Guía docente de Fundamentos de Ingeniería Bioquímica (251112A)

Se recomienda que el estudiante haya completado el módulo de formación básica y que siga el orden cronológico de las enseñanzas del módulo.

En el caso de utilizar herramientas de IA para el desarrollo de la asignatura, el estudiante debe adoptar un uso ético y responsable de las mismas. Se deben seguir las recomendaciones contenidas en el documento de "Recomendaciones para el uso de la inteligencia artificial en la UGR" publicado en esta ubicación: https://ceprud.ugr.es/formacion-tic/inteligencia-artificial/recomendaciones-ia#contenido0

Coeficientes de transmisión. Balances de materia. Balances de energía.

• Conocer las leyes que rigen los procesos de transferencia de cantidad de movimiento, de calor y de materia en diferentes regímenes de circulación. Determinación del factor de fricción, coeficientes de transmisión de calor y de transferencia de materia.
• Resolver balances de materia tanto en unidades sencillas como en sistemas, sin reacción y con reacción, en estados estacionario y no estacionario. Corrientes de recirculación. Estudio estequiométrico del cultivo de microorganismos.
• Resolver balances de energía tanto en unidades sencillas como en sistemas, sin reacción y con reacción, en estados estacionario y no estacionario. Balances entálpicos.
• Resolver de forma conjunta balances de materia y energía. Estrategias de cálculo.

BLOQUE I. INTRODUCCIÓN

Tema 1. Ingeniería Bioquímica y Operaciones Unitarias

Definición y alcance de la Ingeniería Bioquímica. Papel dentro del Grado en Biotecnología. Estructura general de un bioproceso. Concepto de operación unitaria. Clasificación de las operaciones unitarias. Procesos batch, fed-batch y continuo. Régimen estacionario y no estacionario.

BLOQUE II. BALANCES DE MATERIA

Tema 2. Fundamentos del Balance de Materia

Principio de conservación de la masa. Ecuación general del balance. Composición de corrientes y base de cálculo. Balances en unidades sin reacción. Sistemas con múltiples unidades. Recirculación, purga y derivación.

Tema 3. Balances con Reacción y Estequiometría Biológica

Balances con reacción química y biológica. Conversión, selectividad y rendimiento. Estequiometría del crecimiento microbiano. Coeficientes de rendimiento. Producción de biomasa y metabolitos. Ejemplos prácticos de cálculo en bioprocesos.

BLOQUE III. BALANCES DE ENERGÍA

Tema 4. Fundamentos del Balance de Energía

Principio de conservación de la energía. Formas de energía. Ecuación general del balance energético. Calores sensibles y latentes. Entalpías de formación y reacción.

Tema 5. Aplicaciones de Balances de Energía en Bioprocesos

Balances de energía en sistemas sin reacción. Balances de energía en sistemas con reacción biológica. Calor de fermentación y crecimiento microbiano. Necesidades de calefacción y refrigeración en biorreactores. Generación y utilización de vapor. Aplicaciones industriales.

BLOQUE IV. BALANCES NO ESTACIONARIOS

Tema 6. Balances Dinámicos en Sistemas Biológicos

Término de acumulación. Balance general no estacionario. Aplicación de balances dinámicos a sistemas biológicos. Cinética del crecimiento microbiano. Introducción al modelado dinámico de cultivos mediante ecuaciones diferenciales. Ejercicios prácticos de simulación.

BLOQUE V. FENÓMENOS DE TRANSPORTE

Tema 7. Transporte de Cantidad de Movimiento

Propiedades de los fluidos. Flujo en tuberías. Número de Reynolds. Ecuación de continuidad. Balance de energía mecánica. Pérdidas de carga. Factor de fricción. Pérdidas menores. Diagramas y tablas de Moody. Bombas y sistemas de impulsión. Aplicaciones prácticas.

Tema 8. Transferencia de Calor

Mecanismos de transmisión de calor: Conducción, convección y radiación. Coeficientes individuales y globales de transferencia de calor. Factores de fouling. Cambiadores de calor. Aplicaciones prácticas en fermentadores y sistemas industriales.

Tema 9. Transferencia de Materia

Ley de Fick. Transporte molecular y turbulento. Teoría de doble película. Coeficientes individuales y globales de transferencia de materia. Transferencia gas-líquido. Transferencia de oxígeno en fermentadores. Determinación experimental de kLa.

Seminarios/Talleres

• Seminario 1. Herramientas fundamentales para el Ingeniero Bioquímico: Magnitudes, unidades y representación de procesos industriales.
• Seminario 2. Operaciones de separación de transferencia de materia: Destilación, rectificación y equipos de contacto de fases.

Práctica de Laboratorio

RECTIFICACIÓN DE MEZCLAS BINARIAS EN COLUMNAS DE PISOS O PLATOS. Se realizará una práctica de laboratorio en una única sesión en la que se procederá a la separación de una mezcla de etanol-agua en una columna de contacto por etapas (columna de platos o pisos). El estudiante se familiarizará con los principios generales de la operación de rectificación y ampliará sus conocimientos sobre los equipos de contacto líquido-vapor (particularmente las columnas de platos o pisos).

Prácticas en el Aula de Informática

SIMULACIÓN DE FERMENTACIONES EN ESTADO NO ESTACIONARIO. Se realizarán un total de tres sesiones prácticas en el aula de informática con las que se pretende que el estudiante fortalezca las competencias adquiridas en las clases teóricas y sea capaz de implementar modelos dinámicos de fermentadores, a partir de los balances de materia y energía relevantes, en un lenguaje de programación informático.

Prácticas de Resolución de Ejercicios Numéricos, Casos o Supuestos Prácticos

Se realizarán un total de nueve sesiones prácticas destinadas a la resolución de ejercicios numéricos, casos o supuestos prácticos de carácter numérico relacionados con los diferentes temas de la asignatura.

• BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA. Reklaitis, G.V. Editorial Interamericana (1986).
• BASIC PRINCIPLES AND CALCULATIONS IN CHEMICAL ENGINEERING (Eighth Edition). Himmelblau, D.M. Editorial Prentice-Hall (2012).
• BIOCHEMICAL ENGINEERING: A TEXTBOOK FOR ENGINEERS, CHEMISTS AND BIOLOGISTS. Katoh S. y Yoshida F. Editorial Wiley-VCH (2009).
• BIOCHEMICAL ENGINEERING AND BIOTECHNOLOGY. Najafpour, G.D. Editorial Elsevier (2007).
• CHEMICAL AND BIOPROCESS ENGINEERING. FUNDAMENTAL CONCEPTS FOR FIRST-YEAR STUDENTS. Simpson, R. y Sastry S.K. Editorial Springer (2013). Disponible on-line.
• CHEMICAL ENGINEERING. Coulson, J.M. y Richardson, J.F., con Backhurst J.R. y Harker, J.H. Editorial Butterworth-Heinemann (2012).
• FENÓMENOS DE TRANSPORTE: UN ESTUDIO SISTEMÁTICO DE LOS FUNDAMENTOS DEL TRANSPORTE DE MATERIA, ENERGÍA Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO. Bird, R.B.; Stewart, W.E. y Lightfoot, E.N. Editorial Reverté (2001).
• INGENIERÍA DE BIOPROCESOS. Díaz, M. Editorial Paraninfo (2012).
• INGENIERÍA DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA (Vol. I). CONCEPTOS BÁSICOS. Aguado, J. (Editor), Editorial Síntesis (1999).
• INGENIERÍA DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA (Vol. II). OPERACIONES DE PROCESADO DE ALIMENTOS. Rodríguez, F. (Editor). Editorial Síntesis (2002).
• INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA QUÍMICA. Calleja Pardo, G.; García Herruzo, F.; de Lucas Martínez, A.; Prats Rico, A, y Rodríguez Maroto, J.M. Editorial Síntesis (1999).
• MASS AND ENERGY BALANCES. BASIC PRINCIPLES FOR CALCULATION, DESIGN AND OPTIMIZATION OF MACRO/NANO SYSTEMS. Ashrafizadeh, S.A. y Zhongchao, T. Editorial Springer (2018). Disponible on-line.
• OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERÍA QUÍMICA (Séptima Edición). McCabe, W.L.; Smith, J.C. y Harriot, P. Editorial Mc-Graw-Hill Interamericana (2007).
• OPERACIONES UNITARIAS EN LA INGENIERÍA DE ALIMENTOS. Ibarz, A. y Barbosa-Cánovas, G.V. Editorial Mundi-Prensa (2005).
• PRINCIPIOS DE INGENIERÍA DE LOS BIOPROCESOS. Doran, P.M. Editorial Acribia (1998).
• PRINCIPIOS ELEMENTALES DE LOS PROCESOS QUÍMICOS. (Tercera edición). Felder, R.M. y Rousseau, R.W. Editorial Limusa Wiley (2003).

• ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL PROCESSING AND DESIGN. Mcketta J.J. (ed). M. Dekker inc. 61 tomos. Ordenados alfabéticamente. Diferentes años.
• ULLMANN'S ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY. Wiley Online LibraryUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry - Wiley Online Library. (2014). Retrieved June 18, 2014, from http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/14356007
• MANUAL DEL INGENIERO QUÍMICO (Séptima edición, Cuarta edición en español). Perry, R.H.; Green, D.W. y Maloney J. O. Editorial McGraw-Hill. (2001).

• MD01. Clases de teoría 
• MD02. Clases de prácticas: Prácticas usando aplicaciones informáticas 
• MD03. Clases de prácticas: Prácticas en laboratorio 
• MD04. Clases de prácticas. Clases de problemas 
• MD06. Trabajo autónomo del alumnado 
• MD07. Tutorías 

La calificación final de la asignatura se obtendrá a partir de los siguientes instrumentos de evaluación:

• SE1. Examen escrito teórico-práctico (60%): Consistirá en una prueba final compuesta por una parte teórica (30% de la calificación del examen) y una parte práctica (70%). Para que la nota de este examen pueda ponderarse con el resto de actividades evaluables, será necesario obtener una calificación mínima de 3,5 puntos sobre 10 en cada una de las dos partes.
• SE2. Informes de prácticas y asistencia a las sesiones prácticas (25%):
  • Informe de prácticas de laboratorio: 10%.
  • Informes de las prácticas realizadas en el aula de informática: 15%.
• SE3. Resolución de ejercicios (15%): Se valorará la correcta resolución de los ejercicios propuestos durante las sesiones prácticas de resolución de problemas, así como en los seminarios y talleres.

NOTA IMPORTANTE:

• Los estudiantes que no puedan concurrir a las pruebas finales de evaluación en la fecha oficial por alguna de las circunstancias contempladas en el artículo 9 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada podrán solicitar la evaluación por incidencias, siguiendo el procedimiento establecido en dicha normativa.

La evaluación en convocatoria extraordinaria consistirá en un examen escrito en el que se evaluarán todos los contenidos desarrollados en la asignatura. Con carácter general, esta prueba representará el 100 % de la calificación final.

El examen será calificado de 0 a 10 puntos e incluirá una parte teórica (30 % de la nota del examen) y una parte práctica (70 % de la nota del examen), destinadas a comprobar la adquisición de las competencias y resultados de aprendizaje establecidos en esta guía docente. Para superar la asignatura será necesario obtener una calificación mínima de 3,5 puntos sobre 10 en cada una de las dos partes.

NOTAS IMPORTANTES:

1. Los estudiantes que lo soliciten podrán conservar, para la convocatoria extraordinaria del mismo curso académico, las calificaciones obtenidas durante la evaluación continua correspondientes a:

   • Prácticas de laboratorio (10 %).
   • Prácticas en el aula de informática (15 %).
   • Ejercicios propuestos en las sesiones prácticas de resolución de problemas (15 %).

   En este caso, dichas actividades supondrán el 40 % de la calificación final y el examen escrito de la convocatoria extraordinaria representará el 60 % restante.

2. Los estudiantes que no puedan concurrir a las pruebas finales de evaluación en la fecha oficial por alguna de las circunstancias contempladas en el artículo 9 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la Universidad de Granada podrán solicitar la evaluación por incidencias, siguiendo el procedimiento establecido en dicha normativa.

De acuerdo con la Normativa de Evaluación y de Calificación de los Estudiantes de la UGR, podrán acogerse a la evaluación única final aquellos estudiantes que no puedan seguir el sistema de evaluación continua por alguna de las circunstancias recogidas en el artículo 8 de dicha normativa.

Para ello, el estudiante deberá presentar la correspondiente solicitud a través de la sede electrónica de la Universidad de Granada, alegando y acreditando los motivos que justifican la imposibilidad de seguir la evaluación continua. La solicitud deberá realizarse durante las dos primeras semanas de impartición de la asignatura, en las dos semanas siguientes a la matriculación si esta se hubiera producido con posterioridad, o en cualquier momento cuando concurra una causa sobrevenida debidamente justificada.

La evaluación única final se realizará en un único acto académico coincidente con la fecha oficial establecida para el examen de la asignatura.

Esta modalidad de evaluación consistirá en una prueba única teórico-práctica, calificada de 0 a 10 puntos, que representará el 100 % de la calificación final. La prueba estará dividida en una parte teórica (30 % de la calificación) y una parte práctica (70 %), y tendrá por objeto evaluar la adquisición de las competencias y resultados de aprendizaje previstos en la asignatura. Los contenidos objeto de evaluación se corresponderán con la totalidad del temario, tanto en sus aspectos teóricos como prácticos.

Para superar la asignatura será necesario obtener una calificación mínima de 3,5 puntos sobre 10 en cada una de las dos partes (teórica y práctica).

• La asistencia y participación activa a las clases teóricas y prácticas es de crucial importancia para la adquisición de los conocimientos y competencias de esta asignatura por lo que se recomienda un seguimiento activo de dichas clases.
• La asistencia a la práctica de laboratorio y a las prácticas en el aula de informática se tendrá en cuenta en la evaluación de estas actividades. La calificación obtenida en los informes se ponderará en función de la asistencia efectiva del estudiante a las sesiones programadas, multiplicándose por el porcentaje de asistencia correspondiente.
• Siguiendo las recomendaciones de la CRUE y del Secretariado de Inclusión y Diversidad de la UGR, los sistemas de adquisición y de evaluación de competencias recogidos en esta guía docente se aplicarán conforme al principio de diseño para todas las personas, facilitando el aprendizaje y la demostración de conocimientos de acuerdo a las necesidades y la diversidad funcional del alumnado. La metodología docente y la evaluación serán adaptadas al alumnado con NEAE, conforme al Artículo 11 de la Normativa de Evaluación y de Calificación de estudiantes de la UGR, publicada en el Boletín Oficial de la UGR nº 112, de 9 de noviembre de 2016.
• El estudiante recibirá, al inicio del curso, información sobre las Normas de Seguridad y del correcto desarrollo de la práctica de laboratorio. El documento estará disponible en la plataforma PRADO de la asignatura. Este documento es de obligada lectura y aplicación durante el desarrollo de la práctica, el no cumplimiento del mismo por parte del estudiante exime de cualquier responsabilidad al profesor que imparte la práctica y al departamento donde se desarrollen las mismas.

Información de interés para estudiantado con discapacidad y/o Necesidades Específicas de Apoyo Educativo (NEAE): Gestión de servicios y apoyos (https://ve.ugr.es/servicios/atencion-social/estudiantes-con-discapacidad).

No se utiliza software libre en el desarrollo de la asignatura. Las actividades prácticas en el aula de informática se realizan mediante el software propietario Berkeley Madonna, que se emplea en su versión de demostración (demo).

Este entorno se utiliza específicamente en el Tema 6. Balances Dinámicos en Sistemas Biológicos, para la implementación y análisis de modelos basados en ecuaciones diferenciales aplicados a balances no estacionarios, cinética de crecimiento microbiano y modelado dinámico de cultivos. Asimismo, permite la realización de ejercicios prácticos de simulación y el análisis del comportamiento temporal de los sistemas estudiados.