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La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte IV: Teoría Termodinámica de las Soluciones

Es natural pensar que es insuficiente conocer acerca de los fluidos puros, únicamente. Atendiendo a esa expectativa, una vez dominado el uso de los principios básicos en el estudio de las sustancias puras, se pasa a generalizar los conceptos a los sistemas fluidos de más de un componente en ausencia de reacciones químicas. Usualmente la generalización comienza de a poco y típicamente se comienza por un caso muy sencillo pero muy útil y común: el sistema aire - vapor de agua. A ese estudio se le llama psicrometría y es de enorme utilidad práctica en tecnologías como el acondicionamiento de aire y el secado (que es una operación unitaria y está fuera del alcance de la termodinámica).

Diagrama de Fases

Para lograr una verdadera y completa generalización de los fundamentos de la termodinámica a los sistemas de múltiples componentes, resulta muy necesario haber dominado y comprendido previamente algunos conceptos matemáticos, particularmente del ámbito del cálculo en varias variables. La aplicación de éstos permite obtener relaciones matemáticas entre todas las propiedades termodinámicas de interés, siendo de destacada importancia aquellas que relacionan magnitudes medibles con otras, que aunque no lo son, tienen un significado físico muy importante.

Los procesos mecánicos de expansión o compresión de los fluidos, que antes eran tan estudiados, dejan de figurar y se abre paso al entendimiento de cómo se comportan las mezclas. Al respecto hay cosas que son bastante útiles: calcular las propiedades de estos nuevos sistemas, cuantificar cuánto calor se consume o se produce durante el mezclado o entender qué fácil es mezclar y qué difícil es el proceso inverso. Pero lo que lejos de toda duda constituye la piedra angular de muchos de los estudios de otras ramas de la profesión es el estudio de los fluidos de múltiples componentes en equilibrio de fases, esto es, cuando un sistema conformado por más de una fase, se encuentra en equilibrio. continuar leyendo »

Reactores Avanzados para la Producción de Biodiesel

El proceso de producción de biodiesel es muy conocido y relativamente sencillo. ¿Queda algo por mejorar en el proceso? En vista de las recientes publicaciones científicas la respuesta parece ser afirmativa.

Biodiesel

El proceso "batch" convencional de producción de biodiesel es la transesterificacion de grasas o aceites con metanol o etanol en un reactor tanque agitado. El método es tan conocido que hasta pueden verse videos en Youtube explicando cómo producir en un garaje usando equipamiento muy sencillo que consiste en poco más que unos tanques y bombas. A modo de ejemplo, en el video de Youtube al final de este artículo se detalla cómo fabricar biodiesel a escala laboratorio.

En este contexto no hay demasiado incentivo para tratar de mejorar radicalmente el proceso. En la producción a gran escala, por otro lado, resultan muy atractivas las innovaciones que permitan realizar el proceso con mejor eficiencia. Si una mejora sustancial en la tecnología de reactores permite aumentar el rendimiento volumétrico por ejemplo, se generan potenciales reducciones en el costo de la planta y de la operación que impactan la economía del proceso entero. continuar leyendo »

5 razones para estudiar Ingeniería Química

La ingeniería química es una de las carreras más desafiantes y gratificantes que puedas elegir.

Esto es porque la industria química es una de las fuerzas impulsoras más importantes de las economías de muchos países, sirviendo de base para otras industrias como la siderúrgica, petrolera, alimenticia y electrónica.

Industria Química

Asimismo, muchos de los últimos avances en dispositivos electrónicos, médicos, y materiales de alto rendimiento, así como las nuevas tecnologías para remediar daños ambientales e incrementar la productividad agrícola, surgen a partir de innovaciones y mejoras continuas desarrolladas por ingenieros químicos.

Entonces... por qué estudiar Ingeniería Química?

1. La Ingeniería Química ofrece una variedad amplia de opciones de carrera

Los ingenieros químicos pueden tener múltiples oportunidades de carrera. Un graduado puede desempeñarse haciendo investigación y desarrollo, trabajando como ingeniero de campo u ocupando una posición gerencial senior. Aquellos que son empleados por compañías multinacionales viajan frecuentemente alrededor del mundo. Otras opciones de carrera incluyen la participación en el diseño y optimización de procesos y plantas, construcción e instalación de plantas industriales, en sectores de manufactura y producción, o en tareas de gestión.

2. Los Ingenieros Químicos adquieren una multiplicidad de habilidades y competencias

Una de las claves de la formación en ingeniería química es la flexibilidad. Durante la carrera, se estudian los procesos fisicoquímicos a nivel molecular, pero también a nivel de escala industrial. La formación está fuertemente basada en disciplinas como matemática, física, química, informática e ingeniería; pero también incluye nociones de economía, gestión y seguridad y medio ambiente. También hay entrenamiento en la realización de experimentos científicos sofisticados, los últimos desarrollos en computación, y el uso de plantas piloto de gran escala. Esta combinación de herramientas y habilidades se convierte en una fortaleza de los graduados en ingeniería química.

3. La Ingeniería Química abre puertas

Incluso aquellos graduados que deciden no aceptar trabajos en la industria, tienen grandes posibilidades en otras áreas debido a las habilidades analíticas, de gestión y de resolución de problemas que se adquieren durante la etapa formativa. Existen muchos casos de graduados de ingeniería química que luego siguen carreras exitosas en campos como finanzas, consultoría o periodismo científico, por nombrar algunas. continuar leyendo »

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte III: Aplicaciones de los Fundamentos de la Termodinámica

Los elementos teóricos mencionados en la Parte II de esta serie de artículos, se ponen al servicio de una aplicación por primera vez en el empleo de las tablas de propiedades termodinámicas del agua, especialmente en fase vapor. Su importancia se debe a que el vapor es un servicio industrial casi omnipresente en fábricas y plantas de procesamiento, y además a que es la base de la comprensión de la tecnología de las plantas de generación de energía termoeléctrica. De hecho, una planta termoeléctrica es básicamente una máquina térmica, como la de Carnot, solo que de la vida real, de gran tamaño e impulsada por vapor de agua.

Termodinamica

Con el fin de ilustrar los conceptos, se apela a dispositivos de carácter mecánico, como los mecanismos cilindro-pistón, otros ciclos de producción de potencia, como los de los automóviles o los que impulsan a los aviones, así como ciclos de refrigeración. Esos aparatos en sí no son lo que se estudia, pues eso es de interés de la ingeniería mecánica; lo que es importante para la ingeniería química es conocer qué le pasa a la materia y a la energía cuando esos aparatos los transforman y manipulan.

Llegado a este punto, formas específicas de la materia ganan protagonismo: los fluidos. En consecuencia ya no se habla mucho en términos de transformación de la materia, sino de transformación de los fluidos. Debido a la importancia práctica que tienen los gases en diversos procesos químicos industriales continuar leyendo »

Experimentos de Nanotecnología con videos

El grupo de educación interdisciplinaria del centro de investigación en ciencias e ingeniería de materiales de la universidad de Winsconsin en Madison usa ejemplos de nanotecnología y materiales avanzados para explorar conceptos de ingeniería y ciencias a nivel universitario. Este grupo ha puesto a disposición del público prácticas de laboratorio orientadas a la enseñanza en las áreas de nanotecnología. Videos y fotografías de cómo realizar los experimentos están incluidos e incluso hay algunas que han sido traducidas al español.

Experimentos de nanotecnologia

Estas prácticas pueden ser de interés para estudiantes que pudieran utilizarlos para alguna demostración o incluso como una idea para algún proyecto. Para profesores les serviría de gran ayuda en la enseñanza. La mayoría de los materiales utilizados para los experimentos son fáciles de encontrar en muchos laboratorios de química a nivel universitario. Existen experimentos básicos, intermedios y avanzados. Así que hay oportunidades para todos, dependiendo de los materiales que tengan disponibles.

Entre los experimentos se encuentran continuar leyendo »

La Termodinámica en la Ingeniería Química. Parte II: Leyes de la Termodinámica

[Vuelve a la parte I de la serie: Introducción a la Termodinámica en Ingeniería Química]

Por lo general un curso previo de física constituye previa contextualización de algunas nociones fundamentales como energía y su conservación, trabajo, movimiento, calor, temperatura etc. Se da por descontado que todas ellas se conocen en alguna medida al abordar la materia por primera vez.

Termodinamica

Esas nociones primitivas se profundizan; se estudian todas las formas de energía que pueden tener que ver con un sistema, se distinguen claramente aquellas magnitudes físicas que son propiedades termodinámicas de aquellas que no lo son, y se diferencian clases de sistemas (abierto, cerrado, aislado, etc). Es en esta etapa donde se tiene un primer feliz encuentro con un racionamiento tan poderoso que será en adelante el santo grial de la interpretación matemática de una enorme cantidad de situaciones físicas prácticas: el principio del balance.

Primera Ley de la Termodinámica

El principio del balance se puede expresar de la siguiente manera:

Lo que ingresa + Lo que se genera = Lo que sale + Lo que se acumula

Si se aplica para la materia en un sistema, se habla de la bien conocida ley de la conservación de la masa, que no se considera una ley de la termodinámica, pero es en todo caso de obligatorio cumplimiento. Cuando se aplica a la energía en un sistema, se habla de la conservación de la energía, el balance energético, o bien del primer principio o primera ley de la termodinámica. Incluso, si se asimila como filosofía de vida puede aplicarse con éxito en llevar con orden las finanzas personales.

Con la primera ley, se puede entender algo de enorme importancia para la tradición de la tecnología: una máquina térmica en la forma de un ciclo de vapor de agua. Es mucho más que una aplicación trivial, pues fue esa idea la que permitió la invención de la máquina de vapor durante la revolución industrial, lo cual condujo históricamente a que se sentaran las bases de la termodinámica como la conocemos hoy.

El estudio de esa máquina térmica consiste básicamente continuar leyendo »

La Termodinámica en la Ingeniería Química - Parte I: Introducción

Introduciendo la palabra “Termodinámica” en el buscador de este portal, me he encontrado con foros de discusión de personas que apenas comienzan los estudios y que plantean inquietudes acerca de la naturaleza de esa temática...

Termodinamica

Preguntas típicas son: qué cuestiones aborda, por qué está presente en tantos lugares en la mayoría de las mallas curriculares o a qué se debe su importancia.

El propósito del presente escrito es precisamente describir qué es lo que se estudia en esta materia tan interesante y bella, señalando por qué es tan importante en la formación posterior y en el quehacer de un ingeniero(a) químico(a).

La Ingeniería Química y la Termodinámica

Por un lado, la ingeniería química es, básicamente, el estudio de la transformación de la materia y la energía con el fin de generar valor y riqueza y por esa vía contribuir al bienestar de la sociedad. Por su parte, la termodinámica es, básicamente, el estudio de algunos aspectos fundamentales de la materia, la energía y su interacción. En ambas definiciones se encierra la razón por la que la termodinámica es uno de los pilares de la ingeniería química. Sin ella como fuente de principios y fundamentos, la misión social de la ingeniería química no sería posible de cumplir a satisfacción; al menos no con buen juicio y verdadero criterio de ingeniería. continuar leyendo »