La labor del ingeniero químico
Introducción
¡Hola!
Es un gusto saludarte y darte la bienvenida a esta primera clase del curso Balance de Materia. Espero que te mantengas con mucho ánimo y disfrutes este curso preparado para ti.
Este curso se centra en el desarrollo de modelos matemáticos para diversos tipos de procesos. Durante el curso podrás aprender e implementar técnicas para representar fenómenos de transformación a través de ecuaciones matemáticas.
El curso está dividido en 10 clases, las cuales están distribuidas en 16 semanas de trabajo. Las actividades han sido cuidadosamente seleccionadas y organizadas con el fin que puedas fincar las bases para desarrollar modelos de procesos.
Durante el curso te encontrarás con actividades diseñadas para que de manera autónoma puedas aprender la importancia, desarrollo e implementación de técnicas para realizar modelos matemáticos.
Las actividades fueron pensadas para facilitarte lo mayor posible tu formación autónoma, para que esta sea aplicada en tu vida profesional.
¡Comenzamos!
Desarrollo del tema
La labor del ingeniero químico
La labor del ingeniero químico en el plano general ha sido encasillada en trabajar en la producción de determinados componentes o productos de interés a nivel industrial, pero la realidad es otra, en la medida que uno se adentra en el quehacer de los ingenieros químicos resulta interesante identificar y conocer las diversas actividades que se pueden realizar.
El campo de acción del ingeniero químico puede ser tan diverso e importante en diferentes áreas, debido a la formación integral y versatilidad que esta conlleva. Por ejemplo, uno no imaginaría que un ingeniero químico podría desarrollarse en un cargo de dirección en un corporativo bancario, sí, en un puesto de dirección de operaciones en un banco europeo, la razón es por la amplia acumulación de conocimientos y especialmente en la forma de organizar y resolver problemas.
Otro ejemplo de interés fue el que alguna vez escuche en una conferencia, profesionista de la rama de la ingeniería química era el director de logística de transporte y distribución de Fedex en todo Estados Unidos, las preguntas eran ¿cómo es posible? ¿por qué un ingeniero químico?, las respuestas son bastantes simples, durante la carrera como ingeniero químico es posible tener una formación en procesos de optimización, los cuales pueden ser implementados en diversos casos de estudios que se asemejan a una cadena de distribución, selección del mejor proceso de producción entre diversas alternativas, diseño de un proceso óptimo, etc. Ambos colegas tuvieron una formación en un área de gran importancia en ingeniería química, la cual es ingeniería de sistemas de procesos, donde el principal objetivo es el desarrollo de soluciones inteligentes de manera sistemática, lo cual incluye una gran cantidad de actividades de los ingenieros químicos. Una de esas actividades es el desarrollo de soluciones sistemáticas, la cual puede incluir el desarrollo de modelos matemáticos, estrategias de solución genéricas y la implementación de estas a través del desarrollo de herramientas computacionales.
En el pasado XLII Encuentro de la Academia Mexicana de Investigación y Docencia en Ingeniería Química AC (AMIDIQ), durante el foro de educación el Dr. Roberto Z Guzman presentó una diapositiva (ver Figura 1), donde resume los diversos conocimientos que debe tener un ingeniero químico y el campo de aplicación de estos en la vida profesional, los cuales pueden ser adaptados a diversas áreas profesionales en la industria y en la investigación.
Las actividades de los ingenieros químicos incluyen diversos campos de acción los cuales pueden ser ampliamente consultados en el capítulo uno del libro de Felder, R.M. y Rousseau, R.W. (2006). Principios Elementales de los procesos químicos. (3ª ed.). Limusa-Wiley. ISBN: 968-18-6169-8.
Unidades, dimensiones, conversión de unidades, sistemas de unidades.
Los cálculos ingenieriles conllevan diversos tipos de magnitudes, unidades, dimensiones, la conversión de estas entre los diversos tipos de sistemas de medición que se emplean en diversos ámbitos. Parecería que esta sección es un desperdicio de tiempo porque pensamos que ya sabemos todo, pero no es así. En 1995 se inició el establecimiento formal del sistema internacional de unidades, el cual busca homogeneizar el uso de las unidades en el mundo. Si bien diversas entidades han implementado este cambio, el esfuerzo no ha generado que en todo el mundo se emplee el sistema internacional de unidades, especialmente en países donde se emplea el sistema inglés de unidades. Lo cual no obliga a conocer e implementar el sistema inglés, ya que en este mundo tan globalizado en el que vivimos no sabemos si en algún momento algunos de ustedes terminen trabajando en alguna compañía inglesa, estadounidense, etc. Lamentablemente, varios de los textos que empleamos ya no incluyen el sistema inglés de unidades e incluso, al momento de impartir la materia, he podido notar que varios estudiantes no identifican las unidades más comunes empleadas en el área de ingeniería y por supuesto tampoco conocen sus equivalencias entre los diferentes tipos de sistemas de unidades.
A pesar de que las conversiones de unidades parecen ser una tarea sencilla, es una de las fuentes de error que más comúnmente suceden en los estudiantes que apenas están iniciando su formación profesional, por ello es necesario realizar diversos ejercicios para poder fortalecer esta tarea.
Lamentablemente existen malas anécdotas en la historia por realizar un conversión de manera incorrecta, por ejemplo, en alguna ocasión un avión no se llenó con la cantidad correcta de combustible, lo cual ocasionó que este se cayera y se tuvieran pérdidas humanas, lo que sucedió fue que se solicitó al servicio del aeropuerto que se alimentara una determinada cantidad de turbosina, pero la solicitaron en unidades de volumen que no se empleaban en ese país, al momento de realizar la conversión, esta no fue realizada de manera correcta y sólo alimentaron la cantidad que ellos pensaron era la correcta, el resultado, una catástrofe. Ese error nos puede pasar a todos, por ello es mejor estar conscientes y perfeccionar esa actividad.
Cálculos y estimados numéricos, principio de homogeneidad dimensional y representación y análisis de datos de los procesos.
En los cálculos en ingeniería al momento de implementar una ecuación o modelo matemático, podemos tener la duda si la respuesta obtenida al momento de realizar el cálculo es correcto, una forma de saberlo es realizar nuevamente el cálculo numérico, pero este puede ser tedioso, es por ello que existen diversas formas de poder comprobar de manera somera si el resultado obtenido es correcto, para lo anterior existen diversas técnicas, las cuales puede ser empleadas; además del conocimiento de las magnitudes y sentido físico de los resultados, por ejemplo, una temperatura, volumen, presión, etc., que sea coherente con la realidad. Pero no sólo la revisión del valor numérico es de interés, ya que algo en lo que debemos ser estrictos es en el uso de las unidades correspondientes de cada variable, parámetro o constantes que se empleen en una ecuación o modelo matemático, el emplear las unidades al momento de realizar el cálculo matemático, también nos puede dar un indicio si la operación se está realizando de manera correcta o si es necesario realizar alguna conversión de unidades para que exista una homogeneidad dimensional.
En los cálculos de balance de materia es necesario colectar información de otras fuentes de información, como datos experimentales, artículos científicos, libros, etc. Aquí el gran cuestionamiento es, si encuentro 3 fuentes de información para el mismo sistema bajo estudio y los 3 difieren parcialmente, ¿Cuál de ellos debo tomar para realizar mis cálculos? ¿Debo sacar un promedio de todos ellos?, la respuesta depende de varios factores, uno de ellos es saber si los datos tienen un significado estadístico, si los datos al menos cuentan con una desviación para poder conocer el grado de incertidumbre por el personal o los instrumentos, etc. El análisis de su desviación estándar nos podrá dar un indicio general de la calidad de esos datos y así decidir cuál de ellos emplear en nuestro cálculo de balance de materia.
Conclusión
En conclusión, en esta primera clase analizamos las diferentes actividades profesionales en las cuales se puede desarrollar un ingeniero químico. Al momento de realizar las consignas podrás identificar el amplio espectro de actividades en las cuales se puede desarrollar un ingeniero químico.
Es necesario estar conscientes sobre algunas habilidades requeridas en cálculos en las áreas de ingeniería, por ejemplo, estar seguros de que sabemos realizar conversiones de unidades, el conocimiento de los diversos sistemas de unidades, el manejo de las unidades a través del correcto análisis dimensional, la selección de los datos a emplear en nuestros cálculos basados en el análisis riguroso de los datos a través de su validación con bases estadísticas.
Te invito a realizar las consignas las cuales por supuesto que complementarán lo que se abarcó en esta clase. La idea central es que aprendas a utilizar la información que se provee para que puedas ser independiente en tu proceso de enseñanza aprendizaje. Hasta pronto.
Fuentes de información
- Felder, R.M. y Rousseau, R.W. (2006). Principios Elementales de los procesos Químicos. (3ª ed.). Limusa-Wiley. ISBN: 968-18-6169-8.
- Murphy, R.M. (2007). Introducción a los procesos químicos: principios, análisis y síntesis. USA: McGraw-Hill. ISBN: 978-970-10-6199-2. En español ISBN: 970-10-6199-3.