miércoles, 11 de marzo de 2015

La ingeniería química, El poder de la transformación. Antonio Valiente Barderas. 2008. (Cap. 1 y 2)

Capítulo 1: La industria de procesamiento de materiales. 

Durante la revolución industrial se inventaron las primeras maquinas movidas por vapor; su uso transformo la manera de producir las cosas. Esas maquinarias se acoplaron a todo tipo de aparatos, que de esa manera aumentaron notablemente la productividad. Las máquinas de vapor ( que era generado por la combustión del carbón, que hacia hervir el agua) se utilizaron para mover telares y locomotoras, barcos, prensas, tornar, etcétera. 

La producción dejo de ser artesanal y empezó la producción en serie y masiva. Los productos se abarataron y mejoro el nieves de vida de la humanidad. El descubrimiento de la electricidad y sus usos hicieron que esa energía se incorporará a la industria. La electricidad se  generaba también podio del vapor, y en algunos casos se aprovechaban las caídas del agua. La electricidad hizo posible el uso de motores más pequeños y seguros para mover maquinas, que cada vez se diversificaban mas; abrió el camino a la telegrafía, el teléfono, la iluminación artificial, los rayos X, etcétera. 

Este siglo se ha satisfaciendo con el uso del petróleo. Con el petróleo está asociado el uso de los motores de combustión interna, que llevaron a la creación del automóvil y el avión.
Hoy, en casi todos los países desarrollados la industria es la actividad más importante del país. Los economistas para estudiar la generación de riqueza de un país han dividido la actividad económica entre sectores: el primario, el secundario y el terciario. 
La industria química forma parte del sector secundario y también de la llamada industria de procesamiento de materiales. En el sector secundario se pueden distinguir tres grandes grupos industriales: 
1.- la industria de la transformación.
2.-  la industria de la construcción.
3.- la industria de procesamiento de materiales.

En la industria de la transformación se produce el cambio de la forma de materiales procedentes otras industrias. Las sustancias no sufren ninguna modificación química sino cambios de forma y posición. Para ello se emplean diversos aparatos llamados máquinas-herramientas que son capaces de producir artículos para el consumo final o máquinas para usarse en otras industrias. 

En industria de la construcción el problema es similar al de la industria de la transformación, pero los objetos producidos son de mayor tamaño y suelen estar fijos en un lugar.

La industria procesamiento de materiales recibe materias primas que provienen directamente de la naturaleza y las transforma, ya sean productos para consumo directo de los seres humanos o bien en las materias primas que consumen otras industrias de transformación, de construcción o de proceso.

En la industria de procesamiento de materiales trabajan todos aquellos profesionistas relacionados con el área de la química. En una planta de procesamiento de materiales tiene lugar la transformación de productos naturales no directamente útiles al hombre en productos utilizables por los seres humanos para su consumo o uso directo.

La planta de procesamiento de materiales produce una gran demanda de productos, que se pueden clasificar de la siguiente manera: 

1.- productos de consumo directo.
2.- materiales de apoyo al sector primario. 
3.- materiales básicos. 
4.-materias primas. 

Los productos de consumo directo llegan sin intermediarios al hombre pueden ser alimentos o de otro tipo. Los alimentos pueden ser azúcar, bebidas, almidón, aceite, café soluble, etcétera.
Entre los materiales de apoyo al sector primario se tienen principalmente fertilizantes, pesticidas, herbicidas, alimentos para ganado y vacunas.
Los materiales básicos son materias primas para las industrias de transformación y para la construcción. Principalmente se tienen: acero, plástico, cemento, fibras textiles, papel y vidrio.

La industria del procesamiento de materiales se pueden ir en varios grandes subgrupos:
1.-  industria química.
2.- industria farmacéutica.
3.- industria alimentaria.
4.- industria siderúrgica y metálica básica. 



Capítulo 2: Historia de la industria química

El primer proceso químico usado por el hombre fue la combustión. A partir del desarrollo del agricultura y la ganadería y el asentamiento del hombre pequeñas colectividades, que posteriormente darían principio a las grandes ciudades-estado, los procesos químicos siguieron mejorando y  aumentando en importancia.

Co la vida en las ciudades se mejoro la cerámica, que en un principio se usó para guardas granos y luego, con el invento de recipientes recientes al calor, para cocer a fuego lento cereales. Con la cerámica nació la práctica perfeccionista en el manejo del fuego basándose en Hornos y dispositivos para elevar mantener el fuego temperaturas altas.
Los primeros imperios florecieron cercanos al Mediterráneo, en áreas donde crecían nativos el Olivo  y la viña. El primero se  obtenia aceite con el cual se cocinaban alimentos pero con él se alimentaban también las lámparas De la época.  De la viña se obtenía el vino por fermentación. Además, si el vino se dejaba fermentar aún más se obtenia vinagre que aparte de su uso culinario era el ácido más fuerte de que se disponía. 

El descubrimiento de la tecnología adecuada para producir hierro provocó una revolución en el mundo que causó la caída y el posterior auge de muchos pueblos. El hierro contribuyó notablemente al progreso tanto de las artes marciales como de las pacíficas, pues se usó para armas, así como para hachas, picos, tijeras, arados y sierras. En la edad del hierro la escritura, ya en forma alfabética, pudo difundirse gracias al empleo del papiro y los pergaminos, que requerían el empleo de tintas.

Entre los pueblos de la antigüedad que se distinguieron por sus avances tecnológicos están los egipcios, los sumerios, los babilonios y los persas. Estos pueblos supieron hacer un buen uso de metales como el oro, plata, cobre, el bronce, el hierro y el plomo. Fabricaban tintas y pinturas, ungüentos y medicinas e iniciaron las industrias de las bebidas fermentadas al producir vino y cerveza, y crearon una magnífica cerámica. Todas estas técnicas fueron hacinadas por el pueblo griego.

Así en la antigua Grecia se dieron dos teorías que trataban de explicar la esencia de la materia. Una la atomista defendida por Democrito, Y la otra de los cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua de Aristóteles. La teoría de Aristóteles prevaleció pues se adaptaba más a las creencias egipcias, chinas y persas que impulsaban a la alquimia.

Hacia el siglo I a. C. hace su aparición la que después se llamaría alquimia, que es el conjunto de preparaciones y manipulaciones mezclados con las especulaciones filosóficas religiosas de fondo místico. Las principales escuelas de investigación se desarrollaron en Egipto y Bizancio, en las escuelas los árabes encontraron las bases para desarrollar posteriormente lo que yo esbozaron como alquimia. Los alquimistas pretendiendo obtener oro a partir de metales usando una sustancia especial y también obtener un agua milagrosa que curaría todos los males. Los alquimistas esa época mejoraron también algunos procesos como la disolución, cristalización, secado, destilación y evaporación.

Una reacción química producto de la alquimia y que cambió el mundo de su época fue la combustión de la pólvora, con ella se puede decir que acabó el feudalismo y se crearon las grandes naciones modernas. 
Durante la edad media se establecieron nuevas industrias químicas entre ellas la de la fabricación de vidrio común y coloreado, la destilación del aguardiente y la destilación de esencias de rosas, y la fabricación de jabón y de nuevos pigmentos vegetales y minerales. 

Hace 300 años ya existían muchas industrias químicas que producían desde jabón hasta vidrio, pólvora, azúcar, sales y pigmentos. Lo curioso es que esas industrias se habían desarrollado sin ayuda alquimistas o químicos. Por ejemplo, en los ingenios azucareros de Latinoamérica, no existía ninguna persona a quien pudieran llamársele químico, aunque existían los capataces encargados del ingenio, aquíen pudiéramos llamar los ingenieros químicos de la época. 

Para que la química surgiera como una ciencia respetable y que esta se aliara  con las técnicas se necesitó que surgiera la revolución industrial. Bajo el signo de la revolución industrial la tecnología química se caracterizará, aunque no de inmediato, por la producción en masa de gran número de productos, algunos conocidos pero su mayor parte nuevos, y en el consiguiente desarrollo de la industria química. A comienzos del siglo XVIII es industria estaba limitada a la fabricación de sal, Salitre, Vitriolos, sulfato de zinc, compuestos de mercurio, colorantes, jabón, papel, etc. El desarrollo de las máquinas de vapor y su aplicación a la extracción de carbón y el movimiento de telares plantea la necesidad de revisar los procesos de blanqueo, estampado y teñido de telas.

Posteriormente se inventó el método de contacto catalítico que aunque patentado a mediados del siglo XIX no se aplicó industrialmente sino hasta finales del siglo desplazándose el método de las cámaras de plomo. A partir de entonces son muchísimos los procesos químicos que usan catalizadores. 

Entrando en el siglo XIX el descubrimiento de la ley periódica de los elementos y la síntesis de la urea, primer compuesto orgánico sintetizado por el hombre, y los experimentos de Faraday sobre electroquímica fueron imprescindibles para el desarrollo de la química y la industria. A partir de ese momento se sintetizaron miles de sustancias, entre las cuales solo algunas se encuentran en la naturaleza y el resto son completamente nuevas. Uno de los primeros productos sintéticos creados por el químico orgánico fue ácido acetilsalicílico, base de la aspirina y descubierto en 1829 por Félix Hoffman. A partir del se desarrolló la gran industria farmacéutica moderna. 

La industria química durante el siglo XIX se vio en la necesidad de emplear químicos para el control y la investigación de los procesos; estos químicos Industriales eran generalmente especialistas en proceso particular. La construcción y diseño de los aparatos usados en industria se ponían en manos de los ingenieros mecánicos y civiles. Pero hacia fines del siglo se advirtió la necesidad cada vez más imperiosa de contar con ingenieros que supieran química y que pudieran dedicarse a la cada vez más apremiante tarea de diseñar plantas químicas más eficientes para sustancias que nunca antes habían sido producidas comercialmente. Fue así como, en 1887, E. Davis, en Manchester, propuso en una serie de conferencias la creación de una carrera especial.

Los ingenieros químicos probaron ser un elemento importantísimo en el diseño, construcción y manejo de las plantas relacionados con la química. La aplicación de ingeniería química en industria ha permitido la utilización de materias primas que se encuentran abundantemente en la naturaleza y el abaratamiento de los mismos. Si el siglo XIX fue siglo lo del vapor, el siglo XX fue el siglo del petróleo. Su uso mantiene hoy en movimiento la mayoría de la industria mundial.

Como rasgo característico del industria química moderna es que el hecho de que cada día incorpora mayor cantidad de sustancias. Si a principios del siglo XIX la cantidad de elementos que constituyen los productos de la industria química se limitaba a una o dos docenas, hoy tienen uso casi todos los elementos químicos. La aplicación de los métodos de ingeniería química en industrias permiten utilizar varios tipos de materias primas que son abundantes en la naturaleza.

La automatización de la industria química tiene una importancia especialmente significativa en el control de la producción. Gracias a ella el régimen de producción no tiene una estabilidad que no puede lograrse en la práctica bajo una operación manual. Con ella crece la productividad, se mejora la calidad y aumenta el rendimiento del producto, disminúyenos gastos y se emplean de modo mejor  las máquinas y aparatos.  

En la actualidad, lindos de química presto mucha atención al control de los afluentes que pudieran contaminar las aguas, el aire por la tierra, y la tecnología química es la única capaz de resolver el problema de las de la contaminación en las grandes urbes, a través de detergentes biodegradables, fábricas procesadoras de basura, gasolina sin aditivos de plomo, etcétera.

 Un aspecto notable de la industria química moderna es que ella contribuido a dos de los acontecimientos más notables del siglo XX, a saber: la generación de energía útil a partir de las reacciones nucleares y los primeros vuelos interplanetarios con cohetes que usan combustibles sólidos y líquidos. No cabe duda de que las primeras industrias que se eregiran en el espacio y otros mundos serán las químicas pues ellas generan el oxígeno y el agua necesarios para la vida. 

Por: Gómez Prieto Luis Eduardo. 
Universidad Veracruzana.
Facultad de Ciencias Químicas.
Orizaba, Veracruz.


jueves, 5 de marzo de 2015

Listado de ejercicios.

La Ejercicio 1. - Se cuenta con un capital monetario que se desea duplicar. La tasa de interés ofrecida por las instituciones bancarias es del 7.5% anual. Determinar el tiempo necesario para conseguir el propósito requerido. 

Ejercicio 2.- Programación Lineal. Graficar:  Y < 2  X > 3

Ejercicio 3.- Graficar: 4x - 5y + 1= 0

Ejercicio 4.- La compañía ACE enfrenta:


Ejercicio 5.- Un pequeño fabricante de calzado fabrica dos estilos: OXFORD y pantuflas. En el proceso se usan dos maquinas: una de corte y otra de coser. Cada clase de calzado requiere 15 min por par, en la maquina de corte. Los OXFORD requieren 10 min para cocerlos y las pantuflas 20. Como el fabricante solo puede contratar a un operador por maquina, cada proceso esta disponible exactamente ocho horas por día. Si la utilidad es de 15 dolares por par de OXFORD y 20 dolares por par de pantuflas. Establecer la mejor combinación. ¿utilidad?  


Ejercicio 6.- Utilizando el método simplex, realiza: P = x + 6/5x   2x + y < 180  x + 3y < 300  
x > 0, y > 0. 

Ejercicio 7.-  P = 20x + 12y + 18z  sujeto a :
3x+y+2z<9
2x+3y+z<8
x+2y+3z<7

Calcular x, y, z, p. Utilizando el método simplex. 

Ejercicio 8.- 2x + 2y + z  sujeto a: 
2x+y+2z<14
2x+4y+z<26
x+2y+3z<28


Ejercicio 10.- Las industrias aeronáuticas CURTIS-ROE tienen dos plantas; I y II, que producen los motores a chorro ZEPHYR, utilizados en los aviones comerciales ligeros. Las capacidades máximas de producción de cada planta son 100 y 110 unidades por mes respectivamente. Los motores se envían a dos de las principales plantas de montaje de  CURTIS-ROE: A y B. Los costos de envió (USD) por motor de las plantas I y II a las plantas A y B son: 

I a A = 100
I a B= 60

II a A= 120
II a B= 70


Ejercicio 11.- Minimizar c=-2x - 3y  sujeto a:
5x + 2y <32
Z + 2y <10
X>0, y>0
Aunque este problema no es de maximizacion satisface las otras dos condiciones por lo que podemos  asumir que: P=c y así... P= 2x + 3y
 

Ejercicio 12.- Una planta para producir formaldehido a partir de metanol requiere una inversión de us $3.41 millones. Otros datos:
Capacidad de la planta: 31000 T/año
Carga incial del catalizador: 2.5 T @ $30/g
Vida del catalizador: 1 año.

Consumo por tonelada del formaldehido:

Metanol: 1.25 T @ $135/T
Electricidad: 260 kwh @ $0.025/kwh
Agua de enfriamiento: 80 m3 @ $0.0104/m3
Agua de alimentación a calderas: 3 m3 @ $0.35/m3
Vapor producido: 1.6 T @ $7.15/T
Precio de venta: $240/T
¿ROI?



Ejercicio 13. 


Ejercicio 14.


Ejercicio 15.

Ejercicio 16. 

Ejercicio  17.

Ejercicio 18.

Ejercicio 19.

Ejercicio 20.

Ejercicio 21.

Ejercicio 22.

Ejercicio 23.

Ejercicio 24.

Ejercicio 25.


Por: Gómez Prieto Luis Eduardo. 
Universidad Veracruzana.
Facultad de Ciencias Químicas.
Orizaba, Veracruz.