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El presente es un documento de trabajo elaborado para el estudio
“Estado del Arte y Prospectiva de la Ingeniería en México y el Mundo”, realizado por la Academia de Ingeniería de México con el
patrocinio del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.
La información así como las opiniones y propuestas vertidas en
este documento son responsabilidad exclusiva del autor.
La Academia y el autor agradecerán las sugerencias y comentarios
de los lectores para mejorar su contenido y las omisiones en que
se haya incurrido en su elaboración.
El presente trabajo está protegido por derechos de autor.
2
“Estado del Arte y Prospectiva de la
Ingeniería en México y el Mundo”
Un Atisbo al Pasado,
Presente y Futuro
de la Ingeniería Química©
M. C. Enrique Aguilar Rodríguez, Presidente de la Comisión de
Ingeniería Química de la Academia de Ingeniería de México
En conmemoración
del 60 Aniversario de la
Escuela Superior de Ingeniería Química
e Industrias Extractivas (ESIQIE) del IPN
y el 50 Aniversario del Instituto Mexicano
de Ingenieros Químicos (IMIQ)
Enrique Aguilar Rodríguez
Contenido
1 El Pasado Remoto
2 El Origen y el Pasado
3 Una Perspectiva de la Evolución de la Ingeniería Química
4 El Presente
5 Los Retos y el Futuro
6 La Sustentabilidad como nuevo Paradigma de la Ingeniería
Química del Siglo XXI
7 Una Nueva Estructura para la Ingeniería Química
Epílogo
Enrique Aguilar Rodríguez i
Para que tú me oigas,
mis palabras se adelgazan a veces,
como las huellas de las gaviotas en las playas.
Y me oyes desde lejos, y mi voz no te alcanza:
déjame que me calle con el silencio tuyo.
Déjame que te hable también con tu silencio
claro como una lámpara, simple como un anillo.
P. Neruda
Para Silvia, en su dolor.
Enrique Aguilar Rodríguez 1
“Un Atisbo al Pasado, Presente y Futuro de la Ingeniería Química”
Enrique Aguilar Rodríguez
1. EL PASADO REMOTO
El Hombre es el “homo faber”, el animal que construye herramientas. Éstas le han
permitido subsistir y compensar su “débil” naturaleza física y en general, hacer más
digna su vida. Cuando elabora un proceso sistemático para construir estas
herramientas se conforma lo que llamamos tecnología, la que una vez establecida
como práctica común, se convierte en ingeniería.
La creación de la tecnología y la ingeniería se encuentra en la profundidad de la
naturaleza humana, que impulsa al hombre a resolver problemas, pero a diferencia
de otras especies, en forma eficaz e intencionada. En su evolución, el hombre resuelve
problemas en orden de creciente especificidad, es decir, encuentra y resuelve
problemas cada vez más específicos y de mayor complejidad, para encontrar
soluciones que evolucionan con un sentido de mejora incesante y con una aspiración
de perfección.
La tecnología además, le permite al hombre dar valor económico al conocimiento. La
tecnología y la ingeniería, convertidas en un bien, un producto o un servicio, se
transforman en innovación, y se introducen al mercado con generación de valor. La
tecnología y la ingeniería, le dan entonces sentido práctico al conocimiento, que sin
éstas, queda en teoría, en descubrimiento, en encuentro y contemplación de la
naturaleza.
El hombre construye herramientas con diversos propósitos: originalmente para
subsistir, después para alargar su vida y lograr mayor confort, después para dominar
a otros. Con un sentido idealista, Tomás Moro en su obra Utopía, escrita en 1516,
describe la capacidad del hombre para crear un mundo perfecto, con el apoyo de la
tecnología, en el que todos los hombres son iguales y mantienen una relación idílica
con su entorno natural.1
1 Utopía, Tomás Moro, Ed.Elaleph, 2003
Enrique Aguilar Rodríguez 2
La Isla Utopía2
Ingeniería proviene del vocablo latino “ingenerare”, que en lengua inglesa apareció
por primera vez como “engineering”, la cual combina dos palabras: “engine”
(máquina) e “ingeniuos” (ingenio); la raíz latina original significa aproximadamente
“ingeni{rselas para hacer algo útil”; con estos elementos, la definición más aceptada
de ingeniería es: “El arte profesional de aplicar la ciencia a la transformación óptima de los
recursos de la naturaleza en beneficio de la humanidad”3.
El concepto de Ingeniería
2 Biblioteca Agustana, edición de 1516 3 Encyclopaedia Brittanica, Ed. 2005
Ingeniería(Engineering)
Engine
Ingenious
Ingenerare “Ingeniárselas”para hacer algo útil
Ingenerare “Ingeniárselas”para hacer algo útil
El arte profesional de aplicar la ciencia a la transformación óptima de los recursos de la naturaleza en beneficio del la humanidad
Enrique Aguilar Rodríguez 3
La ingeniería, aún sin una definición formal, se origina en épocas inmemoriales, con
dos grandes ramas: la ingeniería militar (para destruir), y para diferenciarse de ella, la
ingeniería civil (para construir). Más allá de sus objetivos, ambas parten de
conocimientos comunes, como la resistencia de los materiales, el beneficio de los
metales, la estática, la dinámica y la hidráulica. Para el dominio de estos temas, todos
los ingenieros requerían ya el conocimiento de las ciencias básicas como matemáticas,
física y “alquímica”, entendida como la química con bases empíricas, y un método
experimental de ensayo y error todavía muy rudimentario.
Es hasta mediados del siglo XVIII, en 1747, que se ofrece la formación de ingenieros
civiles en la Escuela de Puentes y Caminos en Francia y 20 años después, en 1767, la
carrera de ingeniería mecánica, como resultado de la invención de la máquina de
Vapor de James Watt en Escocia. Pasa un gran periodo de tiempo en que las
ingenierías civil y mecánica son las que se involucran en todos los desarrollos
surgidos hasta bien entrado el siglo XIX, tales como las máquinas térmicas y el diseño
y la fabricación de elementos metálicos para las máquinas surgidas en la Revolución
Industrial en Inglaterra.
Con la Revolución Francesa en 1789, surgen las demandas de igualdad, que en
términos prácticos significaba dignificar la vida humana; aparece entonces la
necesidad de sustituir la “fuerza bruta” del hombre por m{quinas, que se desarrollan
rápidamente. Es en ese momento que nace el concepto de “motor”, entendido éste
como el dispositivo que permite transformar el calor en movimiento.
No es casual entonces que en 1824, Carnot publique su gran obra Reflexions sur la
puissance motrice du feu (Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego) que sienta las
bases teóricas de la conversión del calor en movimiento, los ciclos termodinámicos y
la segunda ley, que son el fundamento del desarrollo de las máquinas de vapor y los
motores a combustible, y prepara las bases de lo que será más tarde la
termodinámica, cimiento fundamental de la futura ingeniería química.
En sus inicios, el calor primario requerido por el “motor” se generaba a partir del
carbón, que producía vapor y éste movimiento, tal como lo concibió el mismo Watt en
Escocia. Más tarde, gracias a la invención del motor de combustión interna por Otto
en 1876, y perfeccionado por Rudolf Diesel en 1892, se tienen nuevos elementos
generadores de calor primario, que son dos fracciones líquidas del petróleo, no
utilizadas hasta entonces: la gasolina y el diesel. Este hecho establece un hito en la
historia de la energía y los motores.
Enrique Aguilar Rodríguez 4
Carnot y su obra magistral de 32 páginas: Reflexions sur la puissance motrice du feu
El uso de la Gasolina y el Diesel como hito histórico en el uso de la energía
CALOR MAQUINA MOVIMIENTO
LA MAQUINA DE
VAPOR
EL MOTOR A
COMBUSTIBLE
Carbón
Gasolina
y Diesel
Combustión
1825
1876
LA MAQUINA DE
VAPOR
EL MOTOR A
COMBUSTIBLE
Carbón
Gasolina
y Diesel
Combustión
1825
1876
Enrique Aguilar Rodríguez 5
Rudolf Diesel y su motor de 2 tiempos
Después de que Edison encuentra importantes aplicaciones de la electricidad, a través
de su “f{brica de inventos”, establecida en 1876 en los Estados Unidos, surgen dos
nuevas disciplinas centrales de la ingeniería, la eléctrica y la electrónica, por esa
misma época.
2. EL ORIGEN Y EL PASADO
La Ingeniería Química surge a finales del siglo XIX, en 1888, como una respuesta
natural a las necesidades de la tecnología que se desarrollaba en ese momento y que
revolucionaría a la sociedad mundial: la del motor de combustión interna y los
combustibles, que iniciarían la era del automóvil. La Ingeniería Mecánica, creada
oficialmente en Francia, más de 100 años antes, no tenía respuesta para cuatro
preguntas fundamentales de ese momento:
(1) Cómo identificar los componentes del petróleo, sus propiedades físicas y químicas
y su comportamiento a diversas condiciones
(2) Qué sucede dentro del motor de combustión interna y qué lo provoca
(3) Cómo procesar (separar) fracciones del petróleo en grandes volúmenes y en forma
continua
(4) Cómo diseñar los equipos de proceso cuando se realizan en ellos transformaciones
físicas y químicas
1892
Enrique Aguilar Rodríguez 6
Estas tendrían que ser contestadas por una nueva profesión. Ya en 1880 en Inglaterra,
George E. Davis, un inspector de plantas industriales, fue el primero en establecer
públicamente la necesidad de “fundar una nueva rama de la ingeniería” y después,
en 1887, ofrecer 12 cursos sobre “la operación de los procesos químicos”; convoca a la
formación de una nueva profesión: la Ingeniería Química, en la Universidad de
Manchester, Inglaterra, en 1888. En 1901 escribe el “Handbook of Chemical Engineering”
considerado como el primer texto de la profesión. Simultáneamente en 1888, el
norteamericano Lewis M. Norton, ofrece el primer programa de cursos de “Ingeniería
Química”, de 4 años, en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) EUA. Es por
esto que el año de 1888 es considerado universalmente como el de la fundación de la
Ingeniería Química.
Origen de las Ingenierías Centrales
Sin embargo, tiene que pasar más de un cuarto de siglo, para que la profesión
adquiera su consolidación, teniendo como pilar fundamental a Arthur D. Little, quien
introduce el concepto de “Operaciones Unitarias” en el MIT en 1915, y que por su
importancia se enuncia a continuación, tal como él lo describió:
“Cualquier proceso químico, a cualquier escala, puede ser comprendido a través
de una serie de lo que podemos llamar Operaciones Unitarias, como
pulverización, secado, cristalización, filtración, evaporación y otras. El número
Ingeniería
Para Construir:
Ing. Civil
Para Destruir:
Ing. Militar
Ing. Civil
Ing. Mecánica
Ing. Eléctrica y
Electrónica
Ing. Química
Ing. Aeronáutica
Escuela de Puentes y
Caminos, Francia
Máquina de Vapor por
James Watt, Escocia
Después de los trabajos
sobre electricidad por
Edison en Estados Unidos
Máquinas a combustible y
Automóvil en serie,
Inglaterra y EUA
Aviación por los
Hermanos Wright,
EUA
Enrique Aguilar Rodríguez 7
de Operaciones Unitarias no es muy grande y relativamente pocas de ellas se
encuentran en un proceso particular”4.
En un histórico documento, Arthur D. Little señala que “la Ingeniería Química… no es
una mezcla de química e ingeniería mecánica, sino una ciencia por sí misma, cuya base la
conforman las Operaciones Unitarias, que en su propia secuencia y coordinación,
constituyen un proceso químico, tal como se realiza a escala industrial”5
Así queda bien establecida nuestra profesión, que hoy en día, según la descripción
más aceptada en el mundo, la del American Institute of Chemical Engineers (AIChE),
se define como:
“La profesión en la cual el conocimiento de las matemáticas, la química y otras
ciencias básicas, obtenido por el estudio, la experiencia y la práctica, es aplicado
con juicio para desarrollar rutas económicas en el uso de los materiales y la energía,
para beneficio de la humanidad”6.
En términos del objeto de estudio, y haciendo una analogía de fácil comprensión, el
cuerpo humano es al médico, lo que la planta química es al ingeniero químico; para el
primero, su propósito o razón de ser es preservar o recuperar la salud; para el
ingeniero químico lo es obtener productos transformados fisicoquímicamente, con
una alta rentabilidad de la planta en sus diferentes fases de ejecución (ingeniería,
diseño, etc.). En la siguiente tabla se expresa esta idea.
Sujeto Objeto de Estudio Propósito
Médico El Cuerpo Humano La Salud
Ingeniero Químico
La Planta Química
Generar productos en forma
rentable y competitiva, con
cumplimiento de
restricciones de
sustentabilidad
4 A.D. Little, Reporte al Presidente del Massachusetts Institute of Technology (MIT), 1915
5 A.D. Little, Reporte al Presidente del Massachusetts Institute of Technology (MIT), 1915 6 htpp//www.aiche.org , 2008
Enrique Aguilar Rodríguez 8
Si el objeto de estudio del ingeniero químico es la planta química, es necesario tener
una completa perspectiva de qué conceptos o actividades se requiere dominar para
que ésta exista. Estos conceptos se muestran en la siguiente figura.
Las actividades del Ingeniero Químico en una Planta de Proceso
Las actividades verticales son especialidades secuenciales que se requieren de la
ingeniería química, para construir y opera una planta química y son: la educación, la
investigación, la tecnología y la innovación, la ingeniería básica y de detalle, la
procura, la construcción y la operación/mantenimiento de la instalación.
Los conceptos horizontales, son conocimientos de tipo general, que los ingenieros
químicos de todas las especialidades deben dominar para hacer su trabajo en forma
eficiente y de acuerdo a los grandes objetivos de rentabilidad económica,
organización eficiente y preservación del ambiente y la sustentabilidad del proceso.
La ingeniería química es resultado de una larga historia de la búsqueda del hombre,
desde sus orígenes, por transformar los recursos que le ofrece la naturaleza en
substancias o materiales que lo beneficien. Sin embargo puede considerarse que el
nacimiento de la industria química con procesos de tipo industrial y a mayor escala,
tal como los conocemos hoy, se originó con 2 importantes procesos: (1) el proceso de
producción de ácido sulfúrico, aplicado por primera vez a escala industrial en 1736
por el farmacéutico inglés, Joshua Ward y (2) el proceso de Le Blanc, en 1790 para la
EducaciónEducación InvestigaciónInvestigaciónTecnología
e Innovación
Tecnología
e Innovación
Diseño:
Ingeniería
Básica
Diseño:
Ingeniería
BásicaProcuraProcura ConstrucciónConstrucción
Operación y
Mantenimiento
Operación y
Mantenimiento
Diseño:
Ingeniería
de Detalle
Diseño:
Ingeniería
de Detalle
Ingeniería Económica y Finanzas
Preservación del Ambiente y la Seguridad
Sustentabilidad
Administración
Ingeniería Económica y Finanzas
Preservación del Ambiente y la Seguridad
Sustentabilidad
Administración
La Planta Química de Proceso
Enrique Aguilar Rodríguez 9
producción de detergentes sintéticos, a partir de soda ash (bicarbonato de sodio), que
mejorado por Solvay en 1864, estableció un hito tanto desde el punto de vista del
entendimiento de los procesos de reacción y de separación a escala industrial, como
del impacto en la limpieza e higiene personal.
Otro gran salto en la industria de procesos, antes de la ingeniería química, lo
representa la invención del evaporador de triple efecto por Rillieux, que nacido en
Nueva Orleans, se interesó en cómo disminuir los altos consumos de energía del viejo
proceso de concentración de la caña. Con la aplicación del concepto de calor latente, o
la energía térmica para convertir un líquido en vapor, y gran talento para el diseño
mecánico de equipos, logró utilizar el bagazo de la caña como combustible y con sus
sistema de 3 etapas, obtener un azúcar de mucho mayor calidad, y aumentar las
ganancias del proceso en más de 70%7.
Durante su desarrollo, la Ingeniería Química ha sido pilar de la sorprendente
evolución tecnológica que se da a partir del siglo XX, alrededor del procesamiento del
petróleo, la producción de combustibles, petroquímicos y productos químicos para la
salud y el confort del hombre y del medio que lo rodea.
Quizá el primer proceso industrial desarrollado desde su ingeniería conceptual hasta
su construcción y operación, con el enfoque de la ingeniería química moderna, sea el
proceso Haber-Bosch para la síntesis del amoníaco. Haber, uno de los químicos más
talentosos en la historia de Alemania, desarrolla un estudio riguroso de la química y
la termodinámico de la reacción de síntesis, y encuentra que es necesario operar a
muy altas presiones y temperaturas, del orden de 200 kPa y 500 C, que nunca antes se
habían logrado simultáneamente a escala industrial. Desarrolla la teoría cinética de la
reacción, realiza el diseño del equipo y la fabricación de los empaques para los
recipientes a presión (todavía no se conocía el hule); este último aspecto requirió años
de trabajo y pruebas y fue el “cuello de botella” para la comercialización del proceso.
Por este desarrollo, que permitió la elaboración de fertilizantes sintéticos y evitó la
hambruna en muchas regiones del mundo, Haber recibió el Premio Nobel en 1918, el
cual le fue retirado posteriormente por las protestas surgidas porque también fue el
descubridor, y llevó a cabo la aplicación del gas pimienta en la 1ª. Guerra, que
provocó la muerte de un gran número de personas. Haber es la personificación de la
visión que la sociedad ha tenido de la química a lo largo de la historia; por un lado
benefactor del progreso y por otro depredador del medio y la naturaleza.
7 Introduction to Chemical Processes, Murphy, R. Mc Graw Hiil, 2007
Enrique Aguilar Rodríguez 10
Durante el periodo comprendido entre la 1ª. y la 2ª. Guerra Mundial, se desarrollan
conocimientos muy relevantes en el campo del petróleo y la petroquímica (en el cual
los ingenieros químicos son los actores centrales) con el advenimiento de procesos
catalíticos para producción de más gasolina en las refinerías (proceso de craqueo
catalítico fluido) y de gasolinas sintéticas, lo que permite profundizar en la
comprensión de los mecanismos de reacción y el rol de los catalizadores en química
orgánica, destacando el proceso de síntesis de Friedel-Crafts, con el que se inician los
nuevos procesos de síntesis a partir de olefinas y aromáticos, y que desemboca en el
descubrimiento y producción masiva de polímeros para plásticos, hules y telas
sintéticas, en la década 1930-1940. Con la misma base conceptual del proceso Friedel-
Crafts, en 1953 se inventa el proceso de producción de detergentes sintéticos
(alquilaromáticos), que se logran producir en forma masiva y económica, y son un
gran paso en el mejoramiento de la salud pública de la humanidad.
La incursión de la ingeniería química en el descubrimiento de medicamentos, se inicia
alrededor de 1925 con la producción de insulina, de la vacuna antituberculosis y de la
penicilina, y en épocas más recientes la píldora anticonceptiva que revoluciona al
mundo y permite amortiguar la tasa de crecimiento poblacional que a mediados del
siglo XX fue un factor de primera importancia en el desarrollo de la sociedad
mundial. El descubrimiento del DDT (diclorodifeniltricloroetano), por el suizo Paul
Hermann Müller en 1939, como insecticida organoclorado sintético de amplio
espectro, acción prolongada y estable, aplicado en el control de plagas para todo tipo
de cultivos desde la década del cuarenta, salvo la vida de una gran cantidad de
personas principalmente en el sudeste asiático; más tarde se encontraron efectos
secundarios de esta substancia, que finalmente la hizo desaparecer del mercado; pero
en su tiempo fue un elemento de gran impacto en la salud pública en el mundo.
El desarrollo y progreso de la industria química moderna no ha sido fácil ni ha estado
exenta de obstáculos. En el último tercio del siglo XX y con la expansión de los
medios masivos de comunicación, surge una gran preocupación por los efectos
adversos en el uso de los combustibles fósiles y la producción de substancias
químicas y petroquímicas. La presión social obliga a los gobiernos a emitir leyes,
normas y reglamentos ambientales, liderados por los Estados Unidos, con la creación
en 1970 de la Agencia de Protección Ambiental (Environmental Protection Agency,
EPA).
Por primera vez en la historia, se establecen restricciones formales y legales en todo el
mundo para la operación de la industria química. En forma simultánea, y como
resultado de la Guerra del Golfo en el Medio Oriente en 1973, se eleva casi 20 veces el
Enrique Aguilar Rodríguez 11
costo del petróleo (y por lo tanto de la energía que requiere la industria) que pasa de
3 hasta 50 dólares/barril. Estos dos elementos establecen un nuevo paradigma para la
ingeniería química: producir para optimizar las utilidades, pero con mayores costos
de la energía y restricciones ambientales en cuanto a las emisiones y la calidad de los
productos industriales. Retos formidables en su tiempo, que modificaron la
estructura de la ingeniería química, haciendo énfasis, a partir de entonces, en el
ahorro de energía, el diseño y el control óptimo de procesos, la introducción de
procesos de producción de combustibles más limpios y el diseño y fabricación de
productos químicos más amigables con el ambiente, así como nuevos procesos para el
tratamiento de efluentes y de mitigación del impacto ambiental de las operaciones.
Esta tendencia se mantuvo a lo largo de los últimos años del siglo XX.
Producción de Acido Sulfúrico y Detergentes por LeBlanc
Carnot publica Reflexions sur la Pussance Motrice du Feu, base de la Termodinámica
Whöler sintetiza la úrea, primer compuesto orgánico artificial
Berzelius publica su Teoría General sobre la Catálisis
Primera Refinería de petróleo(1 barril)
Producción de bicarbonato de sodio (Solvay) y celuloide (Parkes)
Petróleo y
Automóviles
Ciclo Otto-Motor a gasolina-Automóvil 4 ruedas
Descubrimiento y producción de la aspirina
Proceso Haber-Bosch (amoníaco) - Baquelita y Rayón
Craqueo Térmico de Petróleo
Producción de Acido Nítrico- Amoníaco- Poliestrireno y Acrílicos
Producción de Insulina, vacuna antituberculosis y penicilina
Craqueo Catalíítico de Petróleo- Polietileno-Nylon-Neopreno
Anticonceptivos
(talidomida)
II Guerra
Mundial
Reformación Catalítica y Alquilación (Friedel Crafts) para gasolina de alto octano
Primera llanta de hule sintético (SBR)
DDT- Teflón
Formación de BASF, Bayer y Hoescht a partir de L.G. Farben Detergentes Sintéticos
Hidrógeno a gran escala
Enrique Aguilar Rodríguez 12
Los hitos en la evolución de la industria química
En México, la Ingeniería Química hizo raíces muy pronto. En 1916, por Decreto
Presidencial del entonces Presidente de la República, Venustiano Carranza, se crea la
Escuela Nacional de Industrias Químicas que en febrero de 1917 se incorpora a la
UNAM (hoy Facultad de Química). Coincidentemente con la necesidad de expertos
en la industria petrolera recién nacionalizada, en 1941 se inicia la carrera de
Ingeniería Química en el Politécnico Nacional, en la Escuela Superior de Ingeniería y
Arquitectura (ESIA ). En 1948 nace la Escuela Superior de Ingeniería Química e
Industrias Extractivas (ESIQIE) del Politécnico con las carreras de Ingeniería Química
Industrial, Petrolera y Metalúrgica. La Universidad Autónoma Metropolitana inicia
operaciones en 1974, con la carrera de Ingeniería Química en 2 de sus campuses. Hoy
en día existen 164 escuelas en México que ofrecen la carrera, bajo diversas
modalidades. El Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos se crea en 1958, hace
precisamente 50 años.
En 1938 a raíz de la nacionalización del petróleo, los ingenieros químicos son actores
centrales ante el desafío de mantener operando eficientemente las plantas de
procesamiento, lo cual lo logran con éxito. En los años 50¨s, las operaciones de Pemex
son lideradas por ingenieros químicos, dirigidos por César O. Baptista y Héctor Lara
Creación de la Environmental Protection Agency (EPA) en EUA
Clean Air Act y Clean Water Act
- Movimientos hacia la
Sustentabilidad Mundial
y Regional
Crisis del Petróleo y
Movimientos Ambientales
Crisis de Medio Oriente, altos precios del petróleo
Convertidores Catalíticos en autos - Prohibición del cloroformo, plomo en gasolina y fluorocarbones
Nuevos procesos para gasolina reformulada (oxigenados, alquilado e isómeros)
Proyecto del Genoma Humano
Producción de nuevas medicinas sobre diseño
Nuevos materiales y Nanotecnología
Modernización más que nuevas plantas químicas
Nueva Tecnología Automotriz (Híbridos)
Biocombustibles y otros
Tendencia a Cero emisiones y Seguridad en instalaciones
- Internet
- Explosión Demográfica
- Globalización
Enrique Aguilar Rodríguez 13
Sosa. En 1950 se instala la primera planta de amoniaco sintético en Guanos y
Fertilizantes de México, Fertimex.
En 1957 se crea el Fierro Esponja desarrollado por Hylsa con tecnología mexicana y
por mexicanos. En 1964, Luis Miramontes Cárdenas, inventa la píldora anticonceptiva
en México, que fue elegida por el Departamento de Patentes de los Estados Unidos de
América, como uno de los 40 inventos más importantes registrados entre 1794 y 1964.
El nombre de Luis Miramontes apareció al lado de Pasteur. Edison, Bell, los
Hermanos Wright y otros de igual talla, quedando incluido en el "USA Inventors Hall
of Fame".
En 1965 se crea el Instituto Mexicano de Petróleo (IMP), que cuenta hoy en día con
más de 150 patentes internacionales y tecnologías de proceso propias de producción,
refinación y petroquímica y que ha participado en la ingeniería básica y de detalle de
una gran cantidad de plantas de refinación, de procesamiento de gas y de
petroquímica, así como en la formación de expertos científicos, tecnólogos e
ingenieros para la industria petrolera. Desde su fundación es el brazo tecnológico de
Pemex. Ha sido dirigido principalmente por ingenieros químicos, destacando José
Luis García-Luna, Fernando Manzanilla, Víctor Alcérreca y Francisco Barnés.
En los 70´s se desarrolla una importante capacidad de ejecución de ingeniería básica
y de detalle así como de procura y construcción de plantas industriales, destacando
empresas como Bufete Industrial dirigida por Rafael Pardo Gradison, José Mendoza
y Ernesto Ríos Montero.
En los 70´s y 80´s los ingenieros químicos fuimos conductores de la gran expansión de
la industria petrolera y petroquímica, que nos permitió ejecutar, con una alta
integración de personas y equipos, los proyectos de ingeniería básica y de detalle, de
fabricación de equipo y de construcción, para poner en marcha 3 nuevas refinerías y,
a principios de los 80´s, los centros procesadores de gas así como los centros
petroquímicos en el sureste del país, de vanguardia en su momento e integrados en
cadenas productivas armónicas, a una eficiente industria petroquímica y química
nacional. El éxito en este desarrollo industrial, asombró al mundo y perdura en la
memoria histórica y la conciencia social de los mexicanos.
La contribución de los ingenieros químicos mexicanos al bienestar del país ha sido
muy amplia: desde los grandes profesores como Estanislao Ramírez, Alberto Urbina,
Alberto Bremauntz, Jesús Avila, Ernesto Domínguez, Armando Patiño, Alejandro
Anaya y Estelio Baltazar; los líderes en educación superior, como Ramón de la Peña,
Rector del Instituto Tecnológico de Monterrey; Francisco Barnés, Rector de la
Enrique Aguilar Rodríguez 14
Universidad Nacional; y Enrique Villa, Director General del Instituto Politécnico
Nacional; los desarrolladores de la naciente industria petrolera nacional, como César
Baptista, Héctor Lara Sosa y Carlos López Mora; los ingenieros que consolidaron el
crecimiento como José Luis García Luna, Alberto Celestinos, Enrique Vázquez,
Federico Ortíz, Leopoldo Rodríguez, Jaime Lomelí y muchos otros; y nuestros
investigadores y tecnólogos como Luis Miramontes Cárdenas y desde luego, Mario
Molina Enríquez. Ellos y muchos otros, que han sido artífices del desarrollo de la
industria química nacional.
Como sabemos, en los tiempos más recientes, un ingeniero químico mexicano,
egresado de la Facultad de Química de la UNAM, el Dr. Mario Molina, se hizo
acreedor al Premio Nobel de Química en 1995, al exponer la teoría de cómo ciertos
químicos elaborados por el hombre, pueden llegar a la capa de ozono que protege a la
Tierra de los rayos ultravioletas del sol, y con ello provocar daños impredecibles a la
humanidad.
3. UNA PERSPECTIVA DE LA EVOLUCIÓN DE LA INGENIERÍA QUÍMICA
Encuentro 4 etapas básicas de la Ingeniería Química, cada una con objetivos muy bien
determinados y herramientas también específicas que corresponden a las necesidades
de cada época:
1ª. Epoca: La Química Industrial (de los inicios del siglo XVIII hasta 1915)
En la que se estudian procesos y construyen plantas de gran escala para productos
básicos requeridos por otras industrias o de consumo directo. El conocimiento es muy
específico para cada industria y no hay interacción entre ellas, ni en conceptos, ni
conocimientos aplicados al diseño ni a la operación. Cada industria se consolida
“sola”. Los ejemplos m{s distintivos son los procesos de producción de {cido
sulfúrico a partir de azufre, el de detergentes sintéticos a partir de soda ash y el de
producción de gasolina a partir del petróleo crudo. La mayor aportación de esta
época es el diseño y construcción de equipos de gran escala, la operación de procesos
en forma continua y el conocimiento no sólo del cómo sino el porqué de los procesos
en términos físicos y químicos.
2a. Epoca: Las Operaciones Unitarias ( 1915 a 1960)
Enrique Aguilar Rodríguez 15
Después del postulado de las Operaciones Unitarias, los procesos se visualizan en
forma más conceptual y generalizada; se establece que todos los procesos incluyen:
(1) un módulo de preparación de materias primas, (2) un módulo de reacción, (3) un
módulo de separación, y (4) recirculaciones. Se busca el dominio de materias básicas
como termodinámica, equilibrio de fases y químico y operaciones unitarias básicas,
como flujo de fluidos, transferencia de calor, destilación, absorción, etc. Esta
concepción conforma la estructura de enseñanza de la ingeniería química, la cual
subsiste en gran proporción hasta nuestros días.
3a. Epoca: La Ciencia de la Ingeniería Química (1960 a 1980)
En 1960 aparece un texto revolucionario de ingeniería química sobre un nuevo
enfoque, más microscópico y matemático de visualizar los procesos de transferencia
de momentum, calor y masa, tanto en estado continuo como discontinuo. Los
profesores de la Universidad de Wisconsin-Madison, EUA, R.B. Bird, W.E. Stewart y
E.N. Lightfoot publican en 1960 el libro “Fenómenos de Transporte”, dos años
después de haber publicado sus notas en mimeógrafo del curso, así llamado también,
durante 1957-1958.
Los ingenieros químicos, manteniendo la visión de Operaciones Unitarias, son
capaces entonces de obtener modelos más fenomenológicos de los procesos.
Adicionalmente se desarrolla conocimiento en termodinámica, más específico para la
ingeniería química, como son las ecuaciones de estado, el equilibrio multicomponente
y la predicción de propiedades termofísicas de las substancias; además la ingeniería
de reactores y la catálisis se convierten en disciplinas menos empíricas y más formales
en su tratamiento y aplicación. Aparecen las máquinas calculadoras de alta velocidad,
las computadoras y los sistemas robustos de software para la simulación, el diseño y
el control de procesos. Se establece un maridaje casi perfecto entre el conocimiento
más profundo de los fenómenos y equipos de proceso, y la capacidad de las
computadoras para resolver los modelos mucho más complejos obtenidos de una
visión más rigurosa de los procesos y las plantas químicas. Es posible la optimización
en las diferentes etapas de un proyecto, desde el diseño básico hasta el control y la
operación en línea.
4a. Epoca: La Ingeniería Química y la Micro y Macro escala (1980 a 2008)
En éste periodo se encuentra un gran desarrollo en los sistemas de medición y en la
búsqueda, desarrollo y síntesis de nuevos materiales a nivel microestructural e
inclusive átómico, a escalas nanométricas (una millonésima de milímetro o 10-9
metros). Esto ha permitido que la ingeniería química se desarrolle con una visión de
Enrique Aguilar Rodríguez 16
microescala, para interpretar los fenómenos a nivel molecular y atómico, que
permiten lograr una óptima operación de los procesos. Se encuentran nuevos
catalizadores estructurados que permiten que los procesos sean menos severos en sus
condiciones de operación y mucho más eficientes y selectivos en las transformaciones
químicas. Los ingenieros químicos incursionan en la medicina con substancias
“nano” que prometen, y ya se ensayan con mucho éxito, tratamientos no invasivos
del cáncer e inclusive para su cura8. Estamos muy probablemente en la antesala de
descubrimientos asombrosos para el tratamiento de enfermedades hasta hoy
incurables, con la participación fundamental de los ingenieros químicos, quienes
deben tener en lo sucesivo, una visión más fundamental de los procesos, e
involucrarse en aspectos de física, química y biología, que en el pasado parecían
ajenos e innecesarios.
Por otro lado se demanda de los ingenieros químicos la solución a los problemas
ambientales del planeta, lo que los obliga a trabajar también en una macroescala, muy
por arriba de las dimensiones de tiempo y espacio manejadas en las plantas químicas.
Se requiere medir, modelar y proponer soluciones para la emisión de gases a la
atmósfera, para medir y neutralizar la presencia de gases invernadero, así como
medir y generar teorías alrededor del cambio climático. El planeta visto por los
ingenieros químicos, como un gran reactor químico complejo.
Es quizá el manejo de las dimensiones “espacio y tiempo”, lo que diferencia y hace
distintivas a las diferentes etapas de la ingeniería química. Mientras que bajo el
concepto de Operaciones Unitarias se estudian los sistemas en metros y segundos, en
la microescala se estudian en millonésimas de milímetro y de segundo; y en la
macroescala en miles de kilómetros y de años. La ingeniería química estudiará los
fenómenos en esa amplia banda. El mundo infinito y las partículas más elementales.
8 Davis, M.E. California Institute of Technology. Sesión Plenaria “The Rise and Realization of “molecular”
Chemical Engineering”, AIChE Centennial Meeting, Philadelphia, USA, November 19, 2008.
Enrique Aguilar Rodríguez 17
Las Épocas de la Ingeniería Química y sus núcleos conceptuales
Química industrial
Petróleo
Acido Sulfúrico
Soda Ash (Detergentes)
Gasolina
1900
Ciencia de la Ingeniería Química
Termodinámica Dinámica Fluídos Cinética Control Computación
CatálisisReactores CinéticaSuperficies
Fenómenos Transporte
•Equilibrio de Fases- Transferencia de Masa-Microestructu-
ras
Teoría ControlOptimización
SimulaciónModelamientoCAD
1980
Ciencia de la Ingeniería Química
Termodinámica Dinámica Fluídos Cinética Control Computación
CatálisisReactores CinéticaSuperficies
Fenómenos Transporte
•Equilibrio de Fases- Transferencia de Masa-Microestructu-
ras
Teoría ControlOptimización
SimulaciónModelamientoCAD
1980
Azufre
Sal de Mar
1915
1950
Operaciones Unitarias
AgitaciónMezclado
etc.
CatálisisIntercambio de CalorCombustión
DestilaciónExtracciónAbsorciónetc.
Preparación Reacción Separación
Reciclo
ProductosSubproductosEfluentes
Materias Primas
1950
Operaciones Unitarias
AgitaciónMezclado
etc.
CatálisisIntercambio de CalorCombustión
DestilaciónExtracciónAbsorciónetc.
Preparación Reacción Separación
Reciclo
ProductosSubproductosEfluentes
Materias Primas
Ingeniería Química y la Micro y Macro Escala
Nanomateriales Ingeniería Molecular Biofenómenos Modelado Macro
- Bioquímica- Toxicología- Ciclos de vida
- Física molecular Transporte
- Catalizadores Estructurados- Diseño a nivel atómico de materialesMicroestructu-ras
La Tierra como un reactor químico
2008
Siglo XVIII
Enrique Aguilar Rodríguez 18
El manejo de la dimensión “Espacio-Tiempo”
en los sistemas de la Ingeniería Química
La proporción del diámetro de la Tierra al balón
es la misma que la del balón al de un compuesto nanoestructurado
Sistemas de la Ingeniería Químicaseg
un
do
s
10-1210-12
10-9
10-6
10-3
100
10+3
10+6
Ingeniería
molecularcinética
catálisis
Ambiente
Dinámica de Fluídos
TermodinámicaQuímica de
reacciones
Transporte
Operaciones
Unitarias
metros10+310-310-610-9 10+6100
metros
10-1210+310-310-610-9 10+6100
Enrique Aguilar Rodríguez 19
4. EL PRESENTE
Es interesante presentar los resultados de una encuesta elaborada por el AIChE en
2005, en la que se identifican las 10 aportaciones más relevantes de la Ingeniería
Química a la humanidad. Éstas son:
Las 10 aportaciones más relevantes de la Ingeniería Química a la Humanidad
Al observar estos conceptos, y haciendo un ejercicio de imaginación, no se concebiría
a la humanidad, como es hoy, sin estas grandes contribuciones, que junto con muchas
otras, han conformado en gran medida la forma y calidad de vida que hoy tenemos.
Así se inicia el Siglo XXI, con una revolución tecnológica de muchas dimensiones que
trastoca en sus cimientos, la vida humana, las relaciones individuales y entre países,
así como los elementos tecnológicos de que dispone el hombre para conformar una
nueva sociedad. Quizá el signo más distintivo del inicio de este periodo es el uso
intensivo de tecnologías de comunicación e información, que llega a cada vez
mayores núcleos de la población y forma parte de su vida cotidiana. Desde el punto
de vista económico, surgen las fusiones de grandes corporaciones mundiales,
destacando las de la industria química y petroquímica, como la de Exxon–Mobil, BP-
Amoco y Conoco-Phillips.
Las separación de los átomos y
sus isótoposLa producción de polímeros
plásticos
1 2
El conocimiento de las funciones
del cuerpo humano y elaboración
de herramientas y órganos
artificiales
La producción masiva y
económica de antibióticos
3 4
Producción de combustibles y
petroquímicos a partir del
petróleo y el gas natural
La producción de hules sintéticos
9 10
Los procesos y sistemas para el
cuidado del ambienteLos fertilizantes y el
procesamiento de alimentos
7 8
La producción de fibras y telas
sintéticasLa producción de oxígeno puro y
otros compuestos del aire
56
Enrique Aguilar Rodríguez 20
Surge una gran preocupación por el calentamiento global provocado por las
emisiones de gases invernadero (principalmente por el CO2), generadas por el uso de
combustibles fósiles en la producción de energía. Hay gran inquietud social por el
aumento de la pobreza y la conformación de grandes núcleos de población
marginados del desarrollo económico y tecnológico así como por la concentración de
la riqueza en muy pocas manos, sobre todo en corporaciones transnacionales que
poseen tanto los recursos financieros y tecnológicos como el control de los mercados.
En este ambiente, aparecen movimientos sociales y corporativos preocupados por la
declinación de los recursos naturales y el deterioro ambiental del planeta, que
amenaza ya la satisfacción de las crecientes necesidades y demandas de una
población más informada. Desde finales del siglo XX surgen pensadores que plantean
la necesidad de establecer bases con visión de largo plazo para el desarrollo social y
particularmente para el consumo de los recursos naturales, la producción y consumo
de energía y el cuidado de la salud y la vida en el planeta9. Este movimiento desde su
inicio tiene un carácter mundial, ya que surge de la convicción de que las soluciones
parciales establecidas a nivel regional o por países, no son suficientes para garantizar
un desarrollo armónico y de largo plazo.
En particular la ingeniería química enfrenta los retos que tienen que ver ahora con la
producción de energía y productos sin daño ambiental, económico o social, con la
necesidad de mantener a la industria como un elemento generador de riqueza
económica y de procesos químicos integrales con responsabilidad social. Hoy en día,
y en forma definitiva a partir del Siglo XXI, surgen importantes movimientos sociales
y corporativos hacia la sustentabilidad, inducidos por la percepción de una fuerte
alteración climática del planeta, cuya manifestación más cercana es el calentamiento
global y por contar hoy en día con información abierta, rápida y global.
Se ha generado así una preocupación más amplia y a nivel mundial, sobre el
paradigma de la Sustentabilidad del planeta, que de acuerdo a la definición del
Instituto Americano de Ingenieros Químicos (AIChE) se define así:
“La Sustentabilidad es un camino de mejora continua, por el cual los productos y servicios
requeridos por la sociedad, se producen y entregan cada vez con menos impacto negativo para
la Tierra.”10
9 Bakshi, B.R. and Fiskel, J., AIChE J., Vol 49(6), pp. 1350-1358, 2003
10 Schuster, D. Institute for Sustainability, AIChE. Conferencia Plenaria “La Sustentabilidad, nuevo paradigma de
la Ingeniería Química”, XLVIII Convención del IMIQ, Octubre, 2008.
Enrique Aguilar Rodríguez 21
En términos del impacto de este nuevo concepto para la industria química, se
requiere operar con aún mayores restricciones en la producción de energía y de
productos químicos, lo que está revolucionando nuevamente el enfoque de la
ingeniería química. Esto representa nuevos retos como diseñar y operar plantas que
mantengan su rentabilidad pero con producción sin daño ambiental, económico y
social, no sólo a nivel local sino global, que se traduzca en procesos químicos
integrales con operación bajo el concepto de responsabilidad social. En este escenario
se desenvolverá la industria química y nuestra profesión, al menos durante la
primera mitad del siglo actual.
Los indicadores de crecimiento poblacional, de nuevos individuos a los que hay que
proporcionar alimentos, energía y productos químicos, son alarmantes; la
Organización de las Naciones Unidas (ONU) estima que en el periodo de 1975 a 2025,
se duplicará la población mundial, pero en mucho mayor proporción la de los países
subdesarrollados, para llegar a más de 8 mil millones de habitantes11.
La evolución de la población mundial
Se estima también que la cantidad de vehículos en el mundo llegará a mil millones
para 2025, concentrándose la tercera parte de ellos, en los Estados Unidos, con un
11 United Nations, World Population Prospects, The 2005 Revision; y estimaciones del Population Reference Bureau,
2005
Población en miles MM
0
2
4
6
8
10
17
50
18
00
18
50
19
00
1975
20
00
20
50
21
00
21
50
2000
6100 Millones
Se duplica
Paises menos
desarrollados
Paises más desarrollados
19
50
2025
Enrique Aguilar Rodríguez 22
gran efecto adverso, entre otros, el de aumentar formidablemente la emisión de
bióxido de carbono12.
La evolución del número de automóviles y emisiones de CO2
Lo anterior representa una gran presión para el mundo por el incremento en la
demanda de combustibles, sobre todo por los pronósticos generalizados de que las
reservas mundiales de petróleo llegarán a su pico para el periodo 2013-2015, para
después declinar paulatinamente13.
12 Aguilar E., Rev. IMIQ, Vol 1-2, pp.5-12, 2002 13 Energy Inormation Agency (EIA), EUA, www.eia.doe.gov
1930 1950 1980 1996 20202002
200
400
1000
800
600
Mundial
Estados Unidos
Año
Millones
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
1751 1771 1791 1811 1831 1851 1871 1891 1911 1931 1951 1971 1991
Evolución de las Emisiones
Mundiales de CO2
1751 – 2000 **
MM Ton Carbono (C)
Enrique Aguilar Rodríguez 23
La evolución de las Reservas según la Teoría del “Pico del Petroleo”
5. LOS RETOS Y EL FUTURO
Se observa en retrospectiva, que la ingeniería química ha evolucionado
constantemente debido a los retos que se han ido presentando a lo largo de la
historia, y que le han impuesto cada vez más restricciones de tipo económico,
ambiental, de seguridad, etc. y que le han requerido más profundidad, rigor y
eficiencia en sus resultados.
En la siguiente figura se ilustran los paradigmas que se han acumulado para la
ingeniería química, a lo largo de su historia.
Enrique Aguilar Rodríguez 24
La Evolución de los Paradigmas de la Ingeniería Química
¿Cómo responderá la industria y la ingeniería química a los retos de hoy?
Durante el 7º. Congreso Mundial de Ingeniería Química, efectuado en 2005 en
Glasgow, Escocia se obtuvo un consenso para definir las áreas más relevantes que
atenderá la ingeniería química durante este siglo XXI. Los resultados de ese consenso
identificaron las siguientes áreas que atenderán primordialmente los ingenieros
químicos del siglo XXI
Sustentabilidad
La demanda de productos y procesos que se ciñan a los conceptos de la
sustentabilidad será un criterio fundamental de la industria química del futuro. Así,
deberán atenderse aspectos como el desarrollo de Tecnología Química Sustentable
que involucrará tanto a procesos limpios como a productos con mínimo impacto en
los seres vivos y su medio ambiente.
La Salud, la Seguridad y el Medio Ambiente
En sus inicios, la preocupación de la
profesión era producir productos
nuevos y combustibles (fines del
siglo XIX).
Producir Combustibles
y Productos Químicos
Procesar y Controlar las emisiones
Establecer Productos y Procesos que aseguren la Sustentabilidad de la
Industria
Restricciones ómicas
Restricciones Ambientales
Restricciones parala Sustentabilidad
Mínimas Restricciones
Hoy en día, el paradigma de la
Sustentabilidad del planeta es una
restricción central en la producción
de energía y productos químicos, que
está revolucionando el enfoque de la
profesión
Optimizar la Rentabilidad de los Procesos
Econ
Más tarde surgió la necesidad de
eficientar los procesos a fin de
producirlos a gran escala y con
mayores utilidades (Primera mitad del
siglo XX)
A partir de la segunda mitad del siglo
XX surgen las preocupaciones
ambientales que generan
restricciones para los procesos y
productos de la industria química
Enrique Aguilar Rodríguez 25
Tema en el cual la ingeniería química deberá desarrollar nuevos procesos con alto
cuidado al ambiente, con mínimos subproductos y prevención de pérdidas, con el
apoyo de modelos más estrictos para evaluar el riesgo y la seguridad en las
operaciones.
Energía, Alimentos y Agua
Los ingenieros químicos deberán introducir tecnologías más eficientes de conversión
e integración de la energía en los procesos, así como la introducción y utilización de
fuentes alternas, que sean abundantes y con propiedades adecuadas para su
generación, almacenamiento y distribución, aspectos que hasta ahora son distintivos
de los combustibles fósiles.
Seguramente será necesario el manejo y uso más racional del agua. Los ingenieros
químicos deberán atender la demanda de uso de agua de diversos niveles de pureza,
para consumo humano, para riego, para uso industrial y otros. Se desarrollarán
nuevos procesos de separación más novedosos y eficientes para purificar este
elemento, que será cada vez más valioso y preciado.
Para atender una población más creciente y demandante, se desarrollarán nuevos
métodos y plantas para el procesamiento de alimentos y bebidas, que minimicen el
uso de agentes externos y conserven y mejoren sus características nutritivas y de
sabor. El campo de la ingeniería de reactores biológicos y los procesos de separación
de sistemas con biomasa, serán nuevas áreas de amplio desarrollo para nuestra
profesión.
Bioprocesos e Ingeniería de Biosistemas
Tradicionalmente los ingenieros químicos se han orientado en forma preferente a los
sistemas “no vivos”, tales como hidrocarburos fósiles, gas natural, catalizadores
metálicos, etc. En este siglo será necesario incursionar cada vez más en los procesos
que involucran biosistemas, que requerirá un enfoque más riguroso para el manejo de
fluidos (líquidos, sólidos, lodos, fermentos), el manejo de catalizadores enzimáticos
y/o nanoestructurados y procesos de separación más eficientes y moderados que los
tradicionales. Los ingenieros químicos tendremos que acercarnos más al campo de la
bioquímica, a la interacción de los sistemas vivos con otros medios y en general a
áreas inéditas para nuestra profesión como toxicología, análisis de ciclos de vida y
muchos otros relacionados con bioprocesos, bioproductos y biosistemas.
Enrique Aguilar Rodríguez 26
En el siguiente esquema se presenta un resumen de los conceptos encontrados en el
ejercicio de Glasgow.
6. LA SUSTENTABILIDAD COMO EL PARADIGMA DE LA INGENIERÍA
QUÍMICA DEL SIGLO XXI
El concepto de sustentabilidad ha transformado la noción que se ha tenido
históricamente en la industria con respecto al capital, que se ha circunscrito
tradicionalmente al capital financiero y para el cual, toda inversión debe redituar
utilidades, también y solamente en términos económicos.
Así a partir del concepto de sustentabilidad, se ha establecido para la industria
química el modelo de los cinco capitales, en el cual además del financiero, se consideran
de la misma naturaleza el capital de recursos naturales, el humano, el social y el de
los activos con que cuenta la empresa. En la figura siguiente se ilustra este modelo y
los alcances que tienen cada uno de los capitales.
LAS AREAS DE TRABAJO MLAS AREAS DE TRABAJO MÁÁS RELEVANTES PARAS RELEVANTES PARA
EL INGENIERO QUIMICO DEL SIGLO XXIEL INGENIERO QUIMICO DEL SIGLO XXI
SALUD, SALUD,
SEGURIDAD Y SEGURIDAD Y
MEDIO AMBIENTEMEDIO AMBIENTE
•Procesos
Ambientales
•Prevención de
Pérdidas
•Modelos de Riesgo
y Seguridad
SALUD, SALUD,
SEGURIDAD Y SEGURIDAD Y
MEDIO AMBIENTEMEDIO AMBIENTE
•Procesos
Ambientales
•Prevención de
Pérdidas
•Modelos de Riesgo
y Seguridad
BIOPROCESOS E BIOPROCESOS E
INGENIERIA DE INGENIERIA DE
BIOSISTEMASBIOSISTEMAS
• Ingeniería
Bioquímica
•Fármacos
•Toxicología
BIOPROCESOS E BIOPROCESOS E
INGENIERIA DE INGENIERIA DE
BIOSISTEMASBIOSISTEMAS
• Ingeniería
Bioquímica
•Fármacos
•Toxicología
ENERGIA, ENERGIA,
ALIMENTOS Y ALIMENTOS Y
AGUAAGUA
•Tecnologías de Conversión
de Energía y Utilización de
Fuentes Alternas
•Manejo y Tratamiento de
Agua
•Procesamiento de
Alimentos y Bebidas
ENERGIA, ENERGIA,
ALIMENTOS Y ALIMENTOS Y
AGUAAGUA
•Tecnologías de Conversión
de Energía y Utilización de
Fuentes Alternas
•Manejo y Tratamiento de
Agua
•Procesamiento de
Alimentos y Bebidas
•Tecnología Química
Sustentable
•Procesos Químicos
Sustentables
•Productos Químicos
Limpios
SUSTENTABILIDADSUSTENTABILIDAD
•Tecnología Química
Sustentable
•Procesos Químicos
Sustentables
•Productos Químicos
Limpios
SUSTENTABILIDADSUSTENTABILIDAD
Enrique Aguilar Rodríguez 27
El Modelo de los 5 Capitales en la Industria
Los 5 capitales representan los recursos disponibles en una sociedad, en una célula
social o en un negocio, para aspirar al logro del crecimiento con sustentabilidad. Para
operar en un marco de sustentabilidad, la industria debe mantener o incrementar sus
5 capitales. La reducción de cualquiera de ellos amenaza su viabilidad y pertinencia
futura.
En relación con el deterioro natural que ha provocado la industria química, es útil
recordar que los ciclos geobioquímicos que se presentan en la naturaleza requieren
siempre un par donador-receptor recíproco que permita la realización de los procesos
de generación y regeneración necesarios para sostener los ciclos vitales en el planeta.
Por ejemplo las plantas suministran nitrógeno a los animales que se alimentan de
ellas y éstos a su vez generan en sus desechos el nitrógeno que fertiliza la tierra y
produce nuevas plantas. El oxígeno que producen las plantas es utilizado por el
hombre para respirar, y éste a su vez expulsa CO2 como producto de la respiración
que es utilizado por las plantas como alimento en su proceso vital. La industria
química, como sabemos, ha generado dos tipos de productos “no naturales”: (1)
productos sintéticos, como plásticos, hules, fibras; (2) energía térmica a partir de los
hidrocarburos con generación simultánea de gases producto de la combustión (CO2,
SOx, NOx, etc.), que probablemente han roto, o al menos perturbado, el equilibrio de
algunos ciclos geobioquímicos.
Capital Natural
1
2
34
5
Capital Financiero
Capital en Activos
Capital Humano
Capital Social
Flujo de Energía o materia
para obtener un producto o
servicio (incluye recursos
materiales y ambientales)
Salud, Educación,
Capacidades y Actitudes
de la gente
Sistemas de organización y
de interacción social (familias,
comunidades, gobierno,
escuelas, sindicatos, etc.)
Bienes materiales,
infraestructura, máquinas,
herramientas, que contribuyen a
los procesos de producción,
pero no son productos de ella
Recursos económicos de
capital, que refleja la
capacidad productiva de los
otros 4 elementos
Capital Natural
1
2
34
5
Capital Financiero
Capital en Activos
Capital Humano
Capital Social
Flujo de Energía o materia
para obtener un producto o
servicio (incluye recursos
materiales y ambientales)
Salud, Educación,
Capacidades y Actitudes
de la gente
Sistemas de organización y
de interacción social (familias,
comunidades, gobierno,
escuelas, sindicatos, etc.)
Bienes materiales,
infraestructura, máquinas,
herramientas, que contribuyen a
los procesos de producción,
pero no son productos de ella
Recursos económicos de
capital, que refleja la
capacidad productiva de los
otros 4 elementos
Enrique Aguilar Rodríguez 28
Las preocupaciones comunes de la Industria Química y Petroquímica
Materias Primas
La industria química utiliza para sus procesos de producción más productos
petroquímicos como materias primas que como combustible. Para una operación
sustentable se requiere el desarrollo de materias primas alternativas que no dependan
de las fuentes tradicionales de combustibles fósiles, así como la elaboración de
productos que puedan ser reciclados. Para sustituir los recursos no renovables en la
industria, es necesario generar alternativas competitivas económicamente y con
seguridad en el suministro, lo que ha hecho que se explore actualmente el uso de
materiales agrícolas y corrientes de subproductos de la industria actual.
Energía
Los procesos de producción, manejo y transportación de productos en la industria
química tienen un alto consumo de energía proveniente de los combustibles fósiles.
Actualmente se producen y consumen en una alta proporción combustibles
ultralimpios que han permitido resolver, casi en su totalidad, los problemas asociados
a las emisiones ambientales pero sin embargo, no ha sido posible eliminar el efecto
que tiene la producción de CO2 en el cambio climático. Aún cuando la ingeniería
química ha hecho importantes contribuciones para mejorar la eficiencia de generación
y uso de la energía, es claro que las estrategias de eficientización de los procesos
tienen sus limitaciones y deben buscarse alternativas para sustituir los actuales
combustibles con otros de tipo renovable.
Toxicidad
Cada vez hay mayor preocupación por los efectos tóxicos de los productos químicos.
Se sabe que hay contaminantes orgánicos de larga vida, que no se degradan
naturalmente en el ambiente y que pueden acumularse en los tejidos humanos y de
otros animales en un proceso conocido como bioacumulación. Existen otros tipos de
sustancias químicas que tienen efectos de alteración de las funciones endocrinas ya
sea por bloquear, alterar o inhibir la función normal de las hormonas presentes en el
cuerpo humano. Hasta la fecha hay una gran dosis de ignorancia sobre el efecto
completo de las sustancias químicas que se emiten en el planeta y que se acumulan en
el ambiente y en los seres vivos aunque se tiene plena conciencia de los riesgos
Enrique Aguilar Rodríguez 29
implicados en el funcionamiento de las industrias química y petroquímica, con los
criterios actuales.
Cadena de Valor
El esquema de libre competencia indiscriminada y los modelos de consumo actuales
son una barrera importante para que la industria introduzca prácticas más
sustentables. El público generalmente demanda productos más baratos en lugar de
aquellos m{s “efectivos”, por lo que cualquier mejora hacia la sustentabilidad de los
procesos que transfiera el costo al consumidor, tiene poca probabilidad de éxito. Así
por ejemplo, productos detergentes que existen en el mercado y que contienen hasta
80% de productos biodegradables, no tienen éxito comercial pues son desplazados
por detergentes más baratos con menor proporción de biodegradables.
La industria química, con apoyo de los gobiernos, debe examinar la estructura de
precios de los diversos productos químicos, con el objeto de penalizar, probablemente
por la vía de impuestos y aranceles, a sustancias agresivas que amenacen la
sustentabilidad del planeta. Existen iniciativas serias en todo el mundo en esta
dirección.
Los 8 Grandes Retos de la Ingeniería Química para la Sustentabilidad
El desarrollo de la industria química para asegurar su sustentabilidad, debe basarse
en nuevos enfoques que modifiquen los criterios para el diseño, la construcción y la
operación de las plantas químicas así como las características y propiedades de los
productos obtenidos. Se establecen hoy en día, ocho grandes retos que enfrentará la
ingeniería química para significarse como disciplina central de la industria química
del Siglo XXI. Estos retos se definen en la siguiente figura.
Enrique Aguilar Rodríguez 30
Los retos de la Ingeniería Química para la Sustentabilidad
Ingeniería y Química “Verde”
La ingeniería química debe generar los conocimientos suficientes para que los
ingenieros químicos sean capaces de encontrar nuevas rutas para las
transformaciones químicas con que se elaboren nuevos productos tales que cumplan
con el principio de que “es mejor prevenir la producción de desperdicios que
eliminarlos o procesarlos, después de que se han formado”14. Esto implica por
ejemplo, sustituir solventes dañinos, así como lograr mejoras sustanciales en la
eficiencia y selectividad de los catalizadores que participan en las reacciones
químicas, para reducir la formación de subproductos, que actualmente es
asombrosamente alta15, como lo muestra la siguiente Tabla.
14 Poliakoff, M. et al., Green Chemistry: Science and Politics of Change, Science, Vol 297, pp. 807-810, 2003
15 Sheldon, R.A., Pure Appl, Chem., Vol 72(7), pp. 1233-1246, 2000
Ingeniería y
Química “verde” Análisis de los
Ciclos de Vida
To
xic
olo
gía
Mat
eria
s Prim
as
Ren
ovable
s
Combustibles
Renovables
Educaci
ón
para
la S
usten
tabili
dad
Eficiencia
Energética
Sep
ara
ció
n,
Cap
tura
y U
so
delC
O2
1
8
6
2
37
5
4
1
Enrique Aguilar Rodríguez 31
Es evidente que se deberán generar nuevos procesos para purificar y recuperar
efluentes y producir productos novedosos que minimicen su generación, que sean
benignos al ambiente y que al mismo tiempo, mantengan su rentabilidad.
Los procesos químicos deberán diseñarse para cumplir los 10 principios de la
ingeniería verde16 , que se enuncian a continuación:
1. Diseñar procesos y productos en forma integral, usando análisis de sistemas e
integrando herramientas de evaluación del impacto ambiental
2. Conservar y mejorar los ecosistemas con protección de la salud y el bienestar
3. Mantener el concepto de ciclo de vida en todas las actividades de la ingeniería
4. Asegurar que los materiales y la energía que entran y salen del proceso, sean lo
más benignos y seguros posibles
5. Minimizar el uso y agotamiento de recursos naturales
6. Esforzarse por evitar la producción de desperdicios y subproductos
7. Aplicar soluciones de ingeniería integradas, a la medida de la cultura y
geografía del lugar
8. Crear tecnologías innovativas orientadas a la sustentabilidad
9. Comprometer a propietarios de la industria y a las comunidades en el
desarrollo de nuevas soluciones de ingeniería
10. Informar a la sociedad sobre los beneficios de la aplicación de la ingeniería
verde en la industria
Análisis de los Ciclos de Vida
Actualmente existen alrededor de 80,000 productos químicos registrados y en uso
cotidiano en los Estados Unidos y se estima que cada año se introducen en el
16 Ritter, S.K., Chemical and Engineering News, Vol. 81(29), pp.30-32, 2003
25-100+10-103Farmacéutica
5-50102-104Química Fina
< 1-5104-106Química
< 0.1106-108Refinación
Eficiencia en
Subproductos
(Kg subproducto/
kg producto)
Escala Típica de
Producción
(Ton/año)Sector Industrial
25-100+10-103Farmacéutica
5-50102-104Química Fina
< 1-5104-106Química
< 0.1106-108Refinación
Eficiencia en
Subproductos
(Kg subproducto/
kg producto)
Escala Típica de
Producción
(Ton/año)Sector Industrial
2
Enrique Aguilar Rodríguez 32
mercado otros 2,000 más17. Aunque son innegables los beneficios de los productos
químicos en la sociedad y la economía mundial, debe reconocerse que los efectos que
muchas sustancias químicas tienen en la salud humana y el ambiente no son
neutrales ni conocidos completamente. Lo anterior se debe principalmente a la falta
de estudios profundos de los llamados “an{lisis de los ciclos de vida”, que aspiran a
entender la interrelación de los productos de la industria química con el medio, desde
su producción hasta su disposición final.
La ingeniería química deberá involucrarse en el desarrollo de herramientas para
evaluar el impacto en el ambiente de los productos de la industria química, generados
por las diferentes rutas de proceso y diferentes condiciones de operación a lo largo de
sus ciclos de vida.
Toxicología
Hay actualmente una gran preocupación mundial por el efecto adverso en los ciclos
de vida de diversos productos químicos, destacando:
• Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP) como dioxinas y pesticidas, pues
no se degradan y se acumulan en los tejidos vivos (bioacumulación)
• Disruptores Endocrinos que deforman las funciones de las hormonas
naturales. Las implicaciones son sólo parcialmente conocidas, aunque se cree
que amenazan la biodiversidad y la salud de la población humana.
• Metales pesados, de los cuales la preocupación es su contacto con seres
humanos durante su uso y su disposición final después de utilizarse (como en
las baterías)
La incorporación de las disciplinas ambientales a la ingeniería química, ha tenido
hasta ahora como gran limitante, el que se ha hecho principalmente en la medición y
control de las emisiones, así como en los procesos para el tratamiento de efluentes,
pero no se ha involucrado formalmente en el entendimiento de los procesos básicos
de la vida humana y de otros seres vivos, por lo que desconoce la relación causa-efecto
entre los seres vivos y los productos químicos. En otras palabras, hay un hueco
importante entre la visión puramente bioquímica del comportamiento de los seres
17 National Toxicology Program, 2004. http://ntp-server.niehs,nih.gov/
3
Enrique Aguilar Rodríguez 33
vivos y la visión del manejo de los productos químicos que causan desequilibrios en
ese comportamiento, con efectos adversos para la salud.
Por esta razón es urgente que la ingeniería química adopte como parte de sus
disciplinas básicas, el conocimiento de la bioquímica y de la toxicología para que sea
capaz de desarrollar herramientas para primeramente entender la relación estructura-
función de las sustancias químicas en los seres humanos y en el ambiente (esto deberá
incluir herramientas de tipo computacional y un acercamiento al enfoque genómico
en el estudio de la vida); y después desarrollar la capacidad de incorporar esta
información en el diseño y desarrollo de nuevos productos químicos más benignos.
Materias primas renovables
La industria química y petroquímica se ha desarrollado con una lógica de integración
de cadenas, partiendo del petróleo y el gas como materias básicas, para así
estructurar esquemas que por esta integración y su producción a gran escala, han
permitido que sea rentable y pertinente desde el punto de vista económico. Así a la
industria petroquímica la conforman grandes bloques en donde las piedras angulares
son, por un lado el gas natural y por otro, diversas fracciones del petróleo como son
las naftas y los gasóleos principalmente. En la figura siguiente se ilustra como
ejemplo, la integración del bloque petroquímico del amoniaco. Esta fortaleza de la
industria está amenazada a corto plazo por la previsible reducción en la
disponibilidad del petróleo y el gas en algún momento de este siglo, como lo prevén
prácticamente todos los datos de reservas disponibles y consumo mundial.
El Bloque Petroquímico del Gas Natural
Gas Natural
Acrilonitrilo
Caprolactama
Urea
Acido Nítrico
Fosfato de Amonio
Sulfato de Amonio
Otros Químicos
Amoníaco
Fibras Acrílicas
Nylon
Fertilizantes
Explosivos,
AlimentosGas Natural
Acrilonitrilo
Caprolactama
Urea
Acido Nítrico
Fosfato de Amonio
Sulfato de Amonio
Otros Químicos
Amoníaco
Fibras Acrílicas
Nylon
Fertilizantes
Explosivos,
Alimentos
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Enrique Aguilar Rodríguez 34
Se hace evidente la necesidad de que los ingenieros químicos desarrollen tecnologías
para la utilización de materias primas no fósiles, derivadas de la biomasa pero con
una estructura similar a la actual, en cuanto a la construcción de bloques que le den
ventajas por la integración que puede lograrse. En la siguiente figura se ilustra cómo
se busca un esquema integrado para la producción de químicos a partir de una fuente
de biomasa.
El Bloque biomásico de un derivado del azúcar
Combustibles renovables
El Siglo XX fue un periodo de gran desarrollo tecnológico en muchas áreas, entre las
cuales la industria química tiene un lugar preponderante. Sin embargo las piedras
angulares de su desarrollo, el petróleo y el gas natural, han sido capaces de
suministrar prácticamente el 80% de la energía mundial desde entonces. Si en un
siglo se ha consumido la mayor proporción de petróleo y gas que existe en el planeta,
más allá de cifras detalladas, el sentido común nos señala que el Siglo XXI verá el
final del ciclo de los combustibles fósiles como la fuente más importante de
suministro de energía.
Siendo los ingenieros químicos quienes han sido mayoritariamente responsables de la
producción de combustibles y de energía, es evidente que en el futuro cercano
deberán también desarrollar nuevos procesos y productos que sustituyan a los
OHHO
O
Acido 3-hidroxipropiónico
(derivado del azúcar)
O
OHO
H
n
Poli (hidroxipropionato)
OHHO
1-3 propanodiol
O O
O
EEP
OHHO
O O
Ácido malónico
OH
O
H2C
Ácido acrílico
O
H2C
NH2
Acrilamida
OXIDACIO
N
DESHIDRATACION
POLIMERIZACION
HIDROGENACION
NITRACION
OHHO
O
Acido 3-hidroxipropiónico
(derivado del azúcar)
O
OHO
H
n
Poli (hidroxipropionato)
OHHO
1-3 propanodiol
O O
O
EEP
OHHO
O O
Ácido malónico
OH
O
H2C
Ácido acrílico
O
H2C
NH2
Acrilamida
OXIDACIO
N
DESHIDRATACION
POLIMERIZACION
HIDROGENACION
NITRACION
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Enrique Aguilar Rodríguez 35
combustibles fósiles como fuente energética. Los esfuerzos se deberán enfocar
principalmente a la búsqueda de recursos renovables tales como la biomasa, el viento
y el sol. La ingeniería química deberá ser la disciplina que permita diseñar los
sistemas y procesos para el aprovechamiento de la biomasa para producir
combustibles limpios, en gran escala y a costos competitivos, que marquen la pauta a
la industria automotriz en el diseño de los nuevos vehículos; asimismo deberá
involucrarse en el desarrollo de sistemas de proceso y equipos para el uso intensivo
de la energía solar así como los sistemas de acumulación de esta energía.
Eficiencia Energética
Dado que en su origen, el costo de la energía no era un factor controlante en la
industria química, sus procesos y equipos atendían preferentemente al requerimiento
de mayor capacidad de procesamiento, equipos de menor dimensión para disminuir
los costos de inversión, así como a la controlabilidad de la calidad de los productos y
de la operación de las plantas. Por esta razón tuvieron gran éxito procesos de
separación ya tradicionales, como la destilación que se ajustó de una manera
formidable a los requerimientos anteriores.
Nadie reparó sin embargo, en que esta operación, que aún actualmente consume el
3% de todos los requerimientos energéticos de los Estados Unidos18, tiene una pobre
eficiencia termodinámica, que en lo mejor de los casos es apenas del 10%. En otras
palabras del consumo de energía en una columna de destilación, no se utiliza más del
10% en el proceso de separación de componentes de la mezcla procesada. Lo mismo
sucede con otros procesos tradicionales como la absorción y la extracción con
solvente, cuyo consumo de energía en las etapas de regeneración es muy alto.
Es evidente que los ingenieros químicos deberán desarrollar nuevos procesos de
separación de mayor eficiencia, pero que sean capaces de mantener los beneficios de
las operaciones tradicionales, principalmente en cuanto a capacidad de
procesamiento y controlabilidad. En la siguiente figura se muestra la situación actual
de diversos procesos de separación en términos de su madurez tecnológica y de su
intensidad de utilización19.
18 U.S. Dept. of Energy, EIA, Country Analysis Brief. www.eia.doe.gov/emeu/cabs/usa.html
19 Humprey, J.L. and Keller,G.E., Separation Process Technology, Mc Graw Hill, 1997.
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Enrique Aguilar Rodríguez 36
Madurez de Tecnologías de Separación
Separación, Captura y Usos del CO2
La producción de CO2 es inherente al proceso de combustión por el cual se genera el
calor que se utiliza como la forma más elemental de energía y que posteriormente se
transforma en otras o se aplica directamente; por esta razón mientras se utilicen
combustibles fósiles, la producción de CO2 es inevitable. Aún cuando todavía hay una
amplia discusión mundial sobre el efecto del CO2 y de otros gases invernadero sobre
el cambio climático en el planeta, se está llegando a un acuerdo general de que sí
existe una relación directa entre la concentración de CO2 en la atmósfera y el
incremento de la temperatura global 20; se estima también que el cambio climático
será crítico a mediado del Siglo XXI, aún antes del agotamiento de los recursos fósiles.
Por lo anterior, los ingenieros químicos serán actores centrales en el desarrollo de
procesos y tecnologías, para (1) separar el CO2 tanto de los gases de combustión como
del aire atmosférico; (2) capturar el CO2 ya sea transformándolo en otros productos
como carbonatos o confinándolo en lugares específicos de la tierra o el mar y (3)
buscar rutas para su transformación química en productos químicos útiles.
20 National Research Council, Radiating forces of climate change: expanding the concept and addressing
uncertainties, The National Academies Press, 2005.
Indice de Madurez de la tecnología
(% de mejoras ya implantadas)
Ind
ice
de
Mad
ure
z d
e U
so
de l
a t
ecn
olo
gía
(de m
ejo
ras y
a i
mp
lan
tad
as)
50
100
0
50
Cromatografía
Membranas
Adsorción
Intercambio Iónico
Cristalización
Extracción
con Solvente
Absorción
Destilación
Las membranas tienen el mayor
potencial de eficiencia energética, pero
no se han podido aplicar a gran escala
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Enrique Aguilar Rodríguez 37
Educación para la Sustentabilidad
El compromiso que tiene la sociedad actual para enfrentar adecuadamente los retos
que surgen para un desarrollo sustentable de la industria química, hace necesario
modificar sustancialmente el enfoque con el que históricamente se han desarrollado
tecnologías y diseñado y operado las plantas industriales. La ingeniería química que
ha sido promotora del desarrollo de la industria, está destinada a ser actor para las
transformaciones que se esperan ya en el futuro cercano; deberá ver con nuevos ojos
los procesos y los productos de la industria química y requerirá tener un mayor
entendimiento de los sistemas vivos, de la química verde, de la bioquímica, del
análisis de los ciclos de vida y de la toxicología. La ingeniería química está obligada a
ser el puente que ponga en contacto y concilie el comportamiento de los sistemas
vivos con los productos y procesos químicos, que le han permitido a la humanidad
contar con niveles de vida y confort jamás concebidos antes del Siglo XX.
Los retos que aquí se han mencionado deben de atenderse en forma inmediata
porque así lo demanda la sociedad y por tanto la ingeniería química debe modificarse
también rápidamente. Esta es una responsabilidad compartida entre los encargados
de la educación de los nuevos ingenieros químicos y los profesionales en el ejercicio
de esta disciplina, con una mentalidad que les permita identificar los problemas
actuales de la industria y proponer soluciones innovativas que mantengan su
pertinencia y sustentabilidad y que siga siendo rentable.
En una visión de largo plazo, la Industria Química tendrá cambios dramáticos en
cuanto a sus paradigmas históricos, con lo cual sus retos serán también formidables.
Deberá hacer uso de cada vez más materias primas y energías renovables, tenderá a
no generar emisiones en sus plantas de procesamiento y atenderá con mayor seriedad
las demandas sociales de un mayor conocimiento y respeto por la vida. En la
siguiente figura se esquematizan estos conceptos.
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Enrique Aguilar Rodríguez 38
Evolución de los Paradigmas y Retos de la Industria Química
7. UNA NUEVA ESTRUCTURA PARA LA INGENIERÍA QUÍMICA
Es evidente la necesidad de que la Ingeniería Química responda a los retos que ya en
el presente y en el futuro, se están demandando de la Industria Química y
Petroquímica. Para esto es necesario plantear un esquema conceptual en cuanto a las
disciplinas específicas que deberán incluirse en el currículum del ingeniero químico.
Este es un tema del mayor interés, si se quiere que esta profesión siga siendo líder en
la transformación que requerirá la Industria para mantener su pertinencia social.
En la siguiente figura se muestra la estructura propuesta en cuanto a las disciplinas
centrales que deberán atenderse como parte de la formación medular de los
ingenieros químicos en esta nueva etapa del desarrollo de la industria química. Por
un lado se establece una columna vertebral que por su solidez y su riqueza
conceptual se ha mantenido por mucho tiempo en el currículum de la profesión y que
se considera que debe seguir rigiendo la formación del ingeniero químico. Se propone
que los conocimientos de ingeniería económica se integren en fases tempranas de la
formación profesional y que desemboquen en un bloque de optimización, es decir
que se encuentre una liga en continuo entre los conceptos que ofrece la ingeniería
Paradigmas
Actuales
2006 2100 Año
Combustibles Fósiles
Procesos intensivos en consumo de
energía
Procesos generadores de efluentes indeseables
Ignorancia de los sistemas
vivos
Gran Visión
de Futuro
Energía renovable
Ceroemisiones
Conocimiento y respeto a los sistemas vivos
Materias primas
renovables
Gran Visión
de Futuro
Energía renovable
Ceroemisiones
Conocimiento y respeto a los sistemas vivos
Materias primas
renovables
2025
Combustibles renovables
Conocimiento y aplicación de los Ciclos
de Vida
Cargas químicas renovables
Química e ingeniería “verde”
Efectos Toxicológicos
Declinación de
combustibles
fósiles
Combustibles renovables
Conocimiento y aplicación de los Ciclos
de Vida
Cargas químicas renovables
Química e ingeniería “verde”
Efectos Toxicológicos
Declinación de
combustibles
fósiles
Una Visión de Largo Plazo para la
Sustentabilidad
Reducir laintensidadenergética
Retos
Manejo adecuado del
carbón
Desarrollo de la cultura de
Sustentabilidad
Predominancia de
combustibles
fósiles
Reducir laintensidadenergética
Retos
Manejo adecuado del
carbón
Desarrollo de la cultura de
Sustentabilidad
Predominancia de
combustibles
fósiles
Reducir laintensidadenergética
Retos
Manejo adecuado del
carbón
Desarrollo de la cultura de
Sustentabilidad
Predominancia de
combustibles
fósiles
Enrique Aguilar Rodríguez 39
económica y la optimización, que debe prevalecer como modelo mental de los
ingenieros químicos y en su aplicación en todas las fases de la práctica profesional,
como son el desarrollo tecnológico, el diseño de procesos, la ingeniería básica y de
detalle, la operación y la administración de plantas químicas. Este bloque de
ingeniería económica-optimización se deberá practicar inclusive en las últimas etapas
en la formación de los ingenieros químicos.
Una Estructura para la Ingeniería Química
El aspecto medular de esta nueva estructura lo conforma un nuevo bloque que
atiende en forma integral los nuevos requerimientos que tiene la industria química
para cumplir los criterios de sustentabilidad. Así se propone que desde el inicio de su
preparación se ofrezca un módulo de Química y Bioquímica. La primera porque los
procesos industriales se estudian y conceptualizan cada vez más en términos
“químicos”, es decir que se entienden cada vez m{s a nivel molecular; el estudio de la
Bioquímica será de aquí en adelante indispensable porque es el primer encuentro del
estudiante con la relación de los sistemas vivos con las sustancias químicas que rigen
su comportamiento y que eventualmente lo pueden alterar. Como continuación se
propone el estudio de la toxicología para entender la manera que las sustancias
químicas externas alteran los procesos vitales y la salud de los seres vivos; se propone
entender los principios y criterios que rigen la llamada química e ingeniería “verde”,
ya que éstos se mantendrán como las reglas y restricciones bajo las cuales se
establecerá el diseño conceptual de plantas, procesos y equipos de procesamiento.
Dentro del mismo bloque para la sustentabilidad, se propone estudiar, tanto los
recursos naturales como los ciclos de vida, ya que hay una estrecha relación entre
Ingeniería Económica Optimización
Generación de Valor
Ingeniería de Procesos
Ingeniería de Productos
InnovaciónTecnológica
Flujo de Fluidos
Transferencia de Calor
Ingeniería de Reactores
Procesos de Separación
Termodinámicay
Balance de Materia y Energía
Química
Bioquímica
Química e Ingeniería
Verde
Toxicología
Recursos Naturales
Ciclos deVida
Energía y Combustibles
Procesamiento de Efluentes
Sustentabilidad
Diseño y Operación Industrial
Sustentable
Enrique Aguilar Rodríguez 40
ambos tópicos y que serán parte de los criterios para establecer rutas de manejo,
procesamiento y disposición de los productos químicos y su impacto en el ambiente.
Finalmente se propone un estudio a profundidad de los recursos energéticos y los
combustibles, con una visión amplia que atienda no solamente los recursos
tradicionales sino las nuevas fuentes que en el futuro cercano complementarán o
sustituirán a los hidrocarburos. Por último, en este bloque se propone el estudio del
procesamiento de efluentes en términos de la tecnología, los procesos, los equipos y el
impacto económico asociado.
Como una fase final en la formación de los ingenieros químicos, se introduce un área
terminal con un enfoque integrador, conformada por la Ingeniería de Proceso, ya
tradicional, y la Ingeniería de Productos, de los que muchos nuevos se desarrollarán
en el futuro cercano, concluyendo con un curso de “innovación tecnológica”, en la
cual se buscará la aplicación de los conocimientos adquiridos en proyectos que
tengan dos características: un alto contenido tecnológico y que estén orientados a la
innovación de procesos y productos, lo cual seguramente sucederá con gran
intensidad para reubicar a la industria química como una actividad que mantenga su
aportación al desarrollo, pero que sujete sus operaciones a un marco de desarrollo
sustentable y que le permita seguir siendo factor de progreso para la humanidad.
Los ingenieros químicos, los educadores en esta profesión y quienes construyen y
dirigen el destino de la industria química, tienen la palabra.
Enrique Aguilar Rodríguez 41
EPILOGO
La Ingeniería Química no es una disciplina exacta pero tampoco se basa en el
empirismo; conserva ese fino equilibrio entre el conocimiento racional y la intuición;
entre la experiencia y la innovación, entre el método y la idea surgida de la nada,
entre la pureza del conocimiento y la objetividad del beneficio económico.
Por lo anterior, el dominio de esta disciplina requiere de un largo proceso de
maduración, que va desde la asimilación de las bases fundamentales, pasando por los
principios de conservación, del equilibrio termodinámico, de la cinética de los
procesos y de los elementos económicos asociados, hasta llegar a un conocimiento
integral para comprender la interrelación entre las variables técnicas y económicas
que determinan el comportamiento y desempeño de una planta química. El
conocimiento, la intuición y aun la emoción, se entrelazan para que el ingeniero
químico encuentre, de entre muchas opciones, las más factibles, operables y
económicas, que conduzcan a procesos y soluciones óptimas.
También ha sido una profesión en evolución incesante, de las operaciones unitarias al
desarrollo de materiales catalíticos, diseño de equipos cada vez más complejos y
herramientas para el diseño, operación y control de las plantas de proceso. Hoy en
día se involucra en problemas de micro-escala, para llegar a las entrañas de las
transformaciones fisicoquímicas, como de macro-escala, para estudiar los efectos de
su actividad en el planeta.
Estoy seguro que la Ingeniería Química seguirá contribuyendo para que las nuevas
generaciones de la humanidad alcancen algún día la Utopía que Tomas Moro
describió, como una ensoñación, hace casi 500 años y que permitía erradicar el
hambre y las enfermedades, y así construir, apoyado en la tecnología, un mundo
feliz, en paz y próspero.
Este sueño será posible:
Cuando todos los seres humanos obtengan los beneficios de la ciencia, la
tecnología y la cultura y aprendan el valor y el gozo de la vida,
Cuando sean capaces de hacer una distribución equitativa y justa de los
recursos naturales y del conocimiento,
Todo ello en comunión y con respeto a la naturaleza que, en su gran diversidad, ha
dado alimento y cobijo, a las generaciones que nos precedieron y a la nuestra.
