Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20071/ 66
Presentado porJean-Louis Salager
Laboratorio FIRP (www.firp.ula.ve)
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 2007 Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20072/ 66
Siglo XIX = Revolución industrial
Las limitaciones de tiempo y espacio La calidad de los materiales El ambiente Los costos La legislación
Pocos científicos, pero muchos ...perfeccionadores y usuarios de descubrimientos INGENIEROSINGENIEROSEl ingeniero tiene que tomar en cuenta
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20073/ 66
La Ingeniería Química MIT (1888) Ingeniería Química como
opción del depto. de Química Europa (1890 -1900) > Química industrial Arthur Little (1915) introduce el concepto
de OPERACION UNITARIA A partir de 1920 … integración de
– Balances de masa y energía– Termodinámica multicomponente– Proceso de conversión, catálisis ...
A partir de 1970 … computadoras– Cambia escala de tiempo y complejidad de cálculos
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20074/ 66
1970 ... hace 35 años La UCV graduó 30 Ingº Químicos
CNU decidió crear carreras de Ingeniería Química en UDO, LUZ, ULA, USB …
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20075/ 66
Problema Nº 1 creacción de Escuela IQ
¿que ingº químico se necesitaba ... ... en Venezuela? en 1970 ... 30 graduados y 200 puestos de ingº químicos a llenar de inmediato.
nos preguntamos en aquel tiempo: ¿Que va a hacer el Ing. Químico en el año 1980 ... 1990 … 2000?
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20076/ 66
Tuvimos que leer en la bola de cristaly quizás no nos equivocamos mucho
porque nuestras Escuelas han producidoun ingeniero químico ... reconocido en todo el país con formación que ... ... “cuadra” mas o menos con la
demanda en muy diversos sectores
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20077/ 66 Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20078/ 66
Pensum actual Ciencias básicas Termodinámica Fenómenos de transporte Operaciones unitarias Procesos de conversión Ingeniería de procesos Especialización
– Petróleo, pulpa y papel, ambiente,alimentos, catálisis, controlfenómenos interfaciales ...
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 20079/ 66
Actividades enVenezuela
Transformación de materias primas:– Refinación del petróleo y petroquímica– Conversión de crudos extrapesados– Metales: hierro, aluminio– Pulpa y papel … etc
Operación de planta, optimización, diseño Desarrollo de productos Investigación-desarrollo
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200710/ 66
Las mismas preguntas que en 1970 ¿que ingeniero necesitamos formar? ¿que hará el ing° químico en 20-30 años? ¿que actividades? ¿que sector de la sociedad?
Es importante contestar por muchas razones enparticular la sobrevivencia de la especie “IQ” !!!
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200711/ 66
Campo de acción delIngeniero Químicoen el tercer milenio
en realidad soloen los próximos
20 - 30 años
¡ Lo que alcancela bola de cristal !
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200712/ 66
¡ Hay que anticipar !
para estar listo al momento para reducir el retraso al cambio para “forzar” el cambio para cumplir mejor con nuestro papel … en una sociedad cuya necesidades
evolucionan rápidamente
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200713/ 66
evolución = se acelera aplicación cada vez más inmediata en 10 años 50% productos nuevos en 4 años x 2 veces más información
en ciertos sectores ... ... obsolescencia en menos de 10 años ... y a veces menos de 5 años
! hay que adaptarse al cambio permanente !
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200714/ 66
adaptación en la universidad seguimiento de las tendencias reducción de la inercia al cambio atrevimiento e innovación pragmatismo > PRODUCCION además
de (docencia + investigación + extensión)
FORMACION CONTINUA diploma a validar cada 5 ó 10 años !!!
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200715/ 66
adaptación en el trabajo cambio frecuente de actividad / profesión trabajo a distancia (via red) trabajo pluridisciplinario - integral
menos información a nivel individual menos experticia a nivel individual
globalización cultural y económica
mucha flexibilidad sicologia mucha flexibilidad técnicarequiere
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200716/ 66
¿ en que trabajará elingeniero químico en10 ó 20 ó 30 años ? en lo de siempre ... ... (que no habrá cambiado)
en nuevos sectores de actividad tipos de actividad
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200717/ 66 Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200718/ 66
la ingeniería química cubre25% de la industria
PRODUCTOS QUIMICOS PETROLEO / PETROQUIMICA FERTILIZANTE, FITOSANITARIOS PLASTICOS, CAUCHOS CEMENTO, CERAMICAS, VIDRIO PULPA Y PAPEL FIBRAS Y TEXTILES METALES NO–FERROSOS ALIMENTOS Y BEBIDAS PINTURAS Y BARNICES HIGIENE – SALUD FARMACOS Y COSMETICOS DETERGENTES, DESINFECTANTES etc
gran variedad
de sectores
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200719/ 66
y también gran variedad de ... ESCALAS ( molécula Km 2 )
PROBLEMAS
ACTIVIDADES LABORALES
variedad de industrias
$ científicos tecnológicos económicos
operación, supervisión,gerencia, adiestramientodiseño, modelaje, computación
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200720/ 66
y recuerde que los ingenieros químicosfueron pioneros en ...Ingeniería de Control Ingeniería de Procesos
Ingeniería de Sistemas
Ingeniería Industrial
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200721/ 66
en Venezuela
Transformación de materias primasOperación de Planta, Optimización,Diseño, Rehabilitación, Ing. ProcesosInvestigación – Desarrollo
IngenieríaQuímica
HOY
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200722/ 66
La ingeniería química de mañana
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200723/ 66
nuevas fronteras
1. Biotecnología - bioingeniería 2. Nuevos materiales 3. Protección ambiental 4. Energía - Recursos naturales 5. Interfases - micro/nano-estructuras 6. Ingeniería de procesos computarizada
Ingeniería de productosy evolución hacia
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200724/ 66
1. Biotecnología
EXTRACCION y SINTESIS de FARMACOS, ENZIMAS, PROTEINAS etc ... BIOREACTORES SEPARACION PURIFICACION
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200725/ 66
1. Bioingeniería
ORGANOS ARTIFICIALES protesis, materiales inertes
DIALISIS (Membranas) KITS de DIAGNOSTICO LIQUIDOS BIOCOMPATIBLES
µemulsiones perfluoradas FORMULACIONES ACTIVAS
µemulsiones para disolver cálculos
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200726/ 66
enzima
vitaminaprotegida
intercambioCO 2
micela surfactante fluorado
y O2
Emulsificación
conmembrana
conmicrocanales
Nanoemulsiónbiocombustiblevector parenteral
microemulsiones
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200727/ 66
Mecanismo de transferencia enmembrana líquida con transportador
Transportador
membrana
El transportador esun agente acomplejanteque hace soluble laespecie a separar en lamembrana.Puede ser muy especifico:Selectividad
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200728/ 66
2. Nuevos Materialesultrapuros
ELECTRONICA, SEMICONDUCTORES MICROCIRCUITOS GRABADOS MEDIOS MAGNETICOS FIBRAS OPTICAS
Procesos deultrapurificación
BCl 3SiF4
etcO2
SiCl 4GeCl 4
O2H2
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200729/ 66
2. Nuevos Materialespolímeros
POLIMEROS ORIENTADOS POLIMEROS CONDUCTORES FIBRAS ULTRARESISTENTES MEDIOS POROSOS
MATERIALES COMPUESTOS FIBRAS + EPOXI o RESINA ORGANOGELES
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200730/ 66
2. Nuevos Materialescerámicas
INTRUMENTOS DE CORTE ALETAS DE TURBINA REFRACTARIOS, AISLANTES, PROTESIS DIODO LASER, DIODO OPTICO SUPERCONDUCTORES PIEZOELECTRICOS
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200731/ 66
Pigmento opaco para pintura (TiO2) La opacidad resulta de la difusión de luz por laspartículas dispersadas en la matriz polimérica.
Indice de refracción muy diferente de la matrizBaja absorción en el espectro visibleDiámetro de partícula = λ / 2 o sea 300 nmRecubrimiento aislante (TiO2 es fotocatalítico)Hidrofobadas (para no apelmazar)
MineralilmenitaFeTiO3
Sulfato detitanilo
Cristales derutilo (TiO2)
Recubrimientode óxidos
(SiO2, Al2O3)
Proteccióncoloidal
(Poliols, siliconas)
Lixiviación H2SO4
Precipitación, calcinación
Ejemplo: Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200732/ 66
3. Protección del Ambiente
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200733/ 66
3. Protección y Remediación TRATAMIENTO DE DESECHOS LIQ-SOL. HUMOS DE COMBUSTION E INCINERACION, IMPACTO ECOLOGICO DE LA INDUSTRIA, NUEVOS PROCESOS DE SEPARACION–PURIFICACION ELIMINACION DE RESIDUOS
ejemplos: tratamiento de fosas, de ripios
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200734/ 66
Eliminación de fenolFenol más soluble en agua a pH 10 que a pH 7
Fenol enagua apH 7
Emulsión W/Ocon agua a pH 10
Emulsión múltipletranferencia fenol
Separación faseaceite con gotasde agua a pH 10
cargadas de fenol
Agua a pH7 sin fenol
ejemplo:
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200735/ 66
Extracción de Zinc mediante emulsiones múltiples: Esquema del proceso
Agua de desecho(500 ppm Zn)
Emulsión W1/O
Refinado (3 ppm Zn)
Fasedespojadora(W1)
Torr
e de
des
poja
mie
nto
Separador
Fase acuosarica en zinc(60 g/L)
Esquema de separación deZinc de agua de desecho deuna planta textil ubicada enGraz, Austria.
El Zn del efluente se reduce de500 ppm a menos de 3 ppm.Por otro lado el Zinc seconcentra a 60 g/L.En este caso ocurre unatransferencia del Zinc encontra de su gradiente deconcentración.
Se utilizan transportadores.
W1W2
W2
EmulsiónmúltipleW1/O/W2
Fase O
Emulsor
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200736/ 66
Recuperación mejorada del petróleo– Procesos Alcali-Surfactante-Polímero– Combustion in-situ, inyección de vapor, CO2 etc
Aprovechamiento crudos extrapesados– Conversión profunda, orimulsion®
Aprovechamiento desechos orgánicos Carbón, carboquímica, combustibles
– Combustibles emulsionados (aquazol)– Biocombustibles, etanol, hidrogeno …
Procesos de extracción y separción– Enriquecimiento de alta selectividad
4. Energía - Recursos naturales
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200737/ 66
4. Energía - Recursos naturales Recuperación mejorada Control de inyección (espuma / emulsión)
1 Pozoinyector 4 Pozos
productores
banco de aceite
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200738/ 66
Reservas mundiales de Petróleo
RESERVASCONOCIDAS
PRODUCIDO
115
130 100-15020-30
?
PORDESCUBRIR
CRUDOS CONVENCIONALES CRUDOSX-PESADOS
RESERVAS
cifras en MMM toneladas
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200739/ 66
Crudos convencionales( > 20 °API)
RESERVAS
PRODUCIDO
MEDIOORIENTE(50%)
VENEZUELA(3%)
Recuperación25 - 30%
Cifras x 10 9
Miles de Millones de BarrilesCRUDO EN YACIMIENTOS
OTROS600
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200740/ 66
Crudos pesados (entre 10 y 20°API)y XP - bitúmenes (< 10 °API)
(90% en la FAJA del ORINOCO)
VENEZUELA CANADA(45 %)
CP y XP en YACIMIENTOS VENEZOLANOS
Recuperación10 - 20%
Cifras x 10 9
Miles de Millones de Barriles
RESERVAS
(45 %)
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200741/ 66
Faja Petrolíferadel Orinoco (FPO) Reservas considerables A poca profundidad (300 m) Arenas no consolidadas Clima favorable Producción posible por :
-> inyección de vapor -> inyección de solvente -> mecanismo de espumeo
Rio Orinoco
700 Km
x 100 Km
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200742/ 66
CXP Faja Petrolífera del Orinoco Gravedad 8-12 ºAPI (biodegradado) Viscosidad 500-2500 cP @ T,P yacim. Presión fondo 700-1300 psi @ 50-70ºC Gas/Aceite 100-150 ft3/Bl SARA 10-20 / 40-50 / 30-40 / 10-20 Azufre 3-4 % Vanadio 30-400 ppm Clima tropical CANADA
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200743/ 66
Usos potenciales de los CP-CXP
mezclado con liviano
conversión profunda pirólisis (crudo sintético) hidrogenación con H2
hidroconversión con H2O Aquaconversion®
combustible emulsionado Orimulsion®
poco interés
Comercial en Canadá,y en Venezuela = Josedemasiado caro
prometedor
comercial
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200744/ 66
CXP : Fuel Energía eléctrica
Year
1970 1980 1990 2000 2010
0
2
4
6
8
10
12
Coal
Hydraulic
Nuclear
Gas
Petroleum
Height = World petroleum production
Electrical EnergyGeneration from
Elec
trica
l Ene
rgy
Gen
erat
ion
equi
v. M
MM
ton.
Pet
role
um Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200745/ 66
CP y CXPalternativa económica parageneración de energíao crudos sintéticospero hay que producirlos
en Canadá > técnicas mineras
en Venezuela > Producción“casi” convencional
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200746/ 66
5. Interfases - Micro/NanoEstructuras
Catalizadores Electroquímica y Corrosión Coloides y Surfactantes
– Micelas, cristales líquidos, liposomos– Microemulsiones, nanoemulsiones
Adsorción en monocapas Fuerzas intermoleculares
– Concreto de alta resistencia,– Limpieza superficial, adhesion
Membranas sintéticas y biológicas– Micro/Ultrafiltración, nanoseparación, osmosis
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200747/ 66
5. Interfases - Microestructurascoloides y surfactantes
micela± esférica
micelacilíndricay otras ...cristal líquido lamelar
surfactante en solución
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200748/ 66
5. Interfases - Microestructurascoloides y surfactantes
No es estequiométrico, y puede incorporar ...agua
agua
aceite“solido”
“líquido”
CRISTAL LIQUIDO
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200749/ 66
estructurabicontínuadeSchwartz
agua“dentro”
aceite “fuera”
5. Interfases - Microestructurascoloides y surfactantesMICROEMULSION
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200750/ 66
5. Interfases - Microestructurascoloides y surfactantes
Bicapa
Cristal Líquido Lamelar
Vesícula esférica
bis (2-ethylhexyl) sulfosuccinato de sodio
O
O
O
O
SO Na3
- +
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200751/ 66
ejemplo :
1 barril de “química” deshidratante cuesta 500 US$
500
contiene 120 litros de gasoleocontiene 20 Kgs de surfactante(s)incluye barril y gastos de distribucióny otros gastosincluye know-how + beneficio
=500
= 10 US$= 40 US$= 30 US$= 20 US$= 400 US$
XZ007
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200752/ 66
Destintado del papel recuperadoPapel recuperado
Fibras“limpias”
espuma+ tinta
aire
diluyente
Solución NaOH
Detergente
Espumante + Colector
Papel recuperadoPapel recuperado 200 $ / ton. 200 $ / ton.Fibra limpiaFibra limpia 800 $ / ton. 800 $ / ton.
flotación de laspartículas de tinta
destintado
desfi
brad
o
ejemplo :
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200753/ 66
Concreto de alta resistencia Adhesión Limpieza superficial
5. Interfases - Microestructuras
papeletas post-itimpresión laser de circuitos
separación por adsorción
fuerzas intermoleculares
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200754/ 66
microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración,ósmosis inversa
diálisis y electrodiálisis membranas minerales (sol-gel) membranas poliméricas membranas organo-gels
5. Interfases - Microestructurasmembranas
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200755/ 66
5. Interfases - Micro/NanoEstructuras
Nanotecnología Nanomateriales Nanoemulsiones Nanopartículas Nano … lo que sea !
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200756/ 66
6. Ingeniería de Procesoscomputarizada
ModeladoDiseño
Control
OptimizaciónSimulación
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200757/ 66
Procesos y Productosayudados por computadora
Análisis, modelado y simulación Diseño y control óptimo de procesos Introducción de restriciones ambientales
– toxicidad, eliminación, impacto etc
Ingeniería de productos– optimización no-lineal– Investigación de operaciones
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200758/ 66
Ingeniería de Procesos grandes cantidades - bajo costo ... está poco a poco sustituido por ...
propiedades muy específicas que a veces no existen en la naturaleza
Ingeniería de Productos
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200759/ 66
se espera el equilibrio entre formación y ruptura
EQUI
LIBR
IO
caudal de gas constante
por ejemplo
H
H
HH
H
ESPUMEO - METODO DE BIKERMAN
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200760/ 66
Espumas“pulsantes”
NORMAL H
tiempo
H
Tiempo
Hcrecimientoruptura (total)crecimientoruptura (total)etc
¿ interesante, no?Por ejemplo en decontaminaciónde una central nuclear !!!
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200761/ 66
espumas pulsantes
tipo de surfactante
rango deconcentración
rango decaudal de gas
tamaño de burbuja
¡ efectos opuestos !
FORMULACION
COMPOSICION OPERACION
APARATOS
ingeniería de - formulación de - producto
¿ESCALA?
¿ESCALA?
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200762/ 66
caso general
FORMULACION COMPOSICION PROTOCOLO (agitación etc)
PROGRAMACION de los anteriores EVOLUCION y MEMORIA del PRODUCTO
FENOMENOLOGIA
ESCALA
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200763/ 66
¿ Cuantas variables ?
55FORMULACION+ T et P
33COMPOSICION
3322 4455?
APARATOPROTOCOLOOPERACION etc
Estudio sistemático con Σ = 1010 variables ?
??
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200764/ 66
con 10 valores por variable, se requieren 10.000.000.000 experiencias
= 500.000 añosde trabajo ???
parece difícilaúncomputarizando
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200765/ 66
Laboratorios IQ-ULAactivos en investigación
“bien” orientada
F.I.R.P.
Membranas
Catálisis
¿ IQ-ULA en todo esto ?¡ No tan mal !
Biotecnología - Bioingeniería
Nuevos materiales
Interfases - micro/nano-estructuras
Energía - Recursos naturales
Protección y Remediación Ambiental
Procesos ayudados por computadora
Gracias a una política de investigación acertaday planificada sobre 25 años !!!!
Red nacional de Laboratorios PS-LUZ, SDA-UDO,PH-UC, USB, UCV … se ha ido formando !
Cátedra Simón Bolívar Universidad de Oriente Febrero 200766/ 66
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