Denominación de la asignatura: Modelización de Flujos Reactivos
Postgrado al que pertenece: Máster en Mecánica de Fluidos Computacional (CFD)
Créditos ECTS: 3
Carácter de la asignatura: Obligatoria

Presentación

En esta asignatura se presentan los fundamentos de diferentes tipos de reacciones químicas y su inclusión en las diferentes ecuaciones que forman parte del modelo matemático que gobierna la dinámica del flujo, con el objetivo de que el estudiante sea capaz al final de la asignatura de modelizar y simular correctamente un flujo con reacción química en un reactor industrial. En el tema «Introducción a las reacciones químicas» se revisan aspectos fundamentales de las reacciones químicas y se introduce al estudiante en los tipos de reactores más habituales en la industria. Se presenta a continuación la modelización de flujos multifásicos, tanto para flujos a través de un lecho de partículas sólidas como de flujos bifásicos fluido-sólido. En el tema «Modelización de flujos reactivos en régimen laminar» se introduce la modelización de reactores homogéneos en flujo laminar, con la descripción de los nuevos términos que aparecen en el modelo matemático como consecuencia de la inclusión de estas reacciones, y se extiende después el estudio a la modelización en flujo turbulento. En el tema «Casos prácticos de flujo reactivo» se presentan tres casos prácticos que representan las situaciones más habituales de flujos reactivos. A su finalización, el estudiante debe ser capaz de realizar la modelización y simulación, mediante el software ANSYS Fluent, de un flujo con reacción química en un reactor industrial.

Competencias básicas

  • CB6: Poseer y comprender conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación.
  • CB7:Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio.
  • CB8:Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios.
  • CB10:Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.

Competencias específicas

  • A1: Aplicar las leyes físicas y las ecuaciones matemáticas que rigen el comportamiento de un fluido en sistemas complejos con o sin transferencia de materia, energía o reacción química.
  • A3:Diseñar, desarrollar e implementar los algoritmos necesarios para abordar problemas complejos relacionados con la mecánica de fluidos y el transporte de calor, materia o reacción química.
  • A8:Definir correctamente los parámetros necesarios para realizar una simulación numérica en problemas de fluidos, incluyendo el diseño de la malla computacional y la determinación de las condiciones de flujo, de contorno e iniciales que presenta el problema que se plantea.
  • A9:Determinar objetivamente y de forma crítica si la solución obtenida a partir de la utilización de un programa de simulación numérica es válida o puede contener errores.
  • A12: Identificar los diferentes modelos de reacción química y aplicar los conocimientos y técnicas relativos a la simulación numérica, análisis de datos y visualización de resultados al estudio de sistemas de flujo con reacción química.
  • A13: Aplicar los conocimientos y técnicas relativos a la simulación numérica, análisis de datos y visualización de resultados al estudio de flujos en equipos industriales.
  • A14: Aplicar los conocimientos y técnicas relativos a la simulación numérica, análisis de datos y visualización de resultados al estudio de flujos medioambientales y a la dispersión de contaminantes.

Competencias transversales

  • CT1: Desarrollar la autonomía suficiente para trabajar en proyectos de investigación y colaboraciones científicas o tecnológicas dentro de su ámbito temático.
  • CT2: Formular valoraciones a partir de la gestión y uso eficiente de la información.
  • CT3: Resolver problemas complejos de forma crítica, creativa e innovadora en contextos multidisciplinares.

Tema 1. Introducción a las reacciones químicas

  • Introducción y objetivos
  • Conceptos básicos de las reacciones químicas.
  • Reacciones homogéneas y heterogéneas
  • Reactores industriales

Tema 2. Modelización de flujos multifásicos

  • Introducción y objetivos
  • Modelo multifásico euleriano
  • Términos de interacción entre las fases
  • Modelización de un flujo monofásico a través de un lecho fijo de partículas
  • Modelización de un flujo bifásico fluido-sólido

Tema 3. Modelización de flujos reactivos en régimen laminar

  • Introducción y objetivos
  • Términos fuente en las ecuaciones de conservación
  • Introducción de la cinética de reacción en el modelo computacional
  • Modelización de reacciones irreversibles y reversibles

Tema 4. Modelización de flujos reactivos en régimen turbulento

  • Introducción y objetivos
  • Modelo de disipación turbulenta
  • Modelo de disipación turbulenta con mecanismos químicos

Tema 5. Casos prácticos de flujo reactivo

  • Introducción y objetivos
  • Flujo reactivo turbulento en un reactor industrial
  • Flujo turbulento en un canal con reacción química en la pared
  • Flujo reactivo en medio poroso

Las actividades formativas de la asignatura se han elaborado con el objetivo de adaptar el proceso de aprendizaje a las diferentes capacidades, necesidades e intereses de los alumnos.

Las actividades formativas de esta asignatura son las siguientes:

  • Trabajos. En la programación semanal, puedes consultar cuándo hacerlos y en el Aula virtual encontrarás toda la información sobre cómo desarrollarlos y cómo y cuándo entregarlos.
  • Participación en eventos. Son eventos programados todas las semanas del cuatrimestre: sesiones presenciales virtuales, foros de debate.
Descargar programación

Estas actividades formativas prácticas se completan, por supuesto, con estas otras:

  • Estudio personal
  • Tutorías. Las tutorías se pueden articular a través de diversas herramientas y medios. Durante el desarrollo de la asignatura, el profesor programa tutorías en días concretos para la resolución de dudas de índole estrictamente académico a través de las denominadas “sesiones de consultas”. Como complemento de estas sesiones se dispone también del foro “Pregúntale al profesor de la asignatura” a través del cual se articulan algunas preguntas de alumnos y las correspondientes respuestas en el que se tratan aspectos generales de la asignatura. Por la propia naturaleza de los medios de comunicación empleados, no existen horarios a los que deba ajustarse el alumno.
  • Examen final presencial

Las horas de dedicación a cada actividad se detallan en la siguiente tabla:

ACTIVIDADES FORMATIVAS HORAS POR ASIGNATURA % PRESENCIAL
Sesiones presenciales virtuales 7 horas 100%
Lecciones magistrales 3 horas 0
Estudio del material básico 25 horas 0
Lectura del material complementario 12 horas 0
Trabajos, casos prácticos, test 9 horas 0
Sesiones prácticas de laboratorio virtual 6 horas 16,7%
Tutorías 8 horas 30%
Trabajo colaborativo 3 horas 0
Examen final presencial 2 horas 100%
Total 75 horas -

Bibliografía básica

Recuerda que la bibliografía básica es imprescindible para el estudio de la asignatura. Cuando se indica que no está disponible en el aula virtual, tendrás que obtenerla por otros medios: librería, biblioteca...

Los textos necesarios para el estudio de la asignatura han sido elaborados para la asignartura y están disponibles en formato digital para consulta, descarga e impresión en el aula virtual.

Bibliografía complementaria

  • Atkins, P. W. (1999). Química Física. Barcelona: Ediciones Omega.
  • Cant, R. S. y Mastorakos, E. (2008). An introduction to turbulent reacting flows. Londres: Imperial College Press.
  • Fogler, H. S. (1999). Elements of chemical reaction engineering. EE. UU.: Prentice Hall PTR.
  • Kee, R. J., Coltrin, M. E. y Glarborg, P. (2003). Chemically Reacting Flow: Theory & Practice. Nueva Jersey: John Wiley & Sons, Inc. Hoboken.
  • Prosperetti, A. y Tryggvason, G. (2009). Computational methods for multiphase flow. Reino Unido: Cambridge University Press.

El sistema de calificación se basa en la siguiente escala numérica:

0 - 4, 9 Suspenso (SS)
5,0 - 6,9 Aprobado (AP)
7,0 - 8,9 Notable (NT)
9,0 - 10 Sobresaliente (SB)

La calificación se compone de dos partes principales: actividades realizadas a lo largo del curso y un examen final.

La evaluación continua supone el 40% de la calificación final. Este 40% de la nota final se compone de las calificaciones obtenidas en las diferentes actividades formativas llevadas a cabo durante el cuatrimestre.

Ten en cuenta que la suma de las puntuaciones de las actividades de la evaluación continua permite que realices las que prefieras hasta conseguir el máximo puntuable mencionado en la programación semanal. En ella se detalla la calificación máxima de cada actividad o evento concreto puntuables.

El examen se realiza al final del cuatrimestre y es de carácter PRESENCIAL y OBLIGATORIO. Supone el 60% de la calificación final y para que la nota obtenida en este examen se sume a la nota final, es obligatorio APROBARLO. En caso de no aprobar este examen existe la posibilidad de realizar un examen extraordinario de recuperación. La calificación de este segundo examen sustituye a la nota del primer examen y continúa teniendo un peso del 60% en la nota final de la asignatura.

El sistema de evaluación de la asignatura es el siguiente:

Sistema de evaluación Ponderación min - max
Participación del estudiante (sesiones, foros, tutorías) 0% - 40%
Trabajos, proyectos, laboratorios/talleres y casos 0% - 40%
Test de autoevaluación 0% - 40%
Examen final presencial 60% - 60%

Manuel Martínez del Álamo

Formación académica: Doctor en Ingeniería Química, Ambiental y de Procesos por la Universitat Rovira i Virgili en 2011, especializado en Mecánica de Fluidos Computacional.

Experiencia:Participación en seis proyectos competitivos de I+D y en siete de transferencia en el ámbito de la Mecánica de Fluidos Computacional, abarcando desde soluciones a problemas específicos hasta propuestas de mejora de procesos de producción. Profesor asociado en la Universitat Rovira i Virgili desde febrero de 2014, impartiendo docencia en los estudios anteriormente mencionados, incluyendo la codirección de seis trabajos de fin de máster. Acreditado como Profesor Ayudante Doctor por ANECA.

Benjamí Martorell Masip

Formación académica: Obtuvo el título de doctor con mención europea en Química Teórica y Computacional en la universidad Rovira i Virgili el año 2008. Es Licenciado en Ciencias Físicas (UNED, 2014) y Licenciado en Química (URV, 2003). Además, se ha formado en el área de la docencia a través del Curso de Aptitud Pedagógica (URV) y del Máster en Educación y Tecnologías de la Información (e-Learning, UOC) y en el área de la Gestión de Proyectos (UNED, 2013).

Experiencia: Ha sido investigador posdoctoral en la Technische Universität München (Munich, Alemania) y en la University College London (Reino Unido), donde compaginó la investigación y la docencia en los grupos donde trabajó. Creó y desarrolló el grupo de ciencia computacional en una empresa del Reino Unido. Actualmente, es Profesor Visitante en el Dpt. de Ingeniería Química de la Universitat Rovira i Virgili. Posee acreditaciones de profesor universitario de las agencias de Calidad ANECA y AQU.

Líneas de investigación: Investigador del Grupo BIOCENIT en la Unviersitat Rovira i Virgili. Actividad investigadora centrada en el uso de simulaciones moleculares para el estudio de propiedades físicas y reactividad química de materiales tanto en estado sólido como líquido. Actualmente, está aplicando este tipo de simulaciones en sistemas acuosos para la predicción de toxicidad de nanomateriales. Es autor de diversos artículos científicos del primer decil, uno en la revista Science.

Obviamente, al tratarse de formación online puedes organizar tu tiempo de estudio como desees, siempre y cuando vayas cumpliendo las fechas de entrega de actividades, trabajos y exámenes. Nosotros, para ayudarte, te proponemos los siguientes pasos:

  1. Desde el Campus virtual podrás acceder al aula virtual de cada asignatura en la que estés matriculado y, además, al aula virtual de Lo que necesitas saber antes de empezar. Aquí podrás consultar la documentación disponible sobre cómo se utilizan las herramientas del aula virtual y sobre cómo se organiza una asignatura y también podrás organizar tu plan de trabajo personal con tu profesor-tutor.
  2. Observa la programación semanal. Allí te indicamos qué parte del temario debes trabajar cada semana.
  3. Ya sabes qué trabajo tienes que hacer durante la semana. Accede ahora a la sección Temas del aula virtual. Allí encontrarás el material teórico y práctico del tema correspondiente a esa semana.
  4. Comienza con las lecturas que se te indican en el tema. Esto te ayudará a hacerte una idea del contenido más importante del tema y de cuáles son los aspectos fundamentales. Consulta, además, las otras secciones del tema que contienen material complementario (A fondo).
  5. Dedica tiempo al trabajo práctico (sección Actividades). En la programación semanal te detallamos cuáles son las actividades correspondientes a cada semana.
  6. Te recomendamos que participes en los eventos del curso (foros de debate). Para conocer la fecha concreta de celebración de los eventos debes consultar las herramientas de comunicación del aula vitual. Tu profesor y tu profesor-tutor te informarán de las novedades de la asignatura.

En el aula virtual de Lo que necesitas saber antes de empezar encontrarás siempre disponible la documentación donde te explicamos cómo se estructuran los temas y qué podrás encontrar en cada una de sus secciones: Lecturas obligatorias, Lecturas recomendadas, Otros recursos y Actividades.

Recuerda que en el aula virtual de Lo que necesitas saber antes de empezar puedes consultar el funcionamiento de las distintas herramientas del Aula virtual: Correo, Foro, Envío de actividades, etc.

Ten en cuenta estos consejos...

  • Sea cual sea tu plan de estudio, accede periódicamente al aula Virtual, ya que de esta forma estarás al día de las novedades del curso y en contacto con tu profesor y con tu profesor tutor.
  • Recuerda que no estás solo: consulta todas tus dudas con tu profesor-tutor utilizando el correo electrónico. Además, siempre puedes consultar tus dudas sobre el temario en los foros que encontrarás en cada asignatura (Pregúntale al profesor).
  • ¡Participa! Siempre que te sea posible accede a los foros de debate. El intercambio de opiniones, materiales e ideas nos enriquece a todos.
  • Y ¡recuerda!, estás estudiando con metodología on line: tu esfuerzo y constancia son imprescindibles para conseguir buenos resultados. ¡No dejes todo para el último día!