Resumen Breve
Este video de Manuel Moya ofrece una introducción a la ingeniería química y sus operaciones unitarias. Define la ingeniería química, su rol en el desarrollo de procesos industriales y las disciplinas afines. Además, presenta una breve reseña histórica de la evolución de los procesos químicos y explica cómo cualquier nuevo proceso o producto parte de una idea, pasando por fases de investigación, desarrollo, planta piloto y finalmente, la planta industrial. El video también explica que todo proceso químico puede descomponerse en operaciones unitarias básicas, clasificándolas según el tipo de transporte que predomine: cantidad de movimiento, energía o materia.
- Definición y alcance de la ingeniería química.
- Evolución histórica de los procesos químicos.
- Descomposición de procesos en operaciones unitarias.
- Clasificación de operaciones unitarias según el tipo de transporte.
Introducción a la Ingeniería Química y Objetivos del Tema
El objetivo principal de este tema es diferenciar el campo de actuación del ingeniero químico, conocer la evolución histórica de la industria química, comprender que todo proceso industrial comienza con una idea y familiarizarse con las principales operaciones unitarias de la ingeniería química. Se define la ingeniería química como la rama de la ciencia que se encarga de concebir, calcular, proyectar, construir y operar instalaciones industriales para llevar a cabo reacciones químicas u operaciones físicas de separación a escala industrial. La misión fundamental de la ingeniería química es transformar concepciones de laboratorio en procesos de fabricación eficientes.
Proceso Químico Industrial
Se resume el proceso químico industrial, que comienza con materias primas sometidas a operaciones físicas de separación y acondicionamiento. Estas materias acondicionadas se someten a una reacción química, resultando en materias primas no reaccionadas, productos y subproductos. La corriente resultante se somete a operaciones de separación y acondicionamiento para obtener el producto final deseado, reciclar las materias primas no reaccionadas y tratar o eliminar los subproductos. Las operaciones de tipo físico son las operaciones básicas de la ingeniería química, mientras que la etapa de reacción química se estudia en la ingeniería de la reacción química.
Disciplinas Afines a la Ingeniería Química
La ingeniería química se relaciona con diversas disciplinas, como la ingeniería bioquímica, la química industrial para el diseño de procesos, la ingeniería de procesos para el desarrollo de proyectos, la ciencia de los materiales, la economía y optimización de procesos, la tecnología del medio ambiente, la seguridad industrial, la termodinámica, la termotecnia, la electricidad, la electrotecnia y la instrumentación y control. La optimización económica, la eficiencia ambiental y la seguridad son consideraciones clave en el diseño y operación de plantas químicas.
Desarrollo Histórico de los Procesos Químicos
La química y la ingeniería química se desarrollan a partir del siglo XIX. En los siglos XI y XIV, se utilizaban reactivos naturales como ácidos débiles. En el siglo XV, se desarrollaron procedimientos para obtener ácidos fuertes. La Revolución Industrial, entre los siglos XV y XVII, impulsó la generación de energía necesaria en las plantas. La industria química científica surge a inicios del siglo XIX, con desarrollos como la fábrica azucarera de Silesia y el gas de alumbrado. En la primera mitad del siglo XX, se destacan la destilación discontinua, la producción de baquelita y amoníaco. A mediados del siglo pasado, aparecen herbicidas, teflón y resinas de poliéster. Actualmente, la industria química se enfoca en el desarrollo de nuevos procesos y productos, la modificación de procesos existentes, la conservación del medio ambiente, el tratamiento de aguas residuales y el desarrollo de nuevas energías como la biomasa.
Desarrollo de Nuevos Procesos y Productos
Todo nuevo proceso o producto comienza con una idea que debe pasar por un estudio de mercado para evaluar su viabilidad económica. Si la idea es viable, se inicia la investigación, desarrollo e innovación (I+D+i). Luego, se diseña y opera una planta piloto, evaluando continuamente el mercado. Si el producto es rentable, se pasa a la planta industrial, donde se sigue monitoreando el mercado y se pueden realizar modificaciones al producto o al proceso para mantener la rentabilidad. Las etapas de I+D+i, planta piloto y planta industrial son responsabilidad de la ingeniería química.
Operaciones Unitarias de la Ingeniería Química
Todo proceso químico, independientemente de su escala, puede descomponerse en una serie de operaciones básicas o unitarias, como el secado, la filtración y el transporte de fluidos. El número de estas operaciones es limitado, y cada proceso individual utiliza solo algunas de ellas. El objetivo de toda operación unitaria es modificar las condiciones de una determinada cantidad de materia, ya sea su masa, composición o contenido energético, para hacerla más útil. Este cambio de condiciones se puede lograr modificando su masa o composición (transporte de materia), su nivel de energía (transporte de energía) o sus condiciones de movimiento (transporte de cantidad de movimiento).
Clasificación de las Operaciones Unitarias
Las operaciones unitarias se clasifican en función del tipo de transporte que predomina: transporte de cantidad de movimiento, transporte de energía (transferencia de energía) o transporte de materia. Algunas operaciones involucran simultáneamente transporte de materia y energía. También existen operaciones complementarias como la trituración, molienda, tamizado y mezclado. Para etapas con reacción química, se tiene la operación unitaria química, que es la reacción química en sí.
Ejemplos de Operaciones Unitarias
Se presenta una clasificación de operaciones unitarias según el mecanismo de transporte mayoritario. Para transferencia de materia, se mencionan la destilación, rectificación, absorción, extracción, lixiviación, intercambio iónico, ósmosis y ósmosis inversa. Para transmisión de calor, se incluyen la evaporación y el intercambio de calor. Para la transferencia simultánea de materia y energía, se nombran la humidificación, secado, cristalización y liofilización. Para el transporte de cantidad de movimiento, se mencionan la filtración, sedimentación y centrifugación.
