APLICACIONES DEL CÁLCULO EN LA INGENIERÍA QUÍMICA

Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño

Cátedra: Balance de materia y energía        

Bachiller: Dixenys Acosta 30.762.556

Sección: A

APLICACIONES DEL CÁLCULO EN LA INGENIERÍA QUÍMICA

Definimos a la Ingeniería como, la actividad de traducir en realizaciones prácticas el conjunto de conocimientos científicos y tecnológicos relativos a una rama de las actividades humanas.

La ingeniería química nace a finales del siglo XIX, en 1888 como una respuesta natural a las necesidades de la tecnología que revolucionaria a la sociedad, surge para dar soluciones a respuestas que otras ingenierías no podían solucionar.

La ingeniería química es una de las más excitantes y multifacéticas carrera de nuestro tiempo. Debido a que esta interactúa con la biología, la química, la ciencia de los materiales, la ingeniería civil y eléctrica y es considerada como la disciplina central de la ingeniería. Las oportunidades de plantear y resolver problemas de interés social, son ilimitadas (MIT, 2008).  La ingeniería química es la aplicación conjunta de las ciencias: física, química y matemática con principios económicos y de relaciones humanas, para el estudio de los procesos en los cuales la materia es transformada para obtener un producto útil al hombre. (Mari Toloza, 2002).

Desde tiempos remotos el ser humano siempre ha tenido la necesidad de conocer la materia y su entorno física y químicamente, con el objetivo de poder reproducir sus cambios mediante la experimentación física o matemática, dándole importancia a la representación de los fenómenos o procesos que se llevan a cabo con la materia y que derivan en un mejor nivel de vida. La experimentación matemática conlleva a representar los fenómenos o procesos a través de ecuaciones que sean obtenidas de la aplicación de los principios, leyes, reglas, etc.

La capacidad de poder reproducir mediante la resolución de ecuaciones un fenómeno exige un conocimiento profundo de cómo se comporta la materia, comportamiento que es cuantificado por sus propiedades físicas y químicas para cualquier condición, que será a su vez controlada mediante variables que externamente puedan ser modificadas.

El ingeniero químico se enfrenta a problemas que exigen conocer las especificaciones de las materias primas, localización de fallas e investigación, por lo que el uso del cálculo es primordial en áreas de la química tales como balances de masa y energía, mecánica de fluidos y ritmos de las reacciones en los procesos químicos exotérmicos e isotérmicos. Es posible que de algún modo, las respuestas de los cálculos no son las que se esperaban, esta situación a menudo se presenta por falta de experiencia en el manejo de unidades.

¿Cómo evitamos situaciones indeseadas?  

Un ingeniero químico debe entender que la base de todo proceso químico es el conocimiento previo acerca de la metodología de los cálculos,  es por eso que se definirá algunos aspectos para así comprender la finalidad de este ensayo.

La unidad: Es una forma particular de asignar un número a la dimensión cuantitativa.

Dimensión: Es la propiedad que puede medirse, por ejemplo: masa, temperatura, mol; o calcularse multiplicando o dividiendo otras dimensiones.

Conversión de unidades: Es la transformación de una cantidad expresada en una cierta unidad de medida, en otra equivalente, que puede ser del mismo sistema de unidades o no.

Sistema de unidades: Es un conjunto de dimensiones básicas (masa, longitud, tiempo y temperatura) y un conjunto de dimensiones derivadas (área, volumen, velocidad, aceleración, presión, calor, trabajo, potencia, densidad, viscosidad, calor específico, flujo volumétrico, flujo másico, etc.)

Factores de conversión: Es la equivalencia de la misma unidad expresada en diferente sistema de unidades.

Análisis químico: Es el conjunto de técnicas y procedimientos empleados en muchos campos de la ciencia para identificar y cuantificar la composición química de una sustancia mediante diferentes métodos.

Temperatura y presión: Se define temperatura como una medida del estado térmico de una sustancia. Además es propiedad termodinámica del sistema que nos sirve para saber si dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico. La presión es un término empleado para definir la fuerza que se ejerce por unidad de área de un cuerpo. Existen varios tipos: la presión absoluta se basa en un vacío perfecto, la presión manométrica se mide respecto a la presión atmosférica total y la presión diferencial es la diferencia entre las dos presiones

Comportamiento ideal y real de un gas: Para poder analizar el comportamiento del estado gas de la materia, se define como gas ideal a un gas teórico que se compone de partículas puntuales que se desplazan de manera aleatoria y no interactúan entre sí (Moran and Sahapiro, 2006).

Donde,

P – Presión

V – Volumen

n – Número de moles

T – Temperatura

R – Constante Universal de los Gases

La ecuación de estado de gas ideal considera cambios inversamente proporcionales de la presión o el volumen, así como cambios directamente proporcionales de la presión o el volumen respecto a la temperatura. Un gas real, es aquel con comportamiento termodinámico que no sigue la misma ecuación de estados de los gases ideales.

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