Resumen

El presente proyecto tiene por objeto presentar el diseño y la implementación de un material didáctico para la enseñanza de ingeniería de las reacciones químicas a nivel de pregrado con un enfoque hacia las herramientas de simulación computacional con las que se cuentan actualmente. Se desarrollan 5 módulos temáticos acordes con los tópicos manejados a nivel nacional de las asignaturas relativas al diseño de reactores químicos. Cada módulo cuenta con un texto soporte, presentaciones en PowerPoint y ejercicios desarrollados en las siguientes herramientas de simulación:Microsoft Excel, Comsol Multiphysics (Herramienta en la cual se hace mucho énfasis por el desconocimiento general que se tiene hacia ésta), Aspen Hysys, Aspen Plus, Table Curve 2D y Matlab con su correspondiente video tutorial (Grabado en Camtasia Studio). El producto final corresponde a un archivo programado en lenguaje de ayuda HTML de Microsoft Help Workshop® en donde se compila todo el material (Llamado Reactools).El primer módulo comprende la presentación de los modelos ideales de reactores; el segundo módulo presenta una introducción a la cinética química; el tercero trata el diseño isotérmico de reactores ideales; el cuarto abarca el diseño de reactores ideales no isotérmicos y el quinto se enfoca el diseño de reactores reales. La implementación de Reactools se lleva a cabo a través del curso “Herramientas para el modelamiento y simulación de reactores químicos”, curso virtual en donde se cuenta con la participación de más de 120 estudiantes de pregrado y posgrado de universidades a lo largo de todo el territorio nacional.

Introducción

"El diseño de reactores químicos diferencia a los ingenieros químicos de otros ingenieros”, esta es una típica frase de una primera clase de ingeniería de las reacciones químicas que únicamente entendí e interioricé luego de realizar proyectos en conjunto con otras disciplinas de la ingeniería. Todo el equipo de ingenieros guardaban silencio mientras les explicaba el fenómeno de reacción y el dimensionamiento de este equipo; luego yo guardaba silencio el resto de la reunión mientras explicaban las partes mecánicas de los equipos de la planta, la instalación el eléctrica, el montaje del sistema de control y la obra civil entre otros. Me di cuenta que en esencia podía aportarle el diseño conceptual del reactor al proyecto de ingeniería. 

El diseño de un reactor químico, implica un conocimiento profundo de la transformación química, su ley de velocidad, del fenómeno de transporte, del fenómeno de flujo, del fenómeno de transferencia de calor y de las propiedades físicas de las especies reaccionantes. Un ingeniero químico posee el entendimiento de estos fenómenos en conjunto. La agrupación de estos fenómenos se realiza mediante la asignatura de “Diseño de reactores químicos” o “Ingeniería de las reacciones químicas” que se incluye en el todos los planes de estudio de las universidades que otorgan el título de “Ingeniero químico”. 

En el momento de aprender, el entendimiento pasa por tres etapas: una comprensión del concepto (En donde se entiende el tema, comprendiendo la integración entre el modelo y el fenómeno físico), una desarrollo del pensamiento crítico (En donde se adquiere la capacidad de decidir qué está correcto y qué no, y más importante porqué es correcto y por qué no) y un desarrollo del pensamiento creativo (En donde se adquiere la capacidad de aplicar y adaptar el concepto aprendido en algún problema de la vida real). Actualmente, se implementan metodologías tradicionales para la enseñanza de ingeniería de las reacciones químicas, que se enfocan en la deducción detallada de cada modelo de reactor partiendo de las expresiones generales de balance molar y de energía. Se piensa que el estudiante puede desarrollar su pensamiento crítico y creativo a partir de la deducción planteada en clase. 

El éxito del diseño de un reactor químico es una función de la combinación del conocimiento de diseño de reactores químicos con destrezas en herramientas de simulación computacional, únicamente al simular el modelo de un reactor de forma adecuada, se logra desarrollar el pensamiento crítico, y únicamente cuando se puede alterar esta simulación y adaptarla a un problema de ingeniería química, se desarrolla el pensamiento creativo y se logran los objetivos de aprendizaje de ingeniería de reacciones químicas. Esta es la hipótesis central de la cual se parte para el desarrollo del proyecto. 

Introduciendo un panorama de la situación, actualmente en Colombia existen 16 universidades que ofrecen el programa de Ingeniería Química [1]. En todas estas instituciones existe una asignatura como parte del componente disciplinar de la carrera relativa al diseño de re

• Materias:Ingeniería química Tecnología química Reacciones químicas Procesos químicos Enseñanza con ayuda de computadores Reactores químicos - Diseño y construcción Química
• Subjects:Chemical engineering Chemical technology Chemical reactions Chemical processes Computer assisted instruction Chemical reactors - Design and construction Chemistry
• Palabras claves:material didáctico, herramientas de simulación, reactools
• Keywords:teaching materials, simulation tools, reactools