Transferència de matèria forma part del currículum de l’Enginyer Químic impartit a l’ETSEI de la UPV. L’assignatura es troba al mòdul de Tecnologia Específica: Química Industrial, és de caràcter Obligatori i presenta una càrrega de 4.5 crèdits ECTS. Transferència de Matèria s’imparteix al segon quadrimestre del 2on curs. La distribució dels crèdits de l’assignatura de Transferència de Matèria divideix a parts iguals la càrrega teòrica i la pràctica (2.25 ECTS, respectivament).
El vostre professor serà Jordi Carrillo Abad.
L’assignatura de Transferència de Matèria presenta els fonaments d’aquesta matèria que conjuntament amb Transmissió de Calor i Mecànica de fluids formen els fenòmens de transport que són la base curricular de l’enginyer químic. Aquesta assignatura capacita a l’alumne en l’aplicació dels principis i ferramentes de càlcul necessaris per al disseny i simulació d’equips de separació de mescles binàries i ternàries dins de la titulació d’enginyeria Química. Per tal d’aconseguir aquesta capacitació es desenvoluparan els següents temes:
- Els principis de la difusió molecular i les expressions matemàtiques per al càlcul de la densitat de flux de matèria en diferents sistemes.
- Els diferents mecanismes de transport de matèria: concepte de coeficient de transferència, determinació de coeficients i transferència interficial.
- Els mètodes de càlcul i disseny d’equips per a les operacions de separació basades en la transferència de matèria.
- La importància de l’analogia dels fenòmens de transport.
- L’ús de ferramentes informàtiques per al disseny d’equips.
- L’adquisició i utilització d’informació bibliogràfica i tècnica referida a aquesta matèria.
Les competències específiques (ES), generals (GE) i transversals (TV) que s’espera que els alumnes obtinguen després de cursar l’assignatura de Transferència de matèria s’arrepleguen a la taula següent:
Taula 1 Competències a desenvolupar a partir de l’assignatura Transferència de Matèria
| Ordre i tipus de competència | Competència |
| 03 (TV) | Anàlisi i Resolució de problemes (part pràctica o problemes d’aula de l’assignatura) |
| 09 (TV) | Pensament crític (qüestions teòric-pràctiques sobre la transferència de matèria en l’àmbit de l’enginyeria química) |
| 13 (TV) | Instrumental específica (ús del programa Mathcad per a la resolució de problemes) |
| 15 (ES) | Coneixements sobre balanços de matèria i energia, biotecnologia, transferència de matèria, operacions de separació, enginyeria de la reacció química, disseny de reactors i valorització i transformació de matèries primeres i recursos energètics. |
| 19 (ES) | Dissenyar processos en les diferents activitats industrials a l’àmbit de l’enginyeria química. |
| 20 (ES) | Dissenyar equips, instal·lacions i serveis en la indústria química. |
| 27 (GE) | Prendre decisions i raonar de forma crítica. |
| 32 (GE) | Gestionar la informació procedent de diverses fonts i, en el seu cas, les ferramentes informàtiques de recerca i classificació de recursos bibliogràfics o d’informació mono o multimèdia. |
L’assignatura es divideix en 7 unitats didàctiques de les quals 6 es troben organitzades en un ordre creixent de profunditat en la matèria i la UD 7, corresponent a MATHCAD i on totes les hores són de pràctiques d’informàtica, estarà distribuïda al llarg de tota l’assignatura per tal d’ensenyar a emprar aquesta ferramenta informàtica per als càlculs necessaris en problemes de transferència de matèria. Aquesta informació es troba resumida a la taula 2 Respecte a les unitats didàctiques 1-6, la primera unitat és una introducció als fenòmens de transferència de matèria i els equilibris entre fases.
La segona unitat didàctica desenvolupa el concepte de difusió molecular, la seua predicció mitjançant diferents expressions teòriques o empíriques i la seua determinació experimental per a diferents casos i estats de la matèria, gasos, líquids, dissolucions, sòlids, sòlids porosos i polímers.
Posteriorment, s’estudia la transferència de matèria en règim turbulent, s’introduiran les lleis de Fick i s’establiran les analogies existents entre la transferència de matèria i la de calor i quantitat de moviment. Es mostrarà la resolució d’aquestes equacions per a geometries senzilles i es mostraran els balanços de matèria diferencials.
La quarta unitat didàctica estudia els fenòmens de transferència de matèria entre 2 fases diferents, siguen aquestes 2 estats de la matèria diferents o bé líquids immiscibles. Es presentaran els coeficients de transferència de matèria globals i es mostrarà com determinar la fase controlant. Per una altra banda s’estudiarà l’adaptació de les equacions característiques de l’estat transitori a Mathcad per a permetre la seua resolució mitjançant mètodes numèrics.
A partir de la cinquena unitat didàctica comencen a definir-se els paràmetres dels equips de separació de components per transferència de matèria. En aquesta cinquena unitat es mostra el funcionament en general d’un equip qualsevol on domine la transferència de matèria que es denomina Unitat de Transferència. També s’explica la determinació del número d’unitats de transferència necessaris per a la separació desitjada de 2 components i es defineixen els conceptes d’altura de la torre de transferència de matèria i el diàmetre d’aquesta torre.
L’última unitat didàctica descriu els equips més comuns de transferència de matèria, les columnes de farcit i les torres de plats de forma que l’alumne siga finalment capaç de dissenyar qualsevol d’ells per a la resolució d’un problema real.
Taula 2: Unitats didàctiques de l’assignatura Transferència de Matèria
| U.D | Títol |
| 1 | Introducció. |
| 2 | Difusió molecular. |
| 3 | Coeficients de transferència de matèria en règim turbulent. |
| 4 | Transferència de matèria interficial. |
| 5 | Unitats de transferència de matèria. |
| 6 | Equips per a la transferència de matèria. |
| 7 | Mathcad. Programació per blocs de càlcul. |
L’assignatura de transferència de matèria es distribueix, tal i com s’ha comentat anteriorment, amb 2.25 crèdits ECTS de teoria d’aula i 2.25 ECTS de pràctica d’informàtica. El programa triat per a la resolució de problemes de transferència de matèria és Mathcad, programa que s’empra per a la resolució de balanços de matèria i energia a l’assignatura de Bases de l’Enginyeria Química i, per tant, ja esteu familiaritzats amb el programari que és prou potent com per a ser emprat a l’assignatura.
Distribució de crèdits i cronograma
Les diferents activitats associades als temes de l’assignatura presenten una assignació horària. Per a les pràctiques d’informàtica i les classes teòriques, la seua durada ha estat estipulada, en gran part d’acord amb la guia docent de l’assignatura. No obstant això, per tal de quadrar el treball proposat dins dels crèdits de l’assignatura, aquesta es modifica de la següent manera.
Taula 3: Distribució d’hores de treball de l’assignatura Transferència de Matèria
| Tema | Teoria d’Aula | Pràctica d’Informàtica | Treball no presencial |
| 1 | 2 | – | 1 |
| 2 | 6 | 6 | 12 |
| 3 | 4 | 4 | 10 |
| 4 | 4 | 4 | 10 |
| 5 | 4 | 4 | 12 |
| 6 | 1 | – | 1 |
| Proves examen | – | 4 | 6 |
| Seminari: Treball en grup | 2 | 20 | |
| Total | 23 | 22 | 71 |
| ECTS | 4.5 |
Aproximadament la meitat de les hores són de teoria d’aula i l’altra meitat de pràctiques d’informàtica. Cada setmana s’impartiran, aproximadament, una sessió de cada tipus. La part de seminari té en compte la presentació dels treballs proposats. Com que cada professor de l’assignatura durà un nombre determinat de treballs, aquest serà l’encarregat d’avaluar-los, de forma que sí serà possible que en 2h tots els grups hagen realitzat la seua presentació, que serà d’uns 15-20 minuts cadascuna.
Si es distribueixen els temes en funció de les setmanes del curs acadèmic, obtenim el cronograma de l’assignatura que es presenta a la taula següent:
Taula 4: Cronograma de l’assignatura de Transferència de matèria
Avaluació
El procés d’avaluació de l’assignatura es distribueix de tal forma que s’intentaran puntuar les diferents competències, a més dels coneixements, que els alumnes haurien d’haver adquirit al llarg de l’assignatura. El procés d’avaluació contarà amb diferents proves que mantindran un esquema semblant al que es presenta a la guia docent.
Prova escrita tipus test
Aquesta prova estarà present en cadascun dels 2 exàmens parcials proposats, els quals estaran dividits del tema 1 al 3 i del tema 4 al 6, respectivament. Les preguntes seran de tipus test i inclouran preguntes de tipus vertader o fals, de completar enunciats amb una única paraula correcta, de selecció de la resposta correcta i de càlculs ràpids. El test es valorarà sobre 10 i la nota mínima serà un 3.
Prova escrita amb medis informàtics
Igualment present en cadascun dels dos parcials, aquesta prova estarà formada per 2 problemes curts i 1 problema llarg o 2 problemes llargs. Els problemes presentaran apartats clarament diferenciats i sumaran un total de 10 punts on l’alumne haurà d’obtindre un mínim de 3 punts en cada problema. La distribució dels continguts de l’examen coincideix amb el presentat per a la prova tipus test.
Treball en grup
Tal i com s’ha desenvolupat en el apartat “Governa el teu propi procés de transferència de matèria” els alumnes es reuniran en grups, triaran una temàtica i dissenyaran un experiment, del qual crearan i resoldran un problema de transferència de matèria i, posteriorment, mostraran els seus resultats en una presentació. Açò no només els farà aprofundir en els conceptes de transferència de matèria afectats pel seu tema, sinó que aconseguirà potenciar l’autoaprenentatge i, a més, aconseguirà la motivació dels alumnes doncs estan tractant un tema triat per ells mateixos. A més, a més, hauran de ser capaços de transmetre-ho als demés no només per escrit mitjançant l’elaboració d’un manuscrit sinó també amb una presentació oral.
L’informe es valorarà segons la validesa de cadascuna de les seues parts, les quals apareixen de forma conjunta amb el seu pes sobre la nota del treball a la , no serà necessària una nota mínima en cap de les parts, però el treball haurà de tindre un 4 per a poder fer mitja amb la resta de proves.
Taula 5: Parts del treball i pes en la nota final
| Part | Pes |
| Objectius + Introducció | 10% |
| Material i Equip experimental + Procediment Experimental | 10% |
| Presentació del problema i Resolució | 60% |
| Conclusions | 10% |
| Bibliografia + Presentació | 10% |
Els objectius i introducció servirà per tal que els alumnes justifiquen la selecció del seu experiment en vers del fenomen que volen estudiar. La introducció haurà de ser original. Al material i procediment explicaran què i com han dut a terme l’experiment. A la presentació del problema i resolució es busca que adapten l’experiment realitzat a un problema tipus i el resolguen per tal de comparar el resultat experimental i el simulat. Ací es busca que justifiquen totes les simplificacions i hipòtesi emprades per al plantejament i resolució del problema.
A la part de les conclusions s’espera que el grup realitze una autoavaluació i explique al professor allò que ha après gràcies a la realització del treball.
Qüestionaris realitzats al final de la classe
Encara que l’objectiu d’aquests qüestionaris és poder avaluar l’adquisició dels coneixements transmesos durant la teoria d’aula, es considera necessari introduir-los a l’avaluació per tal de motivar als alumnes a prendre-s’ho de forma seria.
Finalment, la taula següent arreplega els percentatges finals de la nota corresponent a cadascuna de les parts avaluables:
Taula 6: Distribució dels percentatges de la nota final de l’assignatura de Transferència de Matèria.
| Tipus de prova | Puntuació |
| Prova escrita tipus test | 20% |
| Prova escrita amb eines informàtiques | 50% |
| Treball en grup. Informe | 15% |
| Treball en grup. Presentació | 10% |
| Qüestionaris finals de classe | 5% |