Máster en Ciencia y Tecnología Química

PARTE 1. INGENIERÍA QUÍMICA UNIDAD DIDÁCTICA 1. INTRODUCCIÓN La industria química: orígenes y evolución de la Ingeniería Química - Período precientífico - Inicio del período científico - Periodo científico. La evolución de la enseñanza en Ingeniería Química - La Ingeniería Química en España Objeto y estructura de la Ingeniería Química La Ingeniería Química como profesión Tendencias actuales y futuras de la Ingeniería Química UNIDAD DIDÁCTICA 2. PROCESOS QUÍMICOS Introducción Los procesos químicos en la actualidad y perspectivas de futuro Impacto de los procesos químicos sobre el medio ambiente Descripción, a modo de ejemplo, de un proceso químico-industrial UNIDAD DIDÁCTICA 3. OPERACIONES BÁSICAS DE LOS PROCESOS QUÍMICOS Introducción Concepto de operación básica Operaciones continuas, discontinuas y semicontinuas Contacto entre fases inmiscibles: continuo o discontinuo Flujo en paralelo, en contracorriente y cruzado Clasificación de las operaciones básicas y de los reactores químicos. Flujos controlantes Variables de diseño de las operaciones básicas - Cálculo del número de variables de diseño - Cálculo del número de variables de diseño de una etapa de contacto - Cálculo del número de variables de diseño de una cascada de etapas de contacto - Cálculo del número de variables de diseño de sistemas complejos Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 4. INTRODUCCIÓN A LOS FENÓMENOS DE TRANSPORTE Generalidades Mecanismos del transporte molecular y del transporte turbulento - Régimen laminar: transporte molecular - Régimen turbulento: transporte turbulento Ecuaciones cinéticas en transporte molecular: Leyes de Newton, de Fourier y de Fick - Ley de Newton - Ley de Fourier - Ley de Fick Transporte turbulento: coeficientes de transporte Capa límite - Capa límite fluidodinámica - Capas límite térmica y de concentración Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 5. ANÁLISIS DIMENSIONAL Y CAMBIO DE ESCALA Introducción Sistemas de magnitudes y unidades Ecuaciones dimensionales y adimensionales Análisis dimensional - Métodos de análisis dimensional. Método de Rayleigh Cambio de escala en procesos químicos - Consideraciones del cambio de escala - Teoría de la semejanza - Métodos de extrapolación de datos Procedimientos experimentales de obtención de datos para el cambio de escala Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 6. BALANCES DE MATERIA Introducción Ecuación general de conservación de cualquier propiedad extensiva Balances de materia macroscópicos: expresión general Balances de materia macroscópicos en régimen estacionario - Balance de materia en una operación sin reacción química UNIDAD DIDÁCTICA 7. BALANCES DE ENERGÍA Introducción Formas de expresión de la energía Balances de energía macroscópicos: expresión general Balances entálpicos - Cálculo de las entalpías - Entalpías de reacción Balances macroscópicos de energía en algunos casos particulares - Balances de energía en sistemas cerrados - Balances de energía en sistemas abiertos en régimen estacionario - Aplicación del balance de energía a operaciones sin reacción química - Aplicación del balance macroscópico de energía a una operación con reacción química Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 8. INTRODUCCIÓN AL FLUJO DE FLUIDOS Generalidades Viscosidad de los fluidos Clasificación de los fluidos Flujo laminar y flujo turbulento Ecuaciones básicas en el flujo interno de fluidos - Balance de materia - Balance de energía total - Balance de energía mecánica: ecuación de Bernouilli Pérdidas de energía por rozamiento - Cálculo del factor de rozamiento - Pérdidas de carga menores - Diámetro equivalente - Circulación de gases por conducciones - Factores de rozamiento en la entrada de una conducción Potencia necesaria para el flujo - Bombas - Condiciones de succión de una bomba: cavitación - Rendimiento y potencia de una bomba - Ventiladores, soplantes y compresores - Potencia y rendimiento de un compresor Medida de caudales -Medidas de la presión - Diafragmas, boquillas y venturímetros -Tubo de Pitot - Rotámetros Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 9. OPERACIONES BASADAS EN EL FLUJO DE FLUIDOS Introducción Factor de rozamiento en el flujo externo Flujo en lechos porosos Operaciones basadas en el flujo externo de fluidos Filtración - Aspectos prácticos de la filtración - Equipos de filtración - Fundamento teórico de la filtración Sedimentación - Sedimentación libre - Sedimentación impedida Centrifugación Fluidización Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 10. INTRODUCCIÓN A LA TRANSMISIÓN DE CALOR. CAMBIADORES DE CALOR Generalidades Mecanismos de transmisión de calor - Conducción - Conductividad térmica UNIDAD DIDÁCTICA 11. INTRODUCCIÓN A LA TRANSFERENCIA DE MATERIA Generalidades Equilibrio entre fases - Criterios y condiciones de equilibrio -Diagramas de equilibrio Transporte molecular de materia: difusión - Difusión ordinaria simple en mezclas binarias - Difusión en materiales porosos Transporte turbulento: coeficientes de transferencia de materia Transferencia de materia entre fases. Coeficientes globales Determinación experimental de los coeficientes de transferencia de materia Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 12. OPERACIONES BÁSICAS DE TRANSFERENCIA DE MATERIA Introducción Operaciones básicas de transferencia de materia - Operaciones gas-líquido y líquido-vapor - Operaciones líquido-líquido. Extracción - Operaciones líquido-sólido UNIDAD DIDÁCTICA 13. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE LA REACCIÓN QUÍMICA Generalidades Clasificación de las reacciones químicas Velocidad de reacción y ecuación cinética Tipos de reacciones según su estequiometría Análisis de las ecuaciones de velocidad - Reacciones homogéneas - Reacciones heterogéneas. Etapas físicas y químicas Catálisis heterogénea Mecanismo de la catálisis. Adsorción Catalizadores sólidos - Composición y características - Desactivación - Clasificación de los catalizadores - Propiedades fisicoquímicas de los catalizadores - Preparación de los catalizadores Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 14. REACTORES QUÍMICOS Introducción Diseño de reactores ideales Reactores homogéneos ideales - Reactor discontinuo - Reactor de mezcla completa - Reactor tubular - Balance de energía en reactores de flujo - Estudio comparativo Reactores heterogéneos - Reactor por cargas - Reactor de lecho fijo - Reactor de lecho fluidizado - Otros tipos de reactores heterogéneos Problemas UNIDAD DIDÁCTICA 15. FUENTES DE ENERGÍA EN LOS PROCESOS QUÍMICOS Introducción Fuentes fósiles de energía -Carbón - Petróleo - Gas natural Fuentes alternativas de energía -Energía solar - Energía eólica - Energía de la biomasa - Energía geotérmica Energía nuclear Expectativas de la energía UNIDAD DIDÁCTICA 16. INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA AMBIENTAL Generalidades La contaminación ambiental: origen y efectos - Contaminación atmosférica - Contaminación de las aguas - Contaminación de los suelos - Residuos sólidos Prevención y control de la contaminación Tecnologías de depuración - Depuración de efluentes gaseosos - Depuración de efluentes líquidos -Tratamiento de residuos sólidos - Técnicas de descontaminación de suelos UNIDAD DIDÁCTICA 17. PROCESOS DE LA INDUSTRIA QUÍMICA Aprovechamiento químico-industrial de las materias primas La industria química inorgánica: fabricación de amoníaco y obtención de ácido nítrico - La fabricación de amoníaco - La obtención de ácido nítrico - Fertilizantes químicos - Aspectos medioambientales La industria química orgánica: el refino del petróleo y la industria petroquímica - El refino del petróleo - La industria petroquímica EDITORIAL ACADÉMICA Y TÉCNICA: Índice de libro Introducción a la Ingeniería Química Calleja Pardo, Guillermo (editor). Publicado por Editorial Síntesis PARTE 2. BIOQUÍMICA MÓDULO 1. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE BIOMOLÉCULAS UNIDAD DIDÁCTICA 1. EL AGUA Y LAS INTERACCIONES DÉBILES Bioelementos El agua - Estructura del agua - Propiedades y funciones del agua Las sales minerales - Regulación del pH - Mantenimiento del equilibrio osmótico UNIDAD DIDÁCTICA 2. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS GLÚCIDOS Introducción Monosacáridos u osas - Propiedades ópticas de los monosacáridos - Estructura cíclica de los monosacáridos Oligosacáridos: disacáridos Polisacaráridos - Homopolisacáridos - Heteropolisacáridos UNIDAD DIDÁCTICA 3. ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS LÍPIDOS Conceptos básicos Tipos y funciones de los lípidos Clasificación de los lípidos Principales moléculas lipídicas UNIDAD DIDÁCTICA 4. ESTRUCTURA DE LAS PROTEÍNAS Y AMINOÁCIDOS Características de las proteínas - Los aminoácidos Estructura de las proteínas Clasificación y funciones de las proteínas Proteínas de interés biológico UNIDAD DIDÁCTICA 5. RELACIÓN ESTRUCTURA-FUNCIÓN EN PROTEÍNAS Generalidades Asociaciones de las proteínas Propiedades de proteínas Clasificación de proteínas Funciones y ejemplos de proteínas UNIDAD DIDÁCTICA 6. ENZIMAS: CINÉTICA ENZIMÁTICA E INHIBICIÓN ENZIMÁTICA Catálisis enzimática - Clasificación de las reacciones catalíticas - Características de la catálisis enzimática - El centro activo Estudio enzimático: características y fisiología - Clasificación de las enzimas - Actividad enzimática: la energía libre de Gibbs, el estado de transición y la energía de activación - Unión de la enzima con el sustrato - Catálisis enzimática Cinética enzimática - Estudio detallado del modelo de Michaelis-Menten - Unidades de medida de la actividad enzimática - Cinética de las reacciones con un solo sustrato - Reacciones enzimáticas con más de un sustrato: mecanismos secuenciales y mecanismo de doble desplazamiento ÚNIDAD DIDÁCTICA 7. REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICA Variación de la actividad enzimática con la temperatura y el pH - Efecto de la temperatura sobre la actividad enzimática - Efecto del pH sobre la actividad enzimática - Efecto de la presencia de cofactores sobre la actividad enzimática - Efecto de las concentraciones del sustrato y de los productos finales - Efecto de los inhibidores sobre la actividad enzimática - Modulación alostérica de la actividad enzimática Reacciones enzimáticas con inhibición Isozimas Estudio aplicado de la actividad catalítica de las enzimas en el laboratorio - Valor numérico de la actividad enzimática: diferentes métodos analíticos UNIDAD DIDÁCTICA 8. NUCLEÓTIDOS Y ÁCIDOS NUCLEICOS: ESTRUCTURA Y FUNCIÓN Generalidades de los ácidos nucleicos - El ADN - El ARN - Nucléotidos no nucleicos Genética molecular - Replicación del ADN - Transcripción - Traducción División celular - Los cromosomas - Mitosis - Meiosis MÓDULO 2. METABOLISMO UNIDAD DIDÁCTICA 9. AL METABOLISMO Concepto de metabolismo - Fuentes de materia y energía para el metabolismo Rutas metabólicas Fases del metabolismo: catabolismo y anabolismo Conexiones energéticas en el metabolismo - El sistema ADP/ATP - Coenzimas trasportadores de electrones UNIDAD DIDÁCTICA 10. METABOLISMO DE LOS ÁCIDOS NUCLEICOS Introducción Biosíntesis de nucleótidos - Vía de síntesis de novo - Vías de recuperación - Regulación de la biosíntesis de nucléotidos - Interconversión de los nucleótidos monofosfato en nucleótidos trifosfato Catabolismo de nucleótidos UNIDAD DIDÁCTICA 11. METABOLISMO DE GLÚCIDOS Introducción al metabolismo de glúcidos Tipos celulares implicados en el metabolismo de los glúcidos - Hematíes y anemia hemolítica - Células cerebrales e hipoglucemia en niños prematuros - Miocitos - Adipocitos - Hepatocitos y muerte del embrión - Células renales Metabolismo de hexosas, galactosemias, diabetes y otras patologías asociadas UNIDAD DIDÁCTICA 12. CICLO DEL ÁCIDO CÍTRICO Introducción - Historia Generalidades del ciclo del ácido cítrico Visión panorámica del ciclo Reacciones del ciclo del ácido cítrico Regulación del ciclo del ácido cítrico UNIDAD DIDÁCTICA 13. FOSFORILACIÓN OXIDATIVA Introducción Concepto de fosforilación oxidativa - Historia Transferencia de energía por quimiosmosis Cadena de transporte de electrones en eucariotas UNIDAD DIDÁCTICA 14. METABOLISMO DE GRASAS Introducción al metabolismo lipídico Metabolismo de triacilglicéridos - Patologías asociadas al transporte de ácidos grasos - Oxidación de ácidos grasos - Patologías asociadas al transporte mediado por carnitina y a la ß-oxidación - Degradación ácidos grasos en el peroxisoma - Patologías asociadas al metabolismo peroxisomal - Biosíntesis de ácidos grasos Formación de lípidos complejos (lípidos de membrana) - Fosfolípidos - Esfingolípidos UNIDAD DIDÁCTICA 15. METABOLISMO DE COMPUESTOS NITROGENADOS Introducción al metabolismo de compuestos nitrogenados Destino del nitrógeno - Ciclo de la urea o ciclo de Krebs Henseleit - Patologías asociadas al ciclo de la urea Destino del carbono - Metabolismo de treonina-serina y glicina y patologías asociadas - Metabolismo de la fenilalanina y patologías asociadas - Metabolismo de la familia del succinil-CoA y patologías asociadas - Metabolismo de la metionina y patologías asociadas PARTE 3. LABORATORIO QUÍMICO UNIDAD DIDÁCTICA 1. LA INDUSTRIA QUÍMICA Conceptos básicos en industria química - Características de la industria química Evolución de los productos químicos y de procesos de fabricación Ejemplos característicos de la industria química La energía en la industria química - Combustibles fósiles - Energías alternativas - Energía nuclear de fisión - Reciclado químico de residuos plásticos y concepto de economía circular Diseño de reactores químicos - Diseño de reactores ideales - Tipos de reactores ideales UNIDAD DIDÁCTICA 2. MATERIAS PRIMAS Y PRODUCTOS QUÍMICOS Introducción a las materias primas y los productos químicos Materias primas - Materias primas básicas - Materias primas intermedias Pictogramas e indicaciones de las etiquetas de productos químicos - Clasificación de los productos químicos - Frases de riesgo y seguridad - Normativa de aplicación relacionada con el etiquetado - Etiquetado de sustancias y mezclas peligrosas Características y denominación de los productos y reactivos químicos más comunes UNIDAD DIDÁCTICA 3. EQUIPOS Y MATERIALES DEL LABORATORIO QUÍMICO Estructura típica de un laboratorio. Mobiliario de laboratorio Aparatos de un laboratorio químico - Pipetas y material volumétrico. Tipos y mantenimiento - Balanzas Materiales de laboratorio químico - Tipos de materiales de laboratorio - Sistemas de clasificación y ordenación de materiales y reactivos UNIDAD DIDÁCTICA 4. OPERACIONES AUXILIARES DEL LABORATORIO QUÍMICO Sistemas de calefacción - Calentamiento directo - Calentamiento indirecto Sistemas de refrigeración en el laboratorio - Formas de obtención de bajas temperaturas - Mezclas frigoríficas - Máquinas frigoríficas - Mantenedores de frío Sistemas de producción de vacío en el laboratorio Tratamiento de agua para su uso en el laboratorio Instrumentos para la realización de análisis químicos Equipos para la separación de mezclas Procedimientos para la preparación y acoplamiento de materiales y equipos UNIDAD DIDÁCTICA 5. PREPARACIÓN DE REACTIVOS Y MUESTRAS PARA UN ANÁLISIS QUÍMICO Preparación de disoluciones y diluciones - Clasificación de muestras y analitos - Tamaño de muestras y nivel de analito - Límite de detección Clasificación de reactivos químicos Mantenimiento, preparación y uso de equipos de laboratorio químico - Errores determinados e indeterminados - Ensayos estadísticos y análisis de errores - Cálculo de incertidumbre - Trazabilidad Calibración de equipos - Norma ISO 17025 UNIDAD DIDÁCTICA 6. ANÁLISIS QUÍMICO CUALITATIVO Y CUANTITATIVO Pruebas cualitativas inorgánicas y orgánicas - Técnicas separativas - Tiempo y temperaturas de digestiones - Polaridad - Medida de pH Aplicación de los métodos volumétricos de análisis - Neutralización - Oxidación-reducción - Precipitación - Formación de complejos Empleo de los métodos gravimétricos de análisis - Aplicaciones de las gravimetrías Elaboración de informes - Técnicas de documentación y comunicación - Bases metodológicas de la elaboración de informes UNIDAD DIDÁCTICA 7. FENÓMENOS DEL TRANSPORTE QUÍMICO Introducción a los fenómenos de transporte Transferencia de cantidad de movimiento - Propiedades generales de los fluidos - Ley de Newton de la viscosidad - Operaciones básicas en ingeniería química basadas en el transporte de cantidad de movimiento Transferencia de energía y calor - Mecanismos de transmisión de calor - Intercambiadores de calor - Operaciones básicas en ingeniería química basadas en el transporte de cantidad de movimiento - Balance de energía Transferencia de materia - Primera y segunda ley de Fick - Balance de materia - Operaciones básicas en ingeniería química basadas en el transporte de materia UNIDAD DIDÁCTICA 8. TECNOLOGÍA DE MEMBRANAS Introducción en la tecnología de membranas - Principio de ósmosis - Clasificación de los procesos de separación mediante membranas de acuerdo al tamaño de poro - Ventajas de la separación por membranas - Flujo frontal y flujo tangencial Tipos de membrana y módulos de filtración - Transporte a través de membranas porosas: flujo capilar - Transporte a través de membranas densas: modelo de disolución-difusión - Configuraciones de membrana Fenómenos limitantes - Concentración de polarización - Fouling o ensuciamiento Aplicaciones - Electrodiálisis y sus aplicaciones - Ósmosis inversa y desalinización de agua de mar - Biorreactores de membrana para la reutilización de aguas residuales urbanas - Desinfección y esterilización - Permeación de vapor: tratamiento de compuestos volátiles en emisiones UNIDAD DIDÁCTICA 9. TECNOLOGÍA DE PARTÍCULAS Introducción a la tecnología de partículas - Formas de las partículas - Tamaño de partículas - Cambios de tamaño - Asociación entre partículas Operaciones con partículas sedimentales - Sedimentación como técnica de separación - Agregados de partículas y procesos de floculación - Fluidización de sólidos Operaciones con partículas no sedimentales (nieblas) - Filtro de mangas - Precipitadores electroestáticos - Lavadores de gases o Scrubbers Aplicaciones - Fabricación de fertilizantes - Sedimentación para el tratamiento de aguas residuales - Extracción de aceites de semillas oleaginosas UNIDAD DIDÁCTICA 10. TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS Trazabilidad y seguridad alimentaria - Responsabilidades - Análisis de peligros y puntos de control críticos (APPCC) Biotecnología y alimentos prebióticos, probióticos, simbióticos y enriquecidos - Microorganismos y alimentos fermentados - Uso de microorganismos fermentadores - Biotecnología de probióticos - Biotecnología de prebióticos - Biotecnología en alimentos simbióticos - Biotecnología en alimentos enriquecidos Contaminación de alimentos mediante microrganismos y su control - Origen de la contaminación de los alimentos - Técnicas de conservación de alimentos Técnicas bioquímicas para garantizar la seguridad alimentaria