas en los módulos correspondientes a la formación básica, propedéutica y profesional. Los principios asociados a la concepción constructivista del aprendizaje mantienen una estrecha relación con los de la educación basada en competencias, la cual se ha concebido en el Colegio como el enfoque idóneo para orientar la formación ocupacional de los futuros profesionales técnicos y profesionales técnicos-bachiller. Este enfoque constituye una de las opciones más viables para lograr la vinculación entre la educación y el sector productivo de bienes y servicios. En los programas de estudio se proponen una serie de contenidos que se considera conveniente abordar para obtener los Resultados de Aprendizaje establecidos; sin embargo, se busca que este planteamiento le dé al docente la posibilidad de desarrollarlos con mayor libertad y creatividad. En este sentido, se debe considerar que el papel que juegan el alumno y el docente en el marco del Modelo Académico de Calidad para la Competitividad tenga, entre otras, las siguientes características:

El alumno:

El docente:

 Mejora su capacidad para resolver problemas.

 Organiza su formación continua a lo largo de su trayectoria profesional.

 Aprende a trabajar en grupo y comunica sus ideas.

 Planifica los procesos de enseñanza y de aprendizaje atendiendo al enfoque por competencias, y los ubica en contextos disciplinares, curriculares y sociales amplios.

 Aprende a buscar información y a procesarla.

 Lleva a la práctica procesos de enseñanza y de aprendizaje de manera efectiva, creativa e innovadora a su contexto institucional.

 Construye su conocimiento.

 Evalúa los procesos de enseñanza y de aprendizaje con un enfoque formativo.

 Adopta una posición crítica y autónoma.

 Construye ambientes para el aprendizaje autónomo y colaborativo.

 Realiza los procesos de autoevaluación y coevaluación.

 Contribuye a la generación de un ambiente que facilite el desarrollo sano e integral de los estudiantes.

 Domina y estructura los saberes para facilitar experiencias de aprendizaje significativo.

 Participa en los proyectos de mejora continua de su escuela y apoya la gestión institucional.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía En esta etapa se requiere una mejor y mayor organización académica que apoye en forma relativa la actividad del alumno, que en este caso es mucho mayor que la del docente; lo que no quiere decir que su labor sea menos importante. El docente en lugar de transmitir vertical y unidireccionalmente los conocimientos, es un mediador del aprendizaje, ya que: 

Planea y diseña experiencias y actividades necesarias para la adquisición de las competencias previstas. Asimismo, define los ambientes de aprendizaje, espacios y recursos adecuados para su logro.



Proporciona oportunidades de aprendizaje a los estudiantes apoyándose en metodologías y estrategias didácticas pertinentes a los Resultados de Aprendizaje.



Ayuda también al alumno a asumir un rol más comprometido con su propio proceso, invitándole a tomar decisiones.



Facilita el aprender a pensar, fomentando un nivel más profundo de conocimiento.



Ayuda en la creación y desarrollo de grupos colaborativos entre los alumnos.



Guía permanentemente a los alumnos.



Motiva al alumno a poner en práctica sus ideas, animándole en sus exploraciones y proyectos.

Considerando la importancia de que el docente planee y despliegue con libertad su experiencia y creatividad para el desarrollo de las competencias consideradas en los programas de estudio y especificadas en los Resultados de Aprendizaje, en las competencias de las Unidades de Aprendizaje, así como en la competencia del módulo; podrá proponer y utilizar todas las estrategias didácticas que considere necesarias para el logro de estos fines educativos, con la recomendación de que fomente, preferentemente, las estrategias y técnicas didácticas que se describen en este apartado. Al respecto, entenderemos como estrategias didácticas los planes y actividades orientados a un desempeño exitoso de los resultados de aprendizaje, que incluyen estrategias de enseñanza, estrategias de aprendizaje, métodos y técnicas didácticas, así como, acciones paralelas o alternativas que el docente y los alumnos realizarán para obtener y verificar el logro de la competencia; bajo este tenor, la autoevaluación debe ser considerada también como una estrategia por excelencia para educar al alumno en la responsabilidad y para que aprenda a valorar, criticar y reflexionar sobre el proceso de enseñanza y su aprendizaje individual. Es así como la selección de estas estrategias debe orientarse hacia un enfoque constructivista del conocimiento y estar dirigidas a que los alumnos observen y estudien su entorno, con el fin de generar nuevos conocimientos en contextos reales y el desarrollo de las capacidades reflexivas y críticas de los alumnos. Desde esta perspectiva, a continuación se describen brevemente los tipos de aprendizaje que guiarán el diseño de las estrategias y las técnicas que deberán emplearse para el desarrollo de las mismas:

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TIPOS APRENDIZAJES. Aprendizaje Significativo Se fundamenta en una concepción constructivista del aprendizaje, la cual se nutre de diversas concepciones asociadas al cognoscitivismo, como la teoría psicogenética de Jean Piaget, el enfoque sociocultural de Vygotsky y la teoría del aprendizaje significativo de Ausubel. Dicha concepción sostiene que el ser humano tiene la disposición de aprender verdaderamente sólo aquello a lo que le encuentra sentido en virtud de que está vinculado con su entorno o con sus conocimientos previos. Con respecto al comportamiento del alumno, se espera que sean capaces de desarrollar aprendizajes significativos, en una amplia gama de situaciones y circunstancias, lo cual equivale a “aprender a aprender”, ya que de ello depende la construcción del conocimiento.

Aprendizaje Colaborativo. El aprendizaje colaborativo puede definirse como el conjunto de métodos de instrucción o entrenamiento para uso en grupos, así como de estrategias para propiciar el desarrollo de habilidades mixtas (aprendizaje y desarrollo personal y social). En el aprendizaje colaborativo cada miembro del grupo es responsable de su propio aprendizaje, así como del de los restantes miembros del grupo (Johnson, 1993.) Más que una técnica, el aprendizaje colaborativo es considerado una filosofía de interacción y una forma personal de trabajo, que implica el manejo de aspectos tales como el respeto a las contribuciones y capacidades individuales de los miembros del grupo (Maldonado Pérez, 2007). Lo que lo distingue de otro tipo de situaciones grupales, es el desarrollo de la interdependencia positiva entre los alumnos, es decir, de una toma de conciencia de que sólo es posible lograr las metas individuales de aprendizaje si los demás compañeros del grupo también logran las suyas. El aprendizaje colaborativo surge a través de transacciones entre los alumnos, o entre el docente y los alumnos, en un proceso en el cual cambia la responsabilidad del aprendizaje, del docente como experto, al alumno, y asume que el docente es también un sujeto que aprende. Lo más importante en la formación de grupos de trabajo colaborativo es vigilar que los elementos básicos estén claramente estructurados en cada sesión de trabajo. Sólo de esta manera se puede lograr que se produzca, tanto el esfuerzo colaborativo en el grupo, como una estrecha relación entre la colaboración y los resultados (Johnson & F. Johnson, 1997). Los elementos básicos que deben estar presentes en los grupos de trabajo colaborativo para que éste sea efectivo son: 

la interdependencia positiva.



la responsabilidad individual.



la interacción promotora.



el uso apropiado de destrezas sociales.



el procesamiento del grupo.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía Asimismo, el trabajo colaborativo se caracteriza principalmente por lo siguiente: 

Se desarrolla mediante acciones de cooperación, responsabilidad, respeto y comunicación, en forma sistemática, entre los integrantes del grupo y subgrupos.



Va más allá que sólo el simple trabajo en equipo por parte de los alumnos. Básicamente se puede orientar a que los alumnos intercambien información y trabajen en tareas hasta que todos sus miembros las han entendido y terminado, aprendiendo a través de la colaboración.



Se distingue por el desarrollo de una interdependencia positiva entre los alumnos, en donde se tome conciencia de que sólo es posible lograr las metas individuales de aprendizaje si los demás compañeros del grupo también logran las suyas.



Aunque en esencia esta estrategia promueve la actividad en pequeños grupos de trabajo, se debe cuidar en el planteamiento de las actividades que cada integrante obtenga una evidencia personal para poder integrarla a su portafolio de evidencias.

Aprendizaje Basado en Problemas. Consiste en la presentación de situaciones reales o simuladas que requieren la aplicación del conocimiento, en las cuales el alumno debe analizar la situación y elegir o construir una o varias alternativas para su solución (Díaz Barriga Arceo, 2003). Es importante aplicar esta estrategia ya que las competencias se adquieren en el proceso de solución de problemas y en este sentido, el alumno aprende a solucionarlos cuando se enfrenta a problemas de su vida cotidiana, a problemas vinculados con sus vivencias dentro del Colegio o con la profesión. Asimismo, el alumno se apropia de los conocimientos, habilidades y normas de comportamiento que le permiten la aplicación creativa a nuevas situaciones sociales, profesionales o de aprendizaje, por lo que: 

Se puede trabajar en forma individual o de grupos pequeños de alumnos que se reúnen a analizar y a resolver un problema seleccionado o diseñado especialmente para el logro de ciertos resultados de aprendizaje.



Se debe presentar primero el problema, se identifican las necesidades de aprendizaje, se busca la información necesaria y finalmente se regresa al problema con una solución o se identifican problemas nuevos y se repite el ciclo.



Los problemas deben estar diseñados para motivar la búsqueda independiente de la información a través de todos los medios disponibles para el alumno y además generar discusión o controversia en el grupo.



El mismo diseño del problema debe estimular que los alumnos utilicen los aprendizajes previamente adquiridos.



El diseño del problema debe comprometer el interés de los alumnos para examinar de manera profunda los conceptos y objetivos que se quieren aprender.



El problema debe estar en relación con los objetivos del programa de estudio y con problemas o situaciones de la vida diaria para que los alumnos encuentren mayor sentido en el trabajo que realizan.



Los problemas deben llevar a los alumnos a tomar decisiones o hacer juicios basados en hechos, información lógica y fundamentada, y obligarlos a justificar sus decisiones y razonamientos.



Se debe centrar en el alumno y no en el docente.

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TÉCNICAS Método de proyectos. Es una técnica didáctica que incluye actividades que pueden requerir que los alumnos investiguen, construyan y analicen información que coincida con los objetivos específicos de una tarea determinada en la que se organizan actividades desde una perspectiva experiencial, donde el alumno aprende a través de la práctica personal, activa y directa con el propósito de aclarar, reforzar y construir aprendizajes (Intel Educación). Para definir proyectos efectivos se debe considerar principalmente que: 

Los alumnos son el centro del proceso de aprendizaje.



Los proyectos se enfocan en resultados de aprendizaje acordes con los programas de estudio.



Las preguntas orientadoras conducen la ejecución de los proyectos.



Los proyectos involucran múltiples tipos de evaluaciones continuas.



El proyecto tiene conexiones con el mundo real.



Los alumnos demuestran conocimiento a través de un producto o desempeño.



La tecnología apoya y mejora el aprendizaje de los alumnos.



Las destrezas de pensamiento son integrales al proyecto.

Para el presente módulo se hacen las siguientes recomendaciones: 

Integrar varios módulos mediante el método de proyectos, lo cual es ideal para desarrollar un trabajo colaborativo.



En el planteamiento del proyecto, cuidar los siguientes aspectos:





Establecer el alcance y la complejidad.



Determinar las metas.



Definir la duración.



Determinar los recursos y apoyos.



Establecer preguntas guía. Las preguntas guía conducen a los alumnos hacia el logro de los objetivos del proyecto. La cantidad de preguntas guía es proporcional a la complejidad del proyecto.



Calendarizar y organizar las actividades y productos preeliminares y definitivos necesarias para dar cumplimiento al proyecto.

Las actividades deben ayudar a responsabilizar a los alumnos de su propio aprendizaje y a aplicar competencias adquiridas en el salón de clase en proyectos reales, cuyo planteamiento se basa en un problema real e involucra distintas áreas.

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El proyecto debe implicar que los alumnos participen en un proceso de investigación, en el que utilicen diferentes estrategias de estudio; puedan participar en el proceso de planificación del propio aprendizaje y les ayude a ser flexibles, reconocer al "otro" y comprender su propio entorno personal y cultural. Así entonces se debe favorecer el desarrollo de estrategias de indagación, interpretación y presentación del proceso seguido.



De acuerdo a algunos teóricos, mediante el método de proyectos los alumnos buscan soluciones a problemas no convencionales, cuando llevan a la práctica el hacer y depurar preguntas, debatir ideas, hacer predicciones, diseñar planes y/o experimentos, recolectar y analizar datos, establecer conclusiones, comunicar sus ideas y descubrimientos a otros, hacer nuevas preguntas, crear artefactos o propuestas muy concretas de orden social, científico, ambiental, etc.



En la gran mayoría de los casos los proyectos se llevan a cabo fuera del salón de clase y, dependiendo de la orientación del proyecto, en muchos de los casos pueden interactuar con sus comunidades o permitirle un contacto directo con las fuentes de información necesarias para el planteamiento de su trabajo. Estas experiencias en las que se ven involucrados hacen que aprendan a manejar y usar los recursos de los que disponen como el tiempo y los materiales.



Como medio de evaluación se recomienda que todos los proyectos tengan una o más presentaciones del avance para evaluar resultados relacionados con el proyecto.



Para conocer acerca del progreso de un proyecto se puede: 

Pedir reportes del progreso.



Presentaciones de avance,



Monitorear el trabajo individual o en grupos.



Solicitar una bitácora en relación con cada proyecto.



Calendarizar sesiones semanales de reflexión sobre avances en función de la revisión del plan de proyecto.

Estudio de casos. El estudio de casos es una técnica de enseñanza en la que los alumnos aprenden sobre la base de experiencias y situaciones de la vida real, y se permiten así, construir su propio aprendizaje en un contexto que los aproxima a su entorno. Esta técnica se basa en la participación activa y en procesos colaborativos y democráticos de discusión de la situación reflejada en el caso, por lo que: 

Se deben representar situaciones problemáticas diversas de la vida para que se estudien y analicen.



Se pretende que los alumnos generen soluciones validas para los posibles problemas de carácter complejo que se presenten en la realidad futura.



Se deben proponer datos concretos para reflexionar, analizar y discutir en grupo y encontrar posibles alternativas para la solución del problema planteado. Guiar al alumno en la generación de alternativas de solución, le permite desarrollar la habilidad creativa, la capacidad de innovación y representa un recurso para conectar la teoría a la práctica real.

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Debe permitir reflexionar y contrastar las propias conclusiones con las de otros, aceptarlas y expresar sugerencias.

El estudio de casos es pertinente usarlo cuando se pretende: 

Analizar un problema.



Determinar un método de análisis.



Adquirir agilidad en determinar alternativas o cursos de acción.



Tomar decisiones.

Algunos teóricos plantean las siguientes fases para el estudio de un caso: 

Fase preliminar: Presentación del caso a los participantes



Fase de eclosión: "Explosión" de opiniones, impresiones, juicios, posibles alternativas, etc., por parte de los participantes.



Fase de análisis: En esta fase es preciso llegar hasta la determinación de aquellos hechos que son significativos. Se concluye esta fase cuando se ha conseguido una síntesis aceptada por todos los miembros del grupo.



Fase de conceptualización: Es la formulación de conceptos o de principios concretos de acción, aplicables en el caso actual y que permiten ser utilizados o transferidos en una situación parecida.

Interrogación. Consiste en llevar a los alumnos a la discusión y al análisis de situaciones o información, con base en preguntas planteadas y formuladas por el docente o por los mismos alumnos, con el fin de explorar las capacidades del pensamiento al activar sus procesos cognitivos; se recomienda integrar esta técnica de manera sistemática y continua a las anteriormente descritas y al abordar cualquier tema del programa de estudio. Participativo-vivenciales. Son un conjunto de elementos didácticos, sobre todo los que exigen un grado considerable de involucramiento y participación de todos los miembros del grupo y que sólo tienen como límite el grado de imaginación y creatividad del facilitador. Los ejercicios vivenciales son una alternativa para llevar a cabo el proceso enseñanza-aprendizaje, no sólo porque facilitan la transmisión de conocimientos, sino porque además permiten identificar y fomentar aspectos de liderazgo, motivación, interacción y comunicación del grupo, etc., los cuales son de vital importancia para la organización, desarrollo y control de un grupo de aprendizaje. Los ejercicios vivenciales resultan ser una situación planeada y estructurada de tal manera que representan una experiencia muy atractiva, divertida y hasta emocionante. El juego significa apartarse, salirse de lo rutinario y monótono, para asumir un papel o personaje a través del cual el individuo pueda manifestar lo que verdaderamente es o quisiera ser sin temor a la crítica, al rechazo o al ridículo. El desarrollo de estas experiencias se encuentra determinado por los conocimientos, habilidades y actitudes que el grupo requiera revisar o analizar y por sus propias vivencias y necesidades personales.

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4. Enfoque del Módulo

El módulo de Balance de metería y energía, tiene como propósito que el alumno adquiera las competencias para analizar, plantear y resolver problemas los materiales que intervienen en un proceso químico mediante la aplicación de los principios del balance de materia y energía, que le permita determinar áreas de oportunidad de ahorro y aprovechamiento de los recursos empleados en un proceso que servirá para la obtención de productos en la industria, dichas competencias le facilitará desarrollar su potencial tanto en lo personal como para contribuir al desarrollo social y laboral. Este módulo pretende fomentar habilidades de manejo de expresiones matemáticas para el cálculo de la materia y energía que se presentan en un proceso determinado, así como el manejo y la aplicación de procesos químicos y las operaciones unitarias mediante técnicas establecidas, por lo tanto, la guía esta ordenada por unidades y resultados de aprendizajes con un enfoque por competencias, las cuales deben ser alcanzadas por los estudiantes de la carrera de Profesional Técnico y Profesional y Técnico Bachiller en Química industrial. El contenido del módulo presenta material para la aplicación de estrategias tales como: realización de prácticas de laboratorio y de campo, cuadros sinópticos exposición de temas, elaboración de esquemas, resúmenes, preguntas orales y escritas, trabajo colaborativo y resolución de problemas, con estas estrategias se pretende que los estudiantes refuercen competencias genéricas de investigación, organización, comunicación, habilidad matemática, pensamiento crítico, reflexivo y valorativo, así como la construcción del conocimiento, el aprendizaje autónomo, la autoevaluación y la coevaluación. El módulo, desarrolla habilidades y conocimientos generales, necesarios para la continuación de la formación profesional y de los trayectos técnicos, al establecer las principales bases. Por lo tanto, es de especial importancia la observancia a detalle de los temas propuestos y las actividades de evaluación incorporadas, con objeto de que el alumno obtenga los conocimientos mínimos necesarios de la competencia, que le permitan no sólo enriquecer su formación desde el punto de vista académico, sino también, capacitarle para que en su vida profesional (o en estudios superiores) pueda afrontar trabajos que, en mayor o menor medida, estén relacionados con el área. Educar con un enfoque en competencias significa crear experiencias de aprendizaje para que los estudiantes desarrollen habilidades que les permitan movilizar, de forma integral recursos que se consideran indispensables para realizar satisfactoriamente las actividades demandadas. Se trata de activar eficazmente distintos dominios del aprendizaje; en la categorización más conocida, diríamos que se involucran las dimensiones cognitiva, afectiva y psicomotora. En este sentido, la formación del CONALEP se fundamenta en una propuesta de aprendizaje profesionalizador, el cual implica el uso de estilos de aprendizaje y técnicas que permiten un desarrollo integral de la formación. Dado la naturaleza de formación integral, el módulo también fomenta el desarrollo de las competencias genéricas tales como el trabajo en equipo estableciendo pautas de cooperación social, y manteniendo relaciones interpersonales positivas con sus maestros y compañeros de grupo; participando en el mejoramiento social y ambiental, mediante una actitud constructiva y propositiva, lo cual le permitirá definir su postura profesional dentro de un marco laboral con base en criterios sustentados.

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5. Orientaciones didácticas y estrategias de aprendizaje por unidad

Unidad I:

Balance de materia en un proceso químico

Orientaciones Didácticas Esta unidad está orientada a proporcionar al alumno los conocimientos, actitudes y habilidades que le permitan ser competente en la resolución de problemas que se presentan en los procesos químicos para la optimización de los recursos mediante la aplicación de las expresiones matemáticas del balance de materia y las leyes de los gases, así como en el manejo de equipo de laboratorio y de procesos quimicos industriales. Establecer al inicio de la unidad de aprendizaje las reglas y compromisos que el docente y los alumnos asumirán, con el fin de crear un ambiente de confianza, respeto y cooperación, que favorezca la libertad para expresar dudas, emitir opiniones y aprender a escuchar Cerciorase a través de una evaluación diagnostica si el estudiante cuenta con las competencias disciplinares requeridas para el desarrollo del módulo, con el fin de que las competencias profesionales propias de éste logren ser adquiridas y aplicadas. De no ser así proponer alternativas de solución que permitan desarrollar satisfactoriamente la competencia requerida. Para ello el docente: Analiza detalladamente y junto con los alumnos los criterios que serán evaluados en cada una de las rúbricas y su relación con el apartado 9 “Materiales para el desarrollo de Actividades de Evaluación” con el fin de tener presente las habilidades conocimientos y actitudes evaluables durante el desarrollo del módulo. Aborda los temas presentando situaciones reales o simuladas en relación con el cuidado del medio ambiente, la seguridad e higiene que se debe tener en el área de trabajo resulta útil para fomentar la discusión, análisis y emitir conclusiones que permitan crear conciencia, con el objetivo de salvaguardar la integridad física del alumno y del medio ambiente. Promueve el auto aprendizaje mediante la búsqueda de bibliografía actualizada y relevante, la realización de prácticas de laboratorio y campo y en la elaboración de proyectos de investigación. Orienta y apoya el desarrollo de las prácticas, la aplicación de las medidas de seguridad e higiene en el ambiente de trabajo, así como fomentar actitudes de responsabilidad, orden, respeto, limpieza y trabajo colaborativo. Genera ejemplos, preguntas, ejercicios o conclusiones a partir de los contenidos y prácticas desarrolladas que les permitan vincularlos con situaciones de la vida diaria.

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Incentiva en el alumno la creatividad, el interés por la observación y el análisis de situaciones relacionadas con los procesos en cuestión, alentará al alumno a la construcción de su propio conocimiento. Emplea estrategias de aprendizaje colaborativo para potenciar el trabajo en equipo, el uso del pensamiento, la indagación, reflexión y la capacidad de resolución de problemas de balance de materia y energía en un proceso o en una reacción química. Promueve discusiones grupales, acerca de los temas referentes a la unidad a través de cuestionar los conceptos, teorías, técnicas y fundamentos que permitan a los alumnos analizar, interpretar y emitir conclusiones. Asiste a empresas e instituciones de su comunidad, en las cuales se manejen procesos químicos para identificar los materiales, observar los procesos y comparar entre el escalamiento de los procesos de laboratorio y el de la industria. Fomenta el uso de las tecnologías de la información como una estrategia de aprendizaje resulta de interés para aquellos temas que requieren de análisis y comprensión, por lo que se recomienda emplearlo como una herramienta para las tareas encomendadas, dando la oportunidad de formular cuestionamientos, o planteamientos de problemas que podrían ser empleados en el salón de clases, para asegurar la construcción de conocimiento significativo Destina una sesión al final de la unidad para recapitulación y recepción de evidencias.

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Estrategias de Aprendizaje 

Participar en una plenaria de grupo en la que se realice el encuadre del módulo, planteando sus dudas respecto a los contenidos correspondientes a esta unidad, o sus propuestas a partir de sus propias experiencias respecto a los temas comprendidos en la misma, de forma tal que desde el inicio pueda establecer con precisión qué es lo que se espera de él y qué puede esperar del proceso de aprendizaje que está por emprender.



Asistir habitualmente tanto a las sesiones de clase como al desarrollo de las prácticas te permitirá adquirir conocimientos, habilidades y actitudes que serán evaluados en la competencia adquirida.



Participar en las diferentes actividades manifestando su opinión y respetando la de sus compañeros y docente; así como en las exposiciones, interviniendo de forma ordenada y respetuosa incrementará tus habilidades de expresión oral.



Recursos Académicos 

C. Wankat, Phillip, González y Pozo, Virgilio. Ingeniería de procesos de separación Editorial earson Educación a Ed M ico 2008.



Mc.Cabe, Warren L. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química 7°a Edición. Mc Graw Hill Interamericana. México 2007.



Monsalvo Vázquez, Raúl y otros. Balance de materia y energía: procesos industriales. Editorial Patria (Instituto Politécnico Nacional), México 2009.

Realizar una investigación documental mediante la revisión de los recursos académicos recomendados en esta guía para determinar en qué consiste el balance de materia y energía en un proceso químico, elaborar una presentación de power point o en hojas de rotafolio que contenga los resultados de la investigación



Skoog, Douglas A. West, Donald M. Fundamentos de química analítica. Editorial Cengage Learning Latin America. México. 2005.



Definir las principales variables de un proceso incluyendo: densidad, flujo, presión, temperatura y composición, mencionando sus características, dimensiones, unidades en que se expresan y su simbología.



ardón os Mar a de uana Física general Editorial earson Educación Madrid



Describir el concepto de proceso, sus diferentes tipos y sus formas de representación gráfica en la química industrial y presentarlo ante grupo.



Balance de materia y energía. Disponible en: http://www.mitecnologico.com/iq/Main/Balance DeMateriaYEnergia (22-06-2012)



Identificar las principales variables de los procesos, su importancia y aplicaciones, hacer un resumen para presentarlo ante grupo.





Explicar los conceptos de modelación y simulación y su importancia en el diseño y/o evaluación de procesos de la química industrial.

El Sistema Internacional de Unidades. Disponible en: http://www.jjiingenieria.com/pdf/SI.PDF (22-06-2012)



Comparar las definiciones obtenidas y mediante una lluvia de ideas construir las definiciones propias de cada concepto.



Elaborar de forma colaborativa un cuadro descriptivo de los conceptos básicos del balance de materia y energía y presentarlo ante grupo para comparar anotaciones.



Aplicar los principios de conversión de unidades de un producto que tenga en casa y que este contenido en galones u otra dimensión, hacer la conversión a litros aplicando las

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formulas correspondientes. Hacer lo mismo con un termómetro casero que marque grados centígrados y transformarlo al sistema MKS y CGS. Comparar ejercicios con los compañeros de grupo. 

Realizar una comparación entre un termómetro y una cinta métrica, y extraer conclusiones en cuanto su manejo de medición y el sistema en el que se mide.



Realizar el análisis dimensional de una expresión matemática para determinar su consistencia y homogeneidad. Resolver problemas de cambios de unidades verificando los resultados con el docente.



Elaborar un listado de las características de los principales instrumentos utilizados en la medición de las variables de un proceso, exponerlo ante grupo.



Realizar ejercicios prácticos aplicando el concepto de mol y peso molecular para hacer conversiones de la composición de una corriente de unidades másicas a molares y viceversa.



Realizar el ejercicio No. 1 Realiza conversión de unidades



Realizar la actividad No.1 Elabora e interpreta un diagrama de flujo de un proceso químico.



Plantear en forma gráfica la secuencia lógica de operaciones unitarias que integran un proceso dado de la química industrial y presentarlo ante grupo por medio de rotafolio o medios electrónicos.



Establecer el concepto de operaciones unitarias, citando y explicando el funcionamiento de las operaciones típicas de los procesos industriales.



Realizar la práctica No. 1 Efectúa operaciones unitarias en los procesos químicos con equipo de destilación.



Ejemplificar la notación utilizada para la representación de variables y equipos de proceso tales como equipo de separación, reactores químico y biológicos, equipo auxiliar, ente otros.



Elaborar un cuadro comparativo de las características de los sistemas, describiendo sus tipos y su utilidad en los procesos químicos.



Describir procesos de la industria de alimentos, química, y biotecnología mediante diagramas de bloques, presentar ante grupo y comparar anotaciones.



Participar en un debate grupal donde los temas centrales sean los sistemas, los elementos

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que lo integran, el flujo de materiales y las variables que afectan su comportamiento estable. 

Elaborar un cuadro comparativo que describa las características de los sistemas abiertos y cerrados, exponerlo ante grupo e intercambiar comentarios y conclusiones.



Realizar la actividad de evaluación 1.1.1. “Realiza y analiza un proceso químico determinando los elementos que integran su composición y estandariza las condiciones de operación; considerando el material incluido en el apartado 9 “Materiales para el desarrollo de actividades de evaluación”.



Describir e interpreta las etapas de la creación de un nuevo proceso, enfatizando sus características y la secuencia en que se desarrollan.



Describir y aplicar los principios de las leyes de la conservación de la materia y energía en un proceso químico.



Elaborar un resumen que describa la importancia del estudio del balance de materia en el campo de la química y de los procesos industriales, interpretar su relevancia en el uso eficiente de los recursos; cuidar el uso de la ortografía y la gramática.



Realizar una investigación documental que describa los principios y fundamentos para la interpretación de la ley de la conservación de la materia, presentar algunos ejemplos y su descripción gráfica.



Aplicar los conceptos de balances de materia al estudio de procesos considerando los términos de estradas y salidas del sistema. termodinámicamente hablando, y presentarlo ante grupo para intercambiar comentarios.



Deducir la ecuación general del balance de materia, explicando el significado físico de cada uno de sus términos, haciendo énfasis en las variables que se presentan según el tipo de proceso y su importancia en los procesos químicos.



Explicar la ecuación general del balance de materia y sus simplificaciones según el tipo de procesos (estable o dinámico, cerrado o abierto, sin reacción o con reacción química) que esté analizado y exponerlo al grupo para intercambiar comentarios.



Elaborar diagramas de flujo de los procesos a partir del enunciado de un problema dado por el docente que determine su interpretación gráfica del problema y su posible solución.



Proponer los sistemas de ecuaciones que expresen los balances de materia en un proceso determinado y resolverlos, ya sea por métodos analíticos; método secuencial o método

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combinado, según sea el caso. 

Realizar balances de masa en procesos tales como mezclado, evaporación, cristalización, destilación, entre otros que esté realizando en otra materia de la carrera, exponerlo al grupo y compartir comentarios.



Analizar el proceso a seguir para la determinación del reactivo limitante o en exceso para una reacción o sistema de reacciones químicas dadas por el docente.



Resolver problemas con balances de masa en sistemas reaccionantes que involucren reacciones de combustión dadas por el docente.



Realizar la práctica No.2 Efectúa un balance de materia prima con un mezclador y una torre de destilación continua



Explicar la importancia sobre la participación de los gases y vapores en un balance de materia.



Describir de forma general las características principales de los gases y vapores en el balance de materia.



Describir la importancia de cuantificar las entradas y salidas de los materiales en los sistemas de balance de materia.



Elaborar un cuadro comparativo de las características de un balance de materiales entre sólidos y gases en un sistema productivo.



Realizar la práctica No 3 Efectúa un balance de materia con un evaporador de efecto simple



Realizar la práctica No 4 Efectúa un balance de materia con reacción química.



Realizar la actividad de evaluación 1.2.1. Realiza el balance de materia en un proceso químico mediante los cálculos establecidos; considerando el material incluido en el apartado 9 “Materiales para el desarrollo de actividades de evaluación”.



Participar en el cierre grupal de la unidad, planteando preguntas o dudas y elaborando una recopilación de los resultados de aprendizaje obtenidos.

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Unidad II:

Balance de energía en un proceso químico

Orientaciones Didácticas Esta unidad está orientada a proporcionar al alumno los conocimientos, habilidades, actitudes y destrezas que le permitan ser competente en la resolución de problemas que se presentan en los procesos químicos para la optimización de los recursos mediante la aplicación de las expresiones matemáticas del balance general de materia y energía y la aplicación de las leyes de la termodinámica, así como en el manejo de equipo de laboratorio y de procesos quimicos industriales. Para ello el docente: Utiliza estrategias de apertura y cierre con el fin de que los alumnos adopten una actitud reflexiva y crítica sobre lo que se les explique al inicio de cada tema y lo que opinan al finalizar el mismo. Emplea estrategias de aprendizaje colaborativo para potenciar el trabajo en equipo, el uso del pensamiento, la indagación, reflexión y la capacidad de realizar y evaluar procesos industriales. Analiza detalladamente y junto con los alumnos los criterios que serán evaluados en cada una de las rúbricas y su relación con el apartado 9 “Materiales para el desarrollo de Actividades de Evaluación” con el fin de tener presente las habilidades conocimientos y actitudes evaluables durante el desarrollo del módulo. Incentiva en el alumno la creatividad, el interés por la observación y el análisis de situaciones relacionadas con los procesos en cuestión, para alentar al alumno a la construcción de su propio conocimiento. Propicia el razonamiento lógico: inductivo-deductivo y de simulación así como el pensamiento crítico y la capacidad de resolución de problemas. Incentiva a los alumnos para que evalúen de manera reflexiva el desempeño, la actitud y los conocimientos de sus compañeros de equipo y grupo en general, al finalizar las prácticas previstas para esta unidad. Despierta en el alumno la curiosidad por el saber, mediante el planteamiento de situaciones que se presentan en la vida diaria del quehacer profesional. Orienta y apoya el desarrollo de las prácticas, la aplicación de las medidas de seguridad e higiene y ambiente, así como fomentar actitudes de responsabilidad, orden, respeto, limpieza y trabajo colaborativo. Promueve discusiones grupales, acerca de los temas referentes a la unidad a través de cuestionar los conceptos, teorías, técnicas y fundamentos que permitan a los alumnos analizar, interpretar y emitir conclusiones. Lleva a cabo actividades que fomenten la habilidad de la expresión oral, a través de moderar debates en los cuales se mantenga una actitud constructiva, participativa y de respeto en el grupo en general, con el propósito de promover la participación activa en su totalidad. Fomenta la visita a empresas e instituciones de su comunidad, que así lo permitan, en las cuales se manejen procesos e identifiquen los materiales, observen y establezcan una relación entre el escalamiento de los procesos de laboratorio y el de la industria. Promueve la asistencia tanto a las sesiones de clase como al desarrollo de las prácticas permitirá al alumno adquirir conocimientos, habilidades y

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actitudes que serán evaluados en la competencia adquirida. Fomenta el uso de las tecnologías de la información como una estrategia de aprendizaje resulta de interés para aquellos temas que requieren de análisis y comprensión, se recomienda emplearlo para recibir las tareas encomendadas, dando la oportunidad de formular cuestionamientos, o planteamientos de problemas que podrían ser empleados en el salón de clases, para asegurar la construcción de conocimiento significativo. Destina una sesión al final de la unidad para recapitulación y recepción de evidencias.

Estrategias de Aprendizaje 

Plantear expectativas respecto a esta segunda unidad y renovar el compromiso de participación constructiva para la consecución de sus resultados de aprendizaje.





Recursos Académicos 

Asistir habitualmente tanto a las sesiones de clase como al desarrollo de las prácticas te permitirá adquirir conocimientos, habilidades y actitudes que serán evaluados en la competencia adquirida.

Monsalvo Vázquez, Raúl y otros. Balance de materia y energía: procesos industriales. Editorial Patria (Instituto Politécnico Nacional), México 2009.



Participar en un debate grupal como parte introductoria donde el tema central sea el concepto de energía, sus tipos y aplicaciones en un proceso químico, exponer su punto de vista y escuchar el de sus compañeros, extraer conclusiones del mismo.

Smith, J M; y otros. Introducción a la termodinámica en ingeniería química. Editorial McGraw-Hill, 7a ed. México 2007.



C. Potter, Merle; P. Scott, Elaine. Termodinámica. Editorial Thomson, México, 2006.



enley Ernest Marshall osen Ed ard Mato á ue idel Calculo de Balances de Materia y Energía. Editorial Reverte S.A. México 1973.



Balance de materia y energía. Disponible en: http://www.mitecnologico.com/iq/Main/BalanceDeM ateriaYEnergia (22-06-2012)



Balance de materia sin reacción. Disponible en: http://issuu.com/yoly10/docs/tema_2._balance_mat eria_sin_reaccion (22-06-2012)



Grados de Libertad en Balances sin Reacción Química. Disponible en: http://www.proenergia.com/id92.html (22-06-2012)



Leyes de la Termodinámica. Disponible en: http://136.145.236.36/isdweb/Curso-fisica-



Participar en una lluvia de ideas para construir las definiciones propias de cada concepto.



Explicar de forma general las leyes de la termodinámica y su importancia en los procesos de balance de materia y energía dando ejemplos de su entorno.



Explicar la importancia y el uso de la ecuación general del balance de materia y energía en un proceso químico, justificando teóricamente los elementos que la integran.



Aplicar las leyes de la termodinámica para la comprensión de fenómenos fisicoquímicos en un balance de materiales describiendo su comportamiento químico.



Explicar los tipos de calor para sistemas abiertos y cerrados en el balance de materiales dando ejemplos gráficos de los procesos.



Realizar la práctica No. 5 Efectúa un balance de energía en un evaporador de efecto simple



Realizar la práctica No. 6 Efectúa un balance de energía en una columna de destilación por platos

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

Realizar la práctica No. 7 Efectúa un balance de energía en un evaporador de doble efecto



Realizar visitas a industrias de la región y en grupos analizar el planteamiento de los procesos y la resolución de los balances de energía de los diversos procesos de producción que ahí se presentan.



Elaborar un resumen que describa la importancia del estudio del balance de materia y energía en el campo de la química y de los procesos industriales, interpretar su relevancia en el uso eficiente de los recursos.



Deducir la ecuación general del balance de energía, explicando el significado físico de cada uno de sus términos, haciendo énfasis en la diferencia entre estado estacionario y el transitorio.



Identificar termodinámicamente el estado exacto de un flujo de proceso y describir como se llevan a cabo los calculas de los valores de sus propiedades más importantes tales como entalpía y energía interna ya sea por correlaciones matemáticas, tablas o gráficas.



Describir algunos conceptos básicos del balance de energía como: calor pacífico, calor de transición de fase o calor latente y diagramas termodinámicos de entalpia, calores de formación, de combustión y de reacción, su variación con temperatura y su cálculo en procesos químicos en general.



Elaborar un cuadro comparativo que integre la descripción de los estados transitorios e inestables de los sistemas en los procesos industriales.



Definir la ecuación general del balance de energía en los procesos químicos y su aplicación industrial.



Establecer diagramas de flujo de los procesos a partir del enunciado de un problema dado por el docente que determinen su interpretación grafica del problema y su posible solución.



Describir los procesos para calcular a partir de la solución de las ecuaciones de balance de energía, los requerimientos de vapor, agua de enfriamiento, pérdidas de calor, entre algunos parámetros, con el fin de efectuar diseños termodinámicos.



Identificar una operación unitaria de su entorno en donde se presente el balance de materia como de energía, exponerlo al grupo e intercambiar opiniones.



Describir el proceso para el establecimiento de una ruta hipotética a seguir para la resolución de problemas dados por el docente.

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2/Presentaciones/pres-4-3012.pdf (22-06-2012) 

Sistemas sin reacciones químicas. Disponible en: http://www.proenergia.com/sitebuildercontent/sitebui lderfiles/problemasmasaenergia.pdf (22-06-2012)

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

Realizar ejercicios para calcular la entalpía de reacción para una conversión dada por el docente.



Describir como se determina la cantidad de fluido de enfriamiento o calentamiento necesario para mantener a un reactor isotérmico, exponer sus comentarios ante grupo e intercambiar datos.



Describir como se calcula la temperatura final alcanzada en un reactor adiabático, y exponerla ante grupo.



Realizar balances a partir de diagramas de procesos combinados con y sin reacción química descritos por el docente.



Realizar visitas a empresas para complementar y reforzar los conocimientos adquiridos en el aula.



Realizar la actividad de evaluación 2.1.1. Realiza el balance de energía en un proceso químico mediante la aplicación de las leyes de la termodinámica y los cálculos establecidos; considerando el material incluido en el apartado 9 “Materiales para el desarrollo de actividades de evaluación”



Realizar visitas a industrias de la región y en grupos analizar el planteamiento de los procesos y la resolución de los balances de materia y energía de los diversos procesos de producción que ahí se presentan.



Deducir la ecuación general del balance de materia y energía, explicando el significado físico de cada uno de sus términos, haciendo énfasis en la diferencia entre estado estacionario y el transitorio.



Aplicar los conceptos de balances de materia y energía al estudio de procesos, abiertos o cerrados termodinámicamente hablando, con o sin flujo, presentar ante grupo e intercambiar comentarios.



Realizar una investigación documental para presentar casos reales que resalten la importancia y aplicación del balance de materia y energía en los procesos químicos y su relación con otras asignaturas de carrera.



Definir la ecuación general del balance de energía en los procesos químicos y su aplicación industrial.



Resolver problemas propuestos por el docente que presenten balances simultáneos de

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materia y energía. 

Deducir las ecuaciones diferenciales que modelan un proceso en estado dinámico, con relación a balances de materia y/o energía.



Describir los procesos para la resolución de las ecuaciones de los procesos dinámicos por métodos analíticos como numéricos, aplicando el método de solución más adecuado al problema, mostrarlo al grupo y verificar datos con el docente.



Organizar equipos y llevar a cabo talleres de resolución de problemas propuestos por el docente.



Participar en prácticas de laboratorio de mezclas de sustancias de diferentes concentraciones, reacciones ácido-base, destilaciones, etc., con el fin de cuantificar experimental y matemáticamente, aplicando los conocimientos recibidos en el aula sobre balance de materia y energía.



Deducir las ecuaciones diferenciales que modelan un proceso en estado dinámico, con relación a balances de materia y/o energía.



Resolver las ecuaciones diferenciales de los procesos dinámicos por métodos analíticos como numéricos, aplicando el método de solución más adecuado al problema.



Realizar la práctica No. 8 Efectúa un balance de materia en régimen dinámico



Realizar la práctica No 9 Efectúa un balance de energía en régimen dinámico



Realizar la practica No. 10 Efectúa un balance de materia y energía en un evaporador de efecto simple



Realizar visitas a industrias con el fin de hacer un análisis de las operaciones y la ubicación de los balances de matera y energía involucrados en los procesos.



Hacer en el laboratorio pequeñas prácticas con reacción química, calculado las cantidades de reactivos y midiendo los productos obtenidos, así como el material no reaccionante, para verificar el balance.



Realizar visitas a empresas para complementar y reforzar los conocimientos adquiridos en el aula.



Realizar una autoevaluación por escrito misma que consistirá, en describir detalladamente el desempeño logrado al término de las actividades, prácticas y ejercicios considerados en este

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resultado de aprendizaje y entrégala al docente. 

Realizar la actividad de evaluación 2.2.1. Realiza el balance de materia y energía en un proceso químico mediante los cálculos establecidos; considerando el material incluido en el apartado 9 “Materiales para el desarrollo de actividades de evaluación”.



Participar en el cierre grupal de la unidad y del módulo, planteando preguntas o dudas pendientes y elaborando una recopilación de los resultados de aprendizaje obtenidos.

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6.

Prácticas/Ejercicios /Problemas/Actividades

Nombre del Alumno:

Grupo:

Unidad de Aprendizaje 1:

Balance de materia en un proceso químico

Resultado de Aprendizaje:

1.1. Determina los elementos que intervienen en la reacción química de un proceso de balance de materia y energía mediante el análisis de sus componentes para interpretar el comportamiento del mismo.

Ejercicio No. 1:

Realiza conversión de unidades

Objetivo: Resolverá ejercicios de conversión de unidades mediante las formulas establecidas para conocer las unidades de medida en los procesos químicos industriales. Instrucciones: Aplique la siguiente tabla para practicar con ejercicios de conversión de unidades, realice los ejercicios que sean necesarios o los propuestos por el docente para el cumplimiento del resultado de aprendizaje. Intercambie los valores y las unidades de medida para practicar con cada uno de ellos.

Longitud Valor a Convertir _______

Pulgadas

_______

Pies

_______

Yardas

_______

Millas

_______

Milímetros

Factor de Conversión * 25.4 = * 30.48 = * 0.914 = * 1.609 = * 0.039 =

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Resultado _______

Milímetros

_______

Centímetros

_______

Metros

_______

Kilómetros

_______

Pulgadas

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Centímetros

_______

Metros

_______

Kilómetros

_______

Pulgadas cuadradas Pies cuadrados

* 0.39 = * 1.094 = * 0.62 =

_______

Pulgadas

_______

Yardas

_______

Millas

_______

cm 2

_______

m2

_______

m2

_______

km 2

_______

ha

_______

_______

Pulgadas cuadradas Yardas cuadradas. Millas cuadradas. Acres

_______

Gramos

_______

Kilogramos

_______ _______

Tonelada métrica Onzas

_______

Libras

Superficie _______

_______

Yardas cuadradas. Millas cuadradas. acres

_______

cm 2

_______

m2

_______

km 2

_______

ha

_______

Onzas

_______

Libras

_______

Toneladas

_______

gramos

_______

kilogramos

_______ _______

* 6.45 = * 0.093 = * 0.836 = * 2.59 = * 0.404 = * 0.155 = * 1.2 = * 0.386 = * 2.47 =

_______ _______

Masa y peso * 28.35 = * 0.453 = * 1.016 = * 0.035 = * 2.2 =

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Tonelada métrica

_______

Onzas líquidas

_______

Pintas

_______

Galones

_______

mililitros

_______

litros

_______

litros

_______

Fahrenheit

_______

Celsius

* 0.984 =

_______

Toneladas

_______

Mililitros

_______

Litros

_______

Litros

_______

onzas líquidas

_______

pintas

_______

galones

_______

Celsius

_______

Fahrenheit

Volumen * 28.4 = * 0.568 = * 4.546 = * 0.035 = * 1.76 = * 0.22 =

Temperatura -32*5/9= *9/5+32=

Presentar los ejercicios resueltos al docente para la verificación del empleo adecuado de las formulas.

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Nombre del Alumno:

Grupo:

Unidad de Aprendizaje 1:

Balance de materia en un proceso químico

Resultado de Aprendizaje:

1.1 Determina los elementos que intervienen en la reacción química de un proceso de balance de materia y energía mediante el análisis de sus componentes para interpretar el comportamiento del mismo.

Actividad No. 1:

Elabora e interpreta un diagrama de flujo de un proceso químico

Objetivo: Elaborar diagramas de flujo de un proceso químico que muestren sus partes para familiarizarse con los proceso industriales. Instrucciones: 1° parte Realizar una investigación documental o en revistas especializadas para recabar información sobre los diagramas de flujo que se manejan en la industria química. Elaborar dos diagramas de flujo de los procesos que te parecieron más interesantes, considerando indicar en el mismo:    

El tipo de diagrama Las operaciones unitarias que se realizan Los reactores químicos con sus tuberías de interconexión. La simbología estandarizada

Presentar trabajo al grupo e intercambia comentarios de lo realizado.

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Unidad de Aprendizaje:

Balance de materia en un proceso químico

Número:

1

Práctica:

Efectúa operaciones unitarias en los procesos químicos con equipo de destilación

Número:

1

Propósito de la práctica:

Realizar una separación de los componentes de una mezcla por medio de la destilación simple, para manejar las técnicas de las operaciones unitarias en los procesos químicos.

Escenario:

Laboratorio de procesos químicos

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo     

     



1 Probeta de 100 ml 2 matraces erlenmeyer de 250 ml 1 vaso de precipitados de 100 ml 1 densímetro o alcoholímetro 1 equipo de destilación simple: 1 Matraz bombilla de 250 ml 1 pieza en T( pieza acodada) 1 refrigerante 1 termómetro 2 soportes Piedras de ebullición 2 pinzas Clips para esmerilados 2 cuentagotas 1 varilla Manta calefactora o mechero con lamina de asbesto

Duración

4 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara los instrumentos y los materiales en las mesas de trabajo. Procedimiento: Mide 100 ml de una muestra de vino empleando la probeta y añadiéndolos al matraz bombilla de 250 ml. Mide con la misma probeta, 25 ml de agua destilada y añadirlos al matraz con el propósito de recuperar el vino remanente en la probeta. Repite la operación con otros 25 ml de agua destilada. Añade alrededor de 12 piedras de ebullición. Monta el aparato de destilación como se muestra en la figura 1 atendiendo a las siguientes indicaciones:  Ajusta primero el matraz y la pieza acodada con termómetro.  Monta después el refrigerante y la pieza de salida. Comprobar las gomas del refrigerante desde el grifo y hacia el desagüe de la pileta  Conecta finalmente la pieza acodad y el refrigerante.  Comprueba que el bulbo del termómetro este a la altura de la salida del matraz.

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 Asegura con clips las uniones entre piezas del material esmerilado  Asegura la pieza acodada con una pinza  Coloca un matraz erlenmeyer para recoger el destilado. Abre suavemente el grifo para que circule agua fría por el refrigerante de abajo a arriba. En todo momento debe evitarse la sobrepresión de agua. (comenzar con la calefacción o calentamiento). La calefacción debe ser lenta pero sin interrupciones. A partir de la primera gota de destilado anotar la temperatura cada dos minutos durante la destilación, llenando el siguiente cuadro: Tiempo(min)

0

Temp(°C) Tiempo(min)

0

Temp(°C)

Recoger el destilado en un matraz erlenmeyer durante la destilación. Transvasa periódicamente su contenido a una probeta. Completa alrededor de 80 ml de destilado y terminar la destilación. Desconecta la manta calefactora cuando se haya completado la destilación Deja enfriar antes de montar y lavar el equipo de destilación. Manejo de resultados  Determinar la densidad del liquido destilado  Determinar su grado de alcohol del liquido destilado  Determinar su viscosidad del líquido destilado. 

Elabora un informe de la práctica que contenga: resultados, comentarios sobre el manejo de equipo de operaciones unitarias, diagramas, observaciones, conclusiones.Incluir en el informe una autoevaluación del desempeño, la responsabilidad, la actitud y la calidad del

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trabajo realizado durante el desarrollo de la práctica.

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el docente.

Precaución, sustancia tóxica Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

Figura 1 Aparato de destilación simple

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Unidad de Aprendizaje:

Balance de materia en un proceso químico

Número:

1

Práctica:

Efectúa un balance de materia prima con un mezclador y una torre de destilación continua

Número:

2

Propósito de la práctica:

Realizar el balance de materia a través de la medición de los índices de refracción de una mezcla binaria y el manejo de una torre de destilación continua, para el cálculo de concentraciones de los componentes de la reacción química.

Escenario:

Laboratorio de procesos químicos

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo 

4.7 litros de cloruro de metileno a una concentración de 30% Mol.  15.30 litros de tricloroetileno a una concentración de 70% Mol  Columna de destilación empacada.  Refractómetro.

Duración

6 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara los instrumentos y los materiales en las mesas de trabajo. Nota: Todas las especificaciones numéricas se relacionan con la figura mostrada al final de la práctica. Para la cantidad de materiales a emplear y la cantidad de producto a obtener se realizaran escalamientos según indicaciones del el docente. Procedimiento: Nota: Para la demostración de la destilación continua, se alimenta continuamente la mezcla binaria a la sección del calentador de la columna y se obtienen dos torres de producto (domo y fondo). Realiza la puesta en operación.  Verifica que todos los materiales de empaque se hayan retirado del equipo (por ejemplo: dentro del medidor de flujo). Nota: El siguiente procedimiento permite verificar inicialmente que el equipo opere de acuerdo con especificaciones técnicas. Por razones de seguridad en lugar de solventes orgánicos se utiliza agua.  Cierra todas las válvulas del equipo, incluyendo las válvulas de desagüe  Retira el tapón de llenado del rehervidor  Llena el tanque con aproximadamente 10 litros de agua limpia

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 Verifica que la mirilla (L12) indique líquido en el tanque. Buscar fugas  Vuelve a colocar el tapón de llenado  Conecta el equipo a un surtidor de agua fría a través del conector de entrada utilizando una manguera flexible reforzada  Conecta una manguera de longitud similar a la conexión de desagüe, que debe descargarse en un desagüe del laboratorio  Abre el surtidor de agua fría  Abre la válvula de control de flujo (5) para proporcionar al condensador un flujo máximo a través de un medidor de flujo (F2)  Verifica que no existan fugas  Desconecta la tubería de nylon de las válvulas V1 y V2 para cebar el manómetro de U (P1)  Inyecta agua limpia al manómetro con una jeringa, de la siguiente manera:  Sostener verticalmente un extremo de la tubería de nylon  Insertar la jeringa e inyectar lentamente el agua para que fluya dentro de la pared del tubo. Esto evitará pasos de agua que provoquen burbujas de aire en el tubo  Llena el manómetro hasta que ambos flancos estén medio llenos  Vuelve a conectar la tubería a las válvulas V1 y V2  Gira completamente el controlador de potencia del calentador en el sentido contrario de las manecillas del reloj  Conecta el equipo a la fuente de energía  Enciende el equipo girando 90º el interruptor de encendido/apagado  Verificar que la luz indicadora esté encendida Nota: El wattimetro (9)debe leer aproximadamente 0.0 kW  Gira, en el sentido de las manecillas del reloj, el controlador de potencia del calentador hasta que el wattimetro (9) despliegue una lectura de aproximadamente 1.5 kW  Ajusta los calentadores de tiempo electrónicos a una base de tiempo de 12 segundos cada uno (posición 2 del cuadrante).

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 Verifica que las luces verdes y rojas se iluminen alternando por un período de 12 segundos cada una. Nota: La luz roja encendida, indica que el divisor de reflujo (C3) está enviando líquido al recipiente receptor de destilado (3) y cerrado a la parte superior de la columna. La luz verde encendida indica que el divisor de reflujo (C3) está abierto en la parte superior de la columna y cerrado al recipiente receptor de destilado (C3)  Observa el movimiento de vapor cuando el agua esté hirviendo en el rehervidor (esto toma aproximadamente 20 minutos) desde el tanque alimentador hacia la parte superior de la columna, que descarga como reflujo en la pequeña vasija de vidrio receptora de reflujo ubicada sobre el divisor de reflujo  Abre la válvula de control (C4) permitiendo que el reflujo entre al sistema de tubería de reflujo. Nota: El reflujo se debe descargar dentro del recipiente receptor de destilado por un periodo de 12 segundos (luz roja encendida) y después descargar en la parte superior de la columna (luz verde encendida) por un período adicional de 12 segundos. El burbujeo vigoroso de la charola superior en la columna es una indicación de que el reflujo está entrando a la columna.  Selecciona cada una de las siete posiciones de temperatura en el marcador multicanal de temperatura  Verifica que cada estación indique un valor razonable en el termómetro digital  Coloca un recipiente adecuado debajo del tubo de descarga  Abre la válvula (C6)  Asegura de que el agua desagüe en el recipiente  Cierra la válvula (C6)  Abre la válvula (V3). Notar que el agua regresa del rehervidor  Cierra la válvula (V3)  Coloca un contenedor bajo la válvula de muestreo/desagüe (C2)

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 Observa que cuando la válvula está abierta, el agua se descarga en el contenedor  Cierra la válvula (C2)  Coloca un contenedor debajo de la válvula de muestreo/desagüe (C7)  Verifica que el agua se descargue de la válvula  Cierra la válvula (C7)  Opera el equipo sin agua de enfriamiento para comprobar el funcionamiento de la válvula de alivio de presión (P) en la parte superior del condensador  Cierra la válvula de control (C5) Nota: Cuando la presión en el sistema alcanza 3 Psi, la válvula de alivio del condensador se abre. Si ésta no se abre después de unos cuantos minutos sin suministro de agua de enfriamiento, gira completamente, en el sentido contrario de las manecillas del reloj, la perilla de potencia del calentador y desconecte la fuente de energía del equipo.  Permite que el equipo se enfríe (será de ayuda conectar otra vez el agua fría para enfriar rápidamente el condensador)  Remueve la válvula (P)  Busca bloqueos o restricciones. Volver a colocar la válvula (si en la vasija receptora de reflujo que se encuentra sobre el divisor de reflujo aparece valor de la válvula de alivio de presión no está operando correctamente) Nota: El interruptor de flotador (S1) en el tanque de alimentación está ajustado de fábrica por lo que no debe modificarse  Abre las válvulas V1 y V2  Verificar que el manómetro registre una caída de presión en la columna  Abre la válvula (C8) del lado del rehervidor el agua fluirá a través del enfriador (5) al tanque del producto de fondo (4)  Abrir la válvula (C9) para verificar que el agua se desagua del tanque  Permitir que los contenidos del desagüe de (2) bajen al nivel de inundación

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 Verificar que (S1) no corte la energía al calentador poniendo la corriente a 1.5 kw y permitiendo que ocurra la ebullición  Verter 5 litros de agua en el tanque de alimentación (1)  Abrir la válvula C1 del medidor de flujo (F1) y establezca un flujo de 100 ml/min. El agua deberá fluir al rehervidor e inundar a través de la válvula C8 el tanque (4), manteniendo la ebullición  Apagar la fuente de energía  Cerrar la válvula (C1)  Desaguar con cuidado un poco de agua hirviendo del rehervidor utilizando (C2) hacia un recipiente adecuado  Cerrar está válvula tan pronto como la potencia indicada en el watímetro caiga (0.00kw). Esto significa que el interruptor de bajo nivel (S1) le ha cortado la corriente a los Calentadores  Abrir C1 nuevamente para permitir que 150 ml/min entren al rehervidor. Cuando se active otra vez el interruptor S1, suministrando energía a los calentadores marque el nivel en la mirilla (L2)  Continuar llenando hasta que el agua empiece a inundar el tanque (4) y marque nuevamente el nivel (L2). La distancia entre estas dos marcas debe ser de 5.0 mm o más. Nota: El equipo puede ahora drenarse y quedar listo para utilizarse otra vez.  Quitar la columna de charola tamizadora removiendo los 3 pernos superiores (22) y los 3 inferiores (23) de las zapatas selladoras para insertar la columna empacada de destilación  Remover la columna de la charola tamizadora e insertar la columna empacada, asegurándose de colocar los dos anillos selladores PTFE sobre los extremos de la columna de selladores PTFE sobre los extremos de la columna de vidrio  Volver a colocar los pernos  Apretar los pernos  Realizar el mantenimiento preventivo de acuerdo con lo siguiente:  Desconectar la fuente de energía cuando no se utilice el equipo

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 Desaguar todo el solvente después de utilizar el equipo  Hacer fluir a través del sistema un solvente limpio antes del drenado final después de utilizar o crear un solvente contaminado. Nota: olamente para la primera ve será necesario llenar el doble “U” entre el punto de inundación del rehervidor y el tanque de producto de fondo (4). Esto asegurará que no escape vapor del rehervidor al tanque para lo cual se debe llenar simplemente el rehervidor hasta que se inunde el tanque. Las operaciones siguientes no requerirán esto ya ue algo del l uido permanecerá siempre en la “U” a menos ue est se drene con la válvula C10.  Asegurar que la válvula de control del medidor de flujo (C1) de alimentación (1) con 16 litros de la mezcla a destilar esté completamente cerrada  Cargar el tanque  Cargar el rehervidor con los otros 4 litros utilizando el tapón de llenado. Se han escogido el cloruro de metileno y el tricloroetileno debido a que no son filmables  Abrir la válvula C8 completamente  Abrir la válvula V1 y V2, que aíslan al manómetro  Cerrar V3  Abrir C5 para permitir el flujo de 1000 cc/min de agua para enfriamiento a través del condensador. Nota: El agua de enfriamiento debe suministrarse al enfriador del producto de fondo en la conexión inferior y la conexión superior debe llevar al desagüe.  Ajustar el control de tasa de reflujo para un reflujo total colocando T1 a 0 seg, T2 (luz roja prendida) y C3 dirigida todo el flujo de vapor condensado de vuelta a la columna  Ajustar C4 cuando comience la destilación para dar amortiguamiento al vidrio que se encuentra encima de éste.

Nota: Este amortiguador suaviza las pulsaciones y agitaciones en el sistema no cerrar demasiado C4 ó el condensado regresará al condensador.

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 Girar el controlador de energía del calentador en el sentido de las manecillas del reloj hasta que la lectura en el waltímetro sea 1.5 kw Nota: Después de 15 -20 minutos la mezcla hervirá y el vapor aparecerá en la columna y subirá lentamente ,después de otros cuantos minutos cuando el vapor llegue al condensador, el líquido comenzará a caer en cascada sobre las charolas  Dejar que la columna se estabilice  Girar el controlador del calentador en el sentido contrario a las manecillas del reloj, hasta que la energía consumida por el calentador sea solamente la suficiente para provocar un burbujeo suave en las charolas  Dejar que la columna se estabilice durante 5 minutos  Abrir con cuidado la válvula C1 en el medidor de flujo (F1)  Seleccionar un flujo de 50 ml/min. para estabilizarla; enciende el calentador para compensar esta alimentación fría  Ajustar con cuidado el control de potencia del calentador para obtener una condición estable Nota: Cuando ésta se logra ajustar, el control del reflujo dará una tasa inicial de 2:1, es decir, t1 se activará por el doble de tiempo de t2 el producto empezará a fluir al tanque del producto de domo (3)  Cuando se alcance el nivel de inundación dentro del rehervidor el producto empezará a fluir al tanque de producto del fondo (4)  Colectar el producto de domo y fondo de sus tanques respectivos  Mezclar los componentes para utilizarse nuevamente en el tanque de alimentación.  Tomar muestras pequeñas de producto de domo y fondo utilizando las válvulas C6 y C10 cada 5 minutos  Analizar las muestras utilizando un refractómetro  Tomar varias lecturas de una tasa de reflujo de 2:1 y después cambiar la tasa  Esperar a que la columna se estabilice

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 Tomar más muestras para su análisis  Efectuar el balance de materia sobre un plato de acuerdo con las siguientes especificaciones. El plato n recibe el liquido Ln+1 del plato superior n+1 y el vapor Vn-1 del plato inferior n-1. El plato n suministra líquido Ln al plato n-1 y vapor Vn al plato n+1. La función del plato es realizar el mezclado para que el vapor Vn de descomposición Yn alcance el equilibrio con el liquido Ln de descomposición Xn.  Los torrentes Ln+1 y Vn-1 no pueden estar en equilibrio y durante el proceso de intercambio de plato se vaporiza parte del componente más volátil del líquido Ln+1, disminuyendo su concentración a Xn y parte del componente menos volátil se condensa de Vn-1, aumentando la concentración del vapor a Yn. El calor para vaporizar el componente más volátil del líquido se suministra por la condensación parcial del vapor Vn-1.  De esta manera ,el efecto resultante es que el componente más volátil pasa desde el líquido que baja por la columna al vapor que sube, mientras que el componente menos volátil se transfiere en la dirección opuesta  Hacer el balance de masa en el domo de la columna usando la ecuación general de balance y la estructura siguiente:

R Vt

D

Plato n+ Plato n

Vn

xd

Ln+1 Vn =Ln+1+D

 Hacer el balance de masa al fondo de la columna, usando la ecuación general de balance y las estructura siguientes:

Vm

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Lm+1 Plato m+1 Plato m

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Muestra 1

Mol % C.M.

Mol % C.M.

En domo

En fondo

Muestra 1

2

2

3

3 Tabla 1

Muestra 1

Mol % C.M.

En domo

En fondo

Tabla 2 Tasa de reflujo 3:1

Mol % C.M.

Mol % C.M.

En domo

En fondo

Muestra 1

Mol % C.M.

Mol % C.M.

En domo

En fondo

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Modelo Académico de Calidad para la Competitividad 2

Mol % C.M.

2

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía

Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas, observaciones y conclusiones. Incluir en el informe una autoevaluación del desempeño, la responsabilidad, la actitud y la calidad del trabajo realizado durante el desarrollo de la práctica.

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el docente.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

Precaución, sustancia tóxica

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Columna de destilación de platos empacada. P

7

F1 C5

13

10

11

11

V2 G1

2 23 L1

1 22 24 UP

3 S1

V1

V3 10

F1

18 C7 C9

C1 L2

9 C4 C6

2 C8

20

4

25

5 26 C2

Figura 1

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía

Unidad de Aprendizaje:

Balance de materia en un proceso químico

Número:

1

Práctica:

Efectúa un balance de materia con un evaporador de efecto simple

Número:

3

Propósito de la práctica:

Realizar el balance de masa mediante el uso del evaporador de simple efecto de película ascendente para calcular la masa y la concentración de una solución de azúcar en proceso químico.

Escenario:

Laboratorio de procesos químicos

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo  15 litros de una solución de azúcar/agua al 4% concentración, en peso.  Evaporador

de

ascendente  Refractómetro

simple

Duración

6 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica.

efecto

de

película

Prepara el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo. Nota: Todas las especificaciones numéricas se relacionan con la figura mostrada al final de la práctica. Para la cantidad de materiales a emplear y la cantidad de producto a obtener se realizaran escalamientos según indicaciones del el docente. Procedimiento:  Verificar que el condensador y el tanque de concentrado (2,4) estén drenados, que el vapor, la electricidad y el agua fría estén disponibles.  Verificar que las válvulas V1 y V4 estén abiertas  Verificar que estén cerradas todas las válvulas V2, V3, V5, C6, C8, C9, C12 y C14  Llenar el tanque (3) con agua o con la solución Efectuar la puesta en operación del equipo  Verificar que las válvulas V7, V9, V16, C10 estén abiertas  Verificar que las válvulas V6, V8, V11, V12, V13, V14, V15 estén cerradas  Empezar a bombear (5) y abrir completamente la válvula C13  Conectar el precalentador (6)

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 Ajustar la válvula C13 hasta obtener la velocidad del flujo deseado F4 cuando el líquido empiece aparecer por el nivel de flujo  Abrir y ajustar la válvula C2 hasta obtener agua fría  Observar el flujo en el medidor F1 de 40 tiempos de la alimentación de F4  Abrir y ajustar la válvula C15 hasta obtener la presión del vapor deseado de P3 Nota: Cuando el líquido aparece en el nivel del recipiente (17) empieza la concentraciónrecirculación de la bomba (18)  Abra V14 y ajustar las válvulas C10 y C11 hasta obtener la velocidad de circulación del flujo del medidor F5  Ajustar el control del termostato (6) hasta que las temperaturas T10 y T11 estén muy cercanas  Prender la bomba C1  Ajustar la válvula C1 hasta obtener la operación deseada. P1 o si la operación es a presión atmosférica liberar válvula C1 que abra completamente. Operar el evaporador  Arrancar el sistema a una velocidad de alimentación de agua 10lb/hr.  Operar el evaporador a una velocidad de circulación de 30lb/hr a una presión de vapor de 1.5 bar y una presión del sistema de 400 mm Hg de vacío. Nota: Es importante que el sistema esté drenado totalmente y limpio después del experimento  Balancear la cantidad de azúcar y agua de la solución de alimentación al evaporador en un tiempo dado por la cantidad de azúcar y agua removida en la solución concentrada como un condensado, emplear la siguiente fórmula: Wf =We + W c balance de agua Sf = S c Balance de azúcar Entonces Wf = masa de agua en la solución de alimentación al evaporador Kg. We= masa del condensador colectada en el tanque de condensador Kg Wc= masa de agua en la solución concentrada Kg

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Sf = masa de azúcar en la solución de alimentación al evaporador Kg Tomar las lecturas.  Permitir al evaporador que alcance su operación uniforme-constante  Leer los flujos de alimentación F4, F5, vapor y presión del sistema P3, P1 y punto de ebullición T11 cada 5 minutos por un período de 1 hora  Leer los niveles de alimentación, condensado y tanques de concentración L1, L2, L3 al inicio y final del período  Tomar muestras desde la alimentación vía válvula C14 y concentrado vía válvula C12 cada 5 minutos durante el período  Analizar estas muestras del concentrado de azúcar, usando un refractómetro  Anotar las lecturas en la tabla de datos 5  Calcular el promedio de la velocidad de flujo de alimentación y circulación F4, F5, vapor y presión de vapor P3, P1 punto de ebullición T11 concentración de azúcar en la alimentación y concentrado cF, cC  Calcular los cambios de nivel en la alimentación, condensao y tanques de concentración L1, L2, L3  Calcular la masa del agua Wf y del azúcar Sf de la alimentación al evaporador.

Wf = C1

L1 Pf (100 - cF) 100

Cf = C1

L1 Pf ( - cF) 100

donde C1 es el factor de calibración del tanque de alimentación y f es la gravedad especifica de la alimentación de la solución de azúcar (encontrada de la concentración cF y la gravedad especifica de las soluciones de azúcar en tablas bibliográficas):  Calcular la masa del agua Wc y azúcar Sc en la concentración de azúcar:

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Wc = C3  L3Pc (100 - cC) -----------100 Sc = C3  L3Pc (-cC) -----------100 donde C3 es el factor de calibración del tanque de concentrado y C es la gravedad especifica de la solución concentrada de azúcar (encontrada de la concentración cC y en las tablas de gravedad especificas de soluciones de azúcar)  Calcular la masa del agua We en el tanque de concentrado We = C2  L2 donde C2 es el factor de calibración del tanque de condensado En teoría Wf =We+Wc Sf = Sc Verificar los resultados y encontrar las desviaciones. Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas, observaciones y conclusiones. Incluir en el informe una autoevaluación del desempeño, la responsabilidad, la actitud y la calidad del trabajo realizado durante el desarrollo de la práctica. Precaución, sustancia tóxica Utiliza el equipo de seguridad planteado por el DOCENTE.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía

Evaporador de simple efecto de película ascendente . P

7

F1 C5

13

10

11

11

V2 G1

2 23 L1 3

1 22 24 UP

S1

V1

V3 10

F1

18 C7 C9

C1

L2

9 C4

2

C6

C8

20

4

25

5 26 C2

Figura 1

Unidad de aprendizaje:

Balance de materia en un proceso químico

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Número:

BAME-02

1

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Práctica:

Efectúa un balance de materia con reacción química

Propósito de la práctica:

Determinar la conversión o consumo de anhídrido acético mediante el procedimiento establecido, con respecto al tiempo, para la reacción de hidratación de anhídrido acético que se lleva a cabo en un reactor intermitente experimental presentado en una reacción química.

Escenario:

Laboratorio de procesos químicos

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo 

        

Reactor de vidrio de 1000 ml, de capacidad, equipado con chaqueta de calentamiento, tapa con 3 bocas para adición de reactivos, sensor de temperatura y agitador mecánico. 8 Matraces Erlenmeyer de 125 ml. 1 Bureta 50 ml. Balanza granataria electrónica de 400 g. Dosificadores automáticos. Anhídrido acético, R.A. Agua destilada. Anilina, solución saturada. Hidróxido de sodio, solución al 0.05 N. Fenolftaleína en solución, 0.1% peso.

Número:

Duración

4

4 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo. Procedimiento: Nota: El proceso se llevará a cabo a 25°C, temperatura a la cual se deberá regular el baño térmico.  Cargar al reactor 650 ml de agua destilada, iniciar la agitación y reciclar el agua a través de la chaqueta de calentamiento del reactor, con el fin de alcanzar la temperatura del baño (25°C).  Adicionar al reactor 5 ml (5.41 g.) de anhídrido acético concentrado (99% pureza), manteniendo la temperatura y agitación constantes, para quedar una concentración inicial de anhídrido acético de 0.0815 M.  Registrar éste tiempo como inicial a partir del cual se tomarán las muestras que serán analizadas posteriormente. Toma de muestras.  Preparar previamente a la toma de muestras dos series de matraces Erlenmeyer:  2 matraces con 10 ml de agua destilada.  6 matraces con 10 ml de agua destilada saturada con anilina. (15 g. de anilina en 500 ml de agua, agitar vigorosamente y dejar reposar 20 min.)  Tomar muestras del reactor, 5 ml de solución, períodos como lo indica la tabla 1. Estas serán distribuidas de la siguiente manera:

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 

Las muestras de los minutos 1.5 y 10, serán recibidas en matraces con 5 ml, de agua, previamente pesadas en balanza electrónica. Las demás muestras serán recibidas en matraces conteniendo solución de anilina, es indispensable conocer el peso de cada muestra.

Nota: No es necesario titular de inmediato cada muestra, se pueden colectar todas para proceder a titularlas posteriormente. Método de análisis.  Volumetría 

El análisis de muestras es realizado empleando el método de formación de la acetanilida. Este consiste en reaccionar el anhídrido acético con anilina, para formar acetanilida, según las siguientes reacciones:



Como la reacción de formación de acetanilida procede instantáneamente comparada con la reacción de hidratación del anhídrido acético, la cantidad del anhídrido acético presente en cada muestra se determina por la diferencia entre los volúmenes de solución de hidróxido de sodio (0.05N) gastados en la titulación de cada una de las muestras. Recomendaciones.  Se sugiere trabajar con concentraciones de anhídrido acético menores a 0.2M a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente.  Seleccionar intervalos de tiempo adecuados para la toma de la muestra (en tiempo según la tabla 1, 1.5 min y 10 min para matraces que contengan agua, para conversión total).

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 Considerar que el volumen permanece constante durante todo el desarrollo experimental, para lo cual, tomar la cantidad adecuada de muestra (tal que el volumen no sea significativo respecto al volumen total). Los resultados son más precisos pesando las muestras, en lugar de medir por volumen.  Si la ecuación general de balance de materia se define por la expresión : Entrada - salida = acumulación - desaparición por reacción. Donde: Acumulación = dNA / dt = d (VCA)/dt Desaparición por reacción = - (rA) V -1

(rA) = k CA; siendo k una constante; k = 0.1565 (min) ; CA = Concentración de anhídrido acético 

Deduzca una expresión para predecir la conversión o el consumo de anhídrido acético con respecto al tiempo para un reactor intermitente.

 A partir de datos experimentales, determine la conversión o consumo de anhídrido acético con respecto al tiempo y compare estos resultados contra los que calcule a partir del modelo propuesto (la ecuación general de balance de materia). Represente gráficamente estos resultados. Nomenclatura NA = Número de moles del componente A. -1 -1 (rA) = Rapidez de reacción (mol * l * min .) -1 k = Constante de rapidez de reacción. (min. ) CA = Concentración del componente A.(mol/L) V = Volumen de la mezcla de reacción. (L.) Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas,

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observaciones y conclusiones. Incluir en el informe una coevaluación del desempeño de su equipo considerando la responsabilidad, la actitud y la calidad de su trabajo durante el desarrollo de la práctica. Precaución, sustancia tóxica

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el DOCENTE.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

Tabla N° 1

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Unidad de Aprendizaje:

Balance de energía en un proceso químico

Número:

2

Práctica:

Efectúa un balance de energía en un evaporador de efecto simple

Número:

5

Propósito de la práctica:

Realizar el cálculo del balance de energía mediante la variación de la velocidad de evaporación del agua con presión de vapor para comprobar la eficiencia de un evaporador de película ascendente con efecto simple

Escenario:

Laboratorio de procesos químicos

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo  15 litros de agua destilada  Evaporador de simple efecto ascendente.

de

película

Duración

6 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo. Nota: Todas las especificaciones numéricas se relacionan con la figura mostrada al final de la práctica. Para la cantidad de materiales a emplear y la cantidad de producto a obtener se realizaran escalamientos según indicaciones del el docente. Procedimiento: Efectuar las actividades preliminares:  Verificar que el condensador y el tanque de concentrado estén drenados y que el vapor, la electricidad y el agua fría estén disponibles  Verificar que las válvulas V1 y V4 estén abiertas  Verificar que las válvulas V2, V3, V5 C6, C8,C9, C12 y C14 estén cerradas  Llenar el tanque con agua y con la solución  Efectuar la puesta en operación  Verificar que las válvulas V7, V9, V16, C10 estén abiertas  Verificar que las válvulas V6, V8, V11, V12, V13, V14, V15 estén cerradas  Empezar a bombear y abrir completamente la válvula C13  Conectar el precalentador  Ajustar la válvula C13 cuando el líquido empiece a aparecer por el nivel de flujo F4 hasta obtener la velocidad del flujo deseado F4  Abrir y ajustar la válvula C2 hasta obtener agua fría

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 Observar el flujo en el medidor F1 de 40 tiempos de la alimentación de F4  Abrir y ajustar la válvula C15 hasta obtener la presión del vapor deseado de P3 Nota: Cuando el líquido aparece en el nivel del recipiente empieza la concentración recirculación de la bomba.  Abrir V14 y ajustar las válvulas C10 y C11 hasta obtener la velocidad de circulación del flujo del medidor F5  Ajustar el control del termostato hasta que las temperaturas T10 y T11 estén muy cercanas  Prender la bomba de vacío C1  Ajuste la válvula C1 hasta obtener la operación deseada P1 o si la operación es a presión atmosférica libere válvula C1 que abra completamente  Arrancar el sistema a una velocidad de flujo de agua de 10 lb/hr  Operar el evaporador a una velocidad de circulación de 30 lb/hr a presión atmosférica  Llevar a cabo el procedimiento a diferentes presiones de vapor (P3). Nota: La velocidad en evaporación E está dada por: E= Q H Donde: E = Velocidad de evaporación kg/hr Q = Velocidad de transformación de calor kg/hr H = Calor latente de evaporación del agua en un sistema de presión kj/kg La velocidad de transferencia de calor: Q = UE x AE x TE Donde: 2

UE = coeficiente de transformación de calor kj/m hrºC. 2 AE= Área de transferencia de calor 0.064 m T = Diferencial de temperatura ºC

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Ts-T11 Ts temperatura del vapor a presión P. ºC T11 punto de ebullición del agua presión P1ºC E= K1 x UE x TE en el experimento D,E y H son constantes K1= cte El coeficiente de transferencia de calor UE puede ser E, depende del AT E= K2 x (ATE) K2=cte 0.5-2.0 Nota: La velocidad de evaporación se puede aumentar por incrementos de diferenciales de temperaturas TE. Esta práctica está hecha por incremento de presión de vapor P3 y como resultado temperatura de vapor Ts.  Tomar las lecturas  Permitir al evaporador que alcance su operación uniforme-constante  Leer los flujos de alimentación F4 del punto de ebullición T11, la presión de vapor P3 y el nivel del tanque de condensado L2 cada 5 minutos por un período de 1 hora  Anotar las lecturas  Calcular el promedio de presión de vapor P3 y encontrar su correspondiente temperatura de vapor Ts de las tablas de vapor  Calcular el promedio del punto de ebullición T1  Calcular el diferencial de temperatura Te = Ts -T11  Hacer una gráfica del nivel del tanque de condensado contra el tiempo  Encontrar la pendiente de la “mejor” l nea recta a trav s de puntos  Calcular el promedio de la velocidad de evaporización.

E=60 x S2 x C2 Donde: C2 es el factor de calibración del tanque de condensado. La gráfica del log (E) vs log (  Te) deberá dar la pendiente de 1.5 a bajo del valor de TE y el tipo de pendiente de 3 a valores superiores de TE. (Ver figura siguiente).

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Log (E) P=3 P=1.5

Log ( Te) Figura 1 Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas, observaciones y conclusiones. Evalúa por escrito, tú participación en la resolución de los problemas que se presentaron durante el desarrollo de la práctica; lo anterior te permitirá valorar el alcance de los objetivos y establecer nuevos.

Precaución, sustancia tóxica

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el DOCENTE.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

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Evaporador de efecto simple de película ascendente .

P

7

F1 C5

13

10

11

11

V2 G1

2 23

1 22 24 UP

L1 3 S1

V1

V3 10

F1

18 C7 C9

C1 L2

9 C4

2

C6

C8

20

4

25

5 26

C2

Figura 1

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Unidad de Aprendizaje:

Balance de energía en un proceso químico

Número:

2

Práctica:

Efectúa un balance de energía en una columna de destilación por platos

Número:

6

Propósito de la práctica:

Realizar el balance de energía que se lleva a cabo en una columna de destilación por platos para comparar la cantidad y composición de los productos, el tiempo y la cantidad de calor requeridos experimentalmente respecto a la predicción teórica en un proceso químico

Escenario:

Laboratorio de procesos químicos

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo  5 litros de cloruro de metileno a una concentración de 50% mol  5 litros de tricloroetileno a una concentración de 50% Mol  Columna de destilación empacada  Refractómetro

Duración

6 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo. Nota: Todas las especificaciones numéricas se relacionan con la figura mostrada al final de la práctica. Para la cantidad de materiales a emplear y la cantidad de producto a obtener se realizaran escalamientos según indicaciones del el docente. Procedimiento: Realizar la puesta en operación del equipo.  Verificar que todos los materiales de empaque se hayan retirado del equipo (por ejemplo: dentro del medidor de flujo). Nota: El siguiente procedimiento permite verificar inicialmente que el equipo opere de acuerdo con especificaciones técnicas. Por razones de seguridad en lugar de solventes orgánicos se utiliza agua.  Cerrar todas las válvulas del equipo, incluyendo las válvulas de desagüe  Retirar el tapón de llenado del rehervidor  Llenar el tanque con aproximadamente 10 litros de agua limpia  Verificar que la mirilla (L12) indique líquido en el tanque. Buscar fugas  Volver a colocar el tapón de llenado  Conectar el equipo a un surtidor de agua fría a través del conector de entrada utilizando una manguera flexible reforzada  Conectar una manguera de longitud similar a la conexión de desagüe, que debe

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descargarse en un desagüe del laboratorio  Abrir el surtidor de agua fría  Abrir la válvula de control de flujo para proporcionar al condensador un flujo máximo a través de un medidor de flujo (F2)  Verificar que no existan fugas  Desconectar la tubería de nylon de las válvulas V1 y V2 para cebar el manómetro de U (P1)  Inyectar agua limpia al manómetro con una jeringa, de la siguiente manera:  Sostener verticalmente un extremo de la tubería de nylon  Insertar la jeringa e inyectar lentamente el agua para que fluya dentro de la pared del tubo. Esto evitará pasos de agua que provoquen burbujas de aire en el tubo.  Llenar el manómetro hasta que ambos flancos estén medio llenos.  Volver a conectar la tubería a las válvulas V1 y V2  Girar completamente el controlador de potencia del calentador en el sentido contrario de las manecillas del reloj  Conectar el equipo a la fuente de energía  Encender el equipo girando 90º el interruptor de encendido/apagado  Verificar que la luz indicadora esté encendida. Nota: El wattimetro debe leer aproximadamente 0.0 kW  Girar, en el sentido de las manecillas del reloj, el controlador de potencia del calentador hasta que el wattimetro despliegue una lectura de aproximadamente 1.5 kW  Ajustar los calentadores de tiempo electrónicos a una base de tiempo de 12 segundos cada uno (posición 2 del cuadrante).  Verificar que las luces verdes y rojas se iluminen alternando por un período de 12 segundos cada una. Nota: La luz roja encendida, indica que el divisor de reflujo (C3) está enviando líquido al recipiente receptor de destilado (3) y cerrado a la parte superior de la columna.  La luz verde encendida indica que el divisor de reflujo (C3) está abierto en la parte superior de la columna y cerrado al recipiente receptor de destilado (C3)  Observar el movimiento de vapor cuando el agua esté hirviendo en el rehervidor (esto toma aproximadamente 20 minutos) desde el tanque alimentador hacia la parte superior de la columna, que descarga como reflujo en la pequeña vasija de vidrio receptora de reflujo ubicada sobre el divisor de reflujo  Abrir la válvula de control (C4) permitiendo que el reflujo entre al sistema de tubería de reflujo

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Nota: El reflujo se debe descargar dentro del recipiente receptor de destilado por un periodo de 12 segundos (luz roja encendida) y después descargar en la parte superior de la columna (luz verde encendida) por un período adicional de 12 segundos. El burbujeo vigoroso de la charola superior en la columna es una indicación de que el reflujo está entrando a la columna.  Seleccionar cada una de las siete posiciones de temperatura en el marcador multicanal de temperatura (14)  Verificar que cada estación indique un valor razonable en el termómetro digital (15)  Colocar un recipiente adecuado debajo del tubo de descarga (21)  Abrir la válvula (C6)  Asegurar de que el agua desagüe en el recipiente  Cerrar la válvula (C6)  Abrir la válvula (V3). Notar que el agua regresa del rehervidor  Cerrar la válvula (V3)  Colocar un contenedor bajo la válvula de muestreo/desagüe (C2)  Observar que cuando la válvula está abierta, el agua se descarga en el contenedor  Cerrar la válvula (C2)  Colocar un contenedor debajo de la válvula de muestreo/desagüe (C7)  Verificar que el agua se descargue de la válvula  Cerrar la válvula (C7)  Operar el equipo sin agua de enfriamiento para comprobar el funcionamiento de la válvula de alivio de presión (P) en la parte superior del condensador  Cerrar la válvula de control (C5) Nota: Cuando la presión en el sistema alcanza 3 Psi, la válvula de alivio del condensador se abre. Si ésta no se abre después de unos cuantos minutos sin suministro de agua de enfriamiento, gira completamente, en el sentido contrario de las manecillas del reloj, la perilla de potencia del calentador y desconecte la fuente de energía del equipo.  Permitir que el equipo se enfríe (será de ayuda conectar otra vez el agua fría para enfriar rápidamente el condensador)  Remover la válvula (P)  Buscar bloqueos o restricciones. Volver a colocar la válvula (si en la vasija receptora de reflujo que se encuentra sobre el divisor de reflujo aparece valor de la válvula de alivio de presión no está operando correctamente). Nota: El interruptor de flotador (S1) en el tanque de alimentación está ajustado de fábrica por

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lo que no debe modificarse.  Abrir las válvulas V1 y V2  Verificar que el manómetro registre una caída de presión en la columna  Abrir la válvula (C8) del lado del rehervidor el agua fluirá a través del enfriador (5) al tanque del producto de fondo (4)  Abrir la válvula (C9) para verificar que el agua se desagua del tanque  Permitir que los contenidos del desagüe de (2) bajen al nivel de inundación  Verificar que (S1) no corte la energía al calentador poniendo la corriente a 1.5 kw y permitiendo que ocurra la ebullición  Verter 5 litros de agua en el tanque de alimentación (1)  Abrir la válvula C1 del medidor de flujo (F1) y establezca un flujo de 100 ml/min. El agua deberá fluir al rehervidor e inundar a través de la válvula C8 el tanque (4), manteniendo la ebullición  Apagar la fuente de energía  Cerrar la válvula (C1)  Desaguar con cuidado un poco de agua hirviendo del rehervidor utilizando (C2) hacia un recipiente adecuado  Cerrar está válvula tan pronto como la potencia indicada en el watímetro caiga (0.00kw). Esto significa que el interruptor de bajo nivel (S1) le ha cortado la corriente a los Calentadores  Abrir C1 nuevamente para permitir que 150 ml/min entren al rehervidor. Cuando se active otra vez el interruptor S1, suministrando energía a los calentadores marque el nivel en la mirilla (L2)  Continuar llenando hasta que el agua empiece a inundar el tanque (4) y marque nuevamente el nivel (L2). La distancia entre estas dos marcas debe ser de 5.0 mm o más. Nota: El equipo puede ahora drenarse y quedar listo para utilizarse otra vez.  Quitar la columna de charola tamizadora removiendo los 3 pernos superiores (22) y los 3 inferiores (23) de las zapatas selladoras para insertar la columna empacada de destilación  Remover la columna de la charola tamizadora e insertar la columna empacada, asegurándose de colocar los dos anillos selladores PTFE sobre los extremos de la columna de selladores PTFE sobre los extremos de la columna de vidrio  Volver a colocar los pernos  Apretar los pernos

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 Realizar el mantenimiento preventivo de acuerdo con lo siguiente:  Desconectar la fuente de energía cuando no se utilice el equipo  Desaguar todo el solvente después de utilizar el equipo  Cebar la columna destiladora con 10 litros de una mezcla de 50 mol % de cloruro de metileno y 50 mol % de tricloroetileno  Arrancar la columna de reflujo total como en las prácticas anteriores  Esperar por lo menos 15 minutos a fin de que la columna alcance el equilibrio  Tomar lecturas de las composiciones de los productos de domo y fondo utilizando las válvulas C6 y C2 respectivamente  Seleccionar la tasa de reflujo a 5 ; es decir, que para cada 2 segundos de flujo a la vasija receptora hay 10 segundos de flujo de retorno a la columna  Tomar inmediatamente lecturas reguladas tanto de las composiciones de domo como de fondo  Detener la destilación cuando la composición de producto domo alcance 65 mol %, cambiando de nuevo a reflujo total  Apagar el calor del rehervidor y dejar que el sistema se enfríe  Medir con precisión la cantidad de destilado en la vasija receptora Nota: Conforme la columna por lote opera, la concentración del componente más volátil en el destilado se reduce continuamente, si se toma un incremento del tiempo dt, la concentración del componente volátil en el producto de domo se reducirá en un incremento correspondiente dxd y el producto obtenido será -dW donde W es la cantidad de mezcla en la destiladora.

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Hacer el balance de materia como se indica a continuación -Xd dW = -WDXw -XwDW WDXw = dW (Xd -Xw)

Donde: W1 = Contenido inicial en moles en la columna W2 = Contenido final en moldes en la columna Xw1= Fracción molar de la composición inicial en la columna Xw2= Fracción molar de la composición final en la columna Xw =Composición de la columna destiladora en cualquier instante de tiempo Xd =Composición destilada en el mismo instante de tiempo  Tabular las lecturas en la tabla siguiente: Tiempo en Min.

XD composición C.M en destilado

XW composición en C.M en columna

XD – XW

1 _________ XD – XW

5 10 15 20

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 Trazar una gráfica (lineal/lineal) de 1 _________ XD – XW  Encontrar el área bajo la curva que comprende la primera y la última lectura de la composición de la destiladora, es decir, Xw1 y Xw2

1 Xd-xw

De la ecuación integral se tiene que: 1n W1= área W2 bajo la curva Así, al conocer la cantidad en la columna, se puede calcular W2 y determinarse la cantidad de producto.  Calcular la composición promedio de destilado a partir de: Xdprom= W1 X1 - W2 X2 W1 - W2

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 Medir con el refractómetro la composición del producto destilado  Calcular el calor total requerido para suministrar el reflujo a partir de: QR = (calor latente x tasa de x producto promedio de reflujo obtenido la mezcla)  Calcular este calor por kmol de producto  Trazar la curva de equilibrio para esta mezcla de líquidos  Marcar Xd1 (la composición del destilado al inicio)  Dibujar la línea de operación para la tasa de reflujo 5, es decir, la pendiente 40°  Medir debajo de las nueve charolas (ocho charolas más la destiladora) y encontrar la composición correspondiente en la destiladora y comparar con el resultado real encontrado  Marcar la composición de destilado final 0.65 y dibujar nuevamente la línea de operación con la misma pendiente  Encontrar la composición de la columna y comparar con el resultado real encontrado  Repetir el procedimiento para reflujos más altos Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas, observaciones y conclusiones. Incluir en el informe una coevaluación del desempeño, la responsabilidad, la actitud y la calidad del trabajo realizado por los integrantes de equipo durante el desarrollo de la práctica.

Precaución, sustancia tóxica

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el DOCENTE.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

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Columna de destilación de platos empacada.

P

7

F1 C5

13

10

11

11

V2 G1

2 23 L1 3

1 22 24 UP

S1

V1

V3 10

F1

18 C7 C9

C1

L2

9 C4

2

C6

C8

20

4

25

5 26 C2

Figura 1

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Unidad de Aprendizaje:

Balance de energía en un proceso químico

Número:

2

Práctica:

Efectúa un balance de energía en un evaporador de doble efecto

Número:

7

Propósito de la práctica:

Realizar balances de energía a través del efecto de la velocidad de circulación y los coeficientes de calor para comprobar la eficiencia de un evaporador de doble efecto en una reacción química.

Escenario:

Laboratorio de procesos químicos

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo  30 litros de agua destilada  Evaporador de doble efecto con alimentación por delante.

Duración

5 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo. Nota: Todas las especificaciones numéricas se relacionan con la figura mostrada al final de la práctica. Para la cantidad de materiales a emplear y la cantidad de producto a obtener se realizaran escalamientos según indicaciones del el docente. Procedimiento:  Verificar que el condensador y el tanque de concentrado (2,4) estén drenados, que el vapor, la electricidad y el agua fría estén disponibles.  Verificar que las válvulas V1 y V4 estén abiertas  Verificar que estén cerradas todas las válvulas V2, V3, V5, C6, C8, C9, C12 y C14  Llenar el tanque (3) con agua o con la solución Efectuar la puesta en operación de un evaporador de doble efecto con alimentación por delante  Verificar que las válvulas V6, V8, V11, V13, V16, C4 y C10 estén abiertas  Verificar que las válvulas V7, V9, V10, V12, V14 y V15 estén cerradas  Arrancar la bomba de alimentación  Abrir la válvula C13 completamente hasta que llegue el flujo al primer efecto  Encender el precalentador  Ajustar la válvula C13 cuando el líquido aparece en el medidor de flujo F4, hasta obtener la velocidad de flujo de alimentación deseado en F4

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 Abrir y ajustar la válvula C15 hasta obtener la presión del vapor deseado P3  Prender la bomba de concentración/recirculación cuando el líquido aparezca en el recipiente del primer efecto  Abrir la válvula V14  Ajustar las válvulas C10 y C11 hasta obtener la velocidad de circulación del primer efecto en el medidor de flujo F5  Ajustar el control del termostato del precalentador de alimentación hasta que la temperatura T10 y T11 estén lo más cerca posible  Abrir la válvula V13 y desconectar V9 cuando la velocidad de alimentación del segundo efecto esté estable en el medidor de flujo F2  Encender la bomba del concentrado/recirculación cuando el nivel del líquido aparezca en el recipiente del segundo efecto  Abrir la válvula V10  Ajustar las válvulas C4 y C5 hasta obtener la velocidad de circulación del segundo efecto en el medidor de flujo F3.  Cualquiera que sea la operación en vacío, encender la bomba de vacío  Ajustar la válvula C1 hasta obtener la presión deseada del segundo efecto o dejarla completamente abierta  Si la operación es a presión atmosférica abrir la válvula C1 Operar el evaporador de doble efecto con alimentación por delante  Arrancar el sistema a una velocidad de alimentación de agua de 10 lbs/hr  Operar el evaporador a una presión de vapor de 1.5 bar  Operar el sistema a una presión de vacío de 400 mmHg  Correr una serie de pruebas con diferentes velocidades de circulación (F3, F5)  Realizar el balance de energía para el primer efecto el cual está dado por: E1 * (He1 - h e1) Ue1 * A e1 *  Te1 En donde: E1= velocidad de evaporización del primer efecto Kg/hr He1 = entalpía del vapor dejando el evaporador a T11, P1 kJ/kg hf1 = entalpía del líquido entrando al primer efecto a T10, kJ/kg 2 Ae1 = coeficiente de transferencia de calor para el primer efecto 0.064 m  Te1 = diferencia de temperatura del primer efecto °C 2 Ue1 = coeficiente de transferencia de calor para el primer efecto Kg/m hr°C y  Te1 = Ts - T11

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Donde: Ts = temperatura de la presión de vapor P3, °C Realizar el balance de energía para el segundo efecto: E2 * (He2 - h e2) = Ue2 * A e2 * Te2 En donde: E2 = velocidad de evaporación del segundo efecto kg/hr He2 = entalpía del vapor dejando el segundo efecto a T7, P1 At6, Kj/Kg Hf2 = en talpía de líquido entrando para el segundo efecto kJ/jg Ue2 = coeficiente de transferencia de calor para el segundo efecto kJ/m2 hr°C Donde C1, C2 y C3 son constantes de calibración del tanque  Verificar estos balances y encontrar las desviaciones. Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas, observaciones y conclusiones. Incluir en el informe una autoevaluación de tu desempeño considerando la responsabilidad, la actitud y la calidad de tu trabajo durante el desarrollo de la práctica.

Precaución, sustancia tóxica

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el DOCENTE.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

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Unidad de Aprendizaje:

Balance de energía en un proceso químico

Número:

2

Práctica:

Efectúa un balance de materia en régimen dinámico

Número:

8

Propósito de la práctica:

Realizar el balance de materia en un proceso químico mediante régimen dinámico, para determinar el comportamiento de la reacción y sus componentes.

Escenario:

Laboratorio

Duración

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo       



Refractómetro Bomba peristáltica (desplazamiento positivo) para bombear el fluido desde el tanque de alimentación. (Como se muestra en la figura 1) Tanque de almacenamiento. Tanque de mezclado con agitador. Azúcar y Agua. Probeta de 1 ml y de 100 ml. Cronómetro. Balanza

6 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo. Experimento 1:  Llenar el tanque de mezclado con agua pura y prender el agitador.  Preparar 1.5 litros de una solución 30% en peso de azúcar en agua y colocarla en el tanque de alimentación.  Calibrar la bomba con agua pura a un flujo determinado: La manguera de descarga de la bomba en lugar de dirigirla al tanque de mezclado, se dirige a una probeta. Se toma el tiempo en que tarda en llenarse cierto volumen de la probeta; de esta forma se determina el gasto volumétrico de entrada al tanque de alimentación.  Bombear la solución al tanque de mezclado. Iniciar el cronómetro en ese instante.  Al transcurrir cada minuto medir con el refractómetro la concentración en el tanque de mezclado y utilizar la probeta para medir el flujo volumétrico de salida del tanque de mezclado.  Apagar el agitador y medir el volumen del tanque de mezclado; guardar la solución

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obtenida. Experimento 2:  Utilizar la solución obtenida del tanque de mezclado del experimento anterior; ésta será la solución a diluir. Prender el agitador.  Llenar el tanque de alimentación con agua pura.  Calibrar la bomba con un flujo de alimentación determinado; de la misma forma que en el experimento 1.  Bombear el agua al tanque de mezclado e iniciar el cronómetro.  Realizar las mismas mediciones del experimento anterior. Resultados experimentales: Experimento 1:  Concentración real de la solución alimentada _____________  Gasto volumétrico a la entrada del tanque de mezclado __________  Gasto volumétrico a la salida del tanque de mezclado __________  Volumen del tanque de mezclado _________ Nota: Llenar la tabla con los datos obtenidos. Experimento 2:  Concentración real inicial de la solución en el tanque de mezclado _____________  Gasto volumétrico a la entrada del tanque de mezclado __________  Gasto volumétrico a la salida del tanque de mezclado __________  Volumen del tanque de mezclado _________ Nota: Llenar la tabla con los datos obtenidos

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Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas, observaciones y conclusiones considerando:  Calcular las concentraciones teóricas a los diferentes tiempos de experimentación.  Compararlas con las concentraciones experimentales.  Calcular el porcentaje de error entre el método teórico y los modelos experimentales.  Hacer una gráfica comparativa de concentración contra tiempo.  Realizar un análisis de resultados y concluir.  Incluir un diagrama de flujo con las condiciones de operación del equipo.

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Figura 1

Precaución, sustancia tóxica

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el DOCENTE.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

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Unidad de Aprendizaje:

Balance de energía en un proceso químico

Número:

2

Práctica:

Efectúa un balance de energía en régimen dinámico

Número:

9

Propósito de la práctica:

Realizar el balance de energía en un proceso químico mediante régimen dinámico, para determinar el comportamiento de la reacción y sus componentes.

Escenario:

Laboratorio

Duración

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo       



Bomba peristáltica (desplazamiento positivo) para bombear el fluido desde el tanque de alimentación. (figura 1). Tanque de almacenamiento. Tanque de mezclado con agitador. Azúcar y Agua. Probeta de 1 ml y de 100 ml. Cronómetro. Caja de herramientas Balanza

4 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo. Procedimiento:  Llenar el tanque hasta dos terceras partes.  Medir el volumen inicial y la temperatura del agua.  Abrir la válvula de vapor.  Medir la temperatura del agua y el volumen dentro del tanque cada 3 minutos durante 3045 minutos.  Medir ocasionalmente la temperatura y presión del vapor alimentado. Resultados experimentales:  Temperatura inicial del agua _____________  Temperatura del vapor alimentado__________  Presión del vapor alimentado __________  Volumen del tanque de mezclado _________

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Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas, observaciones y conclusiones considerando:  Calcular la temperatura teórica a diferentes tiempos y compararla con la experimental.  Incluir el algoritmo de solución substituyendo los valores de los primeros datos.  Graficar el comportamiento real y el teórico del sistema.  Reportar los resultados en forma tabular.  Incluir las unidades de todas las variables involucradas.  Analizar los resultados y concluir sobre ellos Llenar la tabla con los datos obtenidos.

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Figura 1

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el docente.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

Precaución, sustancia tóxica

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Unidad de Aprendizaje:

Balance de energía en un proceso químico

Número:

2

Práctica:

Efectúa un balance de materia y energía en un evaporador de efecto simple

Número:

10

Propósito de la práctica:

Realizar el balance de materia y energía utilizando las ecuaciones de estado y balance para la optimización de la operación de un evaporador de efecto simple en una reacción química.

Escenario:

Laboratorio de procesos químicos

Materiales, Herramientas, Instrumental, Maquinaria y Equipo  30 litros de agua destilada  Evaporador de efecto simple

Duración

6 horas

Desempeños Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la práctica. Forma equipos para la realización de la práctica. Prepara el equipo a emplear, los instrumentos de medición, las herramientas y los materiales en las mesas de trabajo. Nota: Todas las especificaciones numéricas se relacionan con la figura mostrada al final de la práctica. Para la cantidad de materiales a emplear y la cantidad de producto a obtener se realizaran escalamientos según indicaciones del el docente. Procedimiento:  Verificar que el condensador y el tanque de concentrado (2,4) estén drenados, que el vapor, la electricidad y el agua fría estén disponibles.  Verificar que las válvulas V1 y V4 estén abiertas  Verificar que estén cerradas todas las válvulas V2, V3, V5, C6, C8, C9, C12 y C14  Llenar el tanque (3) con agua o con la solución Efectuar la puesta en operación del equipo  Verificar que las válvulas V7, V9, V16, C10 estén abiertas  Verificar que las válvulas V6, V8, V11, V12, V13, V14, V15 estén cerradas  Empezar a bombear (5) y abrir completamente la válvula C13  Conectar el precalentador (6)

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 Ajustar la válvula C13 hasta obtener la velocidad del flujo deseado F4 cuando el líquido empiece aparecer por el nivel de flujo  Abrir y ajustar la válvula C2 hasta obtener agua fría  Observar el flujo en el medidor F1 de 40 tiempos de la alimentación de F4  Abrir y ajustar la válvula C15 hasta obtener la presión del vapor deseado de P3 Nota: Cuando el líquido aparece en el nivel del recipiente (17) empieza la concentraciónrecirculación de la bomba (18)  Abra V14 y ajustar las válvulas C10 y C11 hasta obtener la velocidad de circulación del flujo del medidor F5  Ajustar el control del termostato (6) hasta que las temperaturas T10 y T11 estén muy cercanas  Prender la bomba C1  Ajustar la válvula C1 hasta obtener la operación deseada. P1 o si la operación es a presión atmosférica liberar válvula C1 que abra completamente. Operar el evaporador de simple efecto  Arrancar el sistema a una velocidad de alimentación de agua de 10 lb/hr  Operar el evaporador a una velocidad de circulación de 30 lb/hr y a una presión de vapor de 1.5 bar y una presión del sistema de 400 mmHg., de vacío El balance de materia y energía para una evaporador de efecto simple esta dado por: Wf + Q1 Hs = We He * Wc=Hc + Q1 hs Donde: Wf = masa del agua evaporada kg Wc = masa del vapor condensado en el 1er efecto Q1 =masa del vapor condensado en el 1er efecto hf = entalpía de alimentación a T9 kJ/kg He = entalpía del vapor dejando en 1er efecto a T3, P1 kj/kg hC = entalpía del concentrado a T12 kJ/kg Hs =entalía del vapor entrando a la chaqueta del evaporador a P3 kj/kg

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hs =entalpía del condensado dejando la chaqueta del evaporador a P3 kJ/kg Este balance de energía asume, que en el evaporador está operando constantemente y que no hay pérdidas de calor. En la práctica el calor puede perderse en los alrededores, debido a las mediciones entre las diferencias de LHA Y RHS del balance de energía teórico.  Realizar el balance de masa del primer efecto: Wf = We + Wc Entonces las cantidades en el balance de masa también aparecen en el balance de energía, el balance de masa deberá calcularse en adición al balance de energía como un chequeo.  Tomar las lecturas  Permitir que el evaporador alcance su operación uniforme-constante  Leer los flujos de alimentación y circulación F4, F2, vapor y presión del sistema P3, P1, alimentación, vapor y temperaturas de concentrado T9, T3, T12 cada 5 minutos por un período de una hora  Leer los niveles en los tanques de alimentación, condensado y concentrado  L1  L2  L3 al principio y final de la operación  Tomar muestras  Medir la cantidad de condensado Q1 en la descarga de la trampa de vapor (14) durante este periodo  Calcular el promedio de la velocidad de flujo de la alimentación y circulación F4, F2 del vapor y la presión del sistema P3, P1 las temperaturas de alimentación, vapor y concentrado T9, T3, T12  Encontrar la entalpía de alimentación a T9 hf, del vapor a T3 P1 (He), del concentrado a T12 (hc), del vapor y del condensado a P3 (Hs, Hs) de las tablas de vapor  Calcular los cambios de nivel en los tanque de alimentación, condensado y concentrado L1, L2, L3  Calcular la masa del agua de alimentación, agua evaporada y concentrado Wf, We y Wc

Wf = C1  L1

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Ww =C2  L2 Wc =C3  L3

Donde C1, C2, C3 son las constantes de calibración de cada tanque  El balance de masa estará dado por: Wf = We * Wc y el balance de energía Wf hf + Q1 Hs = We He + Wchc + Q1 hs  Verificar estos balances y encontrar las desviaciones Elaborar un informe de la práctica que contenga: resultados, reacciones, diagramas, observaciones y conclusiones. Incluir en el informe una autoevaluación de tu considerando la responsabilidad, la actitud y la calidad de tu trabajo durante el desarrollo de la práctica Precaución, sustancia tóxica

Utiliza el equipo de seguridad planteado por el docente.

Separa los residuos recuperables y dispone de los desechos biológicos contaminados y materiales utilizados peligrosos para el medio ambiente.

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Evaporador de efecto simple .

P

7

F1 C5

13

10

11

11

V2 G1

2 23

1 22 24 UP

L1 3 S1

V1

V3 10

F1

18 C7 C9

C1 L2

9 C4

2

C6

C8

20

4

25

5 26

C2

Figura 1

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II. Guía de Evaluación del Módulo Balance de materia y energía

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7. Descripción

La guía de evaluación es un documento que define el proceso de recolección y valoración de las evidencias requeridas por el m ódulo desarrollado y tiene el propósito de guiar en la evaluación de las competencias adquiridas por los alumnos, asociadas a los Resultados de Aprendizaje; en donde además, describe las técnicas y los instrumentos a utilizar y la ponderación de cada actividad de evaluación. Los Resultados de Aprendizaje se definen tomando como referentes: las competencias genéricas que va adquiriendo el alumno para desempeñarse en los ámbitos personal y profesional que le permitan convivir de manera armónica con el medio ambiente y la sociedad; las disciplinares, esenciales para que los alumnos puedan desempeñarse eficazmente en diversos ámbitos, desarrolladas en torno a áreas del conocimiento y las profesionales que le permitan un desempeño eficiente, autónomo, flexible y responsable de su ejercicio profesional y de actividades laborales específicas, en un entorno cambiante que exige la multifuncionalidad. La importancia de la evaluación de competencias, bajo un enfoque de mejora continua, reside en que es un proceso por medio del cual se obtienen y analizan las evidencias del desempeño de un alumno con base en la guía de evaluación y rúbrica, para emitir un juicio que conduzca a tomar decisiones. El Modelo de Evaluación se caracteriza porque es Confiable (que aplica el mismo juicio para todos los alumnos), Integral (involucra las dimensiones intelectual, social, afectiva, motriz y axiológica), Participativa (incluye autoevaluación, coevaluación y heteroevaluación), Transparente (congruente con los aprendizajes requeridos por la competencia), Válida (las evidencias deben corresponder a la guía de evaluación). Evaluación de los Aprendizajes. Durante el proceso de enseñanza - aprendizaje es importante considerar tres momentos de evaluación: diagnóstica, formativa y sumativa. La evaluación diagnóstica nos permite establecer un punto de partida fundamentado en la detección de la situación en la que se encuentran nuestros alumnos. Permite también establecer vínculos socio-afectivos entre el docente y su grupo. El alumno a su vez podrá obtener información sobre los aspectos donde deberá hacer énfasis en su dedicación. El docente podrá identificar las características del grupo y orientar adecuadamente sus estrategias. En esta etapa pueden utilizarse mecanismos informales de recopilación de información. La evaluación formativa se realiza durante todo el proceso de aprendizaje del alumno, en forma constante, ya sea al finalizar cada actividad de aprendizaje o en la integración de varias de éstas. Tiene como finalidad informar a los alumnos de sus avances con respecto a los aprendizajes que deben alcanzar y advertirle sobre dónde y en qué aspectos tiene debilidades o dificultades para poder regular sus procesos. Aquí se admiten errores, se identifican y se corrigen; es factible trabajar colaborativamente. Asimismo, el docente puede asumir nuevas estrategias que contribuyan a mejorar los resultados del grupo. Finalmente, la evaluación sumativa es adoptada básicamente por una función social, ya que mediante ella se asume una acreditación, una promoción, un fracaso escolar, índices de deserción, etc., a través de criterios estandarizados y bien definidos. Las evidencias se elaboran en forma individual, puesto que se está asignando, convencionalmente, un criterio o valor. Manifiesta la síntesis de los logros obtenidos por ciclo o período escolar.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía Con respecto al responsable de llevar a cabo la evaluación, se distinguen tres categorías: la autoevaluación que se refiere a la valoración que hace el alumno sobre su propia actuación, lo que le permite reconocer sus posibilidades, limitaciones y cambios necesarios para mejorar su aprendizaje. Los roles de evaluador y evaluado coinciden en las mismas personas La coevaluación en la que los alumnos se evalúan mutuamente, es decir, evaluadores y evaluados intercambian su papel alternativamente; los alumnos en conjunto, participan en la valoración de los aprendizajes logrados, ya sea por algunos de sus miembros o del grupo en su conjunto; La Coevaluación permite al alumno y al docente: 

Identificar los logros personales y grupales



Fomentar la participación, reflexión y crítica constructiva ante situaciones de aprendizaje



Opinar sobre su actuación dentro del grupo



Desarrollar actitudes que se orienten hacia la integración del grupo



Mejorar su responsabilidad e identificación con el trabajo



Emitir juicios valorativos acerca de otros en un ambiente de libertad, compromiso y responsabilidad

La heteroevaluación que es el tipo de evaluación que se da cuando agentes no integrantes del proceso enseñanza-aprendizaje son los evaluadores, otorgando cierta objetividad por su no implicación. Los planteles tienen la facultad de instrumentar estas modalidades de evaluación, de acuerdo con las condiciones particulares de su entorno, aun cuando de manera institucional se definen los criterios e indicadores para su aplicación.

Actividades de Evaluación Los programas de estudio están conformados por Unidades de Aprendizaje (UA) que agrupan Resultados de Aprendizaje (RA) vinculados estrechamente y que requieren irse desarrollando paulatinamente. Dado que se establece un resultado, es necesario comprobar que efectivamente éste se ha alcanzado, de tal suerte que en la descripción de cada unidad se han definido las actividades de evaluación indispensables para evaluar los aprendizajes de cada uno de los RA que conforman las unidades.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía Esto no implica que no se puedan desarrollar y evaluar otras actividades planteadas por el docente, pero es importante no confundir con las actividades de aprendizaje que realiza constantemente el alumno para contribuir a que logre su aprendizaje y que, aunque se evalúen con fines formativos, no se registran formalmente en el Sistema de Administración Escolar SAE. El registro formal procede sólo para las actividades descritas en los programas y planes de evaluación. De esta manera, los RA tienen asignada una actividad de evaluación, considerando que puede haber casos en que se incluirán dos o más RA en una sola actividad de evaluación, cuando ésta sea integradora; misma a la que se le ha determinado una ponderación con respecto a la Unidad a la cual pertenece. Ésta a su vez, tiene una ponderación que, sumada con el resto de Unidades, conforma el 100%. Es decir, para considerar que se ha adquirido la competencia correspondiente al módulo de que se trate, deberá ir acumulando dichos porcentajes a lo largo del período para estar en condiciones de acreditar el mismo. Cada una de estas ponderaciones dependerá de la relevancia que tenga la AE con respecto al RA y éste a su vez, con respecto a la Unidad de Aprendizaje. Estas ponderaciones las asignará el especialista diseñador del programa de estudios. La ponderación que se asigna en cada una de las actividades queda asimismo establecida en la Tabla de ponderación, la cual está desarrollada en una hoja de cálculo que permite, tanto al alumno como al docente, ir observando y calculando los avances en términos de porcentaje, que se van alcanzando (ver apartado 7 de esta guía). Esta tabla de ponderación contiene los Resultados de Aprendizaje y las Unidades a las cuales pertenecen. Asimismo indica, en la columna de actividades de evaluación, la codificación asignada a ésta desde el programa de estudios y que a su vez queda vinculada al Sistema de Evaluación Escolar SAE. Las columnas de aspectos a evaluar, corresponden al tipo de aprendizaje que se evalúa: C = conceptual; P = Procedimental y A = Actitudinal. Las siguientes tres columnas indican, en términos de porcentaje: la primera el peso específico asignado desde el programa de estudios para esa actividad; la segunda, peso logrado, es el nivel que el alumno alcanzó con base en las evidencias o desempeños demostrados; la tercera, peso acumulado, se refiere a la suma de los porcentajes alcanzados en las diversas actividades de evaluación y que deberá acumular a lo largo del ciclo escolar. Otro elemento que complementa a la matriz de ponderación es la rúbrica o matriz de valoración, que establece los indicadores y criterios a considerar para evaluar, ya sea un producto, un desempeño o una actitud y la cual se explicará a continuación. Una matriz de valoración o rúbrica es, como su nombre lo indica, una matriz de doble entrada en la cual se establecen, por un lado, los indicadores o aspectos específicos que se deben tomar en cuenta como mínimo indispensable para evaluar si se ha logrado el resultado de aprendizaje esperado y, por otro, los criterios o niveles de calidad o satisfacción alcanzados. En las celdas centrales se describen los criterios que se van a utilizar para evaluar esos indicadores, explicando cuáles son las características de cada uno. Los criterios que se han establecido son: Excelente, en el cual, además de cumplir con los estándares o requisitos establecidos como necesarios en el logro del producto o desempeño, es propositivo, demuestra iniciativa y creatividad, o que va más allá de lo que se le solicita como mínimo, aportando elementos adicionales en pro del indicador; Suficiente, si cumple con los estándares o requisitos establecidos como necesarios para demostrar que se ha desempeñado adecuadamente en la actividad o elaboración del producto. Es en este nivel en el que podemos decir que se ha adquirido la competencia. Insuficiente, para cuando no cumple con los estándares o requisitos mínimos establecidos para el desempeño o producto.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía Evaluación mediante la matriz de valoración o rúbrica Un punto medular en esta metodología es que al alumno se le proporcione el Plan de evaluación, integrado por la Tabla de ponderación y las Rúbricas, con el fin de que pueda conocer qué se le va a solicitar y cuáles serán las características y niveles de calidad que deberá cumplir para demostrar que ha logrado los resultados de aprendizaje esperados. Asimismo, él tiene la posibilidad de autorregular su tiempo y esfuerzo para recuperar los aprendizajes no logrados. Como se plantea en los programas de estudio, en una sesión de clase previa a finalizar la unidad, el docente debe hacer una sesión de recapitulación con sus alumnos con el propósito de valorar si se lograron los resultados esperados; c on esto se pretende que el alumno tenga la oportunidad, en caso de no lograrlos, de rehacer su evidencia, realizar actividades adicionales o repetir su desempeño nuevamente, con el fin de recuperarse de inmediato y no esperar hasta que finalice el ciclo escolar acumulando deficiencias que lo pudiesen llevar a no lograr finalmente la competencia del módulo y, por ende, no aprobarlo. La matriz de valoración o rúbrica tiene asignadas a su vez valoraciones para cada indicador a evaluar, con lo que el docente tendrá los elementos para evaluar objetivamente los productos o desempeños de sus alumnos. Dichas valoraciones están también vinculadas al SAE y a la matriz de ponderación. Cabe señalar que el docente no tendrá que realizar operaciones matemáticas para el registro de los resultados de sus alumnos, simplemente deberá marcar en cada celda de la rúbrica aquélla que más se acerca a lo que realizó el alumno, ya sea en una hoja de cálculo que emite el SAE o bien, a través de la Web.

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8. Matriz de Ponderación

ASPECTOS % Peso ACTIVIDAD DE A EVALUAR % Peso Específi EVALUACIÓN Logrado co C P A

UNIDAD

RA

1.1.1

▲

▲

▲

15

1.

1.1 Determina los elementos que intervienen en la reacción química de un proceso de balance de materia y energía mediante el análisis de sus componentes para interpretar el comportamiento del mismo. 1.2 Realiza el balance de materia líquida, sólida y gaseosa mediante la aplicación de ecuaciones y ley de los gases en el control y optimización de proceso químicos.

1.2.1

▲

▲

▲

30

% PESO PARA LA UNIDAD

2.

45

2.1 Realiza el balance de energía en procesos industriales con reacción química de acuerdo con los tipos de energía y leyes de la termodinámica en el control y optimización de los procesos químicos.

2.1.1

▲

▲

▲

25

2.2 Realiza el balance general de materia y energía en sistemas con y sin reacción química mediante los cálculos específicos en el control y optimización de los procesos químicos.

2.2.1

▲

▲

▲

30

% PESO PARA LA UNIDAD

55

PESO TOTAL DEL MÓDULO

100

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% Peso Acumul ado

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9. Materiales para el Desarrollo de Actividades de Evaluación

Unidad de Aprendizaje:

1 Balance de materia en un proceso químico

Resultado de Aprendizaje:

1.1 Determina los elementos que intervienen en la reacción química de un proceso de balance de materia y energía mediante el análisis de sus componentes para interpretar el comportamiento del mismo.

Actividad de Evaluación:

1.1.1 Realiza y analiza un proceso químico determinando los elementos que integran su composición y estandariza las condiciones de operación.

Objetivo: Examinará los elementos que integran un proceso químico mediante el estudio de sus características para la cuantificación de los recursos utilizando las fórmulas de balance de materia y energía así como su interpretación matemática y gráfica que apoyarán la regulación del proceso. Instrucciones El docente  Propone una lista de procesos químicos o reacciones químicas para la identificación y análisis de los elementos que lo integran y su estandarización.  Organiza equipos para la realización de la actividad  Solicita la elaboración de un informe de resultados que describa las ventajas y desventajas en el experimento desarrollado y su aplicación en la industria química. El alumno  Selecciona y realiza un proceso químico o una reacción química donde se involucren las etapas de alimentación de materiales, proceso o tratamiento de materiales y la obtención de un producto terminado como resultado de la operación:   

Prepara materiales y equipo para su realización Aplica las medidas de seguridad e higiene Identifica las principales variables del proceso, su importancia y aplicaciones

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Obtiene el producto

 Identifica las unidades de medida que el proceso requiere o que en él se presentan (básicas y/o derivadas)  Peso  Masa  Volumen  Presión  Temperatura  Utiliza las unidades que se requieran según sea el caso, de lo contrario, aplica las formulas para hacer conversión y establecer las unidades de medida. Del proceso realizado, elabora un diagrama de flujo, interpreta e indica las reacciones que se presentan mediante un esquema del balance de materia y energía, considerando:  Tipos de diagramas  Simbología  Escalamiento  Reacciones químicas  Demostrar por medio de las reacciones efectuadas el principio de la ley de la conservación de la materia y la energía Realiza el análisis de los elementos que se identificaron en un proceso químico y en las reacciones para realizar el balance de materiales y la estandarización de los elementos que lo integran, considerando:        

Mezclas y soluciones Unidades de concentración Estequiometria de las reacciones Elementos y partes de un sistema de reacción Tipo de sistema Características del sistema Aplicación del concepto de base de cálculo. Grados de libertad de sistema.

Elabora un informe del análisis de los elementos que identifica en la práctica de acuerdo con la siguiente estructura:  Carátula  Introducción  Contenido

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía − Diagrama de flujo − Describe las operaciones realizadas − Desarrollo e interpretación de las fórmulas aplicadas − Interpreta los resultados mediante gráficas y diagramas en función de la actividad realizada. − Análisis de los elementos para el balance de una reacción en un sistema  Conclusiones y observaciones − Descripción de las variables de los procesos, ventajas, desventajas y aplicaciones.

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Unidad de Aprendizaje:

1 Balance de materia en un proceso químico

Resultado de Aprendizaje:

1.2 Realiza el balance de materia líquida, sólida y gaseosa mediante la aplicación de ecuaciones y ley de los gases en el control y optimización de proceso químicos.

Actividad de Evaluación:

1.2.1 Realiza el balance de materia en un proceso químico mediante los cálculos establecidos.

Instrucciones El docente  Propone la lista siguiente de operaciones unitarias de acuerdo a las condiciones del laboratorio y materiales con los que cuenta para determinar el balance de materia en e l sistema de reacción que se efectuará en el experimento: 

Procesos con purgas, recirculaciones, y derivaciones en estado estacionario



Procesos que involucren gases reales



Procesos de vaporización, condensación y saturación, entre otros.

 Solicita la elaboración de un diagrama para representar e interpretar el sistema de la reacción a realizar.  Solicita el planteamiento y la resolución del balance del proceso elegido, para su estudio con y sin reacción química.  Solicita el análisis del proceso en estado estacionario y no estacionario y la aplicación de la ecuación del balance de materia para su determinación.  Solicita la elaboración de informe de resultados que describa las ventajas y desventajas en el experimento desarrollado y su aplicación en la industria química.  Organiza equipos para la realización de la actividad experimental Actividades alumno  Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la parte experimental.  Elabora un diagrama de flujo que represente e interprete el sistema de la reacción de la operación unitaria seleccionada para su análisis.  Elabora el planteamiento y la resolución del balance del proceso elegido para su estudio con y sin reacción química, según sea el caso.  Determina el comportamiento del proceso en estado estacionario y no estacionario y aplicar la ecuación del balance de materia.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía  Sigue y se apoya en los procesos químicos vistos en el programa para hacer las operaciones que el proceso elegido requiera.  Elaborará un reporte de resultados donde cuantificará flujos, composiciones, rendimientos en sistemas con y sin reacción química, en estado transitorio o estacionario, según sea el caso.  Considera la siguiente lista como referencia de los materiales de cualquier proceso a seguir, selecciona los necesarios de acuerdo con el proceso a realizar y justifica la elección.     

Solución de cloruro de metileno a una concentración de 30% Mol. Solución de tricloroetileno a una concentración de 70% Mol Columna de destilación empacada. Refractómetro. Solución de azúcar/agua al 4%

 Evaporador de simple efecto de

concentración, en peso.

 

película ascendente. 

Reactor de vidrio de 1000 ml, de capacidad, equipado con chaqueta de calentamiento, tapa con 3 bocas para adición de reactivos, sensor de temperatura y agitador mecánico. Matraces Erlenmeyer de 125 ml. Bureta 50 ml.

      

Balanza granataria electrónica de 400 g. Dosificadores automáticos. Anhídrido acético, R.A. Agua destilada. Anilina, solución saturada. Hidróxido de sodio, solución al 0.05 N. Fenolftaleína en solución, 0.1% peso.

Procedimiento: Elabora un diagrama de flujo a partir de la descripción del proceso elegido, considerando:  Tipo de proceso  Ejemplifica la notación utilizada para la representación de variables y equipo de proceso.  Describe las etapas de la creación del proceso, explica sus características y la secuencia en que se desarrollarán.  Analiza las dimensiones de la expresión matemática a emplear para el balance de materia, realiza las conversiones de unidades requeridas.  Equipos utilizados en la medición de variables del proceso.  Aplica los cálculos matemáticos para determinar el escalamiento del proceso de acuerdo a los recursos con los que se cuenta.

Plantea y resuelve (calcula) el balance de materia para el proceso elegido, con reacción y sin reacción química, en estado estacionario y no estacionario considerando aplicar:  

La ley de la conservación de la materia La ecuación general del balance

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía    

Las entradas y salidas del sistema de reacción La ley de los gases y vapores La fórmula para el balance de materia sin reacción química. La fórmula para el balance de materia con reacción química.

Realiza las operaciones del proceso elegido, considerando:  La preparación de materiales y equipos  Escalamiento de unidades  Define relaciones estequiometricas del proceso  Aplica las Medidas de seguridad e higiene  Aplica la técnica a seguir (procedimiento) Elabora un informe de resultados obtenidos de acuerdo la siguiente estructura:    − − − − − − − − − − − 

Carátula Introducción Resultados Diagrama de flujo Descripción de las operaciones realizadas Reacciones efectuadas Determina el reactivo limitante, grado de conversión, selectividad y rendimiento según sea el proceso efectuado Estimación de las perdidas efectuadas en el balance Resultado de la velocidad de reacción Desarrollo e interpretación de las formulas aplicadas en el balance Resultados del planteamiento del balance con y sin reacción química Comportamiento del proceso en estado estacionario y no estacionario y sus resultados. Interpretación de resultados mediante graficas y diagramas en función del problema dado Resultados de presión de vapor de un proceso de evaporación y /o condensación según se haya aplicado. Conclusiones y observaciones

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Unidad de Aprendizaje:

2 Balance de energía en un proceso químico

Resultado de Aprendizaje:

2.1 Realiza el balance de energía en procesos industriales con reacción química de acuerdo con los tipos de energía y leyes de la termodinámica en el control y optimización de los procesos químicos.

Actividad de Evaluación:

2.1.1 Realiza el balance de energía en un proceso químico mediante la aplicación de las leyes de la termodinámica y los cálculos establecidos.

Instrucciones: El docente  Propone la lista siguiente de operaciones unitarias para determinar el balance de energía del sistema de acuerdo a las condiciones del laboratorio y materiales con los que cuenta: 

Procesos químicos o bioquímicos complejos al estado estacionario que involucren cambios de temperatura y cambios de fase.



Procesos que involucren gases reales y sus reacciones energéticas



Procesos que involucren mezclas binarias



Procesos de combustión, ebullición, condensación, entre otros.

 Solicita la elaboración de un diagrama para representar e interpretar el sistema de la reacción.  Solicita el planteamiento y la resolución del balance del proceso elegido para su estudio.  Solicita el análisis del proceso en estado estacionario y no estacionario, la aplicación de la ecuación del balance de energía, la aplicación de las leyes de la termodinámica, las formas de energía que se consideran en el sistema y los cálculos de entalpias que se presentan.  Solicita la elaboración de un informe de resultados que describa las ventajas y desventajas en el experimento desarrollado y su aplicación en la industria química.  Organiza equipos para la realización de la actividad experimental El alumno:  Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la parte experimental.  Elabora un diagrama de flujo que represente e interprete el sistema de la reacción de la operación unitaria seleccionada para su análisis.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía  Elabora el planteamiento y la resolución del balance del proceso elegido para su estudio.  Determina el comportamiento del proceso en estado estacionario y no estacionario y aplicará la ecuación del balance de materia y las leyes de la termodinámica según sea el caso.  Se apoya en los procesos químicos vistos en el programa para hacer las operaciones que el proceso elegido requiera.  Elaborará un informe de resultados donde cuantificará balances energéticos en estado transitorio o estacionario, según sea el caso.  Considera la siguiente lista como referencia de los materiales de cualquier proceso a seguir justificando su elección y seleccionando cada uno de ellos de acuerdo a la práctica experimental por realizar:  Evaporador de simple efecto de película ascendente.  Cloruro de metileno a una concentración de 50% mol  Tricloroetileno a una concentración de 50% Mol

 Evaporador de doble efecto con alimentación por delante.  Sensor de temperatura  Agitador mecánico.  Matraces Erlenmeyer de 125 ml.  Bureta 50 ml.  Refractómetro

 Balanza granataria electrónica de 400 g.  Dosificadores automáticos.  Agua destilada.  Columna de destilación empacada

Procedimiento: Plantea un diagrama de flujo a partir de la descripción del proceso elegido, considerando:  Tipo de proceso  Ejemplifica la notación utilizada para la representación de variables y equipo de proceso.  Describe las etapas de la creación del nuevo proceso, explicando sus características y la secuencia en que se desarrollan.  Analiza las dimensiones de la expresión matemática a emplear para el balance de energía, realiza las conversiones de unidades requeridas.  Prepara equipos utilizados en la medición de variables del proceso.  Aplica cálculos matemáticos para determinar el escalamiento del proceso de acuerdo a los recursos con los que se cuenta.

Plantea y resuelve (calcular) el balance de energía para el proceso elegido, que involucre cambios de temperatura y cambios de fase considerando aplicar:  

La ley de la conservación de la materia y energía La ecuación general del balance

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía     

Las entradas y salidas del sistema de reacción Las leyes de la termodinámica La fórmula para el balance de energía en proceso transitorio y estacionarios. La fórmula para calcular el balance de energía para sistemas abiertos y cerrados. La fórmula para calcular el balance de energía en sistemas isotérmico, adiabático, isobático o isométrico.

Realiza las operaciones del proceso elegido, considerando:  La preparación de materiales y equipos  Escalamiento de unidades  Define relaciones estequiometricas del proceso  Aplicación de la técnica a seguir (procedimiento)  Medidas de seguridad e higiene Elabora un informe de resultados obtenidos, de acuerdo a la siguiente estructura:  Carátula  Introducción  Resultados − Diagrama de flujo − Descripción de las operaciones realizadas − Reacciones efectuadas − Determina los flujos de entrada y salida de materiales y energía, identificándolos como abiertos o cerrados. − Establece la diferencia de los sistemas estacionario y transitorio según los resultados de las ecuaciones usadas. − Expresa la ecuación general del balance de energía en términos de entalpia. − De los procesos realizados y las formulas empleadas, determina la capacidad calorífica a presión constante y capacidad calorífica a volumen constante del balance realizado y grafica según sea el caso. − Determina la reacción de formación y el calor estándar de formación, según sea el proceso y el balance realizado. − Construye un diagrama de entalpias-concentración para el proceso realizado y el balance obtenido. − Interpreta resultados mediante gráficas y diagramas en función del problema dado  Conclusiones y observaciones: Realiza un análisis de los resultados obtenidos y presenta tus conclusiones.

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Unidad de Aprendizaje:

2 Balance de energía en un proceso químico

Resultado de Aprendizaje:

2.2 Realiza el balance general de materia y energía en sistemas con y sin reacción química mediante los cálculos específicos en el control y optimización de los procesos químicos.

Actividad de Evaluación:

2.2.1 Realiza el balance de materia y energía en un proceso químico mediante los cálculos establecidos.

Instrucciones: El docente  Establece un problema determinado y solicita la solución del balance de materia y energía que se presenta, también establece el procedimiento a seguir para dicha determinación. Actividades alumno  Da seguimiento al procedimiento y calcula el balance de materia y energía además resuelve algunas consideraciones que intervienen en el sistema. Procedimiento: 

Aplica las medidas de seguridad e higiene en el desarrollo de la parte experimental.

 Realiza el planteamiento del problema  4.7 l/min. de agua se enfrían a contracorriente con 200 m /h de aire, en una torre de enfriamiento, durante el proceso el agua perdida por arrastre no debe ser mayor del 1% del agua alimentada. 3

 Plantear un diagrama de flujo a partir de la descripción del proceso −

¿Qué cantidad de agua se evapora y se transfiere al aire en Kg de agua/h?

−

¿Qué cantidad de calor de evaporación se necesitó en Kcal/h?

Realiza las operaciones del proceso experimental como se indica a continuación:  Preparación de materiales y equipos −

Torre de enfriamiento

−

Matraces Erlenmeyer de 125 ml.

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Vasos de pp de 250 y 500 ml.

−

Probeta 50 ml.

−

Balanza granataria electrónica de 400 g.

−

Agua destilada.

−

Termómetro de bulbo seco

−

Termómetro de bulbo húmedo

−

Cronómetro

 Arranque de la torre de enfriamiento Verifica si los interruptores, del calentador y motor del ventilador, están en la posición de apagado (off). Abre las válvulas de control de flujo, descarga de agua y válvula del drenaje o verifique que estén abiertas. Cierra la válvula de control de flujo de aire hacia el cañón psicométrico. Revisa los termómetros: Ajusta las mechas, el bulbo de mercurio debe quedar en medio de las ventanas de los depósitos. Llena el depósito de un termómetro de bulbo húmedo con agua destilada y colocarlo en la entrada de aire a la torre, en su respectivo termopozo. Coloca un termómetro de bulbo seco a la entrada de aire en la torre. Llena el depósito de otro termómetro de bulbo húmedo con agua destilada y colóquelo en la salida de la torre. Coloca otro termómetro de bulbo seco en la salida de la torre. Abre la válvula de suministro de agua para que se llene el tanque de alimentación. Si el agua no llega hasta las válvulas de suministro de agua, abre la válvula de suministro de la red general del Laboratorio. La descarga de agua hacia el drenaje le indicará tanque lleno. Fije una descarga moderada de agua hacia el drenaje, para mantener una presión constante en el suministro. Abre la válvula de control de flujo de agua hasta obtener el flujo recomendado.(Posición 26 en el rota metro) Mantén abiertas las válvulas de flujo de agua a la torre, descarga el agua por la válvula del drenaje hasta eliminar las burbujas de aire atrapadas en las tuberías de la torre. Cierra la válvula de purga de agua. Abre o cierra la válvula de descarga de agua, coloque el nivel de agua cerca de la marca de los 4kg. Este nivel produce un sello, que evita el escape de aire y cubre el elemento sensible del termómetro bimetálico de salida. Coloca en su lugar los 4 fusibles del calentador eléctrico.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía Coloca en la posición de encendido (ON), los interruptores del calentador y del motor del ventilador. Cierre la purga del ventilador para evitar la recirculación de aire saturado. Arranca el ventilador. Para ajustar el flujo de aire indicado abra o cierre la persiana del ventilador. Encienda el número necesario de interruptores de las resistencias de calentamiento para calentar el agua alimentada a la torre.(se recomienda hacer tres corridas con 2, 3 y 4 resistencias respectivamente).  Operación de la torre de enfriamiento Ajusta durante aproximadamente, 10 minutos los controles de los flujos de alimentación, antes de empezar a registrar los datos. Llena el registro con los datos experimentales solicitados cada diez minutos, (desde el tiempo inicial hasta el tiempo dónde la operación alcance las condiciones estables). Controla periódicamente los flujos alimentados para evitar modificaciones en las condiciones iníciales de operación. Después de completar el registro de datos, haga lo siguiente para medir el flujo de agua a la salida de la torre. Abre la válvula del drenaje o descarga de agua, hasta que el tanque de agua se vacíe. Cierra rápida y completamente la válvula de descarga de agua. Observa la elevación del nivel de agua en el tubo correspondiente. Arranca el cronómetro, cuando el nivel del agua coincida con la marca inferior de calibración. Detén el cronómetro cuando el nivel del agua coincida con la marca superior de calibración. Registra el tiempo. Abre la válvula del drenaje o descarga de agua y permite que el tanque se vacíe nuevamente. Repite los siguientes procedimientos y obtén de tres a cuatros lecturas de tiempos. 

Revisa los termómetros: Ajusta las mechas el bulbo de mercurio debe quedar en medio de las ventanas de los depósitos.



Llena el depósito de un termómetro de bulbo húmedo con agua destilada y colóquelo en la entrada de aire a la torre, en su respectivo termopozo.



Coloca un termómetro de bulbo seco a la entrada de aire de la torre.



Llena el depósito de otro termómetro de bulbo húmedo con agua destilada y colóquelo en la salida de la torre.

 Paro de la torre de enfriamiento Apaga los interruptores de los calentadores de agua. Quita todos los termómetros. Cierra la válvula del flujo de agua a la torre

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía Cierra la válvula del flujo de agua al tanque de alimentación. Cierra la válvula de suministro de agua. Abre la válvula de control de flujo. Retira todos los fusibles. Deja funcionar el ventilador durante unos 10 minutos más, para secar el empaque. Para el ventilador Apaga (OFF) los interruptores del calentador y motor del ventilador. Resuelve (calcula) el balance de materia y energía para el proceso, considerando:  Aplica la ecuación del balance de materia y energía  Las entradas y salidas del sistema de reacción  Balance de materia y energía en estado dinámico con y sin reacción química, considerando: −

Compara el flujo de agua a la entrada y a la salida de la torre, ¿es igual o diferente?

−

Compara la humedad absoluta del aire a la entrada y a la salida de la torre, ¿es igual o diferente?

−

En base a los cálculos realizados, describe como ocurre el enfriamiento de agua

−

Determina cuántos grados centígrados se enfrió el agua.

−

Determina el nombre de la diferencia entre la temperatura de entrada y salida del agua

−

Determina cuál es la temperatura mínima a la que se puede enfriar el agua.

−

Determina cuántos grados le faltó enfriar al agua para acercarse a ésa temperatura mínima

−

Determina qué cantidad de vapor de agua en Kg./h se transfirió a la corriente de aire.

−

Determina cuál es la pérdida total de agua experimental en Kg./h ?(agua evaporada más agua de arrastre)

−

Determina qué porcentaje del agua alimentada se evaporó.

−

Determina qué porcentaje de agua alimentada se perdió por arrastre.

−

Calcula la temperatura de salida del agua.

−

Calcula el calor total perdido por el agua en Kcal./h

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía −

Calcula el calor total ganado por el aire en Kcal./h

−

Calcula el calor de evaporación en Kcal./h

−

Gráfica la temperatura de alimentación del agua contra el agua evaporada y otra de calor de evaporación contra agua evaporada.

Elabora un informe de los resultados obtenidos de acuerdo a la siguiente estructura:  Carátula  Introducción  Contenido − Diagrama de flujo − Descripción de las operaciones realizadas − Reacciones efectuadas − Estimación de las perdidas efectuadas en el balance − Resultado de la velocidad de reacción − Desarrollo e interpretación de las formulas aplicadas en el balance  Realiza un análisis de los resultados obtenidos y presenta tus conclusiones.

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10. Matriz de Valoración o Rúbrica MATRIZ DE VALORACIÓN O RÚBRICA Siglema: BAME-02

Nombre del Módulo:

Balance de materia y energía

Docente evaluador: 1.1 Determina los elementos que intervienen en la reacción Resultado de química de un proceso de balance de materia y energía mediante el análisis de sus componentes para interpretar Aprendizaje: el comportamiento del mismo.

Nombre del Alumno: Grupo: Actividad de evaluación:

Fecha: 1.1.1

Realiza y analiza un proceso químico determinando los elementos que integran su composición y estandariza las condiciones de operación.

C R I T E R I O S INDICADORES

Selección y análisis de un proceso químico

%

30

Excelente

Suficiente

Insuficiente

Lleva a cabo las etapas del proceso químico en estricto orden para la determinación de los elementos y su estandarización:  Aplica las medidas de seguridad  Prepara el material y equipo para realizar el proceso o reacción química determinados.  Selecciona las técnicas y procedimientos para llevar a cabo la operación del proceso o reacción determinada  Realiza las conversiones de las unidades de medida que el proceso requiere para cuantificar sus elementos. Aplica el proceso o reacción química y ordena los elementos que la integran (entradas, proceso, salidas). Administra los recursos disponibles

Lleva a cabo las etapas del proceso químico en estricto orden para la determinación de los elementos y su estandarización:  Aplica las medidas de seguridad  Prepara el material y equipo para realizar el proceso o reacción química determinados.  Selecciona las técnicas y procedimientos para llevar a cabo la operación del proceso o reacción determinada  Realiza las conversiones de las unidades de medida que el proceso requiere para cuantificar sus elementos.  Aplica el proceso o reacción química y ordena los elementos que la integran (entradas, proceso, salidas)

Lleva a cabo las etapas del proceso químico en la determinación de los elementos y su estandarización:  Prepara material y equipo para realizar el proceso o reacción química.  Expresa dudas en la técnica o procedimiento a emplear para el proceso o reacción.  Realiza las conversiones de las unidades de medida omitiendo el sistema de unidades que el proceso requiere para cuantificar sus elementos.  Lleva acabo el proceso o reacción química omitiendo ordenar los elementos que la integran.

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Interpretación de secuencia de las operaciones

Análisis de elementos que intervienen en el proceso o reacción

20

25

teniendo en cuenta las restricciones para el logro de sus metas. Presenta capacidad para aplicar los conocimientos adquiridos y emitir un diagnostico del proceso analizado. Interpreta de manera lógica las operaciones del proceso a través de un diagrama. Justifica el tipo de diagrama utilizado e integra la simbología. Muestra las reacciones que se presentan en el proceso y las interpreta en el diagrama. Realiza una propuesta de escalamiento del proceso a nivel industrial. Identifica los principios medulares que originan los fenómenos (reacciones) que se presentan en el proceso. Demuestra capacidad crítica y de análisis con respecto a las reacciones del proceso para establecer la secuencia del balance. Compara los elementos del proceso o reacción, a través de:  Cotejar las unidades de medida presentes en las reacciones del proceso y realizar el ajuste para su uso.  Especifica los recursos materiales empleados en el proceso o en la reacción y los ajusta para su estudio.  Explica el comportamiento de la reacción efectuada por medio de sus principios y leyes, además de los conceptos de modelación y simulación y su importancia en el diseño y evaluación de procesos químicos.

Interpreta de manera lógica las operaciones del proceso a través de un diagrama. Justifica el tipo de diagrama utilizado e integra la simbología. Muestra las reacciones que se presentan en el proceso y las interpreta en el diagrama. Realiza una propuesta de escalamiento del proceso a nivel industrial. Identifica los principios medulares que originan los fenómenos (reacciones) que se presentan en el proceso.

Interpreta de manera confusa las operaciones del proceso a través de un diagrama. Carece de secuencia lógica en las reacciones. Omite simbología requerida para su interpretación.

Compara los elementos del proceso o reacción, a través de:  Cotejar las unidades de medida presentes en las reacciones del proceso y realizar el ajuste para su uso.  Especifica los recursos materiales empleados en el proceso o en la reacción y los ajusta para su estudio.  Explica el comportamiento de la reacción efectuada por medio de sus principios y leyes, además de los conceptos de modelación y simulación y su importancia en el diseño y evaluación de procesos

Compara algunos de los elementos del proceso o reacción, a través de:

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 Enuncia las unidades de medida que integran el proceso sin ajustarlas.  Enuncia el comportamiento de la reacción sin justificarla.

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Elaboración del informe

25

Construye hipótesis, diseña y aplica modelos para probar su validez. Elabora el informe de acuerdo a la estructura solicitada. Integra un diagrama de flujo y su interpretación. Reporta los ejercicios de conversión de medidas con sus fórmulas y sistema de unidades. Reporta el análisis de los elementos que integran el proceso o reacción y su cuantificación mediante los principios del balance. Cumple con una secuencia lógica de lo expuesto, su redacción es clara y coherente; no presenta faltas ortográficas. Entrega las evidencias en el tiempo establecido Aporta puntos de vista con apertura y considera los de otras personas de manera reflexiva. Sintetiza evidencias obtenidas mediante la experimentación para producir conclusiones y formular nuevas preguntas que lo llevan a aprender a aprender

químicos. Elabora el informe de acuerdo a la estructura solicitada. Integra un diagrama de flujo y su interpretación. Reporta los ejercicios de conversión de medidas con sus fórmulas y sistema de unidades. Reporta el análisis de los elementos que integran el proceso o reacción y su cuantificación mediante los principios del balance. Cumple con una secuencia lógica de lo expuesto, su redacción es clara y coherente; no presenta faltas ortográficas. Entrega las evidencias en el tiempo establecido

Elabora el informe de acuerdo a la estructura solicitada. Integra un diagrama de flujo omitiendo su simbología e interpretación. Reporta los ejercicios de conversión de medidas con errores en los resultados y sistema de unidades. Reporta el análisis de los elementos del proceso o reacción omitiendo su cuantificación mediante los principios del balance. La entrega de las evidencias se realizó fuera de tiempo.

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MATRIZ DE VALORACIÓN O RÚBRICA Siglema: BAME-02

Nombre del Módulo:

Balance de materia y energía

Docente evaluador: 1.2 Realiza el balance de materia líquida, sólida y gaseosa Resultado de mediante la aplicación de ecuaciones y ley de los gases Aprendizaje: en el control y optimización de proceso químicos.

Nombre del Alumno: Grupo: Actividad de evaluación:

Fecha: 1.2.1 Realiza el balance de materia en un proceso químico mediante los cálculos establecidos.

C R I T E R I O S INDICADORES

Interpretación de la secuencia del proceso

%

5

(AUTOEVALUACIÓN)

Determinación del balance de materia para un proceso.

40

Excelente

Suficiente

Insuficiente

Interpreta la secuencia de las operaciones del proceso a través de un diagrama, justifica el tipo utilizado e integra la simbología requerida. Muestra las reacciones que se presentan en el proceso y las interpreta. Identifica las variables a medir Propone un escalamiento del proceso a nivel industrial y lo justifica con datos de referencias documentales.

Interpreta la secuencia de las operaciones del proceso a través de:  Elabora un diagrama del proceso o reacción.  Justifica el tipo de diagrama utilizado para este tipo de proceso o reacción.  Integra la simbología requerida en el diagrama de flujo.  Muestra las reacciones que se presentan en el proceso y las interpreta.  Identifica las variables a medir y las controla. Determina el balance de materia del proceso, a través de:  Identificar las operaciones del para el proceso de acuerdo a la metodología de resolución de problemas del balance.  Aplicar la ley de la conservación de la materia para el balance de materiales.  Aplica la ecuación general del balance para la cuantificación del

Elabora un diagrama de las operaciones careciendo de secuencia lógica del proceso y de las reacciones. Carece de conocimientos para justificar el tipo de diagrama utilizado para este tipo de proceso o reacción. Carece de la simbología requerida para su interpretación.

Determina el balance de materia del proceso, a través de  Identificar las operaciones del para el proceso de acuerdo a la metodología de resolución de problemas del balance.  Aplicar la ley de la conservación de la materia para el balance de materiales.  Aplica la ecuación general del balance para la cuantificación del

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Determina el balance de materia del proceso, a través de:  Identifica las operaciones del balance del proceso pero omite seguir la metodología de resolución de problema de balance de materiales en el proceso.  Carece de conocimientos para aplicar la ley de la conservación de la materia,

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Operación del proceso químico

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proceso.  Aplica leyes de los gases para la cuantificación en el proceso según sea el caso.  Calcular el balance de materia sin y con reacción química del proceso.  Determinar el balance de materia en sistemas gaseosos y mezclas de vapor de agua-aire según sea el caso.  Justifica las leyes y principios del balance aplicadas en el proceso y las compara contra estándares establecidos. Realiza las etapas del proceso químico para la determinación del balance de materia:  Prepara el material y equipo para realizar el proceso.  Determina las técnicas y procedimientos para llevar a cabo la operación del proceso.  Identifica y realiza las conversiones de las unidades de medida que el proceso requiere para cuantificar sus elementos.  Lleva acabo el proceso y ordena los elementos que la integran. (entradas, proceso, salidas).  Realiza un esquema señalando las medidas de seguridad a seguir. Aplica ensayos analíticos para determinar la calidad y cantidad del producto obtenido. Da seguimiento a las instrucciones de manera crítica y reflexiva,

proceso.  Aplica leyes de los gases para la cuantificación en el proceso según sea el caso.  Calcula el balance de materia sin y con reacción química del proceso.  Determina el balance de materia en sistemas gaseosos y mezclas de vapor de agua-aire según sea el caso.

Realiza las etapas del proceso químico para la determinación del balance de materia:  Prepara el material y equipo para realizar el proceso.  Determina las técnicas y procedimientos para llevar a cabo la operación del proceso.  Identifica y realiza las conversiones de las unidades de medida que el proceso requiere para cuantificar sus elementos.  Lleva acabo el proceso y ordena los elementos que la integran. (entradas, proceso, salidas).  Realiza un esquema señalando las medidas de seguridad a seguir.

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la ecuación general del balance y leyes de los gases en el proceso.

Realiza parcialmente las etapas del proceso químico para la determinación del balance de materia:  Prepara material y equipo para realizar el proceso.  Muestra dudas en la técnica o procedimiento a emplear para el proceso.  Realiza las conversiones de las unidades de medida omitiendo el sistema de unidades que el proceso requiere para su cuantificación.

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desarrollando cada paso de forma responsable y ética para contribuir al alcance de un objetivo planteado.

Elaboración del informe

20

Elabora el informe de acuerdo a la estructura solicitada Integra un diagrama de flujo y su interpretación. Reporta los ejercicios de conversión de medidas con sus fórmulas y sistema de unidades. Presenta los resultados del balance total mediante cálculos y fórmulas matemáticas y los compara contra estándares de referencia. La entrega de las evidencias se realiza en tiempo, estructura sus propias ideas y las argumenta de forma coherente. Muestra actitud positiva y trabajo en equipo. Da ejemplos de aplicación del balance en la industria por estos métodos y los argumenta para la solución de problemas que se le presentan.

Elabora el informe de acuerdo a la Elabora el informe de acuerdo a la estructura solicitada Integra un diagrama de flujo y su interpretación. Reporta los ejercicios de conversión de medidas con sus fórmulas y sistema de unidades. Presenta los resultados del balance total mediante cálculos y fórmulas matemáticas y los compara contra estándares de referencia. La entrega de las evidencias se realiza en tiempo, estructura sus propias ideas y las argumenta de forma coherente. Muestra actitud positiva y trabajo en equipo.

Elabora el informe omitiendo aspectos de la estructura solicitada, presenta resultados erróneos por la mala aplicación de las formulas del balance. Presentar parte del balance total de materia obtenido. La entrega de las evidencias se realizó fuera de tiempo.

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Guía Pedagógica y de Evaluación del Módulo: Balance de materia y energía MATRIZ DE VALORACIÓN O RÚBRICA Siglema: BAME-02

Nombre del Módulo:

Balance de materia y energía

Docente evaluador: 2.1 Realiza el balance de energía en procesos industriales Resultado de con reacción química de acuerdo con los tipos de energía y leyes de la termodinámica en el control y Aprendizaje: optimización de los procesos químicos.

Nombre del Alumno: Grupo: Actividad de evaluación:

Fecha: 2.1.1 Realiza el balance de energía en un proceso químico mediante la aplicación de las leyes de la termodinámica y los cálculos establecidos.

C R I T E R I O S INDICADORES

Análisis del proceso

%

20

Excelente

Suficiente

Insuficiente

Interpreta la secuencia de las operaciones del proceso para ello:  Elabora un diagrama del proceso o reacción.  Justifica el tipo de diagrama utilizado para este tipo de proceso o reacción seleccionado.  Integra la simbología requerida en el diagrama de flujo.  Muestra las reacciones que se presentan en el proceso y las interpreta.  Identifica las variables a medir y controlar en el proceso. Identifica las actividades que son complejas, reconociendo y controlando sus reacciones frente a los problemas que se le presentan, y establece relaciones entre ellos y su vida cotidiana para encontrar una solución al respecto, presenta actitud constructiva, congruente con los conocimientos y habilidades que desarrolla en el equipo de trabajo.

Interpreta la secuencia de las operaciones del proceso para ello:  Elabora un diagrama del proceso o reacción.  Justifica el tipo de diagrama utilizado para este tipo de proceso o reacción seleccionado.  Integra la simbología requerida en el diagrama de flujo.  Muestra las reacciones que se presentan en el proceso y las interpreta.  Identifica las variables a medir y controlar en el proceso.

Interpreta la secuencia de las operaciones del proceso para ello:  Elabora un diagrama de las operaciones careciendo de secuencia lógica del proceso y de las reacciones.  Carece de la simbología requerida para su interpretación.

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Determinación del balance de energía para el proceso

Operación del proceso químico

30

30

Determina el balance de energía del proceso, para ello:  Identifica las operaciones del balance para el proceso de acuerdo a la metodología de resolución de problemas del balance.  Aplica las leyes de la termodinámica para el balance de energía en un proceso.  Aplica la ecuación general del balance para la cuantificación de la energía del proceso.  Calcula el balance de energía para sistemas abiertos y cerrados.  Calcula el balance de energía en proceso transitorio y estacionarios.  Calcula el balance de energía en sistemas isotérmico, adiabático, isobático o isométrico según sea el caso. Analiza el balance final y lo cuantifica. Reflexiona sobre los procedimientos y realiza adecuaciones al diagrama de flujo que simplifican y el mismo. Lleva a cabo las etapas del proceso químico en estricto orden para la determinación del balance de energía:  Prepara el material y equipo para realizar el proceso.  Determina las técnicas y procedimientos para llevar a cabo la operación del proceso.  Identifica y realiza las conversiones de las unidades de medida que el proceso requiere.  Lleva acabo el proceso y ordena los elementos que la integran.

Determina el balance de energía del proceso, a través de:  Identifica las operaciones del balance para el proceso de acuerdo a la metodología de resolución de problemas del balance.  Aplica las leyes de la termodinámica para el balance de energía en un proceso  Aplica la ecuación general del balance para la cuantificación de la energía del proceso.  Calcula el balance de energía para sistemas abiertos y cerrados.  Calcula el balance de energía en proceso transitorio y estacionarios.  Calcula el balance de energía en sistemas isotérmico, adiabático, isobático o isométrico según sea el caso.

Determina el balance de energía del proceso, a través de:  Identifica algunas de las operaciones del balance del proceso omitiendo la metodología de resolución de problemas de balance de energía en el proceso  Carece de conocimientos para aplicar las leyes de la termodinámica, la ecuación general del balance.  Omite calcular la energía de los sistemas abiertos y cerrados.  Omite calcular la energía en procesos transitorios y estacionarios.

Lleva a cabo las etapas del proceso químico en estricto orden para la determinación del balance de energía:  Prepara el material y equipo para realizar el proceso.  Determina las técnicas y procedimientos para llevar a cabo la operación del proceso.  Identifica y realiza las conversiones de las unidades de medida que el proceso requiere.  Lleva acabo el proceso y ordena

Lleva a cabo las etapas del proceso químico para la determinación del balance de energía:  Prepara algunos de los materiales y equipo para realizar el proceso.  Muestra dudas en la técnica o procedimiento a emplear para el proceso.  Realiza las conversiones de las unidades de medida omitiendo el sistema de unidades que el proceso requiere para cuantificar

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Elaboración del informe

20

Aplica ensayos analíticos para determinar la calidad y cantidad del producto obtenido. Pone en juego sus conocimientos al proponer soluciones factibles a problemas que se presentan en el desarrollo del proceso. Elabora el informe conforme a la estructura solicitada. Integra un diagrama de flujo y su interpretación. Reporta los ejercicios de conversión de medidas con sus fórmulas y sistema de unidades. Presenta resultados del balance de energía comparados contra estándares de referencia y los cálculos y fórmulas matemáticas. Cumple con una secuencia lógica de lo expuesto, su redacción es clara y coherente; no presenta faltas ortográficas. La entrega de las evidencias se realizó en tiempo Muestra actitud positiva y trabajo en equipo. Realiza cuestionamientos producto de las conclusiones de la actividad. Logra articular la información al establecer la relación, secuencia y etapas de acuerdo al tipo de proceso realizado.

los elementos que la integran.

Elabora el informe conforme a la estructura solicitada. Integra un diagrama de flujo y su interpretación. Reporta los ejercicios de conversión de medidas con sus fórmulas y sistema de unidades. Presenta resultados del balance de energía comparados contra estándares de referencia y los cálculos y fórmulas matemáticas. Cumple con una secuencia lógica de lo expuesto, su redacción es clara y coherente; no presenta faltas ortográficas. La entrega de las evidencias se realizó en tiempo Muestra actitud positiva y trabajo en equipo.

sus elementos.

Presenta el informe con sólo algunas de las indicaciones solicitadas y/o fuera de tiempo. Presenta resultados erróneos por la mala aplicación de las formulas del balance. Presenta parte del balance total de energía obtenido por el proceso. La entrega de las evidencias se realizó fuera de tiempo.

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Siglema: BAME-02

Nombre del Módulo:

Docente evaluador:

Resultado de Aprendizaje:

MATRIZ DE VALORACIÓN O RÚBRICA Nombre del Balance de materia y energía Alumno: Grupo:

2.2 Realiza el balance general de materia y energía en sistemas con y sin reacción química mediante los cálculos específicos en el control y optimización de los procesos químicos.

Actividad de evaluación:

Fecha:

2.2.1 Realiza el balance de materia y energía en un proceso químico mediante los cálculos establecidos. (HETEROEVALUACIÓN)

C R I T E R I O S INDICADORES

%

Operación del proceso químico

35

Determinación del balance de materia y

45

Excelente Lleva a cabo las etapas del proceso químico en estricto orden para la determinación del balance de materia y energía:  Prepara el material para realizar el proceso determinado según el planteamiento del problema.  Elabora el diagrama de flujo del proceso a efectuar según planteamiento del problema.  Realiza un esquema señalando las medidas de seguridad a seguir.  Efectúa el arranque del equipo según indicaciones.  Efectúa la operación del equipo según indicaciones.  Efectúa el paro del equipo según indicaciones.  Aplica ensayos analíticos para determinar la calidad y cantidad del producto obtenido. Presenta capacidad para tomar decisiones sobre las variaciones del proceso y estas le permiten realizar ajustes en cuanto a los procedimientos aplicados. Determina el balance de materia y energía del proceso, para ello:

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Suficiente Lleva a cabo las etapas del proceso químico en estricto orden para la determinación del balance de materia y energía:  Prepara el material para realizar el proceso determinado según el planteamiento del problema.  Elabora el diagrama de flujo del proceso a efectuar según planteamiento del problema.  Efectúa el arranque del equipo según indicaciones.  Efectúa la operación del equipo según indicaciones.  Efectúa el paro del equipo según indicaciones.  Realiza un esquema señalando las medidas de seguridad a seguir.

Insuficiente Lleva a cabo las etapas del proceso químico para la determinación del balance de materia y energía:  Prepara material y equipo para realizar el proceso. Muestra dudas en la técnica o procedimiento a emplear para el proceso.  Elabora un diagrama de las operaciones careciendo de secuencia lógica del proceso y de las reacciones.  Lleva acabo algunas etapas del proceso omitiendo el ordenamiento de los elementos que le integran.

Determina el balance de materia y energía del proceso, para ello:

Determina el balance de materia y energía del proceso, para ello:

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energía del proceso

Elaboración del informe

20

 Describe las reacciones que se presentan en el proceso y las variables a medir del mismo.  Aplica las operaciones de la metodología de resolución de problemas del balance.  Aplica la ley de la conservación de la materia y energía para el balance.  Aplica la ecuación general del balance para la cuantificación de materia y energía en estado dinámico sin y con reacción química calculando todas las consideraciones indicadas. Resuelve los problemas de mayor a menor complejidad que se le presentan en el desarrollo de la actividad, proponiendo formas de solucionarla. Reconoce las repercusiones del daño ambiental ocasionado por los desperdicios generados en los balances de materiales. Integra el informe de acuerdo a las indicaciones solicitadas. Presenta los resultados del balance mediante cálculos y las fórmulas matemáticas, comparados contra estándares de referencia. Presenta los elementos del balance y hace una representación esquemática. Presenta una secuencia lógica de lo expuesto, su redacción es clara y coherente; no presenta faltas ortográficas. La entrega de las evidencias se realizó en tiempo. Muestra actitud positiva y trabajo en equipo. Propone y justifica a manera de conclusión ideas clave que le ayuden a prevenir errores futuros.

 Describe las reacciones que se presentan en el proceso y las variables a medir del mismo.  Aplica las operaciones de la metodología de resolución de problemas del balance.  Aplica la ley de la conservación de la materia y energía para el balance.  Aplica la ecuación general del balance para la cuantificación de materia y energía en estado dinámico sin y con reacción química calculando todas las consideraciones indicadas.

Integra el informe de acuerdo a las indicaciones solicitadas. Presenta los resultados del balance mediante cálculos y las fórmulas matemáticas, comparados contra estándares de referencia. Presenta los elementos del balance y hace una representación esquemática. Presenta una secuencia lógica de lo expuesto, su redacción es clara y coherente; no presenta faltas ortográficas. La entrega de las evidencias se realizó en tiempo. Muestra actitud positiva y trabajo en equipo.

 Señala sólo algunas de las reacciones que se presentan en el proceso y algunas de las variables del mismo.  Omite la metodología de resolución de problemas del balance de materia y energía.  Carece de conocimientos para aplicar la ley de la conservación de la materia y energía y la ecuación general del balance para cuantificar materia y energía en estado dinámico sin y con reacción química calculando sólo algunas de las consideraciones indicadas. Presenta en el informe algunos de los resultados solicitados careciendo de esquemas, está fuera de tiempo, su participación en grupo es nula, carece de iniciativa e interés por las actividades realizadas.

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