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Archivos Mensuales: julio 2011

Conceptos sobre la energía de los procesos químicos


Apunte parcial sobre el tema, aportado por un alumno.

Los que aquí transcribimos son conceptos aislados que se recogieron durante una explicación teórica. Pueden contener errores de modo que agradeceremos cualquier corrección que quieran sugerir.

En los procesos reversibles, la variación de energía total es cero.
En los procesos espontáneos, la variación de energía es negativa (efectúan trabajo).

En los procesos reversibles isotérmicos, si el calor aumenta, la entropía aumenta, y si el calor disminuye, la entropía disminuye.
En los procesos reversibles adiabáticos, el calor no varía por lo que la entropía tampoco. Significa que el proceso depende de factores externos.
En los procesos irreversibles adiabáticos, la entropía se incrementa hasta alcanzar el equilibrio.
En los procesos espontáneos aumenta la entropía, en el equilibro y en los reversibles no varía la entropía.

En el Universo todos los procesos son espontáneos. Esto significa que la entropía total, el calor total y el trabajo total (variación de energía) tienen valor cero.
Los procesos químicos naturales son irreversibles y espontáneos.

En los sistemas aislados, la energía interna es constante.

Si la energía final de un sistema es igual a la energía inicial más calor, el sistema absorbe calor (endotérmico).
Si la energía final de un sistema es igual a la energía inicial menos el trabajo producido, el sistema produce trabajo consumiendo energía.

La variación de energía neta es entonces igual al calor absorbido menos el trabajo realizado.

La Ecuación de Gibbs señala que
dE = T dS – P dV  (E=energía, T= temperatura, S= entropía, P= presión, V= volumen)
La energía libre de Gibbs es
G = H – T S (G= energía libre de Gibbs, H= entalpía)
La ecuación de Gibbs se aplica a procesos ideales y a procesos espontáneos.

Casos:
Si G es negativa, H es negativa y S es negativa, el proceso es espontáneo a baja temperatura.
Si G es positiva, H es positiva y S es positiva, el proceso no es espontáneo a baja temperatura.
Si G es negativa, H es negativa y S es positiva, el proceso es espontáneo a cualquier temperatura.
Si G es positiva, H es positiva y S es negativa, el proceso no es espontáneo a ninguna temperatura.

En un sistema, llamamos “variación de energía interna U” la diferencia entre el calor y el trabajo relacionados con ese sistema.
El calor puede tener una variación positiva (recibe o absorbe) o negativa (libera).
El trabajo puede tener una variación positiva (el sistema realiza trabajo) o negativa (se realiza trabajo sobre el sistema).

En un proceso cíclico, la variación de energía interna es cero porque el calor y el trabajo son equivalentes (Q = W).
En un sistema aislado, no varían ni el trabajo ni el calor por lo que la variación de energía interna es cero.
En un proceso adiabático, el calor no varía por lo que la variación de energía interna es igual al trabajo. Si el trabajo aumenta también aumenta la energía interna. Si el trabajo disminuye también disminuye la energía interna.
En un proceso isovolumétrico, la variación de energía interna es igual al calor.
En un proceso isobárico, el trabajo es igual al producto de la presión por la variación de volumen, es decir que la variación de energía interna es igual al calor menos ese producto.
En un proceso isotérmico, como P V = n R T  y T es constante, P V también será constante y la variación de energía interna será n R T ln (Vf/Vi). Si el calor aumenta, la entropía aumenta.

Definiciones:
Energía: capacidad para realizar un trabajo.
Energía cinética: energía debida al movimiento de las partículas de un cuerpo.
Energía potencial: energía que posee un cuerpo debida a su posición.
Proceso exotérmico: proceso físico o químico que al efectuarse libera energía hacia el entorno.
Proceso endotérmico: proceso físico o químico que para efectuarse requiere absorción de energía desde el entorno.
Temperatura: energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo.
Presión: fuerza ejercida por un cuerpo sobre una unidad de área.
Volumen: espacio que ocupa un cuerpo.

Factores que afectan la energía interna de un cuerpo: es la suma de
la energía cinética de las partículas de un cuerpo
más la energía de los enlaces
más la energía de atracción intermolecular
más la energía vibracional, rotacional y giratoria de las partículas constitutivas
más las energías de absorción y de emisión producidas por los electrones de los átomos.

Entalpía: energía en procesos realizados a presión constante (sistemas abiertos).
Trabajo: medio para cambiar la energía de un sistema.

Entropía: medida del retorno de la energía actualmente integrada a las masas, a la energía universal. En todo proceso espontáneo (irreversible) la entropía aumenta. Es una medida del desorden molecular. Por eso, la entropia de un cristal perfecto en el cero absoluto es cero (es la forma más ordenada de la masa). Lo único que le podrá pasar es aumentar esa temperatura hasta que nada de la masa de ese cristal haya quedado sin convertirse en energía.

Funciones de estado: son las propiedades que dependen de un estado inicial y otro final, y no dependen de la trayectoria (etapas intermedias).

Las reacciones químicas habituales se realizan en sistemas abiertos, a presión constante y volumen variable (son isobáricos). En sólidos y líquidos la variación de volumen es pequeña; en gases la variación de volumen es grande (se calcula con la ley de los gases ideales).

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Publicado por en 30 julio, 2011 en Conceptos: energía de los procesos químicos

 

Esquel Íntimo: Algunos científicos importantes y la fundación de Esquel


Esquel Íntimo: Algunos científicos importantes y la fundación de Esquel

 
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Publicado por en 21 julio, 2011 en Sin categoría

 

México: Seguridad en la minería


Explosión en una mina de Coahuila

SEGURIDAD EN LA MINERÍA
(Saltillo, Coahuila)
en Razones de Ser
 

El Titular de la Secretaría del Trabajo y Previsión Social (STPS) en la entidad, Lic. Manuel de Jesús Hernández Rocha, da a conocer que en el marco de la estrategia integral para mejorar las condiciones de seguridad y salud de los trabajadores mineros en la región carbonífera de Coahuila, inició la impartición del Taller sobre los “Módulos de Autogestión y Cursos Multimedia en materia de Seguridad y Salud en el Trabajo, y las Obligaciones de la Regulación Minera y del Seguro Social”.

En tal contexto, el Subsecretario del Trabajo, Joaquín Blanes Casas, destacó en el acto inaugural diversos avances en la estrategia integral que de manera coordinada han venido aplicando el Gobierno Federal y el del Estado de Coahuila, bajo la supervisión directa del Secretario del Trabajo, Javier Lozano Alarcón, y del Gobernador Jorge Juan Torres López, como son el apoyo a los familiares, a través de los servicios de asesoría, conciliación y representación jurídica que brinda de manera gratuita la Procuraduría Federal de la Defensa del Trabajo, PROFEDET; el programa de inspección conjunto por parte de diversas autoridades federales; la suscripción del convenio entre la Comisión Federal de Electricidad y la Promotora de Desarrollo Minero de esa entidad federativa para adquirir únicamente carbón que provenga de explotaciones certificadas como seguras; el otorgamiento de crédito, a través del Fideicomiso de Fomento Minero, para adquirir bienes y equipos que contribuyan a la seguridad de este tipo de explotaciones, y la regulación para el aprovechamiento de gas asociado a yacimientos de carbón.

De igual manera, el Subsecretario del Trabajo, Joaquín Blanes Casas, agradeció la presencia del Ing. Raúl Xavier González Valdés, Subsecretario de Asuntos Sociales del Gobierno del Estado de Coahuila, así como del Doctor Luis Fernando Camacho Ortegón, Director de la Universidad Autónoma de Coahuila, Unidad Norte.

El presente taller tiene como propósito facilitar a los pequeños productores de carbón el conocimiento y cumplimiento de la normatividad de seguridad y salud en el trabajo, particularmente de la NOM-032-STPS-2008, Seguridad para minas subterráneas de carbón, así como de sus obligaciones como titulares o causahabientes de concesiones mineras y las que derivan del régimen obligatorio del Seguro Social, a efecto de salvaguardar la vida, la salud y la integridad física de sus trabajadores.

El Lic. Blanes resaltó que en aquellas operaciones mineras donde se ha adoptado el Programa de Autogestión en Seguridad y Salud en el Trabajo, que impulsa la Secretaría del Trabajo y Previsión Social (STPS), se tiene una tasa media de 2.53 accidentes por cada cien trabajadores, es decir, 42.8 por ciento menor a la tasa del sector minero que para el año 2010 fue de 4.42, y 9.6 por ciento inferior al promedio nacional de 2.8 para ese mismo año.

Del 12 al 14 de julio serán mostrados los apoyos informáticos que la STPS ha desarrollado para facilitar el conocimiento y autogestión de la normatividad en materia de seguridad y salud en el trabajo.

Entre dichos apoyos están los nueve cursos multimedia sobre la NOM-032-STPS-2008, Seguridad para minas subterráneas de carbón, que comprenden los temas siguientes: aspectos generales; excavaciones y fortificaciones; ventilación; instalaciones eléctricas; maquinaria y equipo; transporte de personal y materiales; recepción, almacenamiento, transporte, manejo y uso de explosivos; calentamiento, corte y soldadura, así como prevención y protección contra incendios, explosiones, desprendimientos instantáneos de gas metano y carbón, e inundaciones.

Tales cursos se encuentran a disposición de los interesados en el Aula Virtual del Programa de Capacitación a Distancia para Trabajadores, PROCADIST, de la STPS.

De igual forma, se presentarán las principales funcionalidades de las herramientas informáticas construidas para identificar las normas de seguridad y salud en el trabajo que aplican a un centro laboral; realizar una revisión exhaustiva sobre el grado de cumplimiento de las mismas, y elaborar programas que permitan priorizar las acciones por instaurar y dar seguimiento a su aplicación.

De esta manera, la STPS difunde y promueve el cumplimiento de la normatividad en la especialidad; contribuye a disminuir los costos asociados con la capacitación y aplicación de esta regulación, y fortalece la cultura de prevención de riesgos laborales en la explotación de las operaciones mineras a menor escala.

Por otra parte, se expondrá a los asistentes al Taller el contenido de la “Guía para la Evaluación del Cumplimiento de la Normatividad en Seguridad y Salud para Operaciones Mineras de Carbón a Menor Escala”, que la STPS elaboró para apoyarlos en el seguimiento de sus obligaciones.

La referida guía está integrada por 141 indicadores: 22 de ellos corresponden a los estudios requeridos para el análisis de riesgos potenciales; ocho a programas específicos y 12 a procedimientos de seguridad para que las actividades se ejecuten en forma ordenada y sistemática, con el menor de los riesgos; 52 a medidas de seguridad que deben estar instauradas; dos al seguimiento a la salud de los trabajadores; cuatro al equipo de protección personal que habrán de utilizar; 11 a la capacitación que se les deberá impartir, y 30 a los registros administrativos con que deben contar, a efecto de mantener un esquema documentado y organizado de las acciones de prevención aplicadas.

Con este instrumento, los pequeños productores de carbón podrán dar seguimiento puntual a las obligaciones que establece la NOM-032-STPS-2008, Seguridad para minas subterráneas de carbón, para las operaciones a menor escala.

Dentro del taller también se abordarán, por parte de la Dirección General de Minas de la Secretaría de Economía, los derechos y obligaciones de los titulares y causahabientes de concesiones mineras que prevé la Ley Minera, así como las causales para la suspensión provisional o definitiva de los derechos que éstas confieren y la cancelación de las mismas.

Por último, el Instituto Mexicano del Seguro Social hará un recuento de las obligaciones patronales previstas por el régimen obligatorio del Seguro Social, concluyó el Lic. Hernández Rocha.

 
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Publicado por en 15 julio, 2011 en México: Seguridad en la minería

 

El butanol podría ser el combustible del futuro


Así lo considera la petrolera BP, que se ha unido a la química DuPont para producir y comercializar este alcohol, parecido al etanol, a gran escala.
Aunque en la actualidad es más caro que la gasolina normal, sus responsables esperan volverlo rentable a partir de 2010.
Por ALEX FERNÁNDEZ MUERZA
en Eroski Consumer
en Septiembre de 2007

El creciente uso de los biocombustibles está llevando a las grandes empresas del sector a utilizar todas las posibilidades a su alcance. Una de ellas es el butanol, un alcohol similar al etanol (producido a partir del maíz y por el que se apuesta en Estados Unidos) salvo que contiene dos átomos más de carbono. Algunos expertos lo denominan “biobutanol”, para remarcar su origen vegetal, puesto que el butanol puede producirse también a partir de combustibles fósiles, con las mismas propiedades químicas.

Los expertos de BP y DuPont destacan sus ventajas con respecto al etanol:
Alcanza el 95% de energía que el mismo volumen de gasolina, mientras que el etanol no pasa del 75%.
Se puede mezclar con la gasolina convencional, sin tener que hacer adaptaciones en los coches, en una proporción mayor que el etanol.
Tolera mejor la contaminación por agua y es menos corrosivo que el etanol, por lo que se puede mezclar directamente con la gasolina en la refinería y enviarlo por las mismas infraestructuras petroleras de transporte, algo que no es posible con el etanol.

Por ello, los expertos de ambas multinacionales llevan trabajando desde 2003 en un sistema que les permita producir butanol de manera competitiva. En 2006 informaron de que por el momento elaborarán este combustible en el Reino Unido, en concreto en una fábrica de la Asociación de Alimentos Británicos que estaba siendo construida para producir etanol a partir de azúcar, y han estimado que durante 2007 serán capaces de generar para su comercialización 35 millones de litros de butanol.

En cualquier caso, ambas multinacionales reconocen que este nuevo biocombustible será más caro que la gasolina convencional por lo menos hasta 2010. A partir de esa fecha, esperan conseguir mejorar el rendimiento de los cultivos, a partir de productos como la caña de azúcar o la remolacha, así como el proceso de conversión de esta biomasa en alcohol.

Sin embargo, desde el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL en sus siglas inglesas), dependiente del gobierno estadounidense, se muestran más cautos en las fechas, al considerar que, si bien el potencial es real, será necesario un avance tecnológico de peso que permita hacer económico el butanol, por lo que resulta complicado estimar fechas.

Inconvenientes del butanol

Además de su actual falta de competitividad, el butanol tiene que hacer frente a una serie de inconvenientes, muy similares a los que padece el etanol. Uno de ellos, motivo de crítica a los biocombustibles en general en los últimos meses, es que se basan en cultivos “alimentarios” como el maíz o los cereales. Sus detractores afirman que la fórmula “alimento por combustible” no es ni factible ni ética, puesto que para sustituir a los combustibles fósiles no hay superficie suficiente en el mundo, además de poner en peligro el sustento de millones de personas. En este sentido, el Consejero de BP Oil, Luis Javier Navarro, afirmaba recientemente que sería un error que la industria energética compitiera con la alimentaria, y se mostraba partidario de recurrir a los desechos para elaborar nuevos combustibles.

Por ello, el desarrollo tecnológico parece también crucial en esta cuestión. Según Reese Tisdale, del Instituto de Investigación de Energías Emergentes, con sede en Cambridge, Massachussets, la solución consiste en lograr, de manera económica, una enzima (una proteína compleja que produce un cambio químico específico en otras sustancias) que sea capaz de fermentar cualquier tipo de materia vegetal, no destinado a alimentación, para su posterior transformación en biocombustible. Mientras tanto, otros expertos sugieren la utilización del sorgo granífero, lo que permitiría destinar el maíz a fines alimenticios únicamente.

Asimismo, el butanol, al igual que el etanol, tiene que aumentar aún más su eficiencia para poder competir de igual a igual con los combustibles fósiles, y superar los problemas de compatibilidad que puede presentar en los sistemas de combustión actuales.

Antes de la Primera Guerra Mundial, diversos investigadores trabajaron en sistemas basados en microbios que permitieran una aplicación industrial. Uno de ellos fue el químico y primer presidente del Estado de Israel Chaim Weizmann, que utilizó en 1916 la bacteria Clostridium acetobutylicum para producir acetona (utilizada en explosivos), butanol y etanol, sistema que paso a denominarse Fermentación Acetobutílica (ABE).

Este proceso fue utilizado en numerosos países hasta que en los años 50 fueron sustituidos por los sistemas basados en el petróleo. Sin embargo, a partir de la crisis de 1973, los procesos de fermentación volvieron a recobrar el interés, produciéndose de esta forma diversos avances.

 
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Publicado por en 1 julio, 2011 en El butanol podría ser el combustible del futuro

 
 
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