HISTORIA DE LA INGENIERÍA QUÍMICA

Desde los inicios de la historia del hombre en la tierra, éste ha logrado realizar una serie de transformaciones físicas y químicas a partir de diferentes materiales e insumos naturales para la obtención de otros, desde el descubrimiento del fuego, pasando por los inicios de la metalurgia y la aleación de metales, la cerámica, la fermentación y destilación de frutos para obtener bebidas alcohólicas, la extracción de colorantes y pigmentos para sus vestidos, etc. Desde que el hombre inició su recorrido por este planeta, de alguna manera se dieron una serie de procesos químicos, casualmente descubierto por éste o desarrollados por él, con el fin de hacer más fácil su vida.

Desarrollar la historia del hombre y su interacción con los procesos físicos y químicos o viceversa, no es nuestro objetivo, sino comentar algo de la historia de la ingeniería química por lo que nos acercaremos un poco más a los inicios de ella. Este comentario inicial, nos sirva para reflexionar que los procesos físicos y químicos, siempre nos han acompañado y se han dado aún antes de la presencia del hombre.

Los primeros años del siglo XVIII coincidieron con una gran demanda de carbonato de sodio utilizado para el procesamiento y producción de una variedad de productos, como el jabón, vidrio, textiles, etc. Nicholas Le Blanc, químico francés (1742-1806), desarrolló un método para obtener de la sal obtenida del mar, carbonato de sodio; procedimiento que se utilizó hasta 1810; este proceso tenía el inconveniente de generar durante el proceso, otros productos altamente peligrosos (ácido clorhídrico, óxidos de nitrógeno y gases de azufre y cloro), los mismos que constituyeron una gran amenaza para la salud.

A principios de 1860, Ernest Solvay, químico industrial belga (1838-1922) desarrollo con éxito lo que hoy conocemos como el método Solvay o torre Solvay de carbonatado. Este proceso se basaba en la reacción del dióxido de carbono en estado gaseoso con una solución de sal de amonio, produciéndose el carbonato de sodio. A pesar de que entonces, no se hablaba de la ingeniería química, este método Solvay, constituye claramente una operación unitaria.

Podríamos afirmar que los inicios de la Ingeniería Química se dan hacia el año 1880 cuando se publica el libro lecciones de ingeniería química, de George E. Davis en la ciudad Manchester, fracasando este autor en su intento de fundar la “Society of Chemical Engineers”, en Londres, dictando el primer curso de ingeniería química hacia 1887 en el Manchester Technical School. Al año siguiente Lewis M. Norton dicta el curso de ingeniería química en el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT); este curso fue modificado y extendido por William H. Walter, dictándose luego cursos de ingeniería química en otras universidades de EEUU, como Columbia, Michigan y Pensylvania.

Por el año de 1893, el Dr. George Lunge profesor de la Escuela Técnica Federal de Zurich, hace publica la necesidad industrial existente en ese entonces, de combinar los esfuerzos científicos de los químicos con la de los ingenieros mecánicos, y así poder formar una nueva industria elaboradora de productos químicos.

En 1901 George Davis publica el primer Handbook de Ingeniería Química, y ese mismo año Albin Haller funda una de las primeras escuelas de ingeniería química en Francia, en la ciudad de Nancy.

En 1908 la American Chemical Society, organiza la división de químicos industriales e ingenieros químicos, publicándose la Journal of Industrial Engineering Chemistry; fundándose simultáneamente en Filadelfia por ingenieros químicos el American Institute of Chemical Engineers.

Widnes en Cheshire a principios de los 1800, debajo de una nube del proceso de Leblanc
Es en 1910 que en el Instituto Tecnológico de Massachussets, un grupo de profesores establece la cátedra de Ingeniería Química. Años después (1915). El Dr. Arthur D. Little propugna lo que sería el primer pilar fundamental de la ingeniería química: LAS OPERACIONES UNITARIAS, en el instituto tecnológico de Massachussets; las mismas que son posibles de aplicar a diferentes procesos industriales, independientemente del producto a fabricar. De las mismas se decía: “Cualquier proceso químico, cualquiera sea su escala, puede ser resuelto en una serie coordinada de lo que podría ser denominado acciones unitarias, como, pulverización, mezclado, calentamiento, absorción, precipitación, cristalización, filtración, disolución y así sucesivamente” . Arthur Litlle comentaba que las operaciones unitarias eran básicamente físicas antes que químicas, pero que estaban dirigidas a un resultado químico, que eran pocas en número pero las condiciones bajo las que podían ser conducidas eran de lo más variadas y estaban determinadas por la naturaleza de los materiales en tratamiento, el tamaño de la operación, las temperaturas, presión y demás factores involucrados en el proceso.

Arthur D. Little, actor fundamental en el reconocimiento de la ingeniería química, explicaba así su punto de vista: "Con el creciente número y complejidad de los problemas surgidos de la rápida expansión de las industrias químicas, se empezó a reconocer gradualmente que había necesidad y sitio para una rama distinta dentro de la ingeniería, a la cual estos problemas le fueran asignados. En respuesta a esta necesidad tenemos la Ingeniería Química, no como una mezcla de química con ingeniería mecánica y civil sino como una rama separada de la ingeniería, basada en las operaciones unitarias, las que en su propia secuencia y coordinación constituyen un proceso químico llevado a escala industrial".

El trabajo de los conceptos de las operaciones unitarias, en las plantas de transformación físicas y químicas pronto llevan a advertir al ingeniero químico importantes similitudes y que el estudio de las mismas se resumen en tres operaciones de cambio; que la masa, el calor y la cantidad de movimiento se transfieren impulsadas por un potencial, venciendo una resistencia, determinando un cierto flujo de transferencia. Estos conceptos, generalizados para las operaciones unitarias se fundamentan años mas tarde cuando en 1960, es publicado el libro “EL FENOMENO DE TRANSPORTE”, de los ingenieros Bird, Steward y Ligtfoot; en el que se desarrolla el estudio sistemático de los fundamentos del transporte de materia, energía y cantidad de movimiento, surgiendo así, el que sería el segundo gran pilar de la ingeniería química.

Desde los años sesenta hasta la fecha, la Ingeniería Química no ha dejado de cambiar y evolucionar, adecuándose a las necesidades de la industria, de la sociedad y del hombre. Pronto la Ingeniería Química ha podido hacer uso de las nuevas tecnologías, desarrollar otras, para cumplir sus objetivos. El uso de la programación facilitó el cálculo teórico y la automatización, y el control de las operaciones unitarias como de los procesos de fabricación.
Al transcurrir los años, varias son las ramas de la ingeniería que han surgido de la ingeniería química; como la ingeniería bioquímica, petroquímica, textil, metalurgia, ambiental, alimentos, agroindustria, pesquera, entre otras, pero quizás sea la ingeniería bioquímica, la que con sus propias características científicas, nos muestra como la ingeniería química haciendo uso de otras ciencias, diseña procesos con operaciones unitarias para un mejor desarrollo de la industria o generando nuevas industrias.

En un discurso Sir Harold Hartley, en 1952, dirigido a la "Institution of Chemical Engineers", se refiere a la Ingeniería Bioquímica como una rama de la Ingeniería Química que se mueve en el marco de los mismos principios, teorías, procedimientos y métodos que son fundamentales y generales, a los que se agregan otros que son propios de su condición de ciencia.
En muchos aspectos los ingenieros químicos dieron su aporte hacia la sociedad, durante la segunda guerra mundial desarrollaron la producción de caucho sintético, muy escaso en ese entonces el caucho natural, contribuyeron a perfeccionar la producción industrial de la penicilina, logrando procesar penicilina con una recuperación del 85 por ciento, antes de ello no había podido lograrse, otro problema que ayudaron a resolver fue la inestabilidad de este producto en solución; se requería una forma estable que permitiera el almacenaje y el despacho de la penicilina. El proceso de congelación y desecación (en que la solución de penicilina era congelada y luego sometida al vacío para extraer el hielo en forma de vapor de agua), parecía ser el mejor método, pero no antes se había aplicado a escala industrial. Un programa acelerado de estudios emprendido por ingenieros químicos del Instituto Tecnológico de Massachussets logró una comprensión de los fenómenos básicos del proceso que hizo factible la construcción de plantas de procesamiento, lográndose la producción a gran escala de la penicilina y su distribución, salvándose con este logro millones de vidas.

Debido a la explosiva demanda de combustible en 1919, para automóviles a raíz de la innovación de Henry Ford para la producción masiva y en línea de automóviles, las industrias petroleras se vieron en la urgente necesidad de producir grandes cantidades de gasolina con una tecnología que superara el desempeño de las plantas de cracking térmico. Fue hasta 1945 cuando se introdujo comercialmente el cracking catalítico en lecho fluidizado (diseño de ingenieros químicos), el cambio permitió a la industria de refinación del petróleo satisfacer la demanda creciente de combustible. El éxito de este desarrollo estimuló la investigación en la tecnología de lecho fluidizado en otras reacciones, y hoy es ampliamente utilizada en la producción de otros químicos, en procesos metalúrgicos y en sistemas de combustión para calderas e incineradores.

La segunda innovación en importancia en la industria de refinación del petróleo fue la reforma catalítica para convertir naftenos de octanaje muy bajo y parafinas en aromáticos de alto octanaje, como benceno, tolueno, etilbenceno y xilenos, materiales sustitutos del tetraetilo de plomo, (cuya eliminación es obligatoria), usado para el mejoramiento del octanaje de la gasolina.

Serán muchos los problemas y retos que deberá enfrentar la industria de procesos químicos y también serán numerosas las oportunidades que le ofrecerán los nuevos conocimientos en las ciencias básicas (matemáticas, química, física, biología, etc.), como serán muchas las exigencias expresas y latentes de las nuevas tecnologías como la nanotecnologia, nuevos materiales, microelectrónica, informática, biotecnología y otras ciencias emergentes. El enfrentamiento de estos retos y la debida explotación de las oportunidades con innovaciones inteligentes y rápidas, le permitirá configurar una nueva base tecnológica a la industria de procesos químicos y con ello ampliar el universo de aplicación de la ingeniería química a áreas industriales aún inexistentes