1. Ciencia

Título: Ingeniero Químico
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE
INGENIEROS INDUSTRIALES
ASIGNATURA: DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES
CÓDIGO: 4018
DEPARTAMENTO: INGENIERÍA MECÁNICA Y MATERIALES
Curso: 4B
Troncal
Créditos: 6.0
ECTS: 4.8
ÁREAS DE CONOCIMIENTO: CIENCIA DE MATERIALES E INGENIERIA
METALURGICA
OBJETIVOS GENERALES
Introducción a los principios generales del diseño de equipos para la industria de procesos. Códigos de
diseño. Comportamiento en servicio de materiales. Modos de fallo. Prevención de fallos en servicio por
fractura frágil y dúctil, “creep”, fatiga y desgaste. Prevención de fallos por corrosión.. Selección de materiales.
Introducción a las técnicas de inspección mediante ensayos no destructivos. Diagnóstico de fallos.
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CONTENIDOS BÁSICOS DE LA ASIGNATURA. CAPACIDADES Y DESTREZAS
Nombre y breve descripción de cada Unidad Temática.
Destrezas que en ellas se deben adquirir (aprender y saber hacer).
Introducción al diseño de equipos. Códigos y normas de Diseño.
Capacidades y destrezas:
ƒ Conocer la metodología del proceso de diseño, construcción y operación de plantas reales de
proceso, desde el punto de vista de la integridad estructural y la seguridad de los propios equipos
e instalaciones. Conocer los Códigos y normas de diseño.
Análisis del comportamiento mecánico de materiales idealmente elásticos. Tensiones y
esfuerzos. Criterios de plastificación. Coeficientes de seguridad.
Capacidades y destrezas:
ƒ Conocer los conceptos básicos del comportamiento mecánico de materiales en condiciones
idealmente elásticas. Efectuar cálculos de tensiones principales y tensiones equivalentes a partir
de estados tensionales complejos. Cálculos de esfuerzos y momentos en prismas mecánicos de
geometría sencilla.
Introducción al diseño y cálculo de recipientes a presión. Materiales. Tensiones. Criterios de
cálculo. Efectos del proceso de fabricación e inspección. Pruebas de presión.
Capacidades y destrezas:
Conocer en detalle el procedimiento y calcular adecuadamente espesores y/o secciones en
envolventes y elementos auxiliares de equipos a presión, siguiendo criterios de Códigos de
Diseño y teniendo en cuenta todos los aspectos involucrados: materiales, proceso constructivo y
proceso de inspección. Conocer la finalidad y el procedimiento de pruebas de presión en servicio.
ƒ
Comportamiento real en servicio. Análisis de fallos bajo efectos mecánicos. Fracturas dúctiles por
fluencia a alta temperatura. Fracturas frágiles. Fracturas de fatiga. Criterios de diseño clásicos y
de mecánica de fractura. Comportamiento a desgaste.
Capacidades y destrezas:
Conocer las diferentes posibilidades de comportamiento “real “ de materiales en servicio y los
efectos sobre el comportamiento, modos de fallo y soluciones para el cálculo y/o selección de
materiales en condiciones especiales : servicio a alta temperatura, servicio en condiciones de
fatiga, fallos por fractura frágil y/o efectos combinados. Cálcular tensiones admisibles en
condiciones especiales de servicio y diseñar/programar sistemas de inspección y/o
mantenimiento.
ƒ
Construcción de equipos. Materiales. Sistemas de unión. Principios de soldadura y soldabilidad.
Defectología de las uniones.
Capacidades y destrezas:
Conocer las diferentes técnicas constructuivas de grandes equipos (uniones/ soldaduras).
Conocer los riesgos típicos asociados al proceso constructivo: tensiones internas, deformaciones,
porosidad, estructuras frágiles, etc. y los tipos de defectos que pueden producirse.
Selección adecuada de materiales para soldadura (soldabilidad).
Interpretar adecuadamente y diseñar procedimientos simples de soldadura
ƒ
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Inspección y control de calidad. Aplicaciones de los END en la inspección de equipos.
Radiografía. Ultrasonidos. Inspección IR.
Capacidades y destrezas:
Conocer las metodologías END para inspección en fabricación y servicio
Seleccionar e interpretar adecuadamente indicaciones de métodos de inspección END
ƒ
Diseño preventivo contra la corrosión I. Selección de materiales. Protección anódica y catódica
Diseño contra corrosión II. Protección mediante inhibidores. Recubrimientos anticorrosivos.
Sistemas de aplicación.
Capacidades y destrezas (Válida para ambos temas 7 y 8):
Conocer los diferentes tipos de corrosión, su origen/mecanismos y condiciones de servicio en que
tienen lugar. Conocer los factores de diseño que pueden provocar fallos por corrosión
Seleccionar y/o diseñar adecuadamente sistemas de protección y/o prevención de la corrosión,
en función de las condiciones de servicio: material/medio: materiales, sistemas de protección
catódica, inhibidores, recubrimientos y/o sistemas combinados.
ƒ
Diagnóstico de fallos en servicio. Técnicas de análisis. Diagnóstico de fracturas. Diagnóstico de
fallos por corrosión.
Capacidades y destrezas:
Interpretar y diagnosticar, a partir del análisis de fallo, la causa y/o causas de fallos en servicio:
sobrecargas, roturas por fragilidad, roturas por fatiga, corrosión bajo tensión, etc.
ƒ
BIBLIOGRAFÍA BÁSICA
“Curso de Elasticidad y Resistencia de Materiales”; Resistencia de Materiales. L. Ortiz Berrocal. S.P.
Universidad Politécnica de Madrid, 1980
“Mecánica De Materiales”. F.R. Shanley Ed. Mc-Graw Hill, 1971
“Introducción A La Ciencia E Ingeniería De Materiales”. W. D. Callister. Ed. Reverté, 1995
“Introduction To Creep”. R. W. Evans The Institute of Materials, Londres, 1993
“ASM Handbook Vol 6 Welding”, ASM International 1993
“Soldadura De Aceros Y Aplicaciones”. M. Reina, Madrid, 1990
“Introducción A Los Métodos E.N.D”. F. Ramirez y otros. Ed. INTA Madrid, 1977.
“Control De La Corrosión”. J.A. González. Ed. CENIM, Madrid, 1989.
“Advanced Materials & Processes. Guide To Selecting Engineered Materials”. ASM International. 1989-1994
“Corrosion Engineering” M.G. Fontana Ed. Mc-Graw Hill 1986
PROFESOR RESPONSABLE:
ALFONSO C. CÁRCEL
PRÁCTICAS DE LABORATORIO O INFORMÁTICAS (Título y duración)
* Inspección END. Radiografía. Ultrasonidos. Líquidos penetrantes y partículas magnéticas. 6 horas
* Análisis de fallos en servicio (intercambiadores de calor., bombas, calderas, etc): 2 horas
DISTRIBUCIÓN DE LOS CRÉDITOS SEGÚN EL MÉTODO DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE EMPLEADO
Metodología de enseñanza-aprendizaje
Clase magistral
Resolución de problemas y casos
Prácticas de laboratorio
Prácticas de campo
Prácticas externas
Tutorías (120 horas / semestre)
Exposición oral del estudiante
Créditos actuales
/ Horas docentes
3 / 30
2,2 / 22
0,8 / 8
Horas de trabajo
del alumno
30
22
8
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Actividades en grupo
Trabajos escritos, proyectos. Preparación previa
Otras. Preparación y realización de exámenes
Total créditos impartidos / Horas
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6.00 créditos = 4.80 ECTS
/ 60 horas docentes
24
60
144 horas de trabajo
del alumno
DISTRIBUCIÓN DE LOS CRÉDITOS SEGÚN LOS RECURSOS DIDÁCTICOS EN QUE PARTICIPA EL PROFESOR
Recursos didácticos
Pizarra
Proyector de diapositivas o transparencias
Ordenador y cañón
Intranet de materias
Videoconferencias
Laboratorio
Aulas informáticas
Otros
Total créditos impartidos
Créditos actuales
4
1,2
0,8
6.0
DISTRIBUCIÓN DE LA NOTA FINAL SEGÚN EL MÉTODO DE EVALUACIÓN EMPLEADO
Métodos de evaluación
Prueba escrita
Prueba oral
Exposición
Prácticas
Métodos de evaluación de habilidades clínicas o
asistenciales
Trabajos
Otros
Total nota final
Porcentaje de la nota final
90
10
100%
Observaciones / Condicionantes requeridos:
DESCRIPTORES Y ENFOQUE/CONTENIDOS DE LA ASIGNATURA
Los descriptores aprobados oficialmente parecen indicar que esta asignatura debería incluir
como objetivos la formación específica en:
Comportamiento de materiales: Comportamiento en servicio, bajo las condiciones típicas de
operación de las instalaciones de proceso. Comportamiento mecánico de materiales en condiciones
de altas y bajas temperaturas y bajo ambientes corrosivos. Análisis de fallos por rotura frágil.
Corrosión: Principios de corrosión seca y húmeda. Diseño contra la corrosión.
Inspección: Técnicas de inspección de equipos y diagnóstico de fallos en servicio. Ensayos No
destructivos.
Estos aspectos están contemplados, pero en nuestra opinión el programa queda “cojo” en ciertos
aspectos importantes para el Diseño de Equipos, haciendo por otra parte que se introduzcan
conocimientos nuevos para el alumno sin una referencia previa imprescindible. En concreto, el
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análisis del comportamiento en servicio: fallos por fractura frágil, fatiga, SCC, etc. así como su
prevención mediante selección adecuada de materiales, inspección de defectos por END, es una
formación que debe aportarse, en nuestra opinión, sobre un conocimiento previo del comportamiento
considerado “estándar”, es decir, el comportamiento elástico. Asimismo, todas las aportaciones que
introduce la Mecánica de Fractura sólo tienen sentido si se conoce previamente los procedimientos
clásicos de Elasticidad para el Diseño y dimensionado de componentes.
Adicionalmente, existe en el Plan de Estudios de Ingeniería Química una ausencia que a
nuestro juicio resulta muy destacable. Se supone que el Ingeniero Químico ha de poseer la capacidad
para diseñar y proyectar cualquier tipo de instalación relativa a la industria de procesos. En efecto, la
formación incluye asignaturas adecuadas para el correcto diseño del proceso, esto es: definir
reactivos, condiciones de proceso (temperaturas, presiones, etc), balances de masa y energía, diseño
de reactores: altura, rellenos, número de platos, etc. Sin embargo, no existe ninguna asignatura
troncal con descriptores específicos sobre el cálculo y/o diseño del equipo en el que deba llevarse a
cabo el proceso aunque, efectivamente, exista una asignatura que parece contemplar, por el título,
dichos aspectos: Diseño de Equipos e Instalaciones. Pero sus descriptores no incluyen
específicamente los aspectos de Cálculo y dimensionado necesarios para el diseño.
En el momento de comenzar a impartir esta materia (Plan 1993 ETSII Valencia), existía
además otra grave limitación propia del nuevo título de Ingeniero Químico: la falta de una definición
legal de competencias profesionales. Dado que una definición de competencias debería hacerse, en
su caso, sobre la base de los conocimientos adquiridos en la carrera, consideramos ya en el primer
Plan del 1993 , con el apoyo de la dirección de la ETSII, la conveniencia de incluir, junto a la
formación más o menos explícita indicada por los descriptores, una formación adicional relativa a los
procedimientos de cálculo y diseño.
Es importante destacar que muchas otras Facultades y Escuelas en las que se ha implantado
la titulación con posterioridad parecen haber llegado a conclusiones similares, respecto a la
conveniencia de incluir esta formación adicional. En la mayoría de casos se hace formando parte de
la propia asignatura, a la que en ocasiones se ha aumentado la carga lectiva. En algunos otros casos
se han incluido asignaturas obligatorias como Elasticidad y Resistencia de Materiales.
En la ETSII de Valencia se ha incluido, en la nueva versión del Plan de Estudios de 1997 una
asignatura de este tipo, pero en un curso posterior 5ºCurso, y en principio enfocada no a los
fundamentos de cálculo, sino al diseño global de plantas industriales: Construcciones en Industrias de
Procesos.
Creemos que en una nueva versión del título, o bien se amplía la carga lectiva de la materia,
como ya se hace en otras escuelas, para poder dar una formación adecuada sobre los principios de
cálculo y comportamiento mecánico, o bien se debería incorporar una asignatura básica de tipo
Elasticidad y Resistencia de Materiales, como requisito previo a la asignatura más específica de
Diseño de Equipos. Es también un pre-requisito conveniente la existencia de un curso previo básico
sobre Ciencia de Materiales.
El diseño adecuado de piezas y componentes requiere un cálculo y dimensionamiento correctos
en función de las solicitaciones de servicio y una adecuada selección del material. Ello exige el
conocimiento de los distintos materiales disponibles y de sus propiedades mecánicas, térmicas,
comportamiento frente a la corrosión, etc. requeridas para dicha aplicación. Un conocimiento amplio
sobre los diferentes tipos de materiales utilizables exige una formación adicional que cae fuera del
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alcance y posibilidades de la asignatura Diseño de Equipos e Instalaciones. Afortunadamente, el Plan
de Estudios vigente contempla una asignatura específica: Materiales para Ingeniería Química, que
permite junto a los conocimientos básicos de la materia Ciencia de Materiales complementar la
formación del alumno.