Ingeniera qumica

La ingeniera qumica es una rama de la ingeniera, quese encarga del diseo, manutencin, evaluacin, optimi-zacin, simulacin, planicacin, construccin y opera-cin de todo tipo de elementos en la industria de procesos,que es aquella relacionada con la produccin de compues-tos y productos cuya elaboracin requiere de sosticadastransformaciones fsicas y qumicas de la materia.[1]

La ingeniera qumica tambin se enfoca al diseo de nue-vos materiales y tecnologas, es una forma importante deinvestigacin y de desarrollo. Adems es lder en el cam-po ambiental, ya que contribuye al diseo de procesosambientalmente amigables y procesos para la desconta-minacin del ambiente.[2]

La ingeniera qumica se fundamenta en las ciencias bsi-cas como matemtica (lgebra lineal o superior, clculo,ecuaciones diferenciales, mtodos numricos, matemti-ca avanzada), las ciencias bsicas de la ingeniera qu-mica (termodinmica, fenmenos de transporte, cinti-ca qumica), y disciplinas aplicadas tales como ingenie-ra de procesos, diseo de reactores, diseo de equipospara procesos qumicos, y procesos de separacin. Tam-bin se van incorporando elementos de ciencias ambien-tales, biotecnologa, ingeniera de alimentos e ingenierade materiales.

1 EtimologaEn 1996, un artculo escrito para la revista British Journalfor the History of Science cita a James F. Donnelly, en re-lacin a la ingeniera qumica y a la produccin de cidosulfrico. Sin embargo, se suele acuar como el primerIngeniero Qumico y fundador del trmino a George E.Davis; supervisor de plantas industriales, qumico y pro-fesor de la Universidad de Manchester, donde por pri-mera vez ofrece 12 cursos relacionados con los procesosqumicos y convoca a la formacin de esta nueva profe-sin. En 1901, publica el Manual del Ingeniero Qumi-co (Handbook of Chemical Engineering), considerado elprimer texto de la profesin.[3]

2 ObjetivosSegn la Constitucin del American Institute of Chemi-cal Engineers, la Ingeniera Qumica es la profesin en lacual el conocimiento de la matemtica, qumica y otrasciencias bsicas, ganados por el estudio experiencia y la

George E. Davis, fundador

AIChE, American Institute of Chemical Engineers

prctica, es aplicado con juicio para desarrollar maneraseconmicas de usar materiales y energa para el bene-cio de la humanidad. Por ello, el objetivo de la ingenieraqumica diere de las ciencias puras como la qumica ola biologa, donde el enfoque es el estudio de fenme-nos cientcos. Un ingeniero de otras ramas se enfocara,de acuerdo a su campo, en los elementos para la produc-cin, sean los equipos mecnicos involucrados, elemen-tos electrnicos, los equipos de transmisin y generacinde energa elctrica, gestin de operaciones involucradasen el proceso industrial, sistemas de informacin maneja-dos. El ingeniero qumico se involucrara en la creacin,diseo, mejora y utilizacin, de equipos, procesos, mate-

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2 3 CAMPOS DE ACCIN

riales, energa e informacin, siempre para lograr un ob-jetivo, el cual es producir productos y servicios bajo laspremisas: calidad, de manera integra y segura, factibletcnico-econmicamente, respetando al ambiente, sobreslidas bases cientcas que logren procesos replicables yables, siempre para el benecio de la humanidad.[4]

3 Campos de accinLa ingeniera qumica implica en gran parte el dise-o el mantenimiento de los procesos qumicos para lafabricacin a gran escala. Emplean a los ingenieros qu-micos en esta rama generalmente bajo ttulo de ingenierode proceso.[5] El desarrollo de los procesos a gran escalacaractersticos de economas industrializadas es una ha-zaa de la ingeniera qumica, no de la qumica en su mspura expresin. De hecho, los ingenieros qumicos sonresponsables de la disponibilidad de los materiales de altacalidad modernos que son esenciales para hacer funcio-nar una economa industrial.[6]

Por otro lado, la qumica es la ciencia que estudia lamateria, sus cambios y la energa involucrada. La impor-tancia radica en que todo lo que nos rodea es materia.El ingeniero qumico participa de una manera importan-te en lo relacionado al diseo y la administracin de todoel proceso qumico a escala industrial que permite satis-facer una necesidad partiendo de materias primas hastaponer en las manos del consumidor un producto nal.La presencia del profesional de la ingeniera qumica lapodemos ver en reas tales como la produccin, controlde procesos, control de calidad, seguridad industrial, apo-yo tcnico-legal, seguridad e higiene, alimentos, cosm-tico y ecologa en donde plantea, disea, construye, operay controla unidades para disminuir el impacto contami-nante de las actividades humanas.[7]

3.1 AplicacionesLas aplicaciones que puede realizar un ingeniero qumicoson variadas; pueden mencionarse las siguientes a modode ejemplo:

Estudios de factibilidad tcnico-econmica Especicacin / Diseo / Control de equipos y pro-cesos

Construccin / Montaje de equipos y plantas Control de produccin / Operacin de plantas indus-triales

Control de calidad de productos Compras y comercializacin Ventas tcnicas

Ejemplo de sistema de control, tanque de agitado continuo.

Control ambiental Investigacin y desarrollo de productos y procesos Capacitacin de recursos humanos[8]

3.2 Sectores industriales

BASF, Planta Qumica en Portsmouth, Virginia, Estados Unidos.

Entre los mayores sectores industriales ms importantesque emplean a profesionales de la ingeniera qumica seencuentran:

Industria qumica / Petroqumica Gas y petrleo / Reneras

3 Alimentos y bebidas / Biotecnologa Siderrgica / Metalrgica / Automotriz Materiales / Polmeros / Plsticos Generacin de energa Otras (farmacutica, textil, papelera, minera, etc.)[9]

4 Historia

Mquina de Carnot, procedimiento para producir trabajo a partirde dos focos de temperatura. Los principios fsicos asociados ala termodinmica, iniciados por Sadi Carnot, constituyen una delas principales bases de la ingeniera qumica

En 1824, el fsico francs Sadi Carnot, en su obra maes-tra Rexions sur la puissance motrice du feu et sur lesmachines propres dvelopper cette puissance (Reexio-nes sobre la potencia motrz del fuego y sobre las m-quinas adecuadas para desarrollar sta potencia), fue elprimero en estudiar la termodinmica de las reaccionesde la combustin en motores de vapor, revolucionandola ingeniera como era conocida.[10] Durante la dcadade los 1850s, el fsico alemn Rudolf Clausius comen-z a aplicar los principios desarrollados por Carnot a lossistemas de productos qumicos en lo atmico a escalamolecular, logrando la demostracin matemtica de tran-sicin de fase en un sistema monocomponente, conocidacomo la Relacin de Clausius-Clapeyron.[11] Durante losaos 1873 a 1876 en la universidad de Yale, el fsico ma-temtico estadounidense JosiahWillard Gibbs, fue el pri-mero en dirigir en los Estados Unidos, una serie de tres

escritos desarrollando una metodologa matemtica, ba-sada en la grca, para el estudio de sistemas qumicosusando la termodinmica de Clausius. En 1882, el fsicoalemn Hermann von Helmholtz, public un escrito confundamentos de la termodinmica, similar a Gibbs, pe-ro con una base ms electroqumica, en la cual demostresa medida de anidad qumica, es decir la "fuerza" delas reacciones qumicas, que es determinada por la medi-da de la energa libre del proceso de la reaccin. Despusde estos progresos tempranos, la nueva ciencia de la inge-niera qumica comenz a transformarse. Los siguienteshechos demuestran algunos de los pasos dominantes enel desarrollo de la ingeniera qumica:

Primer grupo de ingenieros qumicos, curso X, del Instituto deTecnologa de Massachusetts (MIT).

1888 - Lewis M. Norton comienza un nuevo plande estudios en el Instituto de Tecnologa de Mas-sachusetts (MIT) denominado Curso X, IngenieraQumica.

1901 - George E. Davis publica el primer Manualdel Ingeniero Qumico.

1908 - Se funda el Instituto Americano de Ingenie-ros Qumicos (AIChE).

1919 - Se funda la Universidad de Concepcin (Chi-le), con el inicio de la Escuela de Qumica Indus-trial que otorgaba el ttulo de Ingeniero en Qumicay tambin el ttulo de Qumico analista. (17 de mar-zo 1919)

1919 - Se crea la Universidad Nacional del Litoral ycon ella la Facultad de Qumica Industrial y Agrco-la, Santa Fe, Argentina (actual Facultad de Ingenie-ra Qumica (FIQ)), tiempo despus que se fundasela Escuela de Qumica Industrial en la Universidadde Concepcin en Chile.

1922 - Se funda la Institucin Britnica de Ingenie-ros Qumicos (IChemE).

1923 - Se titulan los primeros cuatro IngenierosQumicos Industriales de Chile y Latinoamrica, enla Universidad de Concepcin, Chile.

4 4 HISTORIA

Como disciplina, en sus orgenes, la ingeniera qumicaera bsicamente una extensin de la ingeniera mecnicaaplicada a resolver los problemas de fabricacin de sus-tancias y materiales qumicos, que era la tarea tradicionalde la qumica industrial. En contraste, la ingeniera qu-mica moderna est estructurada alrededor de un sistemade conocimientos propio acerca de fenmenos y procesosvinculados con la produccin de sustancias y materialesmediante cambios en las propiedades fsicas, qumicas, oambas, de la materia.Debe tenerse en cuenta que en el campo de la ingenie-ra qumica se pueden reconocer tendencias y momentoscruciales que pueden considerarse paradigmticos.

4.1 Operaciones Unitarias

A + B

A + B

Steam StillBottoms

Puried A

CoolingWater

A

Destilacin, un tipo de operacin unitaria

El primero de ellos data de 1915, cuando en el InstitutoTecnolgico deMassachussets (MIT) los profesoresWal-ker, Lewis y McAdams le dieron forma al concepto deOperaciones unitarias como una serie de operacionescomunes a muchos procesos industriales, tales como latransferencia de energa, destilacin, ujo de uidos, l-tracin, trituracin, molienda y cristalizacin; y que per-miti unicar -a la vez que dar sustento cientco y le-yes generales- a las diversas operaciones y procesos de lanaciente Ingeniera Qumica. Este modelo de las Opera-ciones Unitarias, que implicaba el estudio de estas opera-ciones separadas de los procesos industriales especcos,con una forma de abordar y solucionar los problemas deescala industrial fundamentalmente emprico, fue utiliza-do con xito durante muchos aos.[12]

4.2 Fenmenos de Transporte y ReactoresQumicos

Ya desde 1910, el trabajo de Haber-Bosh, haba demos-trado la importancia del trabajo en conjunto de la inge-niera mecnica y la qumica aplicada para el diseo deprocesos qumicos industriales a gran escala. A principiode los aos 50, bajo el impulso del Centro de desarrollo deShell msterdam y de la Universidad Tcnica de Delft,se consolid la ingeniera de las reacciones como partefundamental del desarrollo de la ingeniera qumica.[14]

Centro de Desarrollo Tecnolgico Shell, msterdam.[13]

En 1960, nace un nuevo paradigma de la ingeniera qu-mica con la publicacin del libro Fenmenos de transpor-te de R. B. Bird,W. E. Stewart y E. N. Lightfoot estableceun mtodo distinto para el anlisis y estudio de los fen-menos fsico-qumicos, y que busca explicaciones mole-culares para los fenmenos macroscpicos. El estudio delos fenmenos de transporte comprende aquellos proce-sos en los que hay una transferencia o transporte neto decantidad de movimiento (Leyes de Newton), transferen-cia de calor (Leyes de Fourier) y transferencia de masa(Leyes de Fick). Mediante el anlisis fsico-matemtico,fue posible implementar las bases para el diseo en la in-geniera qumica, mediante un anlisis de materia, ener-ga o momentum lineal desde el punto de vista microsc-pico o molecular.[15]

4.3 Produccin enmasa, ingeniera de pro-cesos

Produccin industrial de quesos

Con el aumento de la poblacin mundial, ha sido necesa-rio el aumento de la produccin a un menor costo, tantoenergtico, materiales y recursos nancieros. La elabora-cin de nuevos procesos para la produccin de frmacos,alimentos, agua potable, energa, ha motivado al desarro-llo y especializacin de la ingeniera qumica en diversasreas y as disear, controlar y mantener esos procesos

5que cumplan dichas necesidades. Entre las reas de espe-cializacin estn: rea farmacutica, rea de alimentos,rea energtica, rea de tratamiento de aguas, rea decostos, entre otros.

5 Tareas del Ingeniero QumicoLos Ingenieros Qumicos estn involucrados en todas lasactividades que se relacionen con el procesamiento dematerias primas (de origen animal, vegetal o mineral) quetengan como n obtener productos de mayor valor y uti-lidad. Por lo tanto, pueden desarrollar sus actividades en:

Plantas industriales Empresas de construccin y/o montaje de plantas yequipos

Empresas proveedoras de servicios tcnicos (con-sultora, control de calidad, mantenimiento, etc.)

Organismos gubernamentales o no gubernamentalesde acreditacin, control y estndares

Instituciones de educacin superior Centros de Investigacin y Desarrollo (Industriales /Acadmicos)

Durante la planicacin de un proceso de manufacturael ingeniero qumico debe: denir los problemas, deter-minar el objetivo, considerar las limitaciones de tiempo,materiales y costo y, en consecuencia, disear y desarro-llar la planta de proceso.Una vez instalado el equipo de proceso, el ingeniero qu-mico permanece con frecuencia en la planta para supervi-sar y administrar la operacin, as como para asegurar elcontrol de calidad y el mantenimiento de la produccin.Por lo tanto, el desarrollo profesional del ingeniero qu-mico comprende los siguientes campos de actividad:

Control de procesos, automatizacin e instrumenta-cin.

Informtica, programacin y manejo de computado-ras.

Energticos, fuentes alternas de energa

Control de contaminacin.

Simulacin de procesos.

Sntesis de procesos.

Productividad y calidad.

Polmeros, plsticos y cermicos.

Biotecnologa.

Investigacin.

Manejo de desechos txicos.

Administracin y ventas.

6 Vase tambin Ingeniera Qumica Ingeniera bioqumica Ingeniera biotecnolgica Operaciones unitarias Renera de petrleo Industria qumica

7 Referencias[1] Helmenstine, Anne Marie. What Is Chemical Enginee-

ring? What Do Chemical Engineers Do? (en ingls).About.com. Consultado el 1 de mayo de 2014.

[2] What is Chemical Engineering? (en ingles). Massachu-setts Institute of Technology. Consultado el 1 de mayo de2014.

[3] George E. Davis. Courtesy Chemistry & Industry(1981). (en ingls). Chemical Heritage Foundation. Con-sultado el 15 de junio de 2014.

[4] AIChE Constitution (en ingls). AlChE. 17 de enero de2003. Consultado el 8 de junio de 2014.

[5] Qu es la Ingeniera Qumica?. Universidad SimnBolivar. Consultado el 1 de mayo de 2014.

[6] Chemical Engineering (en ingls). University of RhodeIsland. Consultado el 1 de mayo de 2014.

[7] Chemical Engineering in action (en ingls). Consultadoel 21 de mayo de 2014.

[8] Scodelaro, Federico (28 de junio de 2006). Actividadesdel Ingeniero Qumico. IngenieriaQuimica.org. Consul-tado el 5 de mayo de 2014.

[9] Linthwaite, Mark (27 de junio de 2013). Chemical engi-neering: industry sector overview (en ingls). Target JobsEngineering. Consultado el 2 de agosto de 2014.

[10] Carnot, Sadi (1824).Rexions sur la puissance motrice dufeu et sur les machines propres dvelopper cette puissance.Paris: Bachelier.

6 8 ENLACES EXTERNOS

[11] Clausius, R. (1850). Ueber die bewegende Kraft derWrme und die Gesetze, welche sich daraus fr die Wr-melehre selbst ableiten lassen [On the motive powerof heat and the laws which can be deduced therefromregarding the theory of heat]. Annalen der Physik (engerman) 155: 500524. Bibcode:1850AnP...155..500C.doi:10.1002/andp.18501550403.

[12] Arthur D. Little, William H. Walker, andWarren K. Le-wis. Chemistry in history. Chemical Heritage Founda-tion. Consultado el 2 de agosto de 2014.

[13] Shell Global Research Centres. Research Centres. ShellGlobal. Consultado el 2 de agosto de 2014.

[14] Mazzarri, Cateryna (16 de septiembre de 2011).Ingeniera Qumica: Historia y Evolucin (PDF).Universidad Rafael Urdaneta. Consultado el 1 de agostode 2014.

[15] Thomas, William J. Introduction to Transport Pheno-mena. Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, 2000.

8 Enlaces externos Denicin extendida de Ingeniera Qumica Introduccin a la Ingeniera Qumica

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