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Dentro de la ingeniería, la ingeniería química es la rama que se encarga del análisis, administración, supervisión, control y desarrollo de procesos en los que tienen lugar cambios de tipo físico, químico o bioquímico orientados a transformar materias primas en productos elaborados.
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La nanotecnología es un término acuñado por Eric Drexel en 1976, a través del cual se definió como "una tecnología a nivel molecular que permitirá poner cada átomo donde queremos que esté."
La nanotecnología es el estudio y la producción de materiales, estructuras y sistemas a través del control de la materia a escala nanométrica. Permiten manipular la estructura de los materiales a nivel de pequeños grupos de átomos y por lo tanto modificar sus propiedades de una manera más radical y controlada que en el pasado, también reciente.
Por ejemplo, los productos cerámicos, que normalmente se caracterizan por su fragilidad, se pueden producir con una estructura menos frágil y relativamente dúctil, con formas finales extremadamente precisas, sin operaciones de acabado adicionales; los metales nano estructurados tienen una resistencia mecánica 4-5 veces mayor que la de los mismos metales en la forma microcristalina habitual. Por ello la nanotecnología representa un salto cualitativo sin precedentes en la larga historia de la elaboración de materiales, incluso en comparación con el impresionante progreso que se produjo en la segunda mitad del siglo XX, antes de la difusión significativa de la nanotecnología que comenzó a principios de los años 90.
Estos avances han hecho posible no sólo el desarrollo de tecnologías avanzadas que dan forma a la fisionomía de nuestros tiempos (tecnología de la información y las comunicaciones, aeroespacial y órganos artificiales.) También tuvo un fuerte impacto en las principales industrias y en el sector de los servicios, los considerados convencionales (por ejemplo. mecánica y electromecánica, automóvil y otros medios de transporte, electrodomésticos, ingeniería de planta, textiles y prendas de vestir, envases).
El valor añadido de la nanotecnología está representado por la posibilidad que ofrece para cambiar las propiedades de los materiales "cortándolas a medida" para las necesidades tecnológicas de los diversos sectores y servicios de fabricación. La difusión de estas tecnologías, por lo tanto, contribuirá de manera significativa a la renovación de las producciones actuales y la creación de nuevas actividades productivas además mejorando sensiblemente nuestro entorno, ya que los nanomateriales pueden filtrar el agua y volver a hacerla potable, reducir las emisiones de gases de escape de los coches y ayudar a combatir el cáncer.
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- Antonio J. Fernández
En función de la temperatura, existen diversos tipos de gasificadores. A continuación se enumeran los más importantes:
- Lecho fijo
- Lecho fluidizado
- Flujo volante
- Baño férrico
De Lecho Fijo
Se pueden distinguir dos tipos, reactor a presión atmosférica y reactor a presión.
El reactor a presión atmosférica presenta una camisa de agua en la parte inferior y un revestimiento refractario en la parte superior. En este caso, el carbón desciende en un lecho en contracorriente con los gases y reacciona con el vapor y el aire, produciéndose así un gas pobre. Este tipo de reactor se utiliza cuando se dispone de carbones no aglutinantes, cuando el gas puede consumirse caliente o cuando la capacidad del proceso es relativamente pequeña.
El reactor a presión se utiliza cuando la capacidad del proceso es mayor. Permite aumentar la capacidad máxima del reactor, el índice de metano y el poder calorífico del gas. El carbón se introduce en el reactor a través de una esclusa que funciona de forma cíclica. El carbón cae por la parte superior y desciende por gravedad en el reactor. Una vez introducido el carbón, se calienta, se seca y se coquiza. La cantidad de vapor introducido depende de las características del carbón.
De Lecho Fluidizado
Este tipo de gasificador se utiliza para tamaños intermedios de partículas de carbón. Se consiguen altas velocidades relativas e intensos movimientos de mezcla entre el gas y el sólido.
Se suele conseguir una reacción rápida. La alimentación requiere de una preparación previa cuyo alcance depende del tipo de material a tratar. Por ejemplo, si se trata de biomasa como madera o cualquier residuo forestal, se suele someter previamente a una trituración y en algunos casos se hace pasar por un secador. Si por el contrario, se trata de carbón, sólo se somete a un proceso de molienda. El material a secar se puede llevar a través de un sistema cerrado de transporte y almacenamiento intermedio directamente a la tolva de alimentación.
A continuación se muestra un esquema de un gasificador de lecho fluidizado:
Figura 1. Gasificador de lecho fluidizado [fao.org]
De flujo volante
Estos gasificadores actúan sobre carbones muy fusibles, como por ejemplo los carbones pulvurentos. En este caso, la materia en transformación sigue un camino ascendente y, al descender agotado, eleva la transmisión de calor. Se produce un buen rendimiento.
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- Antonio J. Fernández
El proceso de gasificación convierte la materia carbonosa en CO y materia combustible mediante una serie de reacciones químicas. La mayoría de los carbones son gasificables, aunque interesan más aquellos que no se desintegran en el proceso o se puedan hinchar.
El proceso de gasificación se puede clasificar en varios tipos, según se lleve a cabo. Estos procesos son los siguientes:
- Endotérmicos. La gasificación se lleva a cabo con vapor de agua para obtener gas de síntesis.
- Exotérmicos. En este caso la gasificación se lleva a cabo con O2 para obtener CO, o con aire para obtener gas pobre.
- Mixtos. Cuando se realiza con aire y vapor de agua para obtener CO + H2 + N2. Estos procesos mixtos se pueden subdividir a su vez en:
- Procesos simultáneos. Cuando se soplan al mismo tiempo sobre el carbón incandescente el aire u oxígeno y el vapor de agua.
- Sucesiva. Primero se sopla el aire y cuando el lecho alcanza una determinada temperatura, se sustituye la inyección de aire por vapor de agua hasta que la temperatura desciende a un nivel inferior. Posteriormente vuelve a inyectarse aire y así sucesivamente, de ahí su nombre.
Los factores que influyen al resultado de la gasificación son aquellos que afectan al equilibrio, a la velocidad de reacción, así como al comburente utilizado. Estos factores son la temperatura del proceso, la reactividad del sólido y su tamaño de grano, el tiempo de contacto comburente-combustible y el comburente de gasificación empleado.
El tamaño de los gránulos de carbón condiciona la homogeneidad del lecho. A medida que aumenta el tamaño del grano, la altura del lecho debe ser mayor para conseguir una buena gasificación. Comentar que al aumentar la altura del lecho, crece la dificultad de la homogeneización así como la pérdida de carga. Los finos además de contribuir a la pérdida de carga de los gases, dan compacidad al lecho y originan la formación de canales y escorias que dificultan la marcha del proceso. La presencia de un amplio espectro de tamaños de granos origina la formación de puentes en la carga, con la consiguiente complicación de la descarga de cenizas y escorias.
