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M E X I C O
Prospectiva de la Ingeniería Química
Enrique Aguilar Rodríguez
22 de Octubre de 2009
Coloquio de Especialidades 2009
Academia Mexicana de Ingeniería
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M E X I C OContenido
Los Retos y el FuturoLos Retos y el Futuro
El PresenteEl Presente
Hacia la SustentabilidadHacia la Sustentabilidad
El Origen y el PasadoEl Origen y el Pasado
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M E X I C OContenido
Los Retos y el FuturoLos Retos y el Futuro
El PresenteEl Presente
Hacia la SustentabilidadHacia la Sustentabilidad
El Origen y el PasadoEl Origen y el Pasado
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M E X I C O
El Nacimiento de las IngenieríasFundamentales
Ing. Civi l
Ing. Mecánica
Ing. Eléctrica yElectrónica
Ing. Química
Ing. Aeronáutica
Escuela de Puentes y
Caminos, Francia
Máquina de Vapor porJames Watt, Escocia
Después de los trabajossobre electricidad porEdison en Estados Unidos
Máquinas a combustible y
Automóvil en serie,Inglaterra y EUA
Aviación por losHermanos Wright,
EUA
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M E X I C O
Los Antecedentes dela Ingeniería Química
CALOR MAQUINA MOVIMIENTO
LA MAQUINA DEVAPOR
EL MOTOR ACOMBUSTIBLE
Carbón
Gasolinay Diesel
Combustión
1825
1876
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M E X I C O
La Ingeniería (Mecánica y Eléctrica) del Siglo XIXNO tenía respuestas para:
• Cómo identificar los componentesdel petróleo, sus propiedades y sucomportamiento
• Cómo procesar el petróleo a grandesvolúmenes y en forma continua
• Cómo diseñar los equipos deproceso cuando hay
transformaciones químicas
Surge unanuevaEspecialidad:
La IngenieríaQuímica
1888
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M E X I C O
¿Qué es Ingeniería Química?
La definición que aparece actualmente en laConstitución del Instituto Americano de IngenierosQuímicos (AIChE), actualizada en 2003, y que esaceptada universalmente, es:
Ingeniería Química es la profesión en lacual el conocimiento de la matemáticas,la química y otras ciencias básicas,obtenido por el estudio, la experiencia y
la práctica, es aplicado con juicio paradesarrollar rutas económicas en el usode los materiales y la energía, parabeneficio de la humanidad.
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M E X I C O
Los Albores de la Ingeniería Química
Quizá el primer evento en que se concibeun proceso químico industrial sea laproducción de ácido sulfúrico en 1729. El1er. Proceso industrial es el procesoLeBlanc para producción de detergentes.
Con la Revolución Francesa en 1789,
surgen las demandas de igualdad, que entérminos prácticos significa dignificar lavida humana y aparece entonces lanecesidad de sustituir la “ fuerza bruta”del hombre por máquinas, que sedesarrollan rápidamente.
Jacob Berzelius
En 1835, Berzelius publ ica su TeoríaGeneral sobre la Catális is, que será elprimer paso para estudiar las reacciones
químicas desde un punto de vista causa-efecto.
Sadi CarnotNo es casual que en 1824, Carnot publicasu gran obra Reflexions sur la puissancemotr ice du feu que sienta las basesteóricas de los ciclos termodinámicos yla segunda ley, que son el fundamentodel desarrollo de las máquinas de vapory los motores a combustible y prepara
las bases de lo que será más tarde latermodinámica, cimiento fundamental dela futura ingeniería química.
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M E X I C O
El nacimiento de la Ingenieria Quimica
En 1887 George E. Davis, un inspector de plantasindustriales, y considerado el padre de la IngenieríaQuímica, ofrece 12 cursos sobre “ la operación de los
procesos químicos” y convoca a la formación de unanueva profesión: la Ingeniería Química, en la
Universidad de Manchester, Inglaterra, en 1888. En1901 escribe el “ Handbook of Chemical Engineering”
considerado como el primer texto de la profesión.
En 1888 Lewis M. Norton ofrece el primer programa decursos de “ Ingenieria Quimica” , de 4 años, en el
Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) EUA.
El año de 1888 es considerado universalmente comoel de la fundación de la Ingeniería Química.
George E. Davis (1850-1906)
Lewis M. Norton(1855-1893)
Instituto Tecnológico de Massachussets.Universidad de Manchester, Inglaterra
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La consolidación de la profesión ylas Operaciones Unitarias
Arthur D. Litt le en el MIT
Operaciones Unitarias
“ Cualquier proceso químico, acualquier escala, puede sercomprendido a través de una seriede lo que podemos llamarOperaciones Unitarias, comopulverización, secado, cristalización,fil tración, evaporación y otras. Elnúmero de Operaciones Unitarias no
es muy grande y relativamente pocasde ellas se encuentran en un procesoparticular”
Arthur D. Li ttle, MIT, 1915
1er. Anuncio solic itando Ingenieros Químicos
para el Laboratorio de Arthur D. Little en el MITen los Estados Unidos (1920)
“ 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,
consti tuyen un proceso químico, tal comose realiza a escala industrial”
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El Objeto de la Ingeniería Química
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
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Las Funciones de laIngeniería Química
Educación Investigación Tecnologíae Innovación
Diseño:
IngenieríaBásica
Procura Construcción Operación yMantenimiento
Diseño:
Ingenieríade Detalle
Ingeniería Económica y Finanzas
Preservación del Ambiente y la Seguridad
Sustentabilidad
Administración
La Planta Química de Proceso
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Escuelas de Ingeniería Química en México
Escuela Nacional de Industrias Químicas
En 1916, por Decreto Presidencial del entonces Presidente de laRepública, General Venustiano Carranza, se crea la EscuelaNacional de Industr ias Químicas que en febrero de 1917 seincorpora a la UNAM ( hoy Facultad de Química).
En 1941 se crea el Inst ituto de Química siendo la especialidadimpartida fue Química Orgánica.
En 1941 se inicia la carrera de Ingenieros Petroquímicos en laEscuela Superior de Ingeniería y Arquitectura del IPN. ( ESIA ).
EN 1948 nace la Escuela Superior de Ingeniería Química eIndustrias Extract ivas del IPN (ESIQIE) con las carreras de
Ingeniería Química Industrial, Ingeniería Metalúrgica e IngenieríaPetroquímica.
Hoy en día exis ten 164 escuelas en México que ofrecen la carrera,bajo diversas modalidades.
En 1958 se crea en México el Inst itu to de Ingenieros Químicos
(IMIQ), la institución que agrupa a los Ingenieros Químicosmexicanos.
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Ingenieros Mexicanos que tienen reconocimientoen México y en el mundo
Agustina Solorzano Rojas
Mario Molina Enriquez y
Luis Miramontes Cárdenas
Alberto Urbina del Raso
Victoria de Mora Vizcaino
Estanislao Ramirez Ruiz
Carlos López MoraErnesto Domínguez Quiroga
Andrés Manuel del Río +Victoria de la Mora Vizcaíno +, 1ª. mujer Ing. Q. 1917
Estanislao Ramírez Ruiz +, Padre de la Ing. Química en México
Maria Virginia Monfort González +, 1ª. Ced. Prof a una Mujer Ing.Q 1949 Agustina Solórzano Rojas 1ª. Egresada de la ESIQIE y pionera IMIQ
Alberto Urbina del Raso +Luis Ernesto Miramontes Cárdenas +Carlos López Mora +
Mario Molina Enríquez (Premio Nobel de Química)Cesar Octavio Baptista Montes +Ernesto Domínguez Quiroga +
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Empleo y Actividades Productivas
DISTRIBUCION DEL EMPLEO EN LOS ESTADOS UNIDOS
28
17
413
3
13
4
4
2
5 3
4
Industria Química
Combustibles
Electrónica
Alimentos
Materiales
Biotecnología
Celulosa
Ingeniería
IDT
Ambiente
Negocios
Otros
INGENIEROS QUIMICOS, 2008
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M E X I C O
Empleo y Actividades Productivas
?
DISTRIBUCION DEL EMPLEO EN MEXICO
INGENIEROS QUIMICOS, 2008
Industria Química y
PetroleraComercio y Servicios
Alimentos
Metalurgia
Minería
Construcción
Vestido
Transporte
Electricidad
Otros no Relacionados
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M E X I C OContenido
Los Retos y el FuturoLos Retos y el Futuro
El PresenteEl Presente
Hacia la SustentabilidadHacia la Sustentabilidad
El Origen y el PasadoEl Origen y el Pasado
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M E X I C OQuímica industrial
Petróleo
Acido Sulfúrico
Soda Ash (Detergentes)
Gasolina
Siglo
XVII
La Evolución incesante
Ciencia de la Ingeniería Química
Termodinámica Dinámica Fluídos Cinética Control Computación
Catálisis
Reactores
Cinética
Superficies
Fenómenos
Transporte
•Equilibrio de
Fases
-
Transferencia
de Masa
-Microestructu-
ras
Teoría Control
Optimización
Simulación
Modelamiento
CAD
1975
Azufre
Sal de Mar
1915
1950
Operaciones Unitarias
Agitación
Mezclado
etc.
Catálisis
Intercambio de Calor
Combustión
Destilación
Extracción
Absorción
etc.
Preparación Reacción Separación
Reciclo
Productos
Subproductos
Efluentes
Materias
Primas
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M E X I C O
Sistemas de la Ingeniería Química
Año2008+
Año1975
metros
s e g u n d o s
10-1210+310-310-610-9 10+6100
10-12
10-9
10-6
10-3
100
10+3
10+6
IngenieríaMolecular
y nanocinética
catálisis
Ambiente
Dinámica de FluídosTermodinámicaQuímica de
reacciones
Transporte
OperacionesUnitarias
La Evolución incesante,la Micro y la Macro Escala
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M E X I C O
metros
10-1210+310-310-610-9 10+6100
Ingeniería
Moleculary nano
cinética
catálisis
Ambiente
Química dereacciones
Transporte
OperacionesUnitarias
La Micro, Meso y Macro Escala
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Las 10 Contribuciones más relevantes dela Ingeniería Química a la Humanidad
Las separación de los átomos ysus isótopos
La producción de polímerosplásticos
1 2
El conocimiento de las funcionesdel cuerpo humano y elaboraciónde herramientas y órganosartificiales
La producción masiva yeconómica de antibióticos
3 4
Producción de combustibles y
petroquímicos a partir delpetróleo y el gas natural
La producción de hules sintéticos9 10
Los procesos y sistemas para elcuidado del ambiente Los ferti lizantes y elprocesamiento de alimentos
7 8
La producción de fibras y telassintéticas
La producción de oxígeno puro yotros compuestos del aire
56
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M E X I C OContenido
Los Retos y el FuturoLos Retos y el Futuro
El PresenteEl Presente
Hacia la SustentabilidadHacia la Sustentabilidad
El Origen y el PasadoEl Origen y el Pasado
Có h l i d l P di
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M E X I C O
Cómo han evolucionado los Paradigmasimpulsores de la Ingeniería Química
En sus inicios, la preocupación de laprofesión era producir productosnuevos y combustibles (fines del sigloXIX).
ProducirCombustibles
y Productos Químicos
Procesar y Controlarlas emisiones
Establecer Productos y Procesos queaseguren la Sustentabilidad de la
Industria
Restriccionesómicas
Restricciones Ambientales
Restricciones parala Sustentabil idad
Mínimas Restricciones
Hoy en día, el paradigma de laSustentabil idad del p laneta es unarestricción central en la producciónde energía y productos químicos, que
está revolucionando el enfoque de laprofesión
Optimizar la Rentabi lidad delos Procesos
EconMás tarde surgió la necesidad deeficientar los procesos a fin deproducir los a gran escala y conmayores util idades (Primera mitad delsiglo XX)
A partir de la segunda mitad del sigloXX surgen las preocupacionesambientales que generanrestricc iones para los procesos yproductos de la industria química
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M E X I C O
El futuro de la Ingeniería Química(7º. Congreso Mundial de Ingeniería Química, 2005)
LAS AREAS DE TRABAJO MLAS AREAS DE TRABAJO M Á ÁS RELEVANTES PARAS RELEVANTES PARAEL INGENIERO QUIMICO DEL SIGLO XXIEL INGENIERO QUIMICO DEL SIGLO XXI
SALUD,SALUD,
SEGURIDAD YSEGURIDAD YMEDIO AMBIENTEMEDIO AMBIENTE
• Procesos Ambientales
• Prevención dePérdidas
• Modelos de Riesgoy Seguridad
BIOPROCESOS EBIOPROCESOS E
INGENIERIA DEINGENIERIA DEBIOSISTEMASBIOSISTEMAS
• IngenieríaBioquímica
• Fármacos
• Toxicología
ENERGIA,ENERGIA,
ALIMENTOS Y ALIMENTOS Y AGUA AGUA
• Tecnologías de Conversiónde Energía y Utilización deFuentes Alternas
• Manejo y Tratamiento de Agua
• Procesamiento de Alimentos y Bebidas
• Tecnología QuímicaSustentable
• Procesos QuímicosSustentables
• Productos QuímicosLimpios
SUSTENTABILIDADSUSTENTABILIDAD
C i i t d l P bl ió M di l
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Fuente: United Nations, World Population Prospects, The 2005 Revision; y estimaciones del Population Reference Bureau, 2005
Crecimiento de la Población Mundial1750–2150
Población en miles MM
0
2
4
6
8
10
1 7 5 0
1 8 0 0
1 8 5 0
1 9 0 0
1975
2 0 0 0
2 0 5 0
2 1 0 0
2 1 5 0
20006100 Millones
Se dupl ica
PaÍses menos
desarrollados
Paises más desarrollados
1 9 5 0
2025
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Existencia de Vehículos a nivel Mundial*
* Fuente: Aguilar E., Rev. IMIQ, Vol 1-2, pp.5-12, 2002
0
1,000
2,000
3,000
4,000
5,000
6,000
7,000
1751 1771 1791 1811 1831 1851 1871 18911911 1931 1951 1971 1991** Fuente: Carbon Dioxide Information Analysis Center (CIDAC),httpp://cdiac.esd.ornl.gov/trends/trends.htm
Evolución de las EmisionesMundiales de CO21751 – 2000 **
1930 1950 1980 1996 20202002
200
400
1000
800
600
Mundial
Estados
Unidos
Año
Millones
MM Ton Carbono (C)
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La Prospectiva del Pico del Petróleo
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M E X I C OContenido
Los Retos y el FuturoLos Retos y el Futuro
El PresenteEl Presente
Hacia la SustentabilidadHacia la Sustentabilidad
El Origen y el PasadoEl Origen y el Pasado
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La Industria Química ante el desequilibrio natural
• La industria química ha generado dos
tipos de productos “ no naturales” : – Productos Químicos Sintéticos (plásticos, hules,
fibras)
– Energía Térmica con generación de gases decombustión (CO2, SOx,NOx, etc.)
… que probablemente han roto el equilibrio de losciclos geobioquímicos
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Es una trayectoria y forma de vida quese sigue para permitir a la humanidadllenar sus necesidades de salud,
ambientales, sociales y económicas,sin comprometer el progreso de lasfuturas generaciones
El Concepto de Sustentabilidad
“ La Sustentabilidad es un camino demejora continua, por el cual los
productos y servicios requeridos porla sociedad, se producen y entregancada vez con menos impacto negativopara la Tierra”
AIChE
L 8 G d R t d l I i í Q í i
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Los 8 Grandes Retos de la Ingeniería Químicapara la Sustentabilidad
Ingeniería yQuímica “ verde” A
n á l i s i s d e l o
s
C i c l o s d e V
i d a
T ox i c
ol o gí a
M a t e r i a
s P r i m a
s
R e n o
v a b l
e s
CombustiblesRenovables
E d u c a c
i ó n
p a r a
l a S u s t e n t a b i l i d
a d
E f i c i e n c i a
E n e r g é t i c a
S e p a r a c i ó n ,
C a p t u r a
y U s o
d e l C
O 2
1
8
6
2
37
5
4
Una Visión de Largo Plazo para la
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Paradigmas
Actuales
2006 2100 Año
Combustibles
Fósiles
Procesosintensivos enconsumo de
energía
Procesosgeneradoresde efluentesindeseables
Ignorancia delos sistemas
vivos
Gran Visión
de Futuro
Energíarenovable
Ceroemisiones
Conocimientoy respeto a lossistemas vivos
Materiasprimas
renovables
Gran Visión
de Futuro
Energíarenovable
Ceroemisiones
Conocimientoy respeto a lossistemas vivos
Materiasprimas
renovables
2025
Combustiblesrenovables
Conocimiento yaplicación de los Ciclos
de Vida
Cargas químicasrenovables
Química e ingeniería“verde”
EfectosToxicológicos
Declinación de
combustibles
fósiles
Combustiblesrenovables
Conocimiento yaplicación de los Ciclos
de Vida
Cargas químicasrenovables
Química e ingeniería“verde”
EfectosToxicológicos
Declinación de
combustibles
fósiles
Una Visión de Largo Plazo para la
Sustentabilidad
Reducir laintensidadenergética
Retos
Manejoadecuado del
carbón
Desarrollo de lacultura de
Sustentabilidad
Predominancia de
combustibles
fósiles
Reducir laintensidadenergética
Retos
Manejoadecuado del
carbón
Desarrollo de lacultura de
Sustentabilidad
Predominancia de
combustibles
fósiles
Reducir laintensidadenergética
Retos
Manejoadecuado del
carbón
Desarrollo de lacultura de
Sustentabilidad
Predominancia de
combustibles
fósiles
Una estructura para la enseñanza
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Ingeniería Económica Optimización
Generación de Valor
Una estructura para la enseñanzade la Ingeniería Química
Ingeniería deProcesos
Ingeniería deProductos
InnovaciónTecnológica
Flujo deFluidos
Transferenciade Calor
Ingeniería deReactores
Procesos deSeparación
Termodinámicay
Balance deMateria yEnergía
Química
Bioquímica
Química eIngeniería
Verde
Toxicología
RecursosNaturales
Ciclos deVida
Energía yCombustibles
Procesamientode Efluentes
Sustentabilidad
Diseño yOperaciónIndustrial
Sustentable
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La Ingeniería Química seguirá contribuyendopara que las nuevas generaciones de la humanidadalcanzen la Utopía: lograr un mundo feliz, en paz ypróspero;
cuando todos los seres humanos obtengan losbeneficios de la ciencia, la tecnología y la cultura
y aprendan el valor y el gozo de la vida,cuando sean capaces de hacer una distribuciónequitativa y justa de los recursos naturales y del
conocimiento,
en comunión y con respeto a la naturaleza que, en sugran diversidad, ha dado cobijo a las generaciones
anteriores. Enrique Agui lar Rodríguez
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Gracias…