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Ingenieria

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El módulo de aterrizaje InSight con paneles solares desplegados en una sala limpia
La máquina de vapor , el principal impulsor de la Revolución Industrial , subraya la importancia de la ingeniería en la historia moderna. Este motor de haz está expuesto en la Universidad Politécnica de Madrid .

La ingeniería es el uso de principios científicos para diseñar y construir máquinas, estructuras y otros elementos, incluidos puentes, túneles, carreteras, vehículos y edificios. [1] La disciplina de ingeniería abarca una amplia gama de más especializados campos de la ingeniería , cada uno con un énfasis más específica en las áreas particulares de Matemáticas Aplicadas , ciencia aplicada , y tipos de aplicación. Ver glosario de ingeniería .

El término ingeniería se deriva del latín ingenium , que significa "astucia" e ingeniare , que significa "idear, idear". [2]

Definición

El Consejo Estadounidense de Ingenieros para el Desarrollo Profesional (ECPD, el predecesor de ABET ) [3] ha definido "ingeniería" como:

La aplicación creativa de principios científicos para diseñar o desarrollar estructuras, máquinas, aparatos o procesos de fabricación, o trabajos que los utilicen individualmente o en combinación; o construir u operar el mismo con pleno conocimiento de su diseño; o para pronosticar su comportamiento en condiciones operativas específicas; todo ello con respecto a la función prevista, la economía de funcionamiento y la seguridad para la vida y la propiedad. [4] [5]

Historia

Mapa en relieve de la ciudadela de Lille , diseñado en 1668 por Vauban , el ingeniero militar más destacado de su época.

La ingeniería ha existido desde la antigüedad, cuando los humanos idearon inventos como la cuña, la palanca, la rueda y la polea, etc.

El término ingeniería se deriva de la palabra ingeniero , que a su vez se remonta al siglo XIV cuando un ingeniero (literalmente, uno que construye u opera una máquina de asedio ) se refería a "un constructor de máquinas militares". [6] En este contexto, ahora obsoleto, un "motor" se refería a una máquina militar, es decir , un artilugio mecánico utilizado en la guerra (por ejemplo, una catapulta ). Ejemplos notables del uso obsoleto que han sobrevivido hasta el día de hoy son los cuerpos de ingenieros militares, por ejemplo , el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los Estados Unidos .

La palabra "motor" en sí misma tiene un origen aún más antiguo, y en última instancia deriva del latín ingenium (c. 1250), que significa "cualidad innata, especialmente poder mental, por lo tanto, una invención inteligente". [7]

Más tarde, a medida que el diseño de estructuras civiles, como puentes y edificios, maduró como disciplina técnica, el término ingeniería civil [5] entró en el léxico como una forma de distinguir entre los que se especializan en la construcción de tales proyectos no militares y los involucrado en la disciplina de la ingeniería militar .

Era antigua

Los antiguos romanos construyeron acueductos para llevar un suministro constante de agua limpia y fresca a las ciudades y pueblos del imperio.

Las pirámides en el antiguo Egipto , zigurats de Mesopotamia , los Acrópolis y Partenón en Grecia, los acueductos romanos , Via Appia y el Coliseo, Teotihuacán , y el templo de Brihadeeswarar de Thanjavur , entre muchos otros, se destacan como un testimonio de la inventiva y la habilidad de la antigua ingenieros civiles y militares. Otros monumentos, que ya no están en pie, como los Jardines Colgantes de Babilonia y el Faros de Alejandría , fueron importantes logros de ingeniería de su tiempo y fueron considerados entre losSiete maravillas del mundo antiguo .

Las seis máquinas simples clásicas se conocían en el antiguo Cercano Oriente . La cuña y el plano inclinado (rampa) se conocían desde tiempos prehistóricos . [8] La rueda , junto con el mecanismo de la rueda y el eje , se inventó en Mesopotamia (el actual Irak) durante el quinto milenio antes de Cristo. [9] El mecanismo de palanca apareció por primera vez hace unos 5.000 años en el Cercano Oriente , donde se utilizaba en una balanza simple , [10] y para mover objetos grandes en la antigua tecnología egipcia .[11] La palanca también se usó en eldispositivo de elevación de agua ala sombra , la primeramáquina grúa , que apareció en Mesopotamia alrededor del 3000 aC, [10] y luego en la tecnología del antiguo Egipto alrededor del 2000 aC. [12] La evidencia más temprana de poleas se remonta a Mesopotamia a principios del segundo milenio antes de Cristo, [13] y el antiguo Egipto durante la XII Dinastía (1991-1802 a. C.). [14] El tornillo , la última de las máquinas simples que se inventaron, [15] apareció por primera vez en Mesopotamia durante elperíodo neoasirio (911-609) a. C.[16] Las pirámides egipcias se construyeron utilizando tres de las seis máquinas simples, el plano inclinado, la cuña y la palanca, para crear estructuras como la Gran Pirámide de Giza . [17]

El primer ingeniero civil conocido por su nombre es Imhotep . [5] Como uno de los funcionarios del faraón , Djosèr , probablemente diseñó y supervisó la construcción de la pirámide de Djoser (la pirámide escalonada ) en Saqqara en Egipto alrededor del 2630 al 2611 a. C. [18] Las primeras máquinas prácticas accionadas por agua , la rueda hidráulica y el molino de agua , aparecieron por primera vez en el Imperio Persa , en lo que ahora son Irak e Irán, a principios del siglo IV a. C. [19]

Kush desarrolló la Sakia durante el siglo IV a.C., que dependía de la energía animal en lugar de la energía humana. [20] Hafirs se desarrolló como un tipo de depósito en Kush para almacenar y contener agua, así como para impulsar el riego. [21] Se emplearon zapadores para construir calzadas durante las campañas militares. [22] Los antepasados ​​kushitas construyeron speos durante la Edad del Bronce entre el 3700 y el 3250 a. C. [23] Los bloomeries y los altos hornos también se crearon durante el siglo VII a. C. en Kush. [24] [25] [26] [27]

La antigua Grecia desarrolló máquinas tanto en dominios civiles como militares. El mecanismo de Antikythera , una computadora analógica mecánica conocida temprana , [28] [29] y las invenciones mecánicas de Arquímedes , son ejemplos de la ingeniería mecánica griega. Algunos de los inventos de Arquímedes, así como el mecanismo de Antikythera, requirieron un conocimiento sofisticado de engranajes diferenciales o engranajes epicíclicos , dos principios clave en la teoría de máquinas que ayudaron a diseñar los trenes de engranajes de la Revolución Industrial y que todavía se utilizan ampliamente en diversos campos como la robótica. yingeniería automotriz . [30]

Los antiguos ejércitos chinos, griegos, romanos y hunos empleaban máquinas e inventos militares como la artillería, que fue desarrollada por los griegos alrededor del siglo IV aC, [31] el trirreme , la balista y la catapulta . En la Edad Media, se desarrolló el trabuquete .

Edad media

Las primeras máquinas eólicas prácticas , el molino de viento y la bomba de viento , aparecieron por primera vez en el mundo musulmán durante la Edad de Oro islámica , en lo que ahora son Irán, Afganistán y Pakistán, en el siglo IX d.C. [32] [33] [34] [35] La primera máquina práctica a vapor fue un gato de vapor impulsado por una turbina de vapor , descrito en 1551 por Taqi al-Din Muhammad ibn Ma'ruf en el Egipto otomano . [36] [37]

La desmotadora de algodón se inventó en la India en el siglo VI d. C. [38] y la rueca en el mundo islámico a principios del siglo XI, [39] ambos fundamentales para el crecimiento de la industria algodonera . La rueca también fue un precursor de la jenny giratoria , que fue un desarrollo clave durante la Revolución Industrial temprana en el siglo XVIII. [40] El cigüeñal y el árbol de levas fueron inventados por Al-Jazari en el norte de Mesopotamia alrededor de 1206, [41] [42][43] y más tarde se convirtieron en fundamentales para la maquinaria moderna, como la máquina de vapor , el motor de combustión interna y los controles automáticos . [44]

Las primeras máquinas programables se desarrollaron en el mundo musulmán. Un secuenciador de música , un instrumento musical programable , fue el primer tipo de máquina programable. El primer secuenciador de música fue un flautista automático inventado por los hermanos Banu Musa , descrito en su Libro de dispositivos ingeniosos , en el siglo IX. [45] [46] En 1206, Al-Jazari inventó autómatas / robots programables . Describió a cuatro músicos autómatas , incluidos los bateristas operados por una caja de ritmos programable, donde podrían hacerse para tocar diferentes ritmos y diferentes patrones de batería. [47] El reloj del castillo , un hydropowered mecánica reloj astronómico inventado por Al-Jazari, fue la primera programable ordenador analógico . [48] [49] [50]

Un polipasto de mina impulsado por agua utilizado para la extracción de mineral, ca. 1556

Antes del desarrollo de la ingeniería moderna, las matemáticas fueron utilizadas por artesanos y artesanos, tales como molineros , relojeros , fabricantes de instrumentos y topógrafos. Aparte de estas profesiones, no se creía que las universidades tuvieran mucha importancia práctica para la tecnología. [51] : 32

Una referencia estándar para el estado de las artes mecánicas durante el Renacimiento se da en el tratado de ingeniería minera De re metallica (1556), que también contiene secciones sobre geología, minería y química. De re metallica fue la referencia química estándar durante los siguientes 180 años. [51]

Era moderna

La aplicación de la máquina de vapor permitió sustituir el coque por carbón vegetal en la fabricación de hierro, lo que redujo el costo del hierro, lo que proporcionó a los ingenieros un nuevo material para la construcción de puentes. Este puente estaba hecho de hierro fundido , que pronto fue reemplazado por hierro forjado menos quebradizo como material estructural.

La ciencia de la mecánica clásica , a veces llamada mecánica newtoniana, formó la base científica de gran parte de la ingeniería moderna. [51] Con el surgimiento de la ingeniería como profesión en el siglo XVIII, el término se aplicó de manera más estricta a los campos en los que las matemáticas y las ciencias se aplicaban con estos fines. De manera similar, además de la ingeniería civil y militar, los campos entonces conocidos como artes mecánicas se incorporaron a la ingeniería.

La construcción del canal fue una importante obra de ingeniería durante las primeras fases de la Revolución Industrial. [52]

John Smeaton fue el primer ingeniero civil autoproclamado y a menudo se lo considera el "padre" de la ingeniería civil. Fue un ingeniero civil inglés responsable del diseño de puentes, canales, puertos y faros. También fue un hábil ingeniero mecánico y un físico eminente . Utilizando un modelo de rueda hidráulica, Smeaton realizó experimentos durante siete años, determinando formas de aumentar la eficiencia. [53] : 127 Smeaton introdujo ejes y engranajes de hierro en las ruedas hidráulicas. [51] : 69 Smeaton también hizo mejoras mecánicas en la máquina de vapor Newcomen . Smeaton diseñó el tercer faro de Eddystone(1755-1759), donde fue pionero en el uso de " cal hidráulica " (una forma de mortero que se solidifica bajo el agua) y desarrolló una técnica que involucra bloques de granito en cola de milano en la construcción del faro. Es importante en la historia, redescubrimiento y desarrollo del cemento moderno , porque identificó los requisitos compositivos necesarios para obtener la "hydráulica" en la cal; trabajo que condujo en última instancia a la invención del cemento Portland .

La ciencia aplicada condujo al desarrollo de la máquina de vapor. La secuencia de eventos comenzó con la invención del barómetro y la medición de la presión atmosférica por Evangelista Torricelli en 1643, demostración de la fuerza de la presión atmosférica por Otto von Guericke usando los hemisferios de Magdeburgo en 1656, experimentos de laboratorio de Denis Papin , quien construyó un modelo experimental. máquinas de vapor y demostró el uso de un pistón, que publicó en 1707. Edward Somerset, segundo marqués de Worcester publicó un libro de 100 invenciones que contiene un método para elevar el agua similar a una cafetera . Samuel Morland, un matemático e inventor que trabajó en bombas, dejó notas en la Oficina de Ordenanzas de Vauxhall sobre un diseño de bomba de vapor que leyó Thomas Savery . En 1698, Savery construyó una bomba de vapor llamada "El amigo del minero". Empleaba tanto vacío como presión. [54] El comerciante de hierro Thomas Newcomen , que construyó la primera máquina de vapor de pistón comercial en 1712, no tenía ninguna formación científica. [53] : 32

Jumbo jet

La aplicación de cilindros de soplado de hierro fundido accionados por vapor para proporcionar aire a presión para altos hornos condujo a un gran aumento en la producción de hierro a fines del siglo XVIII. Las temperaturas más altas de los hornos que se hicieron posibles con el alto rendimiento a vapor permitieron el uso de más cal en los altos hornos , lo que permitió la transición del carbón vegetal al coque . [55] Estas innovaciones redujeron el costo del hierro, haciendo prácticos los ferrocarriles para caballos y los puentes de hierro. El proceso de encharcamiento , patentado por Henry Cort en 1784, produjo grandes cantidades de hierro forjado. Hot Blast , patentado por James Beaumont Neilsonen 1828, redujo considerablemente la cantidad de combustible necesario para fundir el hierro. Con el desarrollo de la máquina de vapor de alta presión, la relación potencia / peso de las máquinas de vapor hizo posible la práctica de barcos de vapor y locomotoras. [56] Los nuevos procesos de fabricación de acero, como el proceso Bessemer y el horno de hogar abierto, marcaron el comienzo de un área de ingeniería pesada a fines del siglo XIX.

Uno de los ingenieros más famosos de mediados del siglo XIX fue Isambard Kingdom Brunel , que construyó ferrocarriles, astilleros y barcos de vapor.

Plataforma costa afuera, Golfo de México

La Revolución Industrial creó una demanda de maquinaria con piezas metálicas, lo que llevó al desarrollo de varias máquinas herramienta . No era posible taladrar cilindros de hierro fundido con precisión hasta que John Wilkinson inventó su máquina taladradora , que se considera la primera máquina herramienta . [57] Otras máquinas herramienta incluyeron el torno de corte de tornillo , la fresadora , el torno de torreta y la cepilladora de metales.. Las técnicas de mecanizado de precisión se desarrollaron en la primera mitad del siglo XIX. Estos incluyeron el uso de gigas para guiar la herramienta de mecanizado sobre el trabajo y accesorios para mantener el trabajo en la posición adecuada. Las máquinas herramienta y las técnicas de mecanizado capaces de producir piezas intercambiables condujeron a una producción industrial a gran escala a finales del siglo XIX. [58]

El censo de Estados Unidos de 1850 enumeró la ocupación de "ingeniero" por primera vez con un recuento de 2.000. [59] Había menos de 50 graduados en ingeniería en los EE. UU. Antes de 1865. En 1870 había una docena de graduados en ingeniería mecánica en EE. UU., Y ese número aumentó a 43 por año en 1875. En 1890, había 6,000 ingenieros en civil, minería , mecánica y Eléctrica. [60]

No hubo cátedra de mecanismo aplicado y mecánica aplicada en Cambridge hasta 1875, y ninguna cátedra de ingeniería en Oxford hasta 1907. Alemania estableció universidades técnicas antes. [61]

Los fundamentos de la ingeniería eléctrica en el siglo XIX incluyeron los experimentos de Alessandro Volta , Michael Faraday , Georg Ohm y otros y la invención del telégrafo eléctrico en 1816 y el motor eléctrico en 1872. El trabajo teórico de James Maxwell (ver: ecuaciones de Maxwell ) y Heinrich Hertz a finales del siglo XIX dieron origen al campo de la electrónica . Las últimas invenciones del tubo de vacío y el transistor.aceleró aún más el desarrollo de la electrónica hasta tal punto que los ingenieros eléctricos y electrónicos superan actualmente en número a sus colegas de cualquier otra especialidad de ingeniería. [5] La ingeniería química se desarrolló a finales del siglo XIX. [5] La fabricación a escala industrial demandaba nuevos materiales y nuevos procesos y para 1880 la necesidad de producción de productos químicos a gran escala era tal que se creó una nueva industria, dedicada al desarrollo y fabricación a gran escala de productos químicos en nuevas plantas industriales. [5] El papel del ingeniero químico fue el diseño de estas plantas y procesos químicos. [5]

El horno solar de Odeillo en los Pirineos Orientales en Francia puede alcanzar temperaturas de hasta 3.500 ° C (6.330 ° F)

La ingeniería aeronáutica se ocupa del diseño de procesos de diseño de aeronaves, mientras que la ingeniería aeroespacial es un término más moderno que amplía el alcance de la disciplina al incluir el diseño de naves espaciales . Sus orígenes se remontan a los pioneros de la aviación a principios del siglo XX, aunque recientemente se ha fechado el trabajo de Sir George Cayley como de la última década del siglo XVIII. El conocimiento inicial de la ingeniería aeronáutica fue en gran parte empírico con algunos conceptos y habilidades importados de otras ramas de la ingeniería. [62]

El primer doctorado en ingeniería (técnicamente, ciencia aplicada e ingeniería ) otorgado en los Estados Unidos fue para Josiah Willard Gibbs en la Universidad de Yale en 1863; también fue el segundo doctorado en ciencias otorgado en los EE . UU. [63]

Solo una década después de los exitosos vuelos de los hermanos Wright , hubo un amplio desarrollo de la ingeniería aeronáutica a través del desarrollo de aviones militares que se utilizaron en la Primera Guerra Mundial . Mientras tanto, la investigación para proporcionar antecedentes científicos fundamentales continuó combinando la física teórica con experimentos.

Principales ramas de la ingeniería

Presa Hoover

La ingeniería es una disciplina amplia que a menudo se divide en varias subdisciplinas. Aunque un ingeniero generalmente se capacitará en una disciplina específica, puede volverse multidisciplinario a través de la experiencia. La ingeniería se caracteriza a menudo por tener cuatro ramas principales: [64] [65] [66] ingeniería química, ingeniería civil, ingeniería eléctrica e ingeniería mecánica.

Ingeniería Química

La ingeniería química es la aplicación de principios de física, química, biología e ingeniería para llevar a cabo procesos químicos a escala comercial, como la fabricación de productos químicos básicos , productos químicos especiales , refinación de petróleo , microfabricación , fermentación y producción de biomoléculas .

Ingeniería civil

La ingeniería civil es el diseño y construcción de obras públicas y privadas, como infraestructura (aeropuertos, carreteras, ferrocarriles, suministro de agua y tratamiento, etc.), puentes, túneles, presas y edificios. [67] [68] La ingeniería civil se divide tradicionalmente en varias subdisciplinas, que incluyen ingeniería estructural , ingeniería ambiental y topografía . Tradicionalmente se considera que está separado de la ingeniería militar . [69]

Ingenieria Eléctrica

Motor eléctrico

La ingeniería eléctrica es el diseño, el estudio y la fabricación de diversos sistemas eléctricos y electrónicos, tales como la ingeniería de difusión , circuitos eléctricos , generadores , motores , electromagnéticos / electromecánicos dispositivos, dispositivos electrónicos , circuitos electrónicos , fibras ópticas , dispositivos optoelectrónicos , informáticos sistemas, telecomunicaciones , instrumentación , sistemas de control y electrónica .

Ingeniería Mecánica

La ingeniería mecánica es el diseño y fabricación de sistemas físicos o mecánicos, como sistemas de potencia y energía , productos aeroespaciales / aeronáuticos , sistemas de armas , productos de transporte , motores , compresores , trenes de potencia , cadenas cinemáticas , tecnología de vacío, equipos de aislamiento de vibraciones , fabricación , robótica. , turbinas, equipos de audio y mecatrónica .

Ingeniería interdisciplinar

La ingeniería interdisciplinaria se basa en más de una de las principales ramas de la práctica. Históricamente, la ingeniería naval y la ingeniería de minas fueron ramas importantes. Otros campos de la ingeniería son la ingeniería de fabricación , ingeniería acústica , ingeniería de la corrosión , instrumentación y control , aeroespacial , automotriz , informática , electrónica , ingeniería de la información , del petróleo , del medio ambiente , sistemas , audio , software ,arquitectónicas , agrícolas , biosistemas , biomédicas , [70] geológicas , textiles , industriales , materiales , [71] y la ingeniería nuclear . [72] Estas y otras ramas de la ingeniería están representadas en las 36 instituciones miembro autorizadas del Consejo de Ingeniería del Reino Unido .

Las nuevas especialidades a veces se combinan con los campos tradicionales y forman nuevas ramas; por ejemplo, la ingeniería y gestión de sistemas terrestres involucra una amplia gama de áreas temáticas que incluyen estudios de ingeniería , ciencias ambientales , ética de la ingeniería y filosofía de la ingeniería .

Otras ramas de la ingeniería

Ingeniería Aeroespacial

Los estudios de ingeniería aeroespacial diseñan, fabrican aviones, satélites, cohetes, helicópteros, etc. Estudia de cerca la diferencia de presión y la aerodinámica de un vehículo para garantizar la seguridad y la eficiencia. Dado que la mayoría de los estudios están relacionados con los fluidos, se aplica a cualquier vehículo en movimiento, como los automóviles.

Ingeniería Marina

La ingeniería marina está asociada con cualquier cosa en el océano o cerca de él. Algunos ejemplos son, entre otros, barcos, submarinos, plataformas petrolíferas, estructura, propulsión de embarcaciones, diseño y desarrollo a bordo, plantas, puertos, etc. Requiere un conocimiento combinado en ingeniería mecánica, ingeniería eléctrica, ingeniería civil y algunas habilidades de programación.

Ingeniería Informática

La ingeniería informática (CE) es una rama de la ingeniería que integra varios campos de la informática y la ingeniería electrónica necesarios para desarrollar hardware y software informáticos . Los ingenieros informáticos suelen tener formación en ingeniería electrónica (o ingeniería eléctrica ), diseño de software e integración de hardware y software en lugar de solo ingeniería de software o ingeniería electrónica.

Práctica

Uno que la ingeniería prácticas se llama un ingeniero , y aquellos con licencia para hacerlo pueden tener designaciones más formales, como Ingeniero Profesional , Ingeniero Colegiado , Ingeniero Incorporated , Ingenieur , euroingeniero , o Representante Designado Ingeniería .

Metodología

El diseño de una turbina requiere la colaboración de ingenieros de muchos campos, ya que el sistema implica procesos mecánicos, electromagnéticos y químicos. Las palas , el rotor y el estator , así como el ciclo de vapor, deben diseñarse y optimizarse cuidadosamente.

En el proceso de diseño de ingeniería , los ingenieros aplican las matemáticas y ciencias como la física para encontrar soluciones novedosas a problemas o para mejorar las soluciones existentes. Los ingenieros necesitan un conocimiento competente de las ciencias relevantes para sus proyectos de diseño. Como resultado, muchos ingenieros continúan aprendiendo material nuevo a lo largo de su carrera.

Si existen múltiples soluciones, los ingenieros sopesan cada elección de diseño en función de sus méritos y eligen la solución que mejor se adapta a los requisitos. La tarea del ingeniero es identificar, comprender e interpretar las limitaciones de un diseño para obtener un resultado exitoso. Generalmente es insuficiente para construir un producto técnicamente exitoso, más bien, también debe cumplir con requisitos adicionales.

Las restricciones pueden incluir recursos disponibles, limitaciones físicas, imaginativas o técnicas, flexibilidad para futuras modificaciones y adiciones, y otros factores, como requisitos de costo, seguridad , comerciabilidad, productividad y capacidad de servicio . Al comprender las restricciones, los ingenieros derivan especificaciones para los límites dentro de los cuales se puede producir y operar un objeto o sistema viable.

Resolución de problemas

Dibujo de un motor de refuerzo para locomotoras de vapor . La ingeniería se aplica al diseño , con énfasis en la función y la utilización de las matemáticas y las ciencias.

Los ingenieros utilizan sus conocimientos de ciencias , matemáticas , lógica , economía y la experiencia apropiada o el conocimiento tácito para encontrar soluciones adecuadas a un problema. La creación de un modelo matemático apropiado de un problema a menudo les permite analizarlo (a veces de manera definitiva) y probar posibles soluciones. [73]

Por lo general, existen múltiples soluciones razonables, por lo que los ingenieros deben evaluar las diferentes opciones de diseño en función de sus méritos y elegir la solución que mejor se adapte a sus requisitos. Genrich Altshuller , después de recopilar estadísticas sobre un gran número de patentes , sugirió que los compromisos están en el corazón de los diseños de ingeniería de " bajo nivel ", mientras que en un nivel superior, el mejor diseño es aquel que elimina la contradicción central que causa el problema. [74]

Los ingenieros normalmente intentan predecir qué tan bien se desempeñarán sus diseños según sus especificaciones antes de la producción a gran escala. Que utilizan, entre otras cosas: prototipos , modelos a escala , simulaciones , pruebas destructivas , pruebas no destructivas y pruebas de estrés . Las pruebas garantizan que los productos funcionen como se espera. [75]

Los ingenieros asumen la responsabilidad de producir diseños que funcionen tan bien como se espera y no causen daños no intencionales al público en general. Los ingenieros suelen incluir un factor de seguridad en sus diseños para reducir el riesgo de fallas inesperadas.

El estudio de productos fallidos se conoce como ingeniería forense y puede ayudar al diseñador de productos a evaluar su diseño a la luz de las condiciones reales. La disciplina es de mayor valor después de desastres, como el colapso de puentes , cuando se necesita un análisis cuidadoso para establecer la causa o causas de la falla. [76]

Uso de la computadora

Una simulación por computadora del flujo de aire a alta velocidad alrededor de un orbitador del transbordador espacial durante el reingreso. Las soluciones al flujo requieren el modelado de los efectos combinados del flujo de fluido y las ecuaciones de calor .

Como ocurre con todos los esfuerzos científicos y tecnológicos modernos, las computadoras y el software juegan un papel cada vez más importante. Además del software de aplicación empresarial típico , hay una serie de aplicaciones asistidas por computadora ( tecnologías asistidas por computadora ) específicas para la ingeniería. Las computadoras se pueden utilizar para generar modelos de procesos físicos fundamentales, que se pueden resolver mediante métodos numéricos .

Representación gráfica de una fracción diminuta de la WWW, mostrando hipervínculos

Una de las herramientas de diseño más utilizadas en la profesión es el software de diseño asistido por computadora (CAD). Permite a los ingenieros crear modelos 3D, dibujos 2D y esquemas de sus diseños. CAD junto con maquetas digitales (DMU) y software CAE , como el análisis del método de elementos finitos o el método de elementos analíticos, permite a los ingenieros crear modelos de diseños que se pueden analizar sin tener que hacer prototipos físicos costosos y que consumen mucho tiempo.

Estos permiten que los productos y componentes sean revisados ​​para detectar fallas; evaluar el ajuste y el montaje; estudiar ergonomía; y analizar características estáticas y dinámicas de sistemas tales como tensiones, temperaturas, emisiones electromagnéticas, corrientes y voltajes eléctricos, niveles lógicos digitales, flujos de fluidos y cinemática. El acceso y la distribución de toda esta información generalmente se organiza con el uso de software de gestión de datos de productos . [77]

También hay muchas herramientas para respaldar tareas de ingeniería específicas, como el software de fabricación asistida por computadora (CAM) para generar instrucciones de mecanizado CNC ; software de gestión de procesos de fabricación para ingeniería de producción; EDA para placas de circuito impreso (PCB) y esquemas de circuitos para ingenieros electrónicos; Aplicaciones MRO para la gestión del mantenimiento; y software de arquitectura, ingeniería y construcción (AEC) para ingeniería civil.

En los últimos años, el uso de software informático para ayudar al desarrollo de bienes se ha conocido colectivamente como gestión del ciclo de vida del producto (PLM). [78]

Contexto social

Robotic Kismet puede producir una variedad de expresiones faciales.

La profesión de ingeniería se involucra en una amplia gama de actividades, desde una gran colaboración a nivel social hasta proyectos individuales más pequeños. Casi todos los proyectos de ingeniería están sujetos a algún tipo de agencia financiera: una empresa, un grupo de inversores o un gobierno. Los pocos tipos de ingeniería que están mínimamente limitados por tales cuestiones son la ingeniería pro bono y la ingeniería de diseño abierto .

Por su propia naturaleza, la ingeniería tiene interconexiones con la sociedad, la cultura y el comportamiento humano. Cada producto o construcción que utiliza la sociedad moderna está influenciado por la ingeniería. Los resultados de la actividad de la ingeniería influyen en los cambios en el medio ambiente, la sociedad y las economías, y su aplicación conlleva una responsabilidad y seguridad pública.

Los proyectos de ingeniería pueden estar sujetos a controversias. Ejemplos de diferentes disciplinas de la ingeniería incluyen el desarrollo de armas nucleares , la presa de las Tres Gargantas , el diseño y uso de vehículos deportivos utilitarios y la extracción de petróleo . En respuesta, algunas empresas de ingeniería occidentales han promulgado políticas serias de responsabilidad social y corporativa .

La ingeniería es un motor clave de la innovación y el desarrollo humano. El África subsahariana, en particular, tiene una capacidad de ingeniería muy pequeña, lo que hace que muchas naciones africanas no puedan desarrollar una infraestructura crucial sin ayuda externa. [ cita requerida ] El logro de muchos de los Objetivos de Desarrollo del Milenio requiere el logro de suficiente capacidad de ingeniería para desarrollar infraestructura y desarrollo tecnológico sostenible. [79]

Radar, GPS , lidar , ... se combinan para proporcionar una navegación adecuada y evitar obstáculos (vehículo desarrollado para 2007 DARPA Urban Challenge )

Todas las ONG de desarrollo y socorro en el extranjero hacen un uso considerable de ingenieros para aplicar soluciones en escenarios de desastres y desarrollo. Varias organizaciones benéficas tienen como objetivo utilizar la ingeniería directamente para el bien de la humanidad:

  • Ingenieros sin Fronteras
  • Ingenieros contra la pobreza
  • Ingenieros registrados para socorro en casos de desastre
  • Ingenieros para un mundo sostenible
  • Ingeniería para el cambio
  • Ministerios Internacionales de Ingeniería [80]

Las empresas de ingeniería en muchas economías establecidas se enfrentan a desafíos importantes con respecto al número de ingenieros profesionales que se capacitan, en comparación con el número que se jubila. Este problema es muy importante en el Reino Unido, donde la ingeniería tiene una mala imagen y un bajo estatus. [81] Hay muchos problemas económicos y políticos negativos que esto puede causar, así como problemas éticos. [82] Existe un consenso generalizado de que la profesión de ingeniería se enfrenta a una "crisis de imagen", [83] en lugar de ser fundamentalmente una carrera poco atractiva. Se necesita mucho trabajo para evitar grandes problemas en el Reino Unido y otras economías occidentales.

Código ético

Muchas sociedades de ingenieros han establecido códigos de práctica y códigos de ética para orientar a los miembros e informar al público en general. El código de ética de la Sociedad Nacional de Ingenieros Profesionales establece:

La ingeniería es una profesión importante y aprendida. Como miembros de esta profesión, se espera que los ingenieros exhiban los más altos estándares de honestidad e integridad. La ingeniería tiene un impacto directo y vital en la calidad de vida de todas las personas. En consecuencia, los servicios prestados por los ingenieros requieren honestidad, imparcialidad, justicia y equidad, y deben estar dedicados a la protección de la salud, la seguridad y el bienestar públicos. Los ingenieros deben desempeñarse bajo un estándar de comportamiento profesional que requiere el cumplimiento de los más altos principios de conducta ética. [84]

En Canadá, muchos ingenieros usan el Anillo de Hierro como símbolo y recordatorio de las obligaciones y la ética asociadas con su profesión. [85]

Relaciones con otras disciplinas

Ciencias

Los científicos estudian el mundo tal como es; los ingenieros crean el mundo que nunca ha existido.

-  Theodore von Kármán [86] [87] [88]
Ingenieros, científicos y técnicos trabajando en el posicionador de destino dentro de la cámara de destino de la Instalación Nacional de Ignición (NIF)

Existe una superposición entre las ciencias y la práctica de la ingeniería; en ingeniería, se aplica la ciencia. Ambas áreas de trabajo se basan en la observación precisa de materiales y fenómenos. Ambos utilizan criterios matemáticos y de clasificación para analizar y comunicar observaciones. [ cita requerida ]

Los científicos también pueden tener que completar tareas de ingeniería, como diseñar aparatos experimentales o construir prototipos. Por el contrario, en el proceso de desarrollo de la tecnología, los ingenieros a veces se encuentran explorando nuevos fenómenos, convirtiéndose así, por el momento, en científicos o, más precisamente, en "científicos de la ingeniería". [ cita requerida ]

La Estación Espacial Internacional se utiliza para realizar experimentos científicos del espacio exterior.

En el libro What Engineers Know and How They Know It , [89] Walter Vincenti afirma que la investigación en ingeniería tiene un carácter diferente al de la investigación científica. Primero, a menudo se trata de áreas en las que se comprenden bien la física o la química básicas , pero los problemas en sí mismos son demasiado complejos para resolverlos de manera exacta.

Existe una diferencia "real e importante" entre la ingeniería y la física, ya que cualquier campo de la ciencia tiene que ver con la tecnología. [90] [91] La física es una ciencia exploratoria que busca el conocimiento de los principios, mientras que la ingeniería utiliza el conocimiento para aplicaciones prácticas de principios. El primero equipara la comprensión en un principio matemático, mientras que el segundo mide las variables involucradas y crea tecnología. [92] [93] [94] Para la tecnología, la física es un auxiliar y, en cierto modo, la tecnología se considera física aplicada. [95] Aunque la física y la ingeniería están interrelacionadas, no significa que un físico esté capacitado para hacer el trabajo de un ingeniero. Un físico normalmente necesitaría una formación adicional y pertinente.[96] Los físicos y los ingenieros se dedican a diferentes líneas de trabajo. [97] Pero los físicos con doctorado que se especializan en los sectores de la física de la ingeniería y la física aplicada se titulan como oficiales de tecnología, ingenieros de I + D e ingenieros de sistemas. [98]

Un ejemplo de esto es el uso de aproximaciones numéricas a las ecuaciones de Navier-Stokes para describir el flujo aerodinámico sobre una aeronave, o el uso del método de elementos finitos para calcular las tensiones en componentes complejos. En segundo lugar, la investigación en ingeniería emplea muchos métodos semi- empíricos que son ajenos a la investigación científica pura, siendo un ejemplo el método de variación de parámetros. [ cita requerida ]

Según lo declarado por Fung et al. en la revisión del texto clásico de ingeniería Fundamentos de la Mecánica de Sólidos :

La ingeniería es bastante diferente a la ciencia. Los científicos intentan comprender la naturaleza. Los ingenieros intentan hacer cosas que no existen en la naturaleza. Los ingenieros enfatizan la innovación y la invención. Para incorporar una invención, el ingeniero debe poner su idea en términos concretos y diseñar algo que la gente pueda usar. Ese algo puede ser un sistema complejo, un dispositivo, un dispositivo, un material, un método, un programa informático, un experimento innovador, una nueva solución a un problema o una mejora de lo que ya existe. Dado que un diseño debe ser realista y funcional, debe tener definidos sus datos de geometría, dimensiones y características. En el pasado, los ingenieros que trabajaban en nuevos diseños encontraron que no tenían toda la información necesaria para tomar decisiones de diseño. La mayoría de las veces, estaban limitados por un conocimiento científico insuficiente. Así estudiaron matemáticas, física,química, biología y mecánica. A menudo tenían que agregar a las ciencias relevantes para su profesión. Así nacieron las ciencias de la ingeniería.[99]

Aunque las soluciones de ingeniería hacen uso de principios científicos, los ingenieros también deben tener en cuenta la seguridad, la eficiencia, la economía, la confiabilidad y la capacidad de construcción o la facilidad de fabricación, así como el medio ambiente, consideraciones éticas y legales como la infracción de patentes o la responsabilidad en caso de falla. de la solución. [100]

Medicina y biología

Un escáner de resonancia magnética clínica de 3 teslas .

El estudio del cuerpo humano, aunque desde diferentes direcciones y con diferentes propósitos, es un vínculo común importante entre la medicina y algunas disciplinas de la ingeniería. La medicina tiene como objetivo mantener, reparar, mejorar e incluso reemplazar las funciones del cuerpo humano , si es necesario, mediante el uso de tecnología .

Ratones modificados genéticamente que expresan una proteína verde fluorescente , que se ilumina en verde bajo la luz azul. El ratón central es de tipo salvaje .

La medicina moderna puede reemplazar varias de las funciones del cuerpo mediante el uso de órganos artificiales y puede alterar significativamente la función del cuerpo humano a través de dispositivos artificiales como, por ejemplo, implantes cerebrales y marcapasos . [101] [102] Los campos de la biónica y la biónica médica se dedican al estudio de implantes sintéticos pertenecientes a sistemas naturales.

Por el contrario, algunas disciplinas de la ingeniería ven el cuerpo humano como una máquina biológica que vale la pena estudiar y se dedican a emular muchas de sus funciones reemplazando la biología por la tecnología. Esto ha llevado a campos como la inteligencia artificial , las redes neuronales , la lógica difusa y la robótica . También existen importantes interacciones interdisciplinarias entre la ingeniería y la medicina. [103] [104]

Ambos campos brindan soluciones a problemas del mundo real. Esto a menudo requiere avanzar antes de que los fenómenos se entiendan completamente en un sentido científico más riguroso y, por lo tanto, la experimentación y el conocimiento empírico son una parte integral de ambos.

La medicina, en parte, estudia la función del cuerpo humano. El cuerpo humano, como máquina biológica, tiene muchas funciones que pueden modelarse utilizando métodos de ingeniería. [105]

El corazón, por ejemplo, funciona como una bomba, [106] el esqueleto es como una estructura unida con palancas, [107] el cerebro produce señales eléctricas, etc. [108] Estas similitudes, así como la creciente importancia y aplicación de los principios de ingeniería en la medicina, propició el desarrollo del campo de la ingeniería biomédica que utiliza conceptos desarrollados en ambas disciplinas.

Las nuevas ramas de la ciencia, como la biología de sistemas , están adaptando las herramientas analíticas utilizadas tradicionalmente para la ingeniería, como el modelado de sistemas y el análisis computacional, a la descripción de sistemas biológicos. [105]

Arte

Leonardo da Vinci , visto aquí en un autorretrato, ha sido descrito como el epítome del artista / ingeniero. [109] También es conocido por sus estudios sobre anatomía y fisiología humana .

Existen conexiones entre la ingeniería y el arte, por ejemplo, la arquitectura , la arquitectura del paisaje y el diseño industrial (incluso en la medida en que estas disciplinas a veces pueden incluirse en la Facultad de Ingeniería de una universidad ). [110] [111] [112]

El Art Institute of Chicago , por ejemplo, realizó una exposición sobre el arte del diseño aeroespacial de la NASA . [113] Algunos perciben que el diseño del puente de Robert Maillart ha sido deliberadamente artístico. [114] En la Universidad del Sur de Florida , un profesor de ingeniería, a través de una beca de la National Science Foundation , ha desarrollado un curso que conecta el arte y la ingeniería. [110] [115]

Entre las figuras históricas famosas, Leonardo da Vinci es un conocido artista e ingeniero renacentista , y un excelente ejemplo del nexo entre el arte y la ingeniería. [109] [116]

Negocio

La Ingeniería Comercial se ocupa de la relación entre la ingeniería profesional, los sistemas de TI, la administración comercial y la gestión del cambio . La gestión de la ingeniería o "ingeniería de gestión" es un campo especializado de la gestión relacionado con la práctica de la ingeniería o el sector de la industria de la ingeniería. La demanda de ingenieros centrados en la gestión (o, desde la perspectiva opuesta, gerentes con conocimientos de ingeniería), ha resultado en el desarrollo de títulos especializados en gestión de ingeniería que desarrollan el conocimiento y las habilidades necesarias para estos roles. Durante un curso de gestión de ingeniería, los estudiantes desarrollarán ingeniería industrial.habilidades, conocimiento y experiencia, junto con el conocimiento de administración de empresas, técnicas de gestión y pensamiento estratégico. Los ingenieros especializados en la gestión del cambio deben tener un conocimiento profundo de la aplicación de los principios y métodos de la psicología industrial y organizacional . Los ingenieros profesionales a menudo se forman como consultores de gestión certificados en el campo muy especializado de la consultoría de gestión aplicada a la práctica de la ingeniería o al sector de la ingeniería. Este trabajo a menudo se ocupa de la transformación empresarial compleja a gran escala o la gestión de procesos empresariales.iniciativas en el sector aeroespacial y de defensa, automotriz, petróleo y gas, maquinaria, farmacéutica, alimentos y bebidas, electricidad y electrónica, distribución y generación de energía, servicios públicos y sistemas de transporte. Esta combinación de práctica de ingeniería técnica, práctica de consultoría de gestión, conocimiento del sector de la industria y experiencia en gestión de cambios permite a los ingenieros profesionales que también están calificados como consultores de gestión para liderar importantes iniciativas de transformación empresarial. Estas iniciativas suelen estar patrocinadas por ejecutivos de nivel C.

Otros campos

En ciencias políticas , el término ingeniería se ha tomado prestado para el estudio de las materias de ingeniería social e ingeniería política , que se ocupan de la formación de estructuras políticas y sociales utilizando la metodología de la ingeniería junto con los principios de las ciencias políticas . De manera similar, la ingeniería de marketing y la ingeniería financiera han tomado prestado el término.

Ver también

Liza
  • Sociedad de ingeniería
  • Lista de temas de ingeniería aeroespacial
  • Lista de temas básicos de ingeniería química
  • Lista de temas de ingeniería eléctrica
  • Lista de temas de ingeniería
  • Lista de ingenieros
  • Lista de temas de ingeniería genética
  • Lista de temas de ingeniería mecánica
  • Lista de temas de nanoingeniería
  • Lista de temas de ingeniería de software
Glosarios
  • Glosario de áreas de matemáticas
  • Glosario de biología
  • Glosario de química
  • Glosario de ingeniería
  • Glosario de física
Temas relacionados
  • Controversias sobre el término Ingeniero
  • Diseño
  • Ingeniería Sísmica
  • Ingeniero
  • Economía de la ingeniería
  • Educación en ingeniería
  • Investigación en educación en ingeniería
  • Ingenieros sin Fronteras
  • Ingenieria forense
  • Educación global en ingeniería
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  • Infraestructura
  • Matemáticas
  • Hardware de código abierto
  • Obsolescencia programada
  • Ingeniería inversa
  • Ciencias
  • Fallo estructural
  • Ingenieria sustentable
  • Tecnología
  • Mujeres en ingeniería

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Otras lecturas

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  • Dorf, Richard , ed. (2005). El manual de ingeniería (2 ed.). Boca Ratón: CRC. ISBN 978-0-8493-1586-2.
  • Billington, David P. (5 de junio de 1996). Los innovadores: los pioneros de la ingeniería que modernizaron Estados Unidos . Wiley; Nueva edición Ed. ISBN 978-0-471-14026-9.
  • Madhavan, Guru (2015). Mentes aplicadas: cómo piensan los ingenieros . WW Norton.
  • Petroski, Henry (31 de marzo de 1992). El ingeniero es humano: el papel del fracaso en el diseño exitoso . Clásico. ISBN 978-0-679-73416-1.
  • Lord, Charles R. (15 de agosto de 2000). Guía de fuentes de información en ingeniería . Bibliotecas ilimitadas. doi : 10.1336 / 1563086999 . ISBN 978-1-56308-699-1.
  • Vincenti, Walter G. (1 de febrero de 1993). Lo que los ingenieros saben y cómo lo saben: estudios analíticos de la historia aeronáutica . Prensa de la Universidad Johns Hopkins. ISBN 978-0-8018-4588-8.

enlaces externos

  • La definición del diccionario de ingeniería en Wikcionario
  • Materiales de aprendizaje relacionados con la ingeniería en Wikiversity
  • Citas relacionadas con la ingeniería en Wikiquote
  • Trabajos relacionados con la Ingeniería en Wikisource
  • Ingeniería en la Encyclopædia Britannica