Nuestro mundo está formado por materia y una de las formas en que estudiamos la materia es a través de la química. La forma en que utilizamos ese conocimiento nos lleva a la {origen de la ingenieria quimica}. La ingeniería química es uno de los campos de ingeniería más amplios y se centra no solo en los productos químicos que conforman todo, sino también en el desarrollo y diseño de plantas y procesos para fabricar productos químicos.
Imaginemos que hemos creado un producto nuevo y sorprendente que debemos crear a través de un proceso químico. Podría ser un nuevo purificador personal de agua, un maquillaje que dure tanto como desees o un material revolucionario para la ropa. Sin embargo, antes de hacernos ricos, tendremos que pasar por algunos pasos.
La historia de la ingeniería química
Para entender cómo crear una instalación para fabricar nuestro producto, sería útil comprender un poco acerca de la {origen de la ingenieria quimica}. A menudo se asume que la ingeniería química es simplemente química aplicada a la ingeniería, pero tiene mucho que ver con responder preguntas como: ¿Qué podemos hacer con estos productos químicos? ¿Cómo podemos fabricarlos? ¿Hacia dónde podemos avanzar? ¿Cuáles son las posibilidades?
La ingeniería química tuvo su comienzo no oficial alrededor de la época de la guerra revolucionaria estadounidense. Durante la guerra, se establecieron bloqueos para detener el comercio entre las colonias americanas y Europa. Francia se vio especialmente afectada por estos bloqueos, ya que obtenía su suministro de carbonato de sodio, también conocido como ceniza de soda, de América.
Dado que Francia no podía obtener carbonato de sodio de sus rutas comerciales normales, la Real Academia Francesa ofreció un premio en 1775 a cualquiera que pudiera fabricar carbonato de sodio a partir de cloruro de sodio, conocido como sal común. Después de aproximadamente 15 años, un químico y médico francés llamado Nicolas Leblanc finalmente descubrió cómo hacerlo alrededor de 1789.
Su método, conocido como proceso Leblanc, consistía en calentar cloruro de sodio con ácido sulfúrico para producir sulfato de sodio, que se llamaba «torta salina». Luego, se mezclaba la torta salina con piedra caliza triturada y carbón, y se calentaba. Esto dejaba una combinación de carbonato de sodio y sulfuro de calcio, también conocido como «ceniza negra». El paso final separaba el carbonato de sodio de la ceniza negra lavándolo con agua y luego evaporándola. A este proceso de extracción se le llamó licuefacción. El proceso Leblanc se convirtió en el precursor de la fabricación química moderna y abrió el camino para futuros ingenieros químicos. En 1791, Leblanc abrió una pequeña fábrica en Sandini y comenzó la producción a gran escala de ceniza de soda. Sin embargo, su planta pronto fue tomada por los revolucionarios durante la Revolución Francesa, quienes también revelaron sus secretos comerciales.
Aunque este proceso fue revolucionario, también fue perjudicial para el medio ambiente, produciendo una gran cantidad de residuos que olían bastante mal. Debido a que los procesos químicos pueden tener subproductos desagradables, a menudo los gobiernos promulgan leyes de protección ambiental, especialmente alrededor de grandes ciudades y cuerpos de agua. Sin embargo, esto no ha detenido el crecimiento de la industria química.
George Davis y las operaciones unitarias
A fines del siglo XIX, el químico británico George Davis trabajaba como inspector de la Ley del Álcali, una de las primeras legislaciones ambientales. En respuesta al proceso Leblanc, la ley requería que los fabricantes de soda redujeran la cantidad de gas ácido clorhídrico que liberaban a la atmósfera. Alrededor de 1887, Davis dio una serie de conferencias en la Escuela de Tecnología de Manchester, que sentaron las bases de su manual de ingeniería química en dos volúmenes, el primero de su tipo.
Aunque ya existían libros de química escritos para industrias específicas, como la producción de ácido y la elaboración de cerveza, lo que hizo único el trabajo de Davis fue que organizó las operaciones básicas comunes a muchas industrias, como el transporte de líquidos y gases o la destilación. Su trabajo contribuyó a nuevas formas de pensar sobre los procesos químicos e impulsó la creación de programas de ingeniería química en universidades de todo el país. Por lo tanto, cualquier ingeniero químico con el que trabajemos para desarrollar nuestro producto probablemente haya recibido su educación basada en las enseñanzas de Davis.
La importancia de la refinación del petróleo
A principios del siglo XX, los automóviles comenzaron a formar parte regular de la vida moderna y los ingenieros químicos jugaron un papel importante en su uso al producir gasolina. Si bien ya se encontraba petróleo crudo, este no se usaba como gasolina. El petróleo debía refinarse, por lo que se necesitaban refinerías, que eran esencialmente enormes plantas químicas.
Los ingenieros químicos mejoraron el proceso de producción de gasolina mediante la introducción de métodos como el craqueo, donde las moléculas pesadas de hidrocarburos se descomponen en moléculas más ligeras mediante calor y presión. También implementaron el proceso de polimerización, donde el propileno y el butileno se combinan en moléculas de dos o tres veces su peso molecular original.
Estas mejoras hicieron que la gasolina fuera más económicamente viable, lo que la hizo más barata y la propiedad de un automóvil menos costosa. Dado que la producción química a gran escala requiere una planificación cuidadosa, gran parte de la ingeniería química se centra en lo que se llaman operaciones unitarias.
Las operaciones unitarias son una forma de desglosar cada parte de una planta química en unidades individuales. Si necesitamos que los productos químicos fluyan de un lado de la planta al otro, usamos tuberías. Si necesitamos estimular una reacción, usamos un reactor. Si queremos mezclar esos productos químicos, usamos un mezclador. Si necesitamos separarlos, usamos columnas de destilación o membranas de ósmosis inversa. Todas estas son unidades que destacan las teorías clave que los ingenieros químicos necesitan comprender para mantener en funcionamiento una planta.
Es importante pensar en los procesos como un todo, pero también es importante desglosar nuestra planta química en operaciones unitarias cuando lleguemos a la fase de fabricación. Una vez que los ingenieros comprendieron, en parte gracias al trabajo de Arthur D. Little en 1915, que todas estas operaciones unitarias se basaban en principios básicos como la transferencia de fuerza, la transferencia de masa y la termodinámica, pudieron ser más creativos en la forma en que fabricaban productos químicos. Ya no tenían que usar los mismos equipos para los mismos fines limitados, en su lugar podían idear nuevas formas de utilizar sus herramientas y máquinas.
Este enfoque permitió que la ingeniería química se convirtiera en uno de los campos de ingeniería más amplios. En la década de 1970, el campo era mucho más estrecho de lo que es ahora. En ese entonces, alrededor del 80% de los ingenieros químicos graduados trabajaban en la industria de procesos químicos y el gobierno. Para el año 2000, ese porcentaje había disminuido a aproximadamente el 50%. Una de las razones de esta disminución fue el surgimiento de la biotecnología, que se centró en la investigación y el desarrollo.
La ingeniería de biotecnología aplica tecnología a sistemas biológicos y organismos vivos. Una vez que sabemos cómo y por qué funcionan los procesos biológicos, podemos encontrar formas de cambiarlos, adaptarlos y controlarlos con el objetivo de mejorar nuestras vidas. De manera similar, las compañías farmacéuticas y de atención médica también desempeñaron un papel importante en la expansión de lo que los ingenieros químicos hacen a diario. Se crean y mejoran constantemente nuevos medicamentos, y los ingenieros químicos también trabajan en la mejor manera de administrar estos medicamentos en nuestros cuerpos.
Gran parte de la ingeniería química también se encuentra en los alimentos que consumimos. Hemos tenido que descubrir «magia oscura» como obtener jarabe de maíz a partir de maíz y fabricar edulcorantes artificiales. Hemos encontrado sustitutos lácteos y utilizado plantas para hacer carnes vegetarianas que sepan como si provinieran de un animal.
Todo esto ha sido maravilloso para las personas con alergias alimentarias y restricciones dietéticas. También existe un enfoque cada vez mayor en el medio ambiente y la energía sostenible dentro del campo de la ingeniería química. Queremos preservar lo que ya tenemos y encontrar fuentes de energía que no se agoten.
Una fuente estrechamente relacionada con la ingeniería química es la biomasa, material orgánico renovable que proviene de plantas y animales. Esto va desde madera y cultivos sobrantes hasta basura y estiércol. A partir de 2016, los combustibles de biomasa representaban aproximadamente el 5% de la energía primaria utilizada en los Estados Unidos y los ingenieros químicos juegan un gran papel en descubrir qué se puede utilizar como biomasa y cómo descomponerla para obtener energía.
Todos estos desarrollos en ingeniería química son los que realmente nos brindan el conocimiento para crear nuestro maravilloso nuevo producto, sea lo que sea. Podemos mejorar lo que ya existe o crear algo verdaderamente revolucionario. Cuando eres un creador, las posibilidades son infinitas.
