Aspectos bs̀icos de la ingeniera̕ de las reacciones qum̕icas, evaluacin̤ de los efectos třmicos en un reactor por lotes - Vargas Barbosa Jhonathan Mauricio; Universidad Nacional de Colombia (Sede Manizales)
George Edward Davis (1850-1906), el padre de la ingeniera̕ qum̕ica, estableci ̤que <U+0093>un ingeniero qum̕ico es una persona que posee conocimientos de qum̕ica, fs̕ica y mecǹica, y que emplea ese conocimiento para la manipulacin̤ de reacciones qum̕icas a gran escala<U+0094> Ms̀ de un siglo despuš, los conocimientos cientf̕icos y de ingeniera̕ sobre la forma de llevar a cabo reacciones qum̕icas a nivel industrial, son un aspecto esencial que define y distingue al ingeniero qum̕ico entre otros profesionales de la ingeniera̕. En este artc̕ulo se presentan, a modo de ilustracin̤, algunos de los aspectos bs̀icos de la ingeniera̕ de las reacciones qum̕icas. Se discute su papel frente a los desafo̕s tecnolg̤icos del siglo XXI, se presentan sus herramientas bs̀icas y se analiza el aspecto de la seguridad industrial en la operacin̤ de reactores qum̕icos. Como caso de estudio se analiza la operacin̤ de un reactor batch en el que ocurre una reaccin̤ altamente exotřmica, mediante la aplicacin̤ de una propuesta metodolg̤ica general para adelantar estudios de simulacin̤ de reactores ideales.Anl̀isis y diseǫ de reactores La ingeniera̕ de las reacciones qum̕icas se ocupa del anl̀isis de la operacin̤ de reactores qum̕icos ya instalados en planta, as ̕como del diseǫ de nuevos reactores que resulten apropiados para llevar a cabo un proceso productivo. La tecnologa̕ de los reactores qum̕icos es de gran importancia en el mundo moderno, ya que gracias a ella se fabrican una gran variedad de productos qum̕icos que usamos en la vida diaria, provenientes de las industrias petroqum̕icas, cosmťicas, alimenticias, farmacǔticas, de materiales, entre otras. Los reactores qum̕icos tambiň se usan para la potabilizacin̤ de agua y el control de contaminantes atmosfřicos en plantas industriales, residencias y automv̤iles. Los reactores qum̕icos tambiň jugarǹ un papel determinante en los retos que enfrenta la sociedad en el siglo XXI, tales como el desarrollo de nuevas fuentes de energa̕, la reduccin̤ y el control de la contaminacin̤ ambiental, la produccin̤ ms̀ eficiente y ecolg̤ica de alimentos y nuevos productos qum̕icos, el aprovechamiento de residuos y la fabricacin̤ de nuevos materiales [1]. El anl̀isis de reactores consiste en un estudio de la forma en la que un equipo de reaccin̤ existente funciona dentro de un proceso (lo que se conoce como desempeǫ), enfocado a responder la pregunta de si el equipo cumple o no con el o los objetivos operacionales para los que fue concebido. Dichos objetivos generalmente consisten en transformar una determinada cantidad de materia prima hasta cierto grado (lo que se denomina grado de conversin̤) en una cierta cantidad (denominada produccin̤) de una o varias nuevas sustancias qum̕icas deseadas(lo que se conoce como rendimiento), reduciendo al mn̕imo la generacin̤ de sustancias indeseables durante el proceso (lo que se conoce como selectividad). Por otro lado, el diseǫ o sn̕tesis de un reactor qum̕ico consiste en crear, inventar, ingeniar o seleccionar un equipo aun no existente para la fabricacin̤ de uno o varios productos, lo que implica la formulacin̤ de los objetivos operacionales del equipo, la seleccin̤ del tipo de reactor ms̀ apropiado para la operacin̤ (o la invencin̤ de un tipo nuevo) y la realizacin̤ de los cl̀culos bs̀icos necesarios para determinar la forma, tamaǫ y dems̀ detalles fs̕icos requeridos para la construccin̤ o compra del reactor (lo que se conoce como dimensionamiento). Se podra̕ decir entonces, que el anl̀isis de un reactor corresponde a la tarea evaluativa del ingeniero, mientras que el diseǫ corresponde a la tarea sintťica o creativa. En ambos casos, el ingeniero qum̕ico, n͠ico profesional con la formacin̤ para estudiar estos equipos industriales, debe utilizar una serie de conocimientos cientf̕icos y tčnicas de ingeniera̕ para cumplir con su misin̤, las cuales se describen a continuacin̤. Herramientas de la ingeniera̕ de las reacciones qum̕icas En el anl̀isis y diseǫ de los reactores qum̕icos se usan tres grupos de herramientas: la termodinm̀ica, la cinťica qum̕ica y los fenm̤enos de transferencia. De una forma general se puede describir a la termodinm̀ica como la ciencia que estudia la energa̕ y sus transformaciones. En el caso de las reacciones qum̕icas, la termodinm̀ica permite establecer si una reaccin̤ qum̕ica visualizada como candidata para lograr obtener un producto (tarea tanto de los qum̕icos como de los ingenieros qum̕icos) puede o no ocurrir y las condiciones de temperatura, presin̤ y cantidades relativas de reactivos necesarias para hacer que la reaccin̤ se desarrolle de la forma deseada;