CapÃtulo 1 : Ingeniería química
La ingeniería química es un subcampo de la ingeniería que se centra en el estudio de la operación y el diseño de instalaciones químicas, así como en las estrategias que se pueden utilizar para mejorar la producción. Con el fin de transformar las materias primas en productos beneficiosos, los ingenieros químicos diseñan procedimientos comerciales que son rentables y eficientes. Los principios de la química, la física, las matemáticas, la biología y la economía se utilizan en el campo de la ingeniería química para utilizar, fabricar, diseñar, transportar y transformar eficazmente la energía y los materiales. Los ingenieros químicos son responsables de una amplia variedad de tareas, incluida la aplicación de nanotecnología y nanomateriales en el laboratorio, así como el desarrollo de procesos industriales a gran escala que transforman la energía, las materias primas, las células vivas y los microbios en formas y productos útiles. Hay muchos aspectos del diseño y la operación de la planta en los que participan los ingenieros químicos. Algunos de estos aspectos incluyen evaluaciones de seguridad y peligros, diseño y análisis de procesos, modelado, ingeniería de control, ingeniería de reacciones químicas, ingeniería nuclear, ingeniería biológica, especificaciones de construcción e instrucciones de operación.
La mayoría de las veces, los ingenieros químicos tienen un título en ingeniería química o ingeniería de procesos a su nombre. Los ingenieros que trabajan activamente en el campo pueden tener certificaciones profesionales y ser miembros de un cuerpo profesional que haya sido acreditado. Instituciones como el Instituto Americano de Ingenieros Químicos (AIChE) y la Institución de Ingenieros Químicos (IChemE) son ejemplos de este tipo de organizaciones. Un título en ingeniería química está directamente relacionado con todos los demás campos de la ingeniería, en diversos grados, y esta conexión es extremadamente fuerte.
James F. Donnelly es citado en un artículo de 1996 por citar una referencia a la ingeniería química en 1839 que se hizo con respecto a la fabricación de ácido sulfúrico. En contraste, la palabra fue acreditada a George E. Davis, un consultor inglés, en el mismo informe. A Davis se le atribuye haber sido el primero en usar el término. Una Sociedad de Ingeniería Química fue otra organización que Davis intentó establecer; sin embargo, finalmente pasó a llamarse Sociedad de la Industria Química (1881), y Davis se desempeñó como el primer secretario de la organización. Una enciclopedia cita el año 1890 como el momento en que la frase se usó por primera vez en la historia de la ciencia en los Estados Unidos. Después del año 1850, el término "ingeniería química" en lo que respecta a la utilización de aparatos mecánicos en la industria química se convirtió en un término de vocabulario generalizado en Inglaterra. Para el año 1910, el término "ingeniero químico" ya se había utilizado ampliamente tanto en los Estados Unidos como en el Reino Unido.
En la década de 1940, se hizo muy evidente que el desarrollo de reactores químicos no podía lograrse únicamente mediante el uso de operaciones unitarias. A pesar de que las operaciones unitarias continuaron siendo el tema más común en las clases de ingeniería química tanto en los Estados Unidos como en el Reino Unido hasta la década de 1960, se comenzó a prestar cada vez más atención a los fenómenos de transporte. Junto con la definición de otras ideas nuevas, como la ingeniería de sistemas de procesos (PSE), también se propuso un "segundo paradigma". En lo que respecta a la ingeniería química, los fenómenos de transporte proporcionaron un enfoque analítico, mientras que la ingeniería de ciencias de procesos (PSE) se concentró en los componentes sintéticos del campo, como los de un sistema de control y el diseño de procesos. Aunque el sector petroquímico fue el principal impulso detrás de los avances en ingeniería química que ocurrieron antes y después de la Segunda Guerra Mundial, otros campos también lograron avances significativos en sus propios campos. En la década de 1940, por ejemplo, los avances en ingeniería bioquímica encontraron aplicaciones en el negocio farmacéutico. Estos avances hicieron posible la fabricación de una amplia variedad de antibióticos en grandes cantidades, incluyendo penicilina y estreptomicina. Mientras tanto, los avances en la ciencia de los polímeros durante la década de 1950 abrieron el camino para que comenzara la "era de los plásticos".
También fue durante este período de tiempo que surgieron preocupaciones sobre la seguridad de las plantas de fabricación de productos químicos a gran escala, así como su influencia en el medio ambiente. Los lectores se dieron cuenta de las consecuencias potencialmente peligrosas del DDT, un poderoso insecticida, cuando el libro Primavera Silenciosa se publicó por primera vez en 1962. El accidente ocurrido en Flixborough, Reino Unido, en 1974 provocó la muerte de 28 personas y daños en una planta química, así como en tres comunidades que se encontraban en las cercanías. Cerca de cuatro mil personas perdieron la vida como resultado de la tragedia de Bhopal ocurrida en la India en 1984. Debido al mayor énfasis puesto en la seguridad industrial y la protección del medio ambiente, la reputación del comercio se vio afectada negativamente por estos sucesos, así como por otros incidentes ocurridos en la industria. Como reacción, el Consejo Internacional de Ingenieros Químicos ordenó que la seguridad se incorporara en todos y cada uno de los programas de grado que acreditó después del año 1982. Varias naciones, incluidos los Estados Unidos de América, Francia y Alemania, ya habían establecido regulaciones y organizaciones de monitoreo para cuando llegó la década de 1970. Con el paso del tiempo, la aplicación de los principios de seguridad de manera metódica a las instalaciones químicas y de otros procesos llegó a ser reconocida como un campo de estudio distinto, que generalmente se conoce como seguridad de procesos.
El desarrollo de la informática ha llevado a la creación de programas que facilitan el proceso de planificación y mantenimiento de las plantas. Estas aplicaciones simplifican los cálculos y dibujos que antes se realizaban manualmente. Además, la finalización del Proyecto del Genoma Humano se considera un avance significativo, ya que no solo contribuye al avance de la ingeniería química, sino también de la ingeniería genética y la genómica. Las cantidades de secuencias de ADN se fabricaron utilizando la aplicación de principios del campo de la ingeniería química.
La práctica de la ingeniería química requiere la aplicación de una serie de principios diferentes. A continuación se describen los conceptos que son esenciales.
El diseño en ingeniería química se refiere al proceso de desarrollo de diseños, especificaciones y evaluaciones económicas para plantas piloto, nuevas plantas o modificaciones a instalaciones existentes por parte de ingenieros químicos. En muchos casos, los ingenieros de diseño se emplean en capacidades de consultoría, diseñando plantas para cumplir con los requisitos de los clientes. Una serie de elementos, como la financiación, las normas gubernamentales y los requisitos de seguridad, contribuyen a las limitaciones a las que se enfrenta el diseño. La elección del proceso, los materiales y el equipo que se utilizará en una planta está determinada por estos límites.
Depende de la magnitud de la inversión si los ingenieros de proyecto o los gerentes de proyecto son responsables de coordinar el desarrollo de la planta. Es posible que un ingeniero químico trabaje como ingeniero de proyectos a tiempo completo o parcial, lo que requiere capacitación y habilidades adicionales para el trabajo. Además, un ingeniero químico también puede servir como consultor para el grupo del proyecto. Por lo general, la educación en ingeniería de proyectos no se enfatiza en la educación de los graduados en ingeniería química que se han graduado de programas de bachillerato que han sido acreditados por la Junta Estadounidense de Educación y Capacitación (ABET). La educación en ingeniería de proyectos se puede lograr a través de capacitación especializada, como materias optativas, o a través de programas de posgrado. Los trabajos en ingeniería de proyectos se encuentran entre los tipos más comunes de oportunidades de empleo para los ingenieros químicos.
En el campo de la ingeniería química, la operación de una unidad es un paso físico que ocurre dentro de un proceso individual. La preparación de reactivos, la purificación y separación de sus productos, el reciclaje de reactivos no gastados y la gestión de la transferencia de energía en los reactores se logran mediante la utilización de operaciones unitarias. Estos procesos incluyen cristalización, filtración, secado y eliminación de agua. Por otro lado, un proceso unitario es el equivalente químico de una operación unitaria. Un proceso unitario es una operación unitaria. Los procesos unitarios se incluyen en la definición de una operación de proceso, junto con las operaciones unitarias. La transformación de materiales a través de procesos bioquímicos, termoquímicos y otros es una parte integral de los procesos unitarios. Algunos ejemplos de estos procesos incluyen la nitración, la hidrogenación y la oxidación. Estos se conocen como ingenieros de procesos y son responsables de administrar los procesos químicos.
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