-Libro Introduccion a la ingenieria y al diseño a la ingenieria-.pdf

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e-mail: [email protected] www.noriega.com.mx

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£í/OJ colosales estructuras, llamadas plataformas DeLong, se han propuesto para colocar tubos portalrenes en el fondo del Canal de la Mancha. La primer plataforma draga el fondo formando una zanja en la que la segunda instala tubos de concreto u hormigón de 150 m y llena de nuevo la zanja. Estas plataformas pueden retraer mí patas; “caminan’’ haciendo flotar alternadamente hacia adelante sus cubiertas superior e inferior. Puede tenerse una idea del tamaño de las estructuras observando el tamaño relativo de los alojamientos de personal y de los edificios de oficinas situados en el frente de la cubierta superior. Trenes de alta velocidad con vagones especiales transportarían autos y camiones para reducir el tiempo de recorrido y aumentar la capacidad del túnel. ( Véase una interesante descripción de los diversos tipos de sistemas de cruce propuestos para el Canal de la Mancha en el artículo “An English Channel Crossing” (Un cruce a través del Canal de la Mancha) de John O. Bickel, Civil Engineering, julio de 1964). Proyectos de esta magnitud son la tendencia en la ingeniería moderna. Requieren el trabajo de muchos ingenieros, cuesian millones o miles de millones de dólares y en ellos interviene una gran cantidad de personas. (Ilustración presentada por cortesía del Crupo de Estudios del Canal de la Mancha formado por las empresas Raymond International Inc., DeLong Corporation, Ellison Machine Corporation, Kaiser Engineers, Peter Kiewit Sons Co., Healy Tibbitts Construction Co. y Tavares Construction, Co., siendo consultores Parsons, Brinckerhoff, Quade y Douglas.)

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Lafayette College Easton, Pennsylvania, E. IJ. A.

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Introducción a la ingeniería y al diseño en la ingeniería = An introduction to engineering & engineering design / Edward V. Krick. - México : Limusa, 2006. 240 p. : il., fot. ; 17 cm. ISBN-10: 968-18-0176-8 ISBN- 13: 978-968-18-0176-2 Rústica. 1. Ingeniería - Diseño

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Dewey : 620. 0042 - dc21

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VERSIóN AUTORIZADA EN INGLÉS CON EL TÍTULO:

ESPAñOL DE

LA

OBRA' PUBLICADA

AN INTRODUCTION TO ENGINEERING & ENGINEERING DESIGN © JOHN WILEY & SONS, INC. .

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I. Paniagua Bocanegra. Francisco, tr.'.ll. Rascón Chávez. Octavio, colab.

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COLABORADOR EN LA TRADUCCIóN: FRANCISCO PANIAGUA BOCANEGRA INGENIERO MECáNICO ELECTRICISTA POR LA FACULTAD DE INGE¬ NIERíA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL AUTóNOMA DE MéXICO. INGENIERO CONSULTOR Y ASESOR EDITORIAL EN EDUCACIóN

AL PROFESOR

CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICA.

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Si está considerando este libro corno texto para un curso, insista en solicitar un ejemplar del manual para el profesor. El manual contiene descripciones, objetivos, problemas y otros medios auxiliares para una introducción a la ingeniería. Posee especial importancia si se tiene interés en problemas de diseño* o proyecto. Prefiero presentar un problema de manera que se aproxime a los de la vida real, en vez de decir simplemente a los alumnos “resuelvan el problema 2 del final del capítulo”. Por tanto, un cierto numero de problemas que aparentemente debieran estar en el libro se hallan en el manual, de modo que puedan darse a los alumnos en forma realista y motivadora. Estos son problemas de diseño a nivel de primer año de ingeniería, en forma de cartas, memorandos y medios se¬ mejantes, que puedan reproducirse y repartirse. En el capítulo 1 se han bosquejado los principales objetivos de este iibro. A continuación presentamos algunos comentarios sobre tales metas que pueden interesar al profesor. Un objetivo es presentar la ingeniería a un joven que piensa iniciarse en esta carrera o que ya lo ha hecho. Hay por lo menos cinco modos de hacerlo. Estoy seguro que uno o más de ellos serán muy significativos para el estudiante:

REVISIóN:

OCTAVIO A. RASCON CHAVEZ

CIVIL, MAESTRO Y DOCTOR EN INGENIERíA. INVES¬ TIGADOR DE TIEMPO COMPLETO Y PROFESOR DE PROBABILIDAD Y ESTADÍSTICA DE LA DIVISIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES EN LA FACULTAD DE INGENIERíA DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL AUTóNOMA OE MEXICO.

INGENIERO

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LA PRESENTACIóN Y DISPOSICIóN EN CONJUNTO DE

INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Y AL.DISEÑO EN LA INGENIERÍA SON PROPIEDAD DEL EDITOR. NINGUNA PARTE DE ESTA OBRA PUEDE SER REPRODUCIDA O TRANSMITIDA, MEDIANTE NINGUN SISTEMA O METODO. ELECTRONICO O MECÁNICO (INCLUYENDO EL FOTOCOPIADO, LA GRABACIÓN O CUALQUIER SISTEMA DE RECUPERACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE INFORMACIÓN). SIN CONSENTIMIENTO POR

ESCRITO DEL EDITOR.

DERECHOS RESERVADOS:

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Prólogo

© 2006, EDITORIAL ÜMUSA, S.A. DE C.V. GRUPO NORIEGA EDITORES BALDERAS 95. MEXICO, D.F. C.P. 06040 W 5130 0700 5512 2903 [email protected] www.noriega.com.mx

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CANIEM NUM. 121

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Aunque la acepción académica en español de la palabra diseño indica sólo que es la delincación o trazo de alguna cosa, su significado se ha extendido en la actualidad a designar la acción y efecto de idear y planear la ejecución de una obra o la creación de un objeto determinado, que es el sentido que tiene en inglés la palabra “design”. Como en castellano la palabra que inás concuerda con tal significado es “proyecto” debiera preferirse ésta en vez de la primerÿ, pero, téc¬ nicamente, su uso se ha limitado al proceso de calcular, dibujar y describir deta¬ lladamente la construcción o fabricación de una cosa. Por lo anterior, creemos que

HECHO EN MéXICO ISBN-10 968-18-0176-8 ISBN-13 978-968-18-0176-2 30.1

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es aceptable el empleo de la palabra diseño en el sentido de concepción mental o idea, y que conviene utilizar el término proyecto para designar la completa reali¬ zación “en el papel” del objeto ideado. Así, pues, el orden lógico y natural de

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LA EDICIÓN, COMPOSICIÓN, DISEÑO E IMPRESIÓN DE ESTA OBRA FUERON REALIZADOS BAJO LA SUPERVISIóN DE GRUPO NORIEGA EDITORES. BALDERAS 95, COL. CENTRO. MEXICO. D.F. C.P. 06040 1243930000706508DP9209IE

las principales etapas de una obra de ingeniería serían las de diseño, proyecto y construcción. (N. del T.)

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%, de la ingeniería. El estudiante de ingeniería eléctrica estudia el funcionamiento y el diseño de'máquinas eléctricas, aparatos t de comunicación, sistemas de distribución de energía, etc,. de ingemería civil aprende lo re e- i mientras que el rente a estructuras, sistemas de abastecimiento de agua, píaneación de ciudades, y materias relacionadas. Asimismo, los i estudiantes de otras especialidades de la mgen.ena se concern 1 tran en materias pertenecientes a sus campos. I Aunque la especial.zacion, según las lineas tradicionales, es I. todavía común en la educación en ingeniería, la mayor parte de los problemas encontrados en la practica requieren del conocimiento de dos o mas de las ramas tradicionales de la ingemena como se demostró en los estudios de casos del capitulo 2. El diseño de un proceso químico industrial, naturaímente requiere un conocimiento considerable que, por tradicion, es una parte de la instrucción de un ingeniero químico asi como algunos de los condimentos adquiridos por los ingenieros electricistas, industriales y mecánicos. Como resultado, un ingeniero debe trabajar con frecuencia en estrecha colaboracón con otros ingenieros de especialidad diferente a la suya, y el mismo tiene que emplear conocimientos de otras ramas de la ingeniería. Por lo tanto, suele darse cuenta que en el trabajo real su conocimiento debe traspasar las fronteras tradicionales de su especialidad. Por esta razón, principalmen¬ te, los estudiantes de ingeniería tienen que llevar algunos cursos de especialidades de ingeniería diferentes de la suya. Observemos que hay varios aspectos importantes, no téc¬ nicos, del desarrollo intelectual de un estudiante de ingeniería. Para ser profesionalmente competente, su caudal, de conoci¬ mientos debe extenderse más allá de las ciencias físicas y la ingeniería. Debe abarcar materias tales como economia, teoría del Gobierno, psicología, sociología y humanidades. Esta am¬ plitud de conocimientos es importante por diversas razones.

estudiante

OtroS- conocimientos

• Se deben conocer los “hechos económicos de la vida”. Para

que un ingeniero sea apreciado debidamente por quien lo emplee y sea de provecho a la sociedad, tiene que darse cuenta de la importancia y los aspectos intrincados de las utilidades o ganancias, costos, relaciones entre precio y de¬ manda, rédito a la inversión, depreciación, cargos por in-

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terés sobre el capital y

otros asuntos económicos. Constan¬ temente se verá envuelto en decisiones económicas. Para enfrentarse a tales decisiones con eficacia debe estar tan consciente de los costos y las ganancias como el hombre de negocios. que trabajar con personas de muchos campos de Tendrá • actividad ; por ejemplo, economistas, contadores, políticos, sociólogos, psicólogos, abogados y dirigentes sindicales. Debe darse cuenta de las contribuciones que puede hacer esta además¡ tiene que ser capaz de hablar con ellos inte,;„enternente, de trabajar con ellos y de entender sus problemas Una educación superior es una preparación para algo más tener un medio de yivir; es una preparación para vivir. En consecuencia¡ los. estudios de un . ingeniero no deben concentrarse enteramente en la ciencia y la ingeniería. a mostrar un £a educación ampiia, pre ara motiva verdadero interés por la sociedad en la que se influirá me.d¡ante ,as obras realizadas. no h argument0 m4s pÿ. extender la educación de un ingeniero a las huroso manidades y las ciencias sociales. El importante asunto del os¡ción a rte ¡nterés soda] de un ¡ngenier0 merece una lo tanto> el capítulo 14 se dedica a él.

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principalmente a estas razones, por lo menos el veinte fX)r cicnt0 del plan de estudios de ingeniería a nivel fesionai reserva a los cursos de' humanidades (literatura, * idiomaS) fi|osofía, etc.) y de ciencias sociales, tales como so¬ dología) historia econoinía. Deb¡do

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HABILIDADES DEL INGENIERO E1 lector tendrá que aplicar sus cpnocimientos con ayuda de las habilidades, principalmente mentales, resumidas en la Fig. 1(6), que explicaremos a continuación. Supóngase que está encargado de desarrollar un nuevo sistema de control de tránsito para una ciudad. Tal trabajo se realizará por medio de un proceso llamado diseño, que es el procedimiento general por el que se convierte el enunciado vago de lo que se desea, en el conjunto de especificaciones de un sistema que sirva para el propósito deseado. El diseño es la parte medular de la ingeniería; todo lo que se efectúa para resolver un problema se hace mediante ese procedimiento. La habilidad en la ejecución de tal proceso es tin importante como para dedicarle cinco capítulos 'de este libro. La idoneidad que se tenga en el diseño dependerá gran¬ demente de la capacidad inventiva, de modo que ésta es tam-

Habilidad en diseño

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habilidades del ingeniero / 57

56 / cualidades del ingeniero competente

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bién una importante cualidad. Utilizándola, se podrán idear varios bosquejos de sistemas de control de tránsito, los cuales se evaluaráa posteriormente para determinar cuál es el mejor. Esta evaluación debe hacerse de preferencia mientras las ideas están aún “en el papel”. Se verá por qué; difícilmente sería posible -ensavar las posibilidades en condiciones reales ideadas de los sistemas de control de tránsito. Las pruebas en el campo requerirían dinero, tiempo y paciencia del público en demaria. Un método para predecir el funcionamiento/ de las soluciones alternativas es el uso del criterio personal, otro soil las matemáticas y otro más es la simulación . (es decir, la ' experimentación en que se utiliza un substituto del objeta real, como en la prueba aerodinámica de un modelo de aeroplano - en un- túnel de viento) . Probablemente el lector utilizaría los tres- métodos o habilidades en el problema del control de ,

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tránsito. Se tiene que experimentar, lo que significa que hay que saber cómo preparar un experimento con el fin de obtener una cantidad máxima de información confiable con un míni¬ mo de tiempo y costo. En la experimentación y en muchas otras fases del trabajo habrá que utilizar la destreza o habili¬ dad de medición. Muy relacionada, con la medición y la experimentación está la aptitud para deducir conclusiones inteligentes a partir de observaciones. Aun cuando las mediciones son de natu¬ raleza simple, la acertada interpretación de ellas no es tan directa como podría creerse. Esto és así debido a la variación incontrolable en las características de- todos los materiales, objetos y dispositivos, junto con el hecho de que ningún sis¬ tema de medición es perfecto y que la mayor parte de las conclusiones deben basarse en muestras relativamente peque¬ ñas de observaciones. Tales circunstancias complican el proce¬ so de deducción de conclusiones. En general, el ser humano es notoriamente inepto para obtener conclusiones, como lo de¬ muestra repetidamente el hecho de llegar con frecuencia a conclusiones erróneas acerca de sus semejantes. La tendencia poco sana a deducir conclusiones incorrectas que se tiene por naturaleza, es probable que persista hasta la práctica de la profesión, a menos que se adiestre la mente para combatirla. Para ello, es muy importante aprender a conocer las diversas fuentes potenciales de error que intervienen en el proceso de deducir conclusiones, las limitaciones de las muestras peque¬ ñas, el papel que juegan el azar, la incertidumbre y los prejuicios, y la importancia de evaluar cuidadosamente la confiabilidad de la evidencia disponible. Una computadora digital es tma poderosa herramienta práctica. La habilidad para utilizarla, para manejar la regla

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¿e cálculo y otros medios auxiliares semejantes, cons i yen ja habilidad en la computación o cálculo. Siempre se busca la solución óptima (o sea, a mejor j. Optim*ÿ*®" es un Ormino que x aP''ca a' Pfÿ650 e a Ca" la solución óptima; la destreza o habilidad a este respecto es ciertamente importante. A medida que se arrecientan los cúmulos de conocimientos disponibles, también aumentan la deseabilidad y la cificu.tad nr en ¡3 búsqueda de información relativa a un pro tma. ¡0 tanto; cada vez es más importante el poder uti izar e icaz mente las fuentes de información. Podría pensarse que no ay nada de trabajo de ingeniería en este aspecto de la activi a , pero se puede desaprovechar una gran cantidad e va losa información y perder mucho tiempo si no se esta a íestra o al respecto. La habilidad de pensamiento no deberá desperdiciarse en ningún trabajo que se realice. Una de las principales metas de una educación en ingeniería, es el vigorizar las aptitudes de razonamiento, análisis y otras capacidades mentales. Aunque no hay muchas ocasiones en que puedan discutirse abierta¬ mente tales procesos en el curso de la educación en ingeniería, uno de los objetivos esenciales de la mayor parte de los cursos es el contribuir al desarrollo de la habilidad de pensamiento. El hecho de que estos procesos rara vez se tratan explícitamente, puede crear confusión; sin embargo, es indudable que la “capacidad de pensar” es una mercancía altamente apre¬ ciada en el mercado de los empleos. No hay que subestimar, como lo hacen muchos futuros ingenieros, la importancia de la aptitud en la comunicación. Se debe ser capaz de expresarse clara y concisamente si se aspira a ser un buen ingeniero. Probablemente la manera más eficaz de que el lector se convenza de la importancia de la aptitud en la expresión oral y escrita, además de que lo apren¬ da por propia experiencia, sería que escuchase las muchas peticiones hechas por quienes emplean a los ingenieros, y por los ingenieros mismos, para que se dé más atención a esas ma¬ terias en las escuelas de ingeniería. La aptitud en la comunicación comprende la capacidad de expresarse matemática y gráficamente. La destreza en la expresión gráfica, que es la capacidad de presentar información en forma de dibujos, esquemas y gráficas, es esencial para una buena expresión de las ideas. La capacidad de trabajar eficientemente con otras persoñas es de importancia obvia. La práctica de la ingeniería comprende muchas relaciones con numerosas personas; si no se es capaz de mantener relaciones de trabajo cooperativo con ellas, se estará en dificultades.

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capacidad para continuar el automejoramiento / 59

58 / cualidades del ingeniero competente Hay otras aptitudes y habilidades que requiere la inge¬ niería, pero las ya descritas son las principales y deben bastar para poner de manifiesto que para practicar la ingeniería se necesita un cierto número de ellas. En los capítulos del 5 al 13 se' discutirán con más detalle cinco de esas aptitudes o habilidades. No se debe entender con ello que las restantes carecen de importancia. Las que se seleccionaron lo fueron i por la necesidad de ampliar su conocimiento, puesto que no > se han publicado explicaciones de introducción satisfactorias . acerca de ellas, mientras que existen útiles libros sobre expe¬ rimentación, medición, comunicación gráfica y otras habili¬ dades a las que no se han dedicado capítulos completos en este libro.

ACTITUD DEL INGENIERO

Actitud interrogante

¿POR QUE? ¿POR QUE? ¿POR QUE?

Ciertas cualidades que deben emplearse en la resolución de problemas no son ni conocimientos de hechos reales, ni ha¬ bilidades. En conjunto constituyen lo que se describe mejor como una actitud o punto de vista del ingeniero. Tales cua¬ lidades se resumen en la Fig. 1(c). Cultive una actitud interrogante, una curiosidad por el “cómo” y el “por qué” de las cosas. Esa actitud le permitirá obtener mucha información útil y numerosas ideas aprovechables. Parte de esa actitud proviene de la curiosidad, y parte de un cierto escepticismo que inclina a desconfiar de la utilidad de una cierta práctica, de la validez de un “hecho”, de la conveniencia de determinada característica o de la ne¬ cesidad de un elemento particular. El dudar acerca de diver¬ sos “hechos, requisitos, características”, etc., para hacer que “se prueben por sí mismos”, especialmente cuando son asuntos o conceptos de gran arraigo, realmente puede resultar muy

provechoso. Objetividad

Actitud profesional

En el curso de un proyecto típico es posible que uno sea el foco o centro de opiniones parciales o con prejuicio, y de presiones de intereses especiales. Además, habrá que afrontar muchas situaciones que deben su existencia a la costumbre más que a la razón. Al hacer frente a prejuicios, presiones y tradiciones, hay que esforzarse en tener objetividad al realizar evaluaciones y tomar decisiones. Se espera que un ingeniero asuma una verdadera actitud profesional hacia su trabajo, hacia la gente a quien sirve, ha¬ cia aquellos a quienes afectan las soluciones halladas por él, y hacia sus colegas, en la manera tradicional de las profesiones. El verdadero profesionista sirve a la sociedad como un experto en relación con un cierto tipo de problema relativamente complicado. En estas circunstancias, el cliente confía en el j

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y debido a tal confianza, este último tiene la obligación de desempeñar sus servicios con apego a la ética. Como la mayor parte de las obras de un ingeniero afectan directamente el bienestar de mucha gente, el público confía en que sus diseños serán seguros y, de un modo u otro, útiles

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para el bienestar de la humanidad. El público espera también

recibir el justo servicio por lo que ha pagado.

La obligación profesional comprende algo más que limi¬ tarse a vivir de acuerdo con la confianza depositada por aqué¬ llos a quienes se sirve y que resultan afectados por las obras realizadas. Incluye también:

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en considerar a fondo un proyecto hasta tener

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nifieste en las acciones, en los intentos de mejorar las con¬ diciones del grupo profesional al que se pertenezca, y la disposición para intercambiar información “no clasificada” con otras personas de la profesión. • Mantener en estricta reserva las ideas no patentadas, los procesos secretos, los métodos de características únicas o es¬ peciales, etc., que proporcionan a nuestro cliente una ven¬ taja sobre sus competidores. • Un anhelo de contribuir al mejoramiento de la humanidad mediante obras y consejos. De mucha importancia para determinar el valor que se pueda tener como ingeniero, es la cualidad de poseer una mente abierta a lo nuevo y diferente. Una mente flexible es una gran ventaja. Hay que ser receptivo a las nuevas teorías, a las nuevas ideas y a las innovaciones en la técnica.

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una solución bien fundamentada. • El deseo de sostenerse en esa solución con el objeto de apro¬ vechar la experiencia que se tuvo con ella. • La firme voluntad de mantenerse informado de las mejores prácticas o procedimientos y de los últimos adelantos, y

• Un sentido de responsabilidad hacia los colegas que

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Mente abierta y sin prejuicios

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CAPACIDAD PARA CONTINUAR EL

AUTOMEJORA1VIIENTO Cuando se egresa de la escuela o facultad de ingeniería, no se tienen todas las características descritas en este capítulo. El recibir el título de ingeniero (o de licenciado en ingeniería) marca sólo el fin del principio. La educación formal recibida proporciona un sólido comienzo en un proceso de desarrollo a largo plazo. Después de eso, depende de uno mismo el conti¬ nuar su desarrollo intelectual, si se aspira a llegar a ser un verdadero ingeniero y a disfrutar de una fascinante carrera, plena de satisfacciones.

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60 / cualidades del ingeniero competente A medida que el conocimiento sigue acumulándose con rapidez creciente y los problemas técnicos son cada vez más complejos, la aptitud y la inclinación a acrecentar continua¬ mente lo aprendido en la escuela se vuelven más importantes. Los medios para ese incremento ininterrumpido son la expe- • rienda, los libros y revistas, las conferencias, las visitas a obras y plantas industriales, las publicaciones comerciales y los cur¬ sos de postgraduados. Aun cuando usted fuera un ingeniero . ' completo en él' momento de la graduación, todaéía sería ne¬ cesario continuar el aprendizaje, porque muchas de las .cosas aprendidas en la escuela se vuelven anticuadas en relativa- . mente pocos años. Limitándose a una actitud pasiva, uno sólo llegará a ser finalmente algo más qué un “ingeniero, de ma¬ nual” (llamado así porque los problemas relativamente ruti¬ narios que se le presentan pueden resolverse en 'su mayor parte hojeando manuales y catálogos). La necesidad de mantenerse al día uno mismo es cada vez más imperiosa, porque la rapi¬ dez con que cambian los conodmientos y las técnicas crece constantemente.

Desde luego, el automejoramiento continuo, además de ser una obligación profesional, es una buena inversión en el sen¬ tido financiero. El sueldo que se obtenga y la rapidez con que se ascienda a diferentes puestos, dependen en parte de la inclinación y aptitud para mantenerse profesionalmente a tono con

los tiempos.

OBJETIVOS DE LA EDUCACION EN INGENIERIA Observando la Fig. 1 pueden preverse los principales obje¬ tivos de una educación en ingeniería: 1. Impartir una parte significativa del conocimiento de he¬ chos reales que se requerirán. 2. Proporcionar un buen comienzo en el desarrollo de las habilidades y aptitudes para la ingeniería. 3. Ayudar a conformar las actitudes o puntos de vista. 4. Proporcionar los medios y la motivación necesarios para proseguir el automejoramiento. Los cursos o partes de los cursos que contribuyen a lograr el primer objetivo serán evidentes. Esto se cumple también en el caso del desarrollo de algunas habilidades, tales como las que se adquieren en la instrucción sobre el manejo de la regla de cálculo o en los cursos de-análisis gráfico. Pero los esfuerzos para desarrollar la habilidad de pensamiento, la ap¬ titud para trabajar con otras personas, la objetividad, la mente sin prejuicios y otras actitudes, no son tan obvios. Aunque

descripción resumida de la ingeniería / 61 raramente se tratan en forma explícita, el desestos en aspectos es un objetivo de la mayor parte arrollo de los maestros.

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Valor de la educación

en

ingeniería

Las cualidades resumidas en lá Fig. 1 son, en gran parte,.

responsables de la reputación que han alcalizado los inge¬

nieros como solucionadores -de problemas. El éxito que se tenga en obtener tales cualidades determina la eficacia de Uno como ingeniero, y las satisfacciones y retribuciones que se reciban en el ejercicio de esta profesión. : ; -La familiarizaeión de -un ingeniero con las ciencias puede concentrarse en las ciencias físicas y matemáticas, pero cierta¬ mente no debe limitarse a ellas. Tal familiarizaeión se debe extender a las ciencias sociales y puede comprender aun las ciencias biológicas. Así, pues, la educación formal de un inge¬ niero usualmente debe abarcar las ciencias naturales y sociales, la tecnología y las humanidades, y tiene que ser, por cierto, una educación muy amplia. Esto es muy importante, pues la amplitud de conocimientos es deseable, y en la actualidad no puede considerarse amplia una educación si no comprende la tecnología. En nuestra civilización, la’ tecnología ha llegado a ser una potente fuerza queJnfluye notablemente en los ne¬ gocios, el Gobierno, la educación y la organización militar. Obsérvese que las habilidades y las actitudes no pueden adquirirse de la misma manera que los hechos. ¿Podrá una persona desarrollar repentinamente una actitud interrogante, sólo con leer en qué consiste y saber que debe poseerla? Se *requiere algo más que eso; se necesita una disciplina mental ejercitada durante un largo tiempo. Obsérvese también que, aunque las habilidades y actitudes requieren más tiempo y esfuerzo para adquirirlas que el conocimiento de hechos reales, son igualmente difíciles de perder. Además, el conocimiento científico y técnico especializado es susceptible de volverse anticuado a medida que se hacen nuevos descubrimientos. Y también, al cambiar uno de empleo, puede ya no necesitarse el conocimiento especializado que se. ha adquirido, pero las habilidades y aptitudes que se adquieren de una educación en ingeniería serán de valor en casi cualquier campo. Estos son los beneficios de “uso general”

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DESCRIPCION RESUMIDA DE LA INGENIERIA Los capítulos 2 a 4 proporcionan el fundamento de esta definición: “La ingeniería es la aplicación de ciertos cono¬ cimientos, habilidades y actitudes, principalmente a la creación

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de obras y dispositivos físicos que satisfagan necesidades y de¬

CAPITULO

seos de la sociedad.”

El primordial interés de la ingeniería en la aplicación, más' que en la generación de conocimientos, fue destacado en el capítulo 3. Los conocimientos, habilidades y actitudes de la' ingeniería se han descrito en este capítulo. Los ingenieros son principalmente creadores de artefactos u objetos físicos o tan¬ gibles: aparatos o dispositivos, estructuras y procesos. Son res¬ ponsables de Ja creación de estas cosas, es decir, de su ideación . 1 o diseño y de la dirección de su construcción. Tales objetos ! se producen en respuesta a necesidades y deseos de la sociedad (sería ingenuo pensar que se tengan que satisfacer, sólo las

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Representaciones físicas (o ¡cónicas), gráficas y esque¬ máticas. Los siguientes objetos tienen algo en común: un

1. Suponiendo que está usted en una escuela de ingeniería, cada materia que cursa ahora tiene por objeto contribuir a su desarrollo con respecto a algunas de las cualidades descritas en este capítulo. Analice el contenido y realiza¬ ción de cada curso; separe o identifique los tipos de co¬ nocimientos, habilidades y actitudes que aparentemente el curso tiene por objeto desarrollar en usted. 2. Haga una lista de los aparatos, estructuras y procesos creados por cada una de las ramas principales de la in¬ geniería, descritas en el Apéndice A. 3. Haga una lista de 15 obras de ingeniería cuyo diseño pro¬ bablemente haya requerido del talento de ingenieros de dos o más ramas principales de la ingeniería. Identifique las ramas que usted cree intervinieron en el desarrollo de - cada obra enlistada. 4. Tarde o temprano su novia le preguntará inocentemente: “¿Qué es justamente la ingeniería?” Como de seguro no tendrá usted este libro a la mano para leer la respuesta, su explicación necesariamente tendrá que expresarse en sus propias palabras y en los términos más sencillos posibles (no hacemos ninguna consideración acerca de la inteli¬ gencia de la joven). ¿Cómo le explicaría a ella lo que es la ingeniería?

tren de juguete, un globo terráqueo, una estatua y un modelo de un aeroplano. Cada uno de ellos es una representación tri¬ dimensional de una realidad física. Hay también la represen¬ tación bidimensional, ejemplificada por una fotografía, un croquis o una copia heliográfica. Como estas representaciones en dos y tres dimensiones guardan semejanza física con los objetos de la vida real, se denominan representaciones físicas o icónicas * En la ingeniería se emplean frecuentemente tales representaciones no simbólicas; es evidente que la mostrada en la Fig. 3 es una valiosa ayuda para quienes tratan de vi¬ sualizar o imaginarse cómo sería en realidad la estructura re¬ presentada en 27 horas de complicados planos. • Luego se tienen las conocidas representaciones gráficas, tal ;Cómo se ilustran en las páginas 73 y 74. El lector ya estará .familiarizado con la utilidad de las gráficas y diagramas** para visualizar las relaciones y las magnitudes relativas. Un esquema suele representar, en forma simbólica, un ob¬ jeto real. El esquema de un circuito eléctrico y la Fig. 2 son representaciones esquemáticas. Otros ejemplos aparecen en las páginas 72 y 84. En cada caso una configuración de líneas y símbolos representa la disposición estructural o el compor¬ tamiento de un objeto real. Un esquema como el de la Fig. 3 efectivamente, de gran ayuda para quienes diseñan el sis-

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En español el término “diagrama” no significa lo mismo que *1 inglés diagram, sino que designa una gráfica o representación geo¬ métrica que sirve para ilustrar una ley de variación, demostrar una proposición o para obtener determinados valores numéricos de las relaciones entre variables. Por ejemplo, un diagrama presión-volumen, un diagrama entalpia-entropia (de Mollier), etc. (N. del T.) 63

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FIGURA 3. Representación icónica del diseño propuesto para una instalación productora de oxígeno. Este modelo para mesa ayuda a los proyectistas a diseñar las tuberías de modo que sean accesibles para su mantenimiento y reparación. También se utiliza como medio de visualización general que les sirve a ellos y a las personas a quienes deben exp blicar su diseño. (Cortesía de Air Products and Chemicals, lnc.)

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que representa, en especial porque contiene tantas partes interconexiones. Como puede imaginarse, a medida que se complican los dispositivos, estructuras y procesos de la inge¬ niería, aumenta el empleo que tiene que hacerse de los esque¬ mas o croquis en el diseño de tales sistemas, y para comunicar o informar de su construcción y funcionamiento a otras per¬ tema

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Principales tipos de modelos usados por los ingenieros

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Representaciones matemáticas. La expresión matemática indicada al margen es también una representación. La letra m representa la masa de un cierto gas, T representa su tempe¬ ratura, p la presión ejercida y V el volumen ocupado por el gas. Estas letras representan en conjunto lo que sucede a una de tales propiedades cuando se produce un cambio significa¬ tivo en otra. Esta representación matemática es un medio de predecir el valor de una propiedad cuando se conocen los valores de las otras tres; por ejemplo, para saber cuál será el valor de V correspondiente a valores particulares de m, T y p

Esquemáticos

Físicos

Gráficos

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FIGURA 4. Representación esquemática del contenido de este capitulo.

Modelos

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(fc es una constante cuyo valor numérico debe ser conocido también). Por medio del empleo de las matemáticas puecfen realizarse predicciones de muchos otros fenómenos naturales, así como también del comportamiento de dispositivos,, estruc« turas y proceses construidos por el hombre. Utilizando el sisc tema de reglas y convenciones prescritas por las matemáticas, y i. asignando símbolos para representar las propiedades impor¿antes del objetó real, las expresiones matemáticas pueden t manipularse hasta obtener predicciones útiles de lo que debe . esperarse según determinadas condiciones. Las matemáticas proporcionan un repertorio de represen¬ taciones matemáticas ya hechas (una función parabólica, una función exponencial, etc.)-. La instrucción matemática tambien permite a uno deducir expresiones especiales que se adap¬ tan a situaciones que no pueden representarse satisfactoria¬ mente por las funciones matemáticas mencionadas. Tal habili¬ dad es muy importante. Las matemáticas constituyen un poderoso método de representación. Son un medio eficaz para la predicción y un lenguaje conciso y universalmente comprendido para la comu¬ nicación. Sus procedimientos y reglas las hacen ser un medio

Principales formas en que los ingenieros emplean los modelos

Concepción de ideas

Matemáticos

Para predicción

I Digital

Analógica

Participativa (se aplica a todas las

formas de simulación)

No competitiva

Para control

Para comunicación

Simulación

Física

Para instrucción

Competitiva (de juegos)

Procedimiento básico para desarrollar modelos para predicción ¿Cómo deben verse las discrepancias entre los modelos y los objetos reales?

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í 66 / representación por modelos

representación por modelos / 67

de razonamiento extremadamente útil. ¿Podría imaginarse el problema de tratar de desarrollar sólo con palabras algunos de los razonamientos lógicos y operaciones que se realizan sin dificultad con el simbolismo matemático? Además, el conoci¬ miento de las ciencias matemáticas beneficia también nuestra

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terrestre. En esta escena, un modelo prototipo de tamaño natural de un gran vehículo espacial tripulado se somete a pruebas en el interior de la cámara. (Una de las condiciones ultraterrestres que se omiten es la falla de peso o ingravedad que, como puede suponerse, no es fácil de reproducir.) (Cortesía de Lummus Company.)

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FIGURA 8. Parte de un modelo a escala, el r.iayor que existe y que se extiende sobre 81 hectáreas, representa al río Mississippi y sus afluentes desde Sioux City, loica, hasta el Golfo de México. Este simulador se utiliza para predecir los efectos locales y para todo el sistema de presas, canales derivadores y otras obras hidráu¬ licas en proyecto. (Fotografía del Ejército de los Estados Unidos.)

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capacidad de pensar clara y lógicamente. En vista de la gran utilidad de las matemáticas como medio de predicción, comu¬ nicación y razonamiento, resulta comprensible la gran impor¬ tancia dada a esta materia en la educación en ingeniería. Simulación. Una representación ¡cónica puede utilizarse para predecir el comportamiento del objeto real correspondiente. Un modelo de una aeronave en proyecto se somete a la acción de corrientes de aire de alta velocidad en un túnel de viento, a fin de predecir cómo se comportará un aeroplano verdadero de ese diseño en un vuelo real (véase la Pág. 34). Lo que el túnel de viento y el modelo de avión son al ingeniero aeronáu¬ tico, las instalaciones de la Fig. 6 lo son a los proyectistas o diseñadores de embarcaciones transocéanicas, y las instalacio¬ nes de la Fig. 7 lo son a los proyectistas de astronaves. Este proceso de experimentación en que se utiliza una representa¬ ción de un objeto real recibe el nombre de simulación. Cuando los experimentos se efectúan con representaciones ¡cónicas, como los de las Figs. 6 a 8, el proceso se llama simulación física o icónica. Hay otras dos formas de simulación, pero en estos casos las representaciones sobre las que se realizan los experimentos tienen sólo semejanza funcional o de comportamiento, en vez de física, con los objetos reales. Una de dichas representaciones

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se llama simulación analógica, y la otra recibe el nombre de simulación digital. Un ejemplo de simulación analógica es el dispositivo elec¬ trónico utilizado por el ingeniero que diseña un sistema de control de tránsito. Circuitos eléctricos especiales representan las arterias de tránsito urbano, mientras que impulsos o pulsos eléctricos representan los vehículos. Con tal simulador, el in¬ geniero experimenta con diferentes sistemas de control de tránsito. En este caso los impulsos eléctricos se comportan en forma análoga a los automóviles que se mueven en la ciudad, aun cuando los pulsos y los conductores eléctricos no se ase¬ mejen en forma alguna a los autos y las calles. En el simulador analógico de la Fig. 9, el agua se comporta análogamente al aire. Permite a los proyectistas de turbinas de gas ensayar sus ideas rápidamente y a bajo costo. Por tanto, en la simulación analógica se emplea un medio que se com¬ porta análogamente al fenómeno real, como vehículo para experimentación. La electricidad es el medio más frecuente¬ mente usado. Por ejemplo, la tensión eléctrica (o voltaje) podría representar la presión del vapor en un simulador ana¬ lógico eléctrico de una planta de energía de vapor. La simulación digital puede entenderse mejor con un ejem¬ plo. Una universidad que afrontaba una gran cantidad de problemas de estacionamiento de automóviles contrató a un ingeniero consultor para resolver la situación. Una de sus ideas consistió en separar a los conductores de auto que utilizan regularmente sus sitios de estacionamiento durante las horas

FIGURA 9. Vista de un simulador analógico. En 'este ejemplo, el agua se comporta en forma análoga al aire y sirve como medio para la experimentación. El dispositivo simula el flu** del aire por los ólabes difusores (representados por ¡os .objetos en forma de cuña) en la sección del compresor tie una turbina de gas rn desarrollo. El agua -que contiene un tinte hace que la trayectoria del flujo sea fácilmente observable, y se difujide desde-el centraba _un milésimo de la velocidad del gas i/uc representa. Experimentando con formas, ángulos y localiza¬ ciones diferentes de las cuñas, los investigadores podrán saber cómo maximizar la eficacia de esta parte de la turbina. (Cortesía de lloríng Company.)

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El tiempo (P) que permanece un auto en el estacionamiento de¬ pende de la hora en que llega. Para entender la naturaleza de esta relación se midieron algunos “tiempos de estacionamiento” [Fig. 13(c)], y se trazó una recta ajustada a estos datos. A partir de la ecuación de tal recta puede calcularse el tiempo de estacionamiento esperado, o más probable, P«, conociendo la hora de llegada del auto. (P, es el tiempo medio de estacionamiento para muchos autos que lleguen a una hora determinada del día.) P se calcula para cada auto una vez * que se ha obtenido (mediante el aparato de flecha giratoria) su hora

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En la gráfica [Fig. 13(c)] puede apreciarse que los tiempos reales que los autos permanecen en el estacionamiento varían considerable¬ mente respecto a los tiempos esperados (es decir, respecto a la línea recta). Esto se toma en cuenta en la simulación. Se midió la desvia¬ ción vertical de cada punto a partir de la recta (considerándola positiva arriba de ella y negativa abajo). La gráfica inferior [Fig. 13(d)] resume tales medidas. Cada una de estas desviaciones se anotó en una papeleta y se puso en una urna. En la simulación se escoge al azar una papeleta, se registra en la tabla el valor de D y se la

devuelve al tazón. D

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A continuación se suma ese valor de D al tiempo de estaciona¬ miento esperado (P«) para obtener el tiempo real (P).

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La hora de salida (T¿) de un auto determinado se calcula su¬ mando a la hora de llegada su tiempo de estacionamiento real.

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FIGURA 12. Esta serie de pasos se repite 25 veces para completar la simulación de un día de operación del lote de estacionamiento. A continuación se simulan los días uno por uno hasta que se haya sintetizado una suficiente cantidad de experiencia en la operación de este lote hipotético de estacionamiento. Los resultados correspondientes a un día simulado se muestran en la FIGURA 14.

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FIGURA 13. El indicador rotatorio se utiliza para reproducir el elemento de azar asociado a los eventos. El empleo de tal dispositivo y el procedimiento de sacar números de una urna son equivalentes. Estos y otros modos de efectuar selecciones al azar, a partir de una colección de números, se denominan apropiadamente Procedimientos de Montecarlo.

74 / representación por modelos

representación por modelos / 75

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Seguramente que el lector querrá saber por qué alguno

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donde C es el criterio, y V es la variable manipulada

Tanto en el método iterativo como en el analítico la ( función efe criterio puede contener más de una. variable í por optimizar.

utilizaría el método iterativo en vez del analítico, ya que éste es más directo. Esta es una buena pregunta, y hay una buena C = HV„V1,

razón para tal empleo, a saber, que en muchos casos el método analítico resulta demasiado difícil matemáticamente, y el mé¬ todo iterativo queda como el único procedimiento práctico. Además, en muchos casos el ingeniero desea saber qué tan sensible es el criterio a las desviaciones de una variable con respecto a su valor óptimo, y el método iterativo proporciona usualmente tal información en forma conveniente. Obsérvese en la tabla 1 que se pierde muy poco, en términos de ve¬ hículos por hora, si la velocidad media se aparta ligeramente del valor óptimo de 21 mi/h. Si la velocidad media fuera 25 mi/h, habría sólo una pérdida de 4% en vehículos por hora, lo cual no es inconveniente. Esta información es útil porque sería difícil intentar el control de una velocidad media a 21 mi/h y, por lo tanto, al ingeniero le interesa saber qué sacrificio en el número de vehículos por hora tendría que ha¬ cer si intentara controlar la velocidad a un valor superior. Una investigación de esta clase, con el fin de llegar a conocer las consecuencias de no fijar una variable en su valor óptimo, análisis de sensibilidad (Fig. 11). Los métodos de optimización iterativo y analítico ilustra¬ dos anteriormente no pueden utilizarse tanto como sería de¬ seable en la ingeniería. Debido a la preponderancia de criterios no cuantificables, tales como el atractivo estético, o a la in¬ tervención de un gran número de variables o a la falta de tiempo, los ingenieros suelen tener que confiar en procedimien¬ tos que son menos formales, menos cuantitativos y menos objetivos que los descritos. Con frecuencia utilizan una varie¬ dad de métodos diferentes en sus trabajos de optimización, variando considerablemente la combinación particular de procedimientos de un problema a otro (tanto así que es ilu¬ sorio que un autor generalice más allá de lo que se dice aquí.)

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El valor óptimo como una meta, Un objetivo importante en los trabajos de ingeniería es el “valor óptimo”. En el diseño,

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( FIGURA 11.

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100 / optimización el ingeniero busca la solución óptima de un problema y se esfuerza en lograrlo por medios óptimos. Sin embargo, obser¬ vemos que no se ha dicho que la obtiene sino que la busca. Aunque la solución óptima es casi siempre una meta, cierta¬

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siempre es una realización. Muchos problemas reales son demasiado complicados para que pueda hallárseles una solución óptima en un lapso razonable. En muchos casos ei tiempo requerido sería más largo que la vida dei problema. Casi siempre muchos otros problemas esperan la atención del ingeniero, y con frecuencia llega a ser más ventajoso o lucra¬ tivo para él atacar uno de éstos que continuar buscando la solución óptima del problema original hasta encontrarla. Así pues, en la práctica se trata solamente de avanzar hacia la solución óptima, buscando continuamente mejores soluciones en forma progresiva hasta que resulte más conveniente de¬ dicar los esfuerzos a otra cosa.

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CAPITULO

1. Para dos de los siguientes dispositivos, estructuras o pro¬ cesos, describa usted los criterios que considere importantes y que los proyectistas tenían que haber considerado. Iden¬ tifique los criterios que parezcan ser conflictivos y, por lo tanto, aquellos entre los cuales probablemente tuvieron que hacerse transacciones. Un enlace entre dos carreteras dobles que se cruzan. Un buque transoceánico de lujo, de gran tamaño. Una mano artificial. Un automóvil. Una máquina para hacer lámparas eléctricas. Una fábrica completa para la manufactura de refri¬ geradores. g) Cualesquiera de los estudios de casos descritos en el capítulo 2. a) b) c) d) e) f)

2. Cite diez casos bien conocidos en los que haya obviamente un valor óptimo para una cierta variable con respecto a un criterio establecido. (Ejemplo: existe una rapidez óptima de lectura con respecto al conocimiento total asimilado.)

Computación LECTOR ha estado desarrollando su aptitud para calcular desde los días preescolares, de manera que tal aptitud es bien conocida. Sin embargo, los cálculos hasta ahora efectuados han sido en su mayor parte mentales, generalmente con ayuda de lápiz y papel, lo cual constituye el método lógico para trabajos breves. Pero en la ingeniería muchos trabajos de cálculo son de tal magnitud que conviene estar preparado para utilizar métodos más rápidos. No sería deseable estar equipado sólo con pico y pala para realizar trabajos que re¬ quieren un tractor. Por lo tanto, en la escuela de ingeniería aumentarán sus aptitudes para el cálculo de manera que com¬ prendan la regla de cálculo, la computadora digital y, pro¬ bablemente, también, la computadora analógica y la calcula¬ dora de escritorio. En esta forma el lector quedará dotado de un equipo de elementos de cálculo adecuado para trabajos que van desde una simple operación aritmética, hasta cálculos colosales que comprendan millares de operaciones repetitivas y sistemáticas. En este capítulo se describirán las formas en que los inge¬ nieros emplean las computadoras digitales. No se debe llegar

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a la conclusión de que otros sistemas de cálculo carecen de importancia. Sin embargo, hay numerosos libros sobre progra¬ mación de computadoras y de manejo de la regla de cálculo, por lo que, en el espacio limitado disponible, en esta obra se tratará lo que falta en la literatura técnica corriente, y que es una introducción a la forma en que se emplean las compu¬ tadoras en la ingeniería. Los ingenieros utilizan las computadoras de tantos modos que se necesitarían más páginas que las de este capítulo sólo para enumerarlos. Afortunadamente la mayor parte de tales formas pueden clasificarse en un 'número razonable de tipos, como se muestra en la Fig. 1. En general, la computadora se

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Aplícaciones de las computadoras por el Ingeniero

Como herramienta para resolver problemas

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Como bi¬ bliotecario Reducción de datos

Como archivista

Optimización

Donde el trabajo humano, es demasilado lento

iterativa

Resolución de ecuaciones

FIGURA 1. Vista panorámica del contenido de este capítulo.

computadoras en el diseño / 103 ( varias semanas la localización de informes de trabajos efec¬ tuados sobre esos asuntos en diversos sitios, buscando en bibliotecas, leyendo reportes, preguntando a personas, estable¬ ciendo correspondencia, comunicándose por telófono o via¬ jando directamente. Y después de todo este trabajo podría habei pasado por alto algunos sistemas de importancia, send Lista No. 1 de llámente porque hay tantas referencias dispersas, y porque una palabras claves búsqueda realmente exhaustiva sería demasiado costosa y pro¬ Instituto longada. Escuela . ( Esta es la manera en que se atacan la mayor parte de los Universidad •problemas de ingeniería. Las búsquedas de información son Estudiante í laboriosas; Generalmente el ingeniero realiza una búsqueda ra¬ a luego resolver procede y el problema que tiene a zonable Lista No. 2 de mano, aceptando el riesgo d6 qüe esté "haciendo otra vez el palabras claves trabaja de alguien que resolvió ya en parte o totalmente su Admisiones mismo problema. En sus propias circunstancias le resulta anti¬ Facturación o económico proceder en otra forma. cuentas Pero la computadora viene al rescate, permitiéndole que ( Mantenimiento realice la búsqueda en la forma siguiente. El ingeniero hace de archivos listas de palabras claves, es decir, de la clase de palabras que Inventario ( tendría en mente si buscara en una biblioteca. En este caso ten¬ Mantenimiento dría dos listas que contendrían palabras como éstas: de registros ( Envía dichas listas a un centro de computación para que Inscripciones se utilicen en la búsqueda de los archivos de aplicaciones de computadoras. Tales archivos consisten en cintas magnéticas que contienen descripciones resumidas de toda aplicación de las computadoras que se haya dado a conocer al público. La computadora revisa las cintas e imprime toda descripción que contenga por lo menos una palabra de la lista No. 1 y por lo menos una de la No. 2, proporcionándole también en esta for¬ ma al ingeniero la información que necesita acerca de los detalles. En una media hora tendrá éste un conjunto mucho mayor de referencias que el que pudiera obtener por los mé¬ todos acostumbrados. (Obsérvese que en este ejemplo el inge¬ niero utiliza la computadora en su solución y como medio para llegar a ella.) ( Tales sistemas de búsqueda de información no se utilizan ampliamente todavía, pero puede verse por qué están en des¬ arrollo. Dichos sistemas minimizarían la costosa repetición de los trabajos para resolver problemas, librarían a los ingenieros ( de tener que escudriñar “montañas” de libros y reportes téc¬ harían el trabajo en forma rápida, barata y exhaustiva. nicos, y uso de las

102 / computación

Procesamiento de la información

utiliza como un instrumento (tal como el teodolito y la regla de cálculo) para obtener soluciones de problemas. También es empleada por los ingenieros en muchas de sus soluciones, por ejemplo, como parte del sistema guiador de un vehículo espa¬ cial. A continuación se ilustrará lo anterior. USO DE LAS COMPUTADORAS EN EL DISEÑO La computadora está interviniendo notablemente en la práctica de la ingeniería. Rápidamente se convierte en un me¬ dio indispensable para la resolución de problemas y para auxiliar al ingeniero en varias formas.

Búsqueda de información. Un ingeniero diseña un siste¬ ma de información integrado para una universidad. Tal sis¬ tema, basado en computadoras, procesará planes de estudios y asignaturas, preparará horarios, manejará cuentas, centralizará registros de estudiantes, dará algunas instrucciones y realizará una multitud de otras funciones útiles. El ingeniero conjetura que los sistemas para atacar varias partes de este problema ya han sido producidos en muchas otras instituciones y compa¬ ñías por diversas personas, pero, ¿cómo podría saber quiénes son y qué es lo que han creado? Podría llevarle fácilmente

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Registro», registros, registros. En todo departamento de

ingeniería hay enormes archivos de planos y dibujos que mues¬ tran los diseños realizados anteriormente en el departamento, precisando los detalles de todas las obras, estructuras, elemen-

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uso

104 / computación

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tos de máquinas, etc., que se han proyectado. Un ingeniero que diseña un motor eléctrico considera qué cojinetes debe llevar. Sabe que estos elementos han sido diseñados por otras personas del departamento y también que pueden adquirirse en cualquier cantidad de los proveedores. Antes de meterse en las dificultades de diseñarlos él mismo, averigua de cuáles puede disponerse con la esperanza de que algunos serán ade¬ cuados; pero no desea gastar horas buscando en archivos lle¬ nos de planos y hojeando los catálogos de los fabricantes o abastecedores de cojinetes. Sin embargo, esto era exactamente lo que tenia que hacerse antes de que se pudiera utilizar una computadora. Actualmente hay un sistema que requiere sólo que se le indique aproximadamente qué tipo de elemento, o componente se busca, y en unos pocos minutos dice qué es lo que fabrica la compañía y qué tiene que comprarse para satisfacer las necesidades. Tal sistema actúa como el archivo general del departamento de ingeniería, almacenando la ma¬ yor parte de la información que anteriormente se guardaba en archivadores, libros de registro, catálogos y -armarios de planos y dibujos. Contesta la mayoría de las preguntas en se¬ gundos, si no es que en fracciones de segundo. En muchas em¬ presas no existen todavía dichos sistemas, pero, repetimos, es sólo cuestión de tiempo su adopción.

Reducción de datos. Los ingenieros suelen tener grandes cantidades de datos que han de ser reducidos a una forma útil ; por ejemplo, cientos de medidas de un experimento. Los cálculos de promedios y medidas de variabilidad, ajustes de curvas, pruebas estadísticas, etc., generalmente son tardados y tediosos si se hacen a mano. La computadora hace tal trabajo rápidamente. Resolución de ecuaciones. Por fortuna, las operaciones ma¬ temáticas más comunes pueden ser ejecutadas por una compu¬ tadora. Algunas de ellas, como la resolución de ecuaciones simultáneas con muchas incógnitas, tomarían horas o días si se efectuaran a mano. A diferencia de las ecuaciones que se hallan usualmente en los libros de matemáticas, las que se en¬ cuentran en la práctica son a menudo muy laboriosas de resolver. La ecuación y = axb de un libro quizá aparezca como y = 1.378A2 3 en la práctica. Como resultado, el cálculo será muy tardado. Considérese el problema de hallar el valor de x que equilibre la ecuación x — l.3le02u dentro de un 1 por ciento. Esto tomaría cierto tiempo utilizando lápiz y papel. Puede verse entonces la importancia que tiene una compu¬ tadora para los ingenieros como medio de resolución de ecua¬

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usuario se comunica con la computadora mediante el teclado de máquina de escribir o la pluma luminosa que tiene en la mano. Por ejemplo, este médico puede indicar cuáles de las pruebas que aparecen enlistadas en la pantalla desea efectuar en un paciente, sólo con apuntar a ellas con la pluma. (Cortesía de la

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FIGI/RA 2b. Esta combinación computadora, TRC, hombre y pluma luminosa, puede realizar cosas notables. Lr. persona puede dibujar con la pluma sobre’la superficie del tubo y la computadora recordará lo que se haya dibujado y lo reproducirá sobre la pantalla siempre que se le pida. Mejor aún, la computadora puede manipular estos dibujos. Por ejemplo, es capaz de mostrar el

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Optimización iterativa. Recuérdese, por lo visto en la página 96, que este procedimiento puede llevar mucho tiem¬ po si se ejecuta a mano. De hecho, la optimización por los métodos iterativos formales no era posible antes que existieran las computadoras. Actualmente puede aprovecharse plenamen¬ te esta poderosa técnica en la ingeniería.

objeto en diferentes perspectivas, girarlo o amplificarlo, según se le indique por medio de la pluma y el teclado. En esta vista particular, el operador ha oprimido el botón de “supresión de líneas ’ que le permite señalar una línea cualquiera y hacer que se borre de la pantalla y la memoria de la computadora. (Cortesía de los Laboratorios de Investigación de General Motors.)

106 / computación

utilización de las computadoras

FIGURA 3. Estas fotografías de “antes y después” de la pantalla mostradas en la FIGURA 26, ilustran algunas de las posibilidades de este sistema. Cuando el ingeniero termina su trabajo y quiere hacer un registro permanente de lo que aparece en la pantalla, puede lograrlo indicando al sistema que ¡o almacene, y en este caso podrá tenerlo de nuevo en la pantalla en ' ualqúier momento. También puede hace * >,Le la computadora dé instrucciones a una máquina graficadora con coordenadas X-Y para que trace un dibujó a tinta, o bien, puede obtener una copia permanente por .medios fotográficos. (.Cortesía de los Laboratorios de Investigación de General Motors.)

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Dese a la computadora lo siguiente:

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La “computadora dibujante”. Con equipo auxiliar es po¬ sible ahora que uno se comunique gráficamente con una computadora. Este notable y significativo adelanto empieza apenas a influir en la práctica de la ingeniería, pero dentro de algunos años serán muy grandes la importancia y la utili¬ dad de la técnica gráfica de computadora. Puede verse en las Figs, de la 2 a la 5 que este sistema tiene verdaderamente un gran potencial de utilidad Esta lista de las formas en que los ingenieros emplean ac¬ tualmente las computadoras en su trabajo cotidiano no está completa. Es sólo una muestra para dar una idea de la utili¬ dad de estas, máquinas.

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1. Un medio económico de almacenar información. 2. Un medio económico de procesar información. 3. Un medio de manejar información a velocidades a las que sólo una computadora es capaz de hacerlo. 4. Un medio de rastrear o seguir muchos eventos o variables que interactúan y cambian concurrentemente, en situaciones en que la computadora es el mejor medio, si no el único, de lograrlo.

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FIGURA 4.

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UTILIZACION DE LAS COMPUTADORAS EN LAS OBRAS DE INGENIERIA En general, si un ingeniero incorpora una computadora en el sistema que diseña, la razón es que su solución requiere cuando menos uno de los siguientes medios:

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obras de ingeniería / 107

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Simulación. Una técnica que se extiende rápidamente es la simulación digital con computadora (Apéndice B). Es posible realizar experimentos rápida y económicamente en las compu¬ tadoras, teniendo un control completo del experimento. (El lector sabrá por qué los ingenieros recurren a la computadora para efectuar simulaciones digitales, especialmente si ha tenido que hacer una de ellas a mano.)

Esto requiere una explicación más detallada.

Almacenamiento y recuperación de información. La conservación de conocimientos, de modo que puedan ser ha¬ llados de nuevo sin un tiempo y un costo exagerados, es un problema crítico en la mayor parte de los campos de la acti¬ vidad humana. Lo mismo sucede en la medicina, el derecho, los negocios, la educación y el Gobierno, así como en la inge¬ niería. El cerebro, los libros y los archivos, que son los medios comunes de almacenar información, son cada vez más inade¬ cuados en muchos casos. Pero la computadora tiene una me¬ moria que es notablemente confiable, amplia y rápida. Y en esto reside su gran futuro. La humanidad tiene dos tipos principales de problemas de almacenamiento de información. Uno se refiere a la con¬ servación de conocimientos generales (por ejemplo, todo el conocimiento científico), que en la actualidad se halla típica¬ mente en las bibliotecas. El otro tipo comprende la informa¬ ción privada (por ejemplo, los archivos con los datos de los asegurados de una compañía de seguros) , que en la actualidad

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utilización de las computadoras en obras de ingeniería / 109

108 / computación

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varía inversamente con el cuadrado de la distancia al centro de la Tierra). Lo anterior hace que se incline ese extremo hacia una recta que va del satélite al centro del planeta. El momento estabilizador inducido por la gravedad hace que la estructura adquiera la orientación vertical deseada. En la posición A, la atracción gravitacional está en el proceso de orientar un satélite que da vueltas todavía. Finalmente la estructura adquiere la posición B y permanece en ella. En el lenguaje espacial lo anterior se conoce como “método de estabilización de satélites por gradiente de gravedad ¡Ojalá esta sencillez prevaleciera en todo el programa espacial!

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siempre debe estar dirigida hacia nuestro planeta. Consecuen¬ temente, dicho satélite debe tener un sistema de orientación que le impida dar vueltas y lo mantenga en la posición co¬ rrecta. Una larga varilla fijada al satélite proporciona una solución notablemente simple para este imponente problema, como se explica en la Figf-6. Para apreciar plenamente ¡as virtudes de esta solución se debe saber algo acerca de las alternativas. Son sorprendentes los complicados sistemas que han sido utilizados o propuestos para lograr este mismo objeto. Un sistema emplea sensores de horizonte electrónicos junto con eyectores de gas. Esta solución requiere gas comprimido y electricidad (el método del gra¬ diente de gravedad que describiremos en seguida no necesita ninguna fuente de energía), tiene aproximadamente un nú¬ mero de piezas 40 veces mayor, pesa casi cuatro veces más, su costo es aproximadamente 50 veces mayor, ocupa mayor es¬ pacio y es considerablemente menos confiable que el sistema de gradiente de gravedad. Las ventajas de este último son muy importantes, y se deben a la convicción de un ingeniero de que “debe haber un procedimiento más sencillo”. La varilla estabilizadora de un satélite puede tener desde unos 7.5 metros hasta varias decenas de metros de longitud, y obviamente no debe sobresalir del satélite durante la fase de

lite una varilla estabilizadora, por ejemplo, de 22.5 m, una vez puesto en órbita? En este caso, también se consideraron diversos sistemas muy complicados, pero la solución ideada finalmente es bastante sencilla; véase la Fig. 7. Obsérvense algunas de las virtudes de este simple “extensor de la varilla”, especialmente en contraste con la solución complicada que hubiera podido desanudarse. Es muy compacto, ligero, alta¬ mente confiable, relativamente barato y requiere muy poca fuerza motriz. De hecho, la elasticidad o acción de resorte del metal puede proporcionar la energía necesaria, de modo que podría funcionar sin motor. La sencillez de las soluciones adoptadas en estos tres casos es por cierto impresionante. Como es usual, estas creaciones relativamente simples son de fabricación económica, de fácil y barato manejo y mantenimiento, y altamente confiables. Asimismo, desde el punto de vista del orgullo profesional, las soluciones que son notablemente sencillas son las más satis¬ factorias. En consecuencia, bien vale la pena esforzarse por conseguir la sencillez. No hay que conformarse hasta que se hayan simplificado al máximo grado factible los mecanismos, circuitos, método de operación, procedimientos de conserva¬ ción y otras características de una solución. Por lo general hay una gran diferencia entre una solución practicable en el momento que es ideada y la misma solución después que ha sido efectivamente simplificada. En el capítulo 2 se señaló, cómo una solución hábilmente simplificada tiende a decepcionar al ojo inexperto en lo que se refiere a la dificultad del problema y a todos los conoci¬ mientos, aptitudes y esfuerzos que se emplearon en la solución. Lo anterior es particularmente cierto en los tres ejemplos citados. Es muy fácil subestimar crasamente lo que está bajo esta sencillez, en especial si uno no se percata de las soluciones supercomplicadas que pueden producirse (y de hecho se pro¬ ducen). Cuando una solución nuestra ha alcanzado este es¬ tado decepcionantemente simple, puede considerarse, por lo general, que se ha hecho un buen trabajo. Una característica de una persona excepcionalmente crea¬ tiva en casi cualquier campo, es la sencillez en sus trabajos. Obsérvense las pocas líneas que requiere un buen dibujante de historietas o caricaturas para producir el efecto deseado, las notablemente pocas pinceladas en una buena pintura, las es¬ casas pero bien elegidas palabras que necesita un buen escritor para expresar claramente su mensaje, las simples líneas en las grandes obras de arquitectura, o bien la gran sencillez de las tres obras de ingeniería recién descritas. En efecto, hay

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FIGURA 7. Este es el notable sistema diseñado para extender un largo brazo tubular estabilizador desde un satélite en órbita. Una larga tira metálica, de la longitud del brazo deseado, fe trata de manera que su forma normal sea tubular. Luego se enrolla sobre un carrete, quedando sin doblez, y se instala en el satélite. Una vez que éste está en

órbita, una señal de radio pone marcha un motor que desenrolla la tira. A medida que se va soltando, latirá recobra su forma tubular, y cuando está totalnnntS' extendida se convierte en el brazo estabilizador deseado. Pueden construirse así brazos o varillas de decenas o centenas de metros de largo.

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168 / el proceso de diseño la ingeniería y, según el criterio de sencillez, las tres soluciones son completamente artísticas. A menudo una solución de ingeniería, que es especialmen¬ te simple en comparación con lo que realiza, se describe como elegante. Puesto que la complejidad es lo contrario de la sen¬ cillez, la elegancia será arte en

Lo que ¡caliza utia solución La complejidad de la soiución La complejidad de una solución con frecuencia puede esti¬ marse satisfactoriamente contando sus piezas o elementos (re¬

sistores, transistores, engranes, levas, etc.), pero la razón ante¬ rior que expresa la elegancia es difícil de cuantificar. No obstante, el concepto de elegancia es útil. ¿DONDE ENTRAN LOS CONOCIMIENTOS CIENTIFICOS Y TECNICOS? ¿ Podría cualquier persona haber ideado las soluciones des¬ critas para los problemas del montador de llantas, del extensor del brazo estabilizador, y para la estabilización de satélites? Si no es así, ¿qué conocimientos especiales se requirieron? Una persona hábil, sin ninguna instrucción en ingeniería, pudiera haber ideado el concepto de la solución que sirvió de base para el nuevo montador de llantas, pero difícilmente hubiera po¬ dido especificar los detalles mecánicos de un dispositivo prác¬ tico: En el caso del extensor del brazo estabilizador, un buen mecánico pudiera haber pensado el concepto de la solución, pero el ingeniero que fabricó el mecanismo funcional debió tener conocimientos especiales sobre metales, tratamientos tér¬ micos, esfuerzos mecánicos, mecanismos y vigas en voladizo. Unicamente un persona familiarizada con los principios de la mecánica, los fenómenos gravitacionales, los sistemas oscila¬ torios y otras cosas semejantes puede tener los medios necesa¬ rios para idear, y luego realizar, la solución del gradiente de gravedad. El meollo de la solución en cada uno de estos ejemplos es la invención pura, un producto del ingenio de un ingeniero. Pero sin conocimientos técnicos y científicos especiales, hubie¬ ra sido virtualmente imposible que una persona convirtiese la idea básica en una solución factible o viable en ninguno de estos casos. Aunque la invención es una necesaria y muy im¬ portante parte del diseño en ingeniería, difícilmente es su¬ ficiente. Este análisis también hace destacar una importante dife¬ rencia entre los ingenieros modernos y hombres como Edison,

entran

los conocimientos

científicos

Whitney, Watt y otros de épocas precedentes. Todos fueron inventores, pero hay una gran diferencia en la cantidad y tipo de conocimientos utilizados por los dos grupos. Ejercicios

1. Se han descrito algunas elegantes soluciones a problemas de ingeniería. Halle usted cinco ejemplos más en el mundo que jo rodea. Escoja el que crea que es- el más elegante de los cinco, y preséntelo a competencia con otros simi¬ larmente elegidos por sus compañeros de clase. Una lista de ellos se repartirá después y cada alumno clasificará por rango o calidad las soluciones de la lista. Asígnese el nú¬ mero 1 a la solución que usted juzgue como lá Trias elegante, el 2 a la que crea, va en segundo lugar, etc. Los resultados de la votación se tabularán y darán a conocer. (Al autor de este libro le interesaría conocer los resulta¬ dos.)

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y técnicos?

/ 169

( ( CAPITULO

12

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HI proceso de diseño: Especificación de una solución;

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el ciclo de diseño Los DATOS de entrada a esta fase son la solución elegida, parte de ella en forma de croquis, apuntes, cálculos, etc., y gran parte de ella todavía en la cabeza del proyectista. Además de ser incompleto, este material está desorganizado y difícilmente en condiciones de poder ser presentado a los jefes o a los clientes. Falta describir con los detalles suficientes los atributos físieos y las características de funcionamiento de la solución propuesta, de manera que las personas que deben aprobarla, los encargados de su construcción y quienes la manejarán y conservarán, puedan desempeñar satisfactoriamente sus fun¬ ciones. El hecho de que alguien distinto de nosotros por lo general construya, opere y cuide nuestras obras, hace que ad¬ quiera especial importancia la presentación cuidadosa por escrito y la comunicación exacta de ellas. Los datos de salida de esta fase consisten usualmente de dibujos del proyecto, un informe escrito y, posiblemente, un modelo físico o icónico tridimensional. Los primeros de estos medios de comunicación, que se llaman a menudo “los planos” simplemente, son dibujos de la solución cuidadosamente rea¬ lizados, detallados y acotados. El segundo medio, el informe técnico, suele ser un docu¬ mento bastante formal que describe la propuesta con palabras, diagramas y croquis. Este informe también describe el fun¬ cionamiento de la solución y proporciona una evaluación cabal de ella. Es por medio de estos informes como la aptitud de expresarse se manifiesta a la gente a la que queremos im¬ presionar favorablemente. A veces se complementarán los planos y el informe con un modelo físico (pág. 64). Este es un medio de comuni¬ cación efectivo y de gran ayuda para favorecer la aceptación de la propuesta por nuestros superiores, clientes y el público. 171

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PROCESO DE DISEÑO EN VISTA RETROSPECTIVA

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proceso de diseño en retrospectiva

Es probable que esta fase del proceso, de diseño comprenda detalles considerables. Los dibujantes y otros auxiliares técnicos pueden librarlo a uno de una parte de la carga; pero, en ge¬ neral, usted debe especificar los tipos y propiedades de los materiales con los que se construirá su obra, así como sus dimensiones, métodos de unión o fijación, tolerancias y de¬ talles esenciales semejantes.

FIGURA 2. Fajes del proceso de diseño que muestran las robables entradas y salidas de ct Jase.

Enunciado vago de lo que se quiere

Formulación del problema

Probablemente el lector sea víctima de ciertos hábitos de pensamiento que interfieren con su habilidad de resolver pro¬ blemas. Si han de desechar tales Hábitos, tendrá que~trabajar en ello. Para. esto se requiere una disciplina consciente de la mente. El esfuerzo valdrá la pena, pues la retribución consis¬ tirá en obtener resultados adecuados en la resolución de pro¬ blemas profesionales y personales. Se le recomienda que dedi¬ que cuidadosa atención a su técnica de diseño. Estudie y aplique el proceso resumido en la Fig. 2 hasta que sea algo natural para usted. Examine su enfoque y realice una auto¬ crítica constructiva. Después que haya tenido experiencia, quizá desee modificar el procedimiento que se ha recomen¬ dado, y adoptar otro que se ajuste mejor a sus necesidades y preferencias. Lo anterior será excelente, pues significaría que está prestando atención a sus métodos de diseño, lo cual es exactamente lo que desea el autor. Una encuesta entre profesionistas y maestros de ingeniería amantes del progreso, revela una creencia general de la exis-

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tencia de un procedimiento particular de diseño, fjue a largo ptazo da excelentes resultados, tanto en la calidad de las solu¬ ciones como en el costo de llegar a ellas. Es cierto que aun el más. deficiente enfoque para resolver problemas puede dar ocasionalmente una solución aceptable, pues un elemento del azar está comprendido en la generación de ideas. Además, el empleo de un enfoque óptimo no garantizará que las solucio¬ nes finales de todos los problemas serán mejores que las que pudieran obtenerse .mediante procedimientos deficientes; La diferencia está en la probabilidad de obtener superiores resul¬ tados, de modo que la ganancia consistirá en el mejor desem¬ peño del lector en su trabajo, a largó plazo. Aunque hay un acuerdo general sobre la existencia de un procedimiento óptimo de diseño y sobre sus principales carac¬ terísticas, las autoridades en la materia no concuerdan en los aspectos específicos. Por ejemplo, todos los autores recomien¬ dan que se empiece el ataque de un problema con una cuida¬ dosa definición de éste. En este aspecto el autor no está de acuerdo con la mayoría, sino que recomienda una definición del problema en dos etapas: el cuadro general primero y luego los detalles. Alguno autores no dicen nada concreto acerca de cómo definir un problema; otros recomiendan seguir un sistema y una nomenclatura. El autor de este libro recomien¬ da un sistema específico y ya ha dado buenas razones para ello. Se mencionan estas diferencias para que el lector esté preparado si ha de seguir estudiando más la materia del dise¬ ño, lo cual es muy recomendable. El proceso de diseño es una serie de etapas en la evolu¬ ción de la solución a un problema. El objeto de cada fase es diferente; asimismo lo será el tipo de actividad en la resolu¬ ción de problemas que predomine en cada uno. Sin embargo, estas etapas no tienen fronteras bien definidas, ni tampoco constituyen la serie ordenada de pasos concretos y bien defi¬ nidos que esperaría el idealista. Hay cierta confusión a medida que el énfasis pasa de una fase a la siguiente. Ocasionalmente, las soluciones se le ocurrirán a uno mientras la definición del problema sea la actividad predominante; durante la fase de búsqueda puede decidirse reformular el problema. Similar¬ mente, es imposible no efectuar una cierta evaluación en la fase de búsqueda. El azar juega un papel significativo en este proceso; nuevas informaciones y nuevas ideas se descu¬ bren inesperadamente, se revelan consecuencias adversas y se encuentran callejones sin salida. Todo esto da origen a irre¬ gularidades y retrocesos, como se muestra en la Fig. 3. En algunos casos el proceso de diseño estudia sólo las ca¬ racterísticas generales de la solución, tratando temporalmente

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( ( 174 / el proceso de diseño

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Formulación

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el ciclo de diseño / 175

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Representación gráfica Je la distribución del tiempó de trabajo de un ingeniero en las fases del proceso de diseño durante uni proyecto. Tales gráficas varían radicalmente para

diferentes

proyectos; algunas

están relat ivamente ordenadas, mientras que otras serían mucho más irregulares que la de esta figura.

los subsistemas y componentes como “cajas negras”. Lo an¬ terior se realiza a veces en un estudio de factibilidad, donde los detalles se especifican solamente al grado necesario para permitir al ingeniero predecir satisfactoriamente los costos de desarrollar y producir el dispositivo, y pronosticar la acepta¬ ción por los consumidores. El diseño detallado depende de las predicciones favorables. En el diseño de sistemas a gran escala se emplea un pro¬ cedimiento similar debido a la complejidad del trabajo total. Un satélite de telecomunicaciones tiene numerosos subsistemas principales, cada uno con cientos o miles de elementos en los cuales interviene el trabajo de muchos ingenieros. En el diseño de tan complicado dispositivo, las características generales de cada subsistema se especifican sin dar mucha atención a los detalles de los componentes. Después que se hayan establecido tentativamente los aspectos más amplios del sistema total, se inicia a! diseño detallado de subsistemas y elementos. Se asigna un equipo de ingenieros a cada subsistema principal y a cada equipo se le dan determinados datos de entrada y de salida, restricciones sobre tamaño, peso, etc., que se fijaron en la fase de diseño del sistema total. El diseño del sistema total y el de sus subsistemas obviamente están muy relacionados, como su¬ cede también con las actividades de los diferentes equipos. La recurrente cuestión de la faelihilidad económica. Hay notablemente pocas cosas que el hombre no pueda lograr con el tiempo y el dinero suficientes. Rara vez el problema consiste en si un dispositivo puede ser creado para un fin de¬ terminado. Es casi seguro que podrá realizarse si alguien está dispuesto a pagar el precio. La cuestión real suele ser la si¬ guiente: ¿puede crearse una solución conveniente? Por lo tan¬ to, en la mayoría de los casos la factibilidad técnica no es un obstáculo, pero sí lo es la factibilidad económica. La concepción de un diseñó implica la hipótesis de que una solución al problema es factible económicamente y que

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será retribuida con creces la inversión en ingeniería y otros recursos para crear una solución. Antes de empezar a diseñar

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Desde el momento en que romienza un diseño

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una máquina para ensamblar o montar los interruptores de tiras, los ingenieros deliberaron sobre las posibilidades de un resultado ventajoso. La decisión para llevarlo a cabo se fundó en su juicio, en la experiencia anterior en trabajos semejantes y en la disposición a aceptar un cierto riesgo. se pone

prueba la hipótesis de que se producirá una solución ventajosa. Esta cuestión se plantea repetidamente, aunque no siempre en forma explícita, en el proceso de diseño: “Sobre la base de lo que se ha aprendido hasta ahora en el proyecto, ¿se tienen indicios de una utilidad suficientemente alta para que se justifique la continuación?” Así, pues, en cualquier a

momento desde su etapa conceptual hasta la de especifica¬ ciones, un proyecto está sujeto a ser suspendido si la infor¬

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mación acumulada indica que probablemente no se hallará una solución conveniente según las condiciones actuales de la tecnología. Por supuesto, al principio de un proyecto se sabe relativa¬ mente poco acerca de la probable solución final, de manera que en esta etapa hay muchas incertidumbres y, por lo tanto, un riesgo apreciable de estar equivocado al suponer que el resultado es económicamente factible. A medida que se avan¬ ce en el proyecto se obtendrán soluciones alternativas, se apreciarán otras posibilidades y adquirirá más importancia alguna otra información sobre la cual basar una respuesta a la cuestión siempre presente de la utilidad o conveniencia. Por lo tanto, el riesgo de tomar una decisión equivocada es mᬠximo al principio de un proyecto, y disminuye progresivamente a medida que se avanza y se acumula la información. Las recomendaciones relativas a la factibilidad económica los de proyectos en perspectiva son una parte muy importan¬ te del trabajo de un ingeniero. Tales decisiones están lejos de ser sencillas y, sin embargo, al ingeniero que ha cometido va¬ rios errores a este respecto no se le considera favorablemente.

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EL CICLO DE DISEÑO El trabajo de un ingeniero rara vez termina al especificar una solución; su responsabilidad se extiende ordinariamente hasta la obtención de la aceptación de su diseño, la vigilancia de su instalación o construcción y su uso inicial, la observación y evaluación del mismo durante su funcionamiento y la deci¬ sión (o bien, la ayuda para tal decisión) de cuándo sea acon¬ sejable un nuevo diseño. Estas funciones completan el ciclo esquematizado en la Fig. 4.

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( variedad de los problemas de diseño / 177

176 / el proceso de diseño

Reactivación del proceso de diseño.

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Acondicionamiento de la solución. No suponga que las so¬ luciones ideadas serán adoptadas automáticamente, construi¬ das en forma apropiada y utilizadas como se ha previsto. Mu¬ chas cosas pueden ir equivocadas y hay que tomar medidas para evitar esto, entre el momento que se especifica una solu¬ ción y aquél en que se ha realizado. Por ejemplo, se necesitan algunas disposiciones para ase¬ gurar que la solución sea aceptada por la gente a quien corresponda. Los ingenieros a menudo comienzan su carrera con la errónea impresión de que si sus proposiciones son técnica y económicamente correctas, serán naturalmente acep¬ tadas.,Pero la ingeniería es por lo general una función jerar¬ quizada en una organización, de manera que los ingenieros emiten sólo recomendaciones y no órdenes. Lo anterior, más la posibilidad de que haya diferencias de opinión, hace impe¬ rativo el hecho de que hay que dedicar una cuidadosa atención al aspecto de lograr la aceptación de las propuestas. Los ingenieros jóvenes son susceptibles a desanimarse des¬ pués de que varias de sus proposiciones hayan sido rechazadas. Están inclinados a culpar a otras personas, a su organización y a cualquier otra persona o circunstancia, menos a ellos mismos. Pero lo cierto es que han subestimado la necesidad de una presentación adecuada de sus propuestas, de persuadir a otros del valor de sus ideas, de tener un cierto compromiso realista respecto a algunas de las características de sus diseños propuestos, y de una cuidadosa planeación para reducir al mínimo la oposición al cambio. Vigilancia continua. La vigilancia periódica de sus solu¬ ciones en uso, es especialmente valiosa por su utilidad para mejorar futuros diseños. Raro es el ingeniero que no puede beneficiarse por Ja observación de su obras puestas en servicio.

La evaluación perió¬ dica de las soluciones en uso también proporciona una base para decidir cuándo hay que diseñarlas de nuevo. Ninguna solución a un problema práctico conserva indefinidamente su calidad. Con el tiempo se descubren nuevos métodos, se pre¬ sentan nuevas demandas, se acumulan nuevos conocimientos, cambian las condiciones y se produce el deterioro físico. En consecuencia, se alcanza un punto en la vida de un diseño en que es ventajoso buscar una mejor solución. Un departa¬ mento de ingeniería puede decidir inteligentemente cuándo emprender un rediseño sólo si se revisan periódicamente las soluciones corrientes a los problemas de su campo. El ciclo de diseño se completa cuando, después de que una solución a un problema se ha ideado y utilizado por varios años, se da uno cuenta de que sería provechoso un nuevo diseño, y entonces se inicia otra vez el proceso de hallar una solución adecuada.

VARIEDAD DE LOS PROBLEMAS DE DISEÑO EN INGENIERIA Se describirán a continuación dos trabajos de ingeniería para ilustrar la amplia aplicabilidad del proceso de diseño. El trabajo A comprende el diseño de un dispositivo que convierta directamente la palabra hablada en escrita. La entrada será un mensaje verbal y la salida tiene que ser el registro en papel de dicho mensaje. Tal dispositivo obviamente tiene valor comercial. El trabajo B implica también un diseño. Un ingeniero está empleado en una compañía que fabrica equipos eléctricos, ta¬ les como motores y transformadores, y monta estos elementos en sistemas de potencia diseñados para satisfacer las necesi¬ dades particulares de clientes individuales. La mayor parte de éstos son fábricas, refinerías, empresas tipográficas, etc. Un cliente potencial, una compañía manufacturera de papel que planea construir una nueva planta, ha solicitado al ingeniero que se familiarice con el proceso de fabricación de papel, que efectúe una cabal investigación de las necesidades de la em¬ presa y que diseñe luego un sistema eléctrico completo de potencia adaptado al proceso. Al realizar lo anterior, el inge¬ niero se basará naturalmente en los equipos fabricados por su compañía y presentará al futuro cliente su diseño junto con el precio del sistema. Si su sistema es comprado, supervisará su instalación y permanecerá en contacto con su obra hasta que el nuevo sistema esté funcionando normalmente. El trabajo A trata principalmente de la concepción de un nuevo dispositivo. Hay un mínimo de experiencia anterior en

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178 / el proceso de diseño

Principalmente IDEAR los dispnsitivos. estructur, ras y procesos

En este exfremo la actividad es sumámente

técnica e implica bastante Innovación y exploración

La experiencia necesaria

la resolución de problemas es minima

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qué apoyarse; se requieren muchas ideas originales y puede ser necesaria la investigación. El trabajo B trata primordialmente de la aplicación de dispositivos y elementos existentes a la satisfacción de las ne¬ cesidades de clientes específicos. Para este tipo de trabajo el ingeniero puede utilizar un gran acervo de experiencia en el diseño de tales sistemas para casos semejantes. Aunque cada situación es diferente hasta cierto grado, el trabajo de diseño difícilmente podría considerarse como exclusivamente original Mientras que la principal dificultad del trabajo A provie¬ ne de su naturaleza de obra única sin antecedentes, en el caso B consiste en adquirir un completo conocimiento de los requi¬ sitos particulares de un cliente específico. La principal recom¬ pensa ofrecida por el trabajo A es la oportunidad de crear algo básicamente nuevo para beneficio de la humanidad; en el caso B, es la oportunidad de servir directamente a un cliente y observar los resultados y la satisfacción experimentada por él. Estas dos clases de trabajo están cerca de los extremos de una amplia variedad de tipos de actividades de diseño (Fig. 5). En tal variedad quedan comprendidos trabajos tales como el diseño de un vehículo interplanetario para pasajeros, una cortadora automática del cabello, una carretera a prueba de accidentes, una fábrica, un automóvil, una planta de cemento, un puente y algún otro que se encuentre el lector. La solución de cada uno de estos problemas requiere la aplicación del pro¬ ceso de

I 1. I

Principalmente APLICACION de dispositivos, estructuras y procesos

La actividad en este extremo implica un mínimo de innovación técnica

La experiencia necesaria para guiar la resolución de problemas es máxima

FIGURA 5. El diseño en ingeniería comprende una gran variedad o “espectro” de tipos de actividades que sirven para satisfacer muy diversas necesidades.

diseño.

13 '

CAPITULO

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Optimización de los métodos de resolución de problemas

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EN EL CAPí TULO 6 se aplicó el concepto de optimización a las soluciones de problemas de ingeniería. El concepto también es aplicable a los métodos que emplea el ingeniero para alcanzar tales soluciones, por ejemplo, los sistemas de medición, los métodos de cálculo, los modelos, y el número y clases de téc¬

nicos que utiliza. Por ejemplo, hay un grado óptimo para el refinamiento de un modelo. A largo plazo los errores originados por las predicciones hechas con el modelo tendrán un costo aprecia¬ ble. Lo anterior se debe a que se producen equivocaciones, fallas, accidentes, reparaciones y cambios cuando las decisiones se han basado en predicciones erróneas, o a que se necesitan altos factores de seguridad para prevenir tales condiciones advenas (por ejemplo, cuando se construye una viga con un tamaño del doble del que predice una ecuación). Los proyectistas de una planta química confían en un mo¬ delo analógico para hacer predicciones en las que puedan basar su diseño. Si después que la planta haya sido construida hay un pequeño desacuerdo entre el funcionamiento predicho y el real, tal situación es de poca importancia práctica y se acepta como inevitable. En este caso es despreciable el costo de la falta de correlación entre los resultados predichos y los reales, como lo indica el punto 1 de la Fig. 1(a). Sin embargo, una discrepancia mayor revelaría que hubo algunas decisiones de diseño incorrectas, que se descubrirán después de la cons¬ trucción de la planta y darán lugar a costosas modificaciones. En este caso el costo de la discrepancia puede estar alrededor del punto 2. Un desacuerdo aún mayor puede resultar en algo mucho más costoso, v.gr., una explosión, cuyo costo puede estar en la región del punto 3. Para todos los modelos existe una situación semejante. La gráfica indica lo que sucede ge¬ neralmente al costo de los errores en las predicciones de un 179

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c ( 180 / optimización de los métodos

modelo, a medida que un ingeniero refina éste y reduce dichos errores. El costo disminuye con rapidez decreciente hasta al¬ canzar finalmente un punto en el que los refinamientos adicio¬ nales producirán un beneficio despreciable y no vale la pena

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utilizarlos. Hay otra buena razón para no intentar el refinamiento de un modelo hasta el punto en que la curva de la Fig. l(aV se acerca a la horizontal. El costo de desarrollar y aplicar un modelo crece corno lo indica la curva de la Fig. 1 (b). Este costo aumenta con rapidez creciente porque, a medida que se realizan más esfuerzos para reducir el error en las prediccio¬ nes del modelo, las mejoras adicionales son cada vez más di¬ fíciles y tardadas de lograr. Lo anterior es generalmente cierto. El grado óptimo de refinamiento, entonces, es el punto en que es mínima la suma de esos dos costos; véase la curva de la Fig. 1(c). Es antieconómico tratar de refinar un modelo más allá de ese punto. La situación resumida por la curva de la Fig. 1 (c) no es exclusiva de la representación mediante modelos. Se presenta en los sistemas de medición, en los métodos de búsqueda de información y eri la mayor parte de los instrumentos, técnicas y procedimientos que se emplean en el trabajo. En cada caso hay un grado óptimo de refinamiento simplemente porque el personal de trabajo y otros recursos dedicados a tales fines se necesitan en otras actividades, y también porque un mayor mejoramiento produce ganancias decrecientes. De hecho, por las mismas razones básicas hay un número óptimo de horashombre para la resolución de un problema.

SELECCION DE UNA “HERRAMIENTA PARA EL TRABAJO”

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Imagínese que está usted en su escritorio trabajando en primer lugar tiene un sistema de ecuaciones simultáneas que resolver. Es de esperarse que no proceda a resolverlas automáticamente, en la forma en que su profesor le enseñó en la escuela; en vez de eso haga una pausa y piense... ¿el método de substitución, el de substracción, el de tanteos, los medios gráficos, los determinantes, la computado¬ ra, algunos otros? Luego, para elegir la mejor de estas posi¬ bilidades, considere el tiempo probable requerido por cada procedimiento, el costo del equipo utilizado y la exactitud ob¬ tenida. Sobre la base de estos criterios juzgue qué alternativa se adapta mejor a esta situación. O bien, suponga que tiene un conjunto de números cada uno de los cuales debe elevarse al cuadrado, sumado, prome¬ diado, etc. Desde luego, la computadora no es automáticaun cierto problema y que en

selección de una “herramienta” / 181 mente el medio adecuado. Muy posiblemente el método más rápido y barato es el procedimiento ordinario de lápiz y papel, o bien, la regla de cálculo, la calculadora de escritorio o aun la exploración a ojo de las cifras y la estimación de las can¬ tidades que se necesitan. Quizá, también, se pudiera dar ese trabajo a un empleado. El punto es que hay numerosas alter¬ nativas -y se deber considerar antes de emprender una tarea

determinada. Ya se ha dicho: Hay alternativas. Estos estudios de casos de los métodos alternativos de resolución de problemas, ilus¬ tran la naturaleza de casi toda técnica, procedimiento y dis¬ positivo que podrá emplearse. Se verifica lo anterior ya sea que se trate de medir, predecir, calcular, comunicafT-ete. Y — como ninguna de las alternativas es óptima en todos los casos, toca a uno considerar las posibilidades y hacer una selección inteligente antes de iniciar un trabajo dado. Pero, pongámo¬ nos de acuerdo primero. Las escuelas de ingeniería actua¬ les, en general, no cumplen con la tarea de estimular al alum¬ no a efectuar lo anterior, ya que no enseñan cómo. De manera que incumbe al autor de este libro, a algunos profe¬ sores que sí dan atención a este asunto y principalmente al lector, el desarrollo de su aptitud para optimizar sus métodos de resolución de problemas.

Cómo no hay que hacer la selección. En parte por falta de tiempo, no se le enseñan a usted en sus estudios superiores todas las formas aceptables de resolver un tipo dado de pro¬ blemas. Pero no hay que permitir que lo confunda a uno el hecho de que se le enseñe sólo un modo de resolución; puede suponerse de seguro que para cada problema existen alterna¬ tivas que vale la pena considerar. Además, probablemente lo más sensato mientras se está en la escuela es resolver cada tipo de problema como se le haya enseñado, pero una vez graduado se deben explorar todas las alternativas y utilizarlas cuando sea apropiado. No hay que continuar por años resol¬ viendo un tipo particular de problema con un método deter¬ minado, sólo porque es el procedimiento que se aprendió en la escuela. (Es muy probable que sea caprichoso y consuma más tiempo del necesario en un determinado número de casos.)

Hay otras razones indeseables para resolver siempre un tipo de problema de cierta manera. Una es el hábito o cos¬ tumbre, que por supuesto es el camino de menor resistencia. A menudo es mucho más fácil utilizar mecánicamente y a ciegas el mismo procedimiento cada vez que se presenta un tipo de problema que detenerse y razonar, considerar y quizás cambiar el método. Y no se piense que en la práctica de la

(

182 / optimización de lot métodos

Informa c¡¿"

de enlr Medidonei. fado s de pruebas, resultado

Cómo se debe hacer la selección. Primero, búsquense las alternativas disponibles para el trabajo que > se tenga, luego apliqúese un sólido criterio para elegir el enfoque que sea óptimo en la situación particular. Lo que el autor quiere decir con “sólido criterio” se ilustrará -en-el siguiente ejemplo. -

constar fes conocidas. supuestas dicii condiciones upira información

4 Juicio humano; o m odelo matemético; o rqpdeílo de simulación; o construcción y prueba del objefo reaI

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FIGURA 2.

Predicción

Método de predicción

Juicio

Modelo matemático

Construcción Simulación

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y prueba bajo condiciones reales

Criterio Costo de la predicción

Generalmente aumenta Generalmente aumenta

Error

Generalmente aumenta

Tiempo necesario

Además tal juicio es rápido y de poco costo. En otros casos . FIGURA 3. Aieunas leneraiúaciones matemáticos o los distintos tipos los- modelos de simulación métodos de predicción. Estas soa c . . serán los procedimientos más adecuados. En ciertas circunstan- eso. generalizaciones, pero con cias la construcción directa de una alternativa y su ensayo en “gi™. qÿ'to'Z'kZTcLiieado método, cm respecto ai costo las condiciones reales será el mejor método, aun cuando este , error, el cual no podrá ser ser suele cososo muy y tardado (obviamente evaluado hasta que se comiencen procedimiento que resultará prohibitivo en casos como el ejemplo ía¡°‘ concretos. En de la ter- °general, cuando r se traía de un f

Proce¬ sador

nformación de salida

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ingeniería no hay manías, ni tampoco ingenieros que resuelven problemas por métodos ultrarrefinados sólo con el fin de impresionar a sus colegas. De seguro que algunos trabajos son efectuados con una computadora cuando bastarían procedi¬ mientos más simples y baratos, sencillamente porque estas mᬠquinas están de moda y se causa una buena impresión. (Pero el autor se apresura a indicar que lo anterior no es propio de la buena práctica de la ingeniería.)

selección de una “herramienta” / 183

Supóngase que se está diseñando una gran terminal de autobuses que pueda manejar varios miles de vehículos de transbordo por día. En particular, se desea predecir la capa¬ cidad, las lineas de espera (o colas) de personas, los conflictos en el abordaje de los autobuses y la efectividad general de los diferentes diseños considerados. Para este objeto se puede re¬ currir a uno o a varios de los siguientes métodos principales de predicción: su propio juicio, un modelo matemático, la simulación o los experimentos con el objeto real. Al elegir un método para este trabajo se deben aplicar estos criterios: costo de hacer la predicción, que depende de las horashombre requeridas y de los medios utilizados. Esta es la parte obvia. • El costo del error en las predicciones, que depende de la magnitud de tal error y de su influencia sobre la .situación concreta. En un cierto caso un error podría no tener con¬ secuencias; en otro, el misino error podría originar pérdidas de vidas y daños a la propiedad. • El tiempo absoluto necesario para hacer las predicciones. Un juicio puede formularse en unos cuantos segundos; la construcción de un prototipo a escala natural para ensayarlo en las condiciones reales, puede demorar semanas o meses

• El

un proyecto.

La Fig. 3 muestra cómo se clasifican los principales mé¬ todos de predicción con respecto a estos criterios. Ninguna de estas alternativas es la mejor para todos los casos, sino que cada una tiene su propia aplicación. En algunos casos el juicio personal es el método a utilizar; puede ser erróneo, pero al¬ gunas veces el error relativamente carecerá de consecuencias.

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mínal de autobuses) .

trabajo especifico de predicción,

“Herramientas” elegantes. Hasta ahora hemos hablado de

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, . , , . . optimización, razón beneficio a costo, alternativas y criterios, en lo que se refiere a su aplicación a los métodos de resolución de problemas. Otros aspectos descritos anteriormente en el li¬ bro se aplicaron aquí también. Uno que es particularmente apropiado es el concepto de elegancia (pág. 167) Obsérvese

.

que las recomendaciones' de sencillez y elegancia hechas por el autor se aplican tanto a lps métodos para lograr las solu¬ ciones como a las soluciones mismas. En este sentido la ele¬ gancia es la utilidad de una “herramienta” con relación a su complejidad. Hay programas elegantes de computadora y otros no tanto, y lo mismo puede decirse de los métodos de análisis de esfuerzos, procedimientos computacionales, métodos de me¬ dición, etc. Aunque quizá se piense que uno nunca utilizaría una técnica o procedimiento innecesariamente complicado en el curso de la resolución de un problema, vale la pena men¬ cionar este punto. Sin vacilación empléense computadoras o matemáticas complicadas cuando sean los mejores medios para el trabajo que va a realizarse, pero hay que evitar ser como el individuo que toma un tractor para hacer un trabajo de dos minutos que sólo requiere pico y pala.

el autor considera estas alternativas a Primero comprueba que el juicio personal sea adecuado,- si no lo es, ¡nuesti.a

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Ejercicios

1. Después de leer este capítulo es seguro que usted tenga algo inteligente que decir acerca del “procedimiento co-

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CAPITULO

rrecto comparado con el mejor procedimiento” para resolver un problema dado. Escriba un breve ensayo sobre el tema.

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2. Hay un periodo óptimo (en días de calendario) para la terminación de un proyecto. Trácense las gráficas (no es necesario usar escalas) que representen los principales cos¬ tos conflictivos y el costo total. ¿Qué importancia tiene esto con respecto a los proyectos de ¡levar al hombre a la Luna y de) aeroplano supersónico de pasajeros, que son

ambos programas de urgencia? 3. De uno de sus cursos actuales escoja un tipo particular de trabajo —de cálculo, de predicción, de medición, etc.— y describa el mayor número_que_pueda_de métodos alter¬ nativos para hacer tal trabajo. Indique los criterios que utilizaría para elegir el mejor procedimiento.para un caso particular.

La ingeniería y la sociedad O medios de trabajo, las máquinas y las construcciones generalmente tienen gran influencia sobre la

LAS HERRAMIENTAS

vida de los hombres; muchas de ellas han estado íntimamente relacionadas con importantes eventos políticos, sociales, bé¬ licos y económicos de la historia. Por ejemplo, consideremos las acciones recíprocas de índole comercial, cultural y política entre diversas naciones cuando fueron apareciendo navios ca¬ paces- de atravesar los grandes mares; el incremento de la productividad agrícola que resultó del reemplazo del arado de madera por el de hierro; el efecto de la imprenta sobre la preservación y divulgación de los conocimientos; el impacto militar y político de la aparición de una nueva arma, tal como la bomba atómica; la gran influencia social y económica del automóvil. Los anteriores no son los únicos efectos de estos artefactos, ni tampoco son ellos los únicos objetos que han tenido importantes consecuencias para la humanidad. Los aparatos, estructuras y procesos tecnológicos creados por los ingenieros de nuestros días no son diferentes en este aspecto. Tales obras influyen significativamente en el bien¬ estar físico y la seguridad personal del hombre, en su' locómoción, en la facilidad con que puede comunicarse, en la edu¬ cación que necesita, en la duración de su vida, en el tiempo, contenido, exigencias físicas y estabilidad de su trabajo, en sus actividades de recreo y en su ambiente físico. De hecho, nuestros sistemas económicos, sociales, políticos y militares son afectados y dependen notablemente de las obras de ingeniería. Consideremos uno de estos aspectos, el ambiente físico. El área urbana densamente poblada, con sus altos edificios, ins¬ talaciones, ruido, congestión de tránsito y aire contaminado; las carreteras de alta velocidad; las obras hidráulicas, como presas y canales. Todos estos son aspectos de nuestro ambiente exterior del que la ingeniería es responsable en alto grado. Y

185.

14

( ( la ingeniería y la sociedad / 187

186 / la ingeniería y la sociedad

Despepitadora de algodón Aeroplano Motor eléctrico

Televisión Fusil

Elevador Estufa de gas

Computadora Radar Linotipo

Máquina de vapor FIGURA 1.

Sociedad ,

Creaciones

Conocimiento

Ingeniería

FIGURA 2.

obsérvese que se puede tener también un ambiente interior muy próximo a lo ideal, indeffendientemente de cuales sean las condiciones externas de iluminación, temperatura y hume¬ dad. Los efectos de este ambiente artificial no son sólo físicos. Recuérdese que el comportamiento de una persona está deter¬ minado en parte por lo que la rodea y, en consecuencia, los ingenieros .influyen indirectamente sobre la conducta humana por medio de las obras que alteran el ambiente de una co¬

munidad. El principal objeto: de esta descripción ha sido despertar en el lector su “conciencia de los efectos”, es decir, hacer que se dé cuenta de los efectos tan profundos de las obras de ingeniería. Todo lo que usted produzca como ingeniero ine¬ vitablemente afectará a la gente, probablemente a muchas personas, en numerosas formas. Para desarrollar tal conciencia se recomienda dedicar unos minutos a la Fig. 1, en la que aparece una lista de algunas de las muchísimas obras de inge¬ niería que han afectado significativamente la vida de los hombres. Se sugiere reflexionar por un momento en cada una, visualizando los efectos que usted sepa o pueda imagi¬ narse fácilmente que han tenido sobre la gente. La sensibilidad de un ingeniero al efecto de sus soluciones es importante por dos razones. La gente interviene directa¬ mente en las obras que produzca, como usuarios, operadores y conservadores de ellas. Así, son las personas quienes pilotean aeroplanos, utilizan los medios de transporte, reparan auto¬ móviles y manejan máquinas en las fábricas. De la efectividad con que los diseños de uno satisfagan a la gente dependerá especialmente el concepto que se formen de uno como in¬

geniero. Pero un aeroplano de reacción produce un ruido que mo¬ lesta a los habitantes de muchos lugares; la utilización de máquinas en las minas ha afectado a los mineros, a sus fami¬ lias y a comunidades enteras; el puente de Verrazzano-Narrows ciertamente significa algo más para los residentes de Staten Island (que antes formaban una comunidad relativa¬ mente aislada) que sólo un medio más conveniente de ir a otras partes de la ciudad de Nueva York; la construcción de una fábrica para manufacturar el desalador de agua (véase la pág. 19) en una zona semirrural afectará de seguro a esta región, pues creará nuevos empleos, aumentará el tránsito y producirá “inflación local”; un túnel o puente que cruce el canal de la Mancha acentuará notablemente la interacción de los pueblos de varias naciones. Así, pues, las obras de in¬ geniería afectan indirectamente a la gente en diversas formas. También de los efectos secundarios, buenos y malos, de las

De manera que sus proyectos satisfagan mejor las necesi¬ dades y gustos de la gente

¿Por qué?

__

De manera que se puedan predecir los efectos directo e indirecto de sus obras

CONOCER la sociedad sobre la que se influye ¿Cómo?'

Debido a que las obras de ingeniería tienen extensos efectos sobre la gente, se debe:

Estudiando materias tales como Psicología y Sociología

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Aprendiendo, para cada problema, las necesidades, preferencias, valores, etc., de los afectados

En las soluciones que se producen

TENER PRESENTE a la sociedad

Por su participación en los asuntos públicos

En los problemas en los que se emplea el talento

soluciones que se creen, dependerá el juicio que tengan de uno como ingeniero. Si sus obras han de servir bien a la gente y usted ha de ser juzgado favorablemente en ambos aspectos, deberá “conocer” la sociedad a la que afectarán sus soluciones y tener en cuenta el bienestar de ella (Fig. 3). Conozca al ser humano y su comportamiento individual y social. Lo que la gente necesita, prefiere y tolera, debe influir marcadamente en las características de sus diseños. Si usted diseña una nuevo sistema de tránsito de alta velocidad de "para una población y busca satisfacer al mayor número deseos. y necesidades sus personas, es conveniente que conozca ¿Adonde querrá viajar la gente y en qué momento? ¿Qué importancia conceden las personas a su privada o aislamiento en un auto en relación con la frecuencia de las paradas de un

FIOUHA 3. Resumen del ,4'

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( 188 / la ingeniería y la sociedad

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ómnibus y a su comodidad en relación con otros criterios? ¿Hay suficientes personas dispuestas a ceder la privada e ¡ndependencia proporcionada por los automóviles para hacer factible un nuevo sistema de tránsito de alta velocidad? ¿Cómo reaccionarían ante la construcción de estructuras de soporte para ferrocarriles elevados que crucen zonas suburbanas? ¿Qué intensidad de ruido tolerarían? El hallar respuestas a estas preguntas es parte del proceso de conocer a la gente que será afectada directa e indirectamente por ei sistema. Durante el diseño se utilizará esta información para predecir cómo reaccionará la gente a las alternativas que se están conside¬ rando (es decir, ferrocarriles elevados o subterráneos, vehículos individuales o colectivos) en el intento de maximizar la sa¬ tisfacción y minimizar la oposición o resistencia. Si se tendrán que predecir completamente las influencias económicas, sociales, culturales y políticas de las soluciones alternativas, conviene aprender de estos asuntos en la univer¬ sidad. Se recomiendan para este objeto los cursos de economía, psicología, sociología, ciencias políticas y humanidades. Asi¬ mismo, se debe estudiar a fondo la influencia de algunos artcfactos como los enlistados antes. Será una provechosa expe¬ riencia para el lector analizar cómo influyen varios de ellos, incluyendo los efectos directos e indirectos, tanto adversos como benéficos. Desafortunadamente esta clase de cursos rara¬ mente se incluyen en los planes de estudios de ingeniería, de modo que es algo que debe hacerse por iniciativa propia.

Atención al bienestar del hombre. Es de esperarse que se tenga interés en algo más que en los efectos de gran alcance de las obras de ingeniería; también tendrá uno que estar real¬ mente interesado en la gente afectada. Una cosa es saber que los habitantes de muchos pequeños poblados sufrirán grandes

trastornos por la construcción de una presa, y otra cosa es saber lo anterior y tratar efectivamente de reducir al mínimo los daños y perjuicios, y facilitar los ajustes económicos, so¬ ciales y personales. Por ejemplo, un ingeniero consultor prepara recomenda¬ ciones para un proyecto de renovación urbana. Una de las alternativas principales consiste en restaurar las viviendas exis¬ tentes en el área; otra sería despejar toda el área y construir nuevos edificios. Los costos de construcción de las alternativas son relativamente fáciles de estimar. Pero hay otros factores que se deben considerar: las consecuencias sociales, que son enteramente distintas de las alternativas disponibles. Sería conveniente que el ingeniero considerase estos efectos sociales se¬ cundarios, junto con los costos tangibles, al formular sus recomcndaciones. Es de esperarse también que, sin importar cuál

la ingeniería y la sociedad / 189

sea el plan que proponga, incluya en sus recomendaciones sugerencias para minimizar los costos sociales y maximizar lo

beneficios del proyecto.

Se ha criticado a los ingenieros el mostrar insuficiente in¬ terés sobre las implicaciones totales de sus obras, en especial estas en los efectos indirectos y a largo plazo. Muchas de fabricante compañía una cuando dirígidas; mal están críticas

de automóviles eleva ¡a potencia de sus autos sin ninguna razón, a los ingenieros que diseñaron el motor sólo puede cul¬ párseles por seguir las órdenes de los dirigentes de la empresa que tomaron esa decisión. Sin embargo, tales críticas están suficientemente justificadas para merecer una seria considera¬ ción de las recomendaciones hechas en este capítulo. No sólo por las censuras a equivocaciones pasadas está uno obligado a tomar en consideración tales asuntos. Después de todo, los ingenieros son creadores tanto de cambios sociales como de cambios físicos, y deben conocer y tomar en cuenta nece¬ a los beneficiarios y a las víctimas de sus obras. Es muy necesidades grado el en satisfagan mayor sario que los diseños con¬ y deseos humanos, que uno prediga inteligentemente las secuencias completas de las soluciones que considera, que minimice efectivamente los inconvenientes sociales y maximice los beneficios de igual índole de las obras de ingeniería, y que se resista a las presiones para especificar una solución que au¬ mente las ganancias de particulares a expensas de la seguridad

pública.

De paso diremos también que hay más de una forma de expresar el interés social (Fig. 3). También puede manifestarse por la participación en las funciones públicas, que van desde los cargos desempeñados en dependencias gubernamen¬ tales, hasta las actividades informales del ciudadano preocupado por el bienestar público. Hay una gran necesidad de todas estas for ma de participación de los ingenieros en los

fenómenos sociales.

Los funcionarios públiD IS realizan muchas decisiones difíciles de índole ingenieril en que intervendrá el dinero de los ciudadanos que pagan impuestos; decisiones relativas a la cons¬ trucción de presas, carreteras, aviones supersónicos, sistemas de cohetes o missiles balísticos, trenes de alta velocidad, explo¬ ración de la Luna, sistemas de computadoras, servicios de abastecimiento de agua, medios de combatir, la contaminación ambiental, sistemas de control de tránsito, satélites meteoro¬ lógicos, etc. Puesto que hay muchas alternativas de ingeniería y los fondos públicos son limitados, los dirigentes gubernamen¬ tales deben decidir qué proyectos pueden propugnar y cuáles otros tendrán que abandonar o posponer. Las decisiones mili-

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1

( la ingeniería y la sociedad / 191

190 / la ingeniería y la sociedad también han llegado a ser técnicamente muy complejas. Comprenden refinados sistemas de armas, grandes sistemas de computadoras, redes de vigilancia constituidas por estacio¬ nes de radar, satélites y aviones especiales, complicados sis¬ temas de comunicación, grandes obras de construcción y otros elementos similares. Estos son también problemas principal¬ mente de ingeniería, que comprenden muchas alternadvas y decisiones muy difíciles, y en estos aspectos son 'semejantes las situaciones militares y civiles. La diferencia entre las do» es que la organización militar emplea bastantes ingenieros, directa o indirectamente, para que la auxilien a tomar tales decisiones, mientras que en los organismos civiles muchas veces se carece de ellos. Las dependencias gubernamentales necesi¬ tan la participación de más ingenieros en las obras y servicios públicos, y otros más que contribuyan activamente, con sus conocimientos y aptitudes especializadas, como ciudadanos in¬ teresados en el bienestar público. En algunos casos hay muy pocos ingenieros al servicio del Gobierno y autoridades estatales y municipales. En vis¬ ta del creciente contenido técnico de las disposiciones legis¬ lativas, administrativas y jurídicas en todos los niveles del Gobierno, cada vez hacen falta más ingenieros que trabajen en tales funciones. De manera que en estos casos hay grandes oportunidades de empleo. Otra forma en que pueden servir socialmente los ingenie¬ ros es en asociaciones civiles o de ciudadanos. Son obviamente importantes las aportaciones que pueden realizar como miem¬ bros de juntas escolares, comisiones de renovación y mejora¬ miento urbano, comisiones de desarrollo industrial y agrupa¬ ciones semejantes. Sin embargo, no es tan obvia la necesidad de ingenieros para comunicar al público general las potencia¬ lidades de la ingeniería moderna, los fines a que se destinan en esta área los impuestos recaudados y las diversas oportuni¬ dades que existen. Es sorprendente saber cuántos ciudadanos ignoran casi totalmente la magnitud de los recursos financieros que derrochan los gobiernos en el desarrollo de determinados proyectos de ingeniería, y ni siquiera se dan cuenta que para tal fin se emplea el dinero de los impuestos que pagan. ¿Cuán¬ tos saben en los Estados Unidos, por ejemplo, que un aeroplano VTOL es factible y está en la etapa de prototipo, y que este proyecto recibe sólo una pequeñísima fracción del dinero asignado al desarrollo del avión supersónico de pasajeros? ¿Sabe la gente en realidad lo que le costará finalmente una exploración lunar enviando hombres al satélite? ¿Se da cuenta del incremento en el costo por tratarse de un programa de urgencia? ¿Se percata de que la Luna podría explorarse a tares

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mucho menor enviando máquinas e instrumentos controlados desde la Tierra? ¿Cuántos, si es que lo saben, querrían que este dinero se gastara mejor en más servicios educativos, o en mayores y más confiables abastecimientos de agua, o en alguna de los cientos de alternativas pendientes? En el pasado, la mayor parte de la gente sabía adonde iban sus pagos de impuestos y cuáles eran las escasas alte» nativas para su destino; por ejemplo, para construir caminos, recolectar escombros o desechos, pro¬ porcionar protección contra incendios o comprar fusiles para el ejército. Pero ahora la situación es enteramente distinta: se tienen muchas más alternativas, éstas son más complejas y muchas de ellas son menos obvias y, de hecho, desconocidas por el grueso deTa población. Trécisamepte ahora la mayoría de los ciudadanos tienen sólo una vaga idea de cómo se están utilizando en la ciencia y la ingeniería las contribuciones que pagan, y conocen aún menos las numerosas alternativas en que tales fondos podrían emplearse. Debieran ser informados para que pudieran expresar sus preferencias u opiniones a sus gobernantes. Por ío tanto, se recomienda que todo ingeniero, por cualesquiera medios posibles, haga su parte ayudando a instruir al público sobre estos asuntos. Esta es una situación grave, pues a medida que pasa el tiempo más y más decisioque importan muchísimo dinero son tomadas por un pu¬ ñado de personas sin que la ciudadanía se entere siquiera de J , ello. Hay todavía otra forma en que los ciudadanos-ingenieros participen en los asuntos públicos: tomando partido en la opi¬ nión pública crítica y dando a conocer sus puntos de vista. Por ejemplo,* como quizá se haya advertido, el aeroplano de transporte supersónico no tiene una posición muy elevada en la lista de prioridades del público general sobre los gastos realizados por el Gobierno, comparándolo con el desarrollo de medios de transporte sobre tierra más rápidos y seguros, con los aviones VTOL y con numerosas otras alternativas. El au¬ tor leyó con agrado que el director de una revista de inge¬ niería escribió:

un

costo

Dado que menos del 15% de la población de los Estados Uni¬ dos ha estado a bordo de un aeroplano y que quizá sólo el 3% de ella viaja regularmente por aire, me parece que todo mundo está obligado a intervenir al respecto. Consideremos el muy debatido caso del avión de transporte supersónico. Como una amplia aplicación de nuestra tecnologia más avanzada, tiene pocas objeciones. Pero aun¬ que puede damos mucho prestigio internacional, lo que necesitamos 4 Aunque lo que se menciona aquí se refiere exlusivamente a los ciudadanos de los Estados Unidos, tiene bastante importancia y sirve para fprmar tip criterio general. (N. del T.)

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( la ingeniería y la sociedad / 193

192 / la ingeniería y la sociedad

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en realidad es un mejor transporte masivo. Además, no se ha toma¬ do en cuenta en el grado necesario cómo afectará el avión supersónico de pasajeros la vida de los habitantes de las zonas urbanas y sub¬

urbanas.**

Tales expresiones resultan del agrado del autor porque desea que un mayor número de ingenieros haga oír su voz, ya sea que esté o no de acuerdo con ellos (aunque en este caso coincide totalmente con la opinión citada). Sin embargo, el autor con frecuencia lee o escucha quejas como ésta; Recientemente se produjo una controversia acerca de un plan para construir una carretera a lo largo del frente del lago de Chi¬ cago. Es interesante observar que cientos de individuos y una vein¬ tena de organizaciones manifestaron su opinión: haciendo comenta¬ rios, solicitando cambios o buscando la oportunidad de participar en el ' planeamiento de esa obra. No puedo recordar que un solo ingeniero (fuera del Gobierno) hablara en pro o en contra. Y según sé, nin¬ guna sociedad local de ingenieros manifestó interés alguno. ¡No su¬ cedió asi con otras profesiones! Los arquitectos y los planificadores urbanos fueron muy pródigos en sus opiniones, algunas de ellas bas¬ tante

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volubles.***

Hay que tomar partido contra las proposiciones de obras que pudieran contaminar la atmósfera y las corrientes de agua, poner en peligro la salud pública, desfigurar el paisaje, o bien, contra las que carezcan de sensatez, de ética, o de estética, o sean indeseables en cualquier otro modo. ¡ Los ingenieros de¬ ben hablar! Como se ve en la Fig. 3, una tercera alternativa para la participación social de un ingeniero corresponde a los pro¬ blemas particulares que haya elegido resolver. Por ejemplo, a continuación presentaremos un tipo de problemas digno de su talento y en el cual quizá no haya pensado mucho. El avión VTOL, los procesos básicos para convertir grandes masas de agua salada en potable, el riñón artificial y una multitud de otras obras potencialmente muy importantes, están en una etapa critica de su evolución. Tales proyectos, como la mayor parte de las obras de ingeniería, deben convertirse de ideas puramente abstractas en objetos técnica y económicamente “adaptados a las masas”. Este es el momento en que son espe¬ cialmente importantes la aptitud de simplificar, la perseveran¬ cia y el interés en el bien común. La energía atómica es un buen ejemplo; se necesitaron casi veinte años de esfuerzos de mejoramiento técnico y económico para llevarla al punto en

** Ford Park, “In Our Opinion” (En nuestra opinión), Inter¬ national Science and Tecnology, octubre de 1965. *** John G. Duba, “Interprofessional Relationships in Environ¬ mental Design” (Relaciones interprofesionales en el diseño de obras que alteran el ambiente), Civil Engineering, febrero de 1966.

que pudiera competir con la energía hidráulica y la obtenida de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). O bien, consideremos el riñón artificial. Ya ha sido inventado, pero queda por resolver un gran problema: reducir, su costo, de manera que nadie muera porque le sea imposible darse el lujo de adquirir uno, o no haya suficientes aparatos para todos los enfermos. Es cierto que este tipo de trabajo de ingeniería uo da tanta fama como la invención de una nueva máquina ó un aparato como el riñón artificial, pero verdaderamente no es menos importante para la humanidad. Estos y nume¬ rosos otros conceptos de gran potencialidad, esperan el interés y el empeño de muchos buenos ingenieros. Muchos otros problemas Resueltos insatisfactoriamente necesitan el talento del lector y son dignos de él; en el siguiente capítulo se describen muchos de ellos. Pero también hay pro¬ blemas en los que un ingeniero no debe desperdiciar su tiempo ni su talento. Lo que usted elija hacer a este respecto depen¬ derá de sus aspiraciones y evaluaciones personales. Basta decir que la profesión necesita hombres que se interesen en la causa y en el valor de los problemas que se les presentan, que tengan el suficiente carácter para decir ¡no! a un trabajo indigno de ellos, que sepan oponerse y resistir a ofertas contrarias a su ética profesional. Siempre habrá un puesto para ingenieros de esta talla. Ejercicios 1. Sir Eric Ashby escribió una vez que un buen ingeniero puede “entretejer su tecnología en la tela de la sociedad”. ¿Qué supone usted que quiso decir con esto? 2. Escriba un artículo en el que analice la influencia econó¬ mica, social, política, militar y cultural de una de las obras de ingeniería mencionadas en la Fig. 1, pág. 187. 3. Un ingeniero cree que son inseguras algunas caracterís¬ ticas de una tubería que su compañía está por instalar. ¿Qué debe hacer en este caso? (Este es un asunto de con¬ troversia, de manera que no existe tal cosa como LA res¬ puesta. Pero USTED debe pensar muy detenidamente en lo que haría en tales circunstancias.) 4. La presa de Asuán (en Egipto) que se construyó en el río Nilo ha tenido efectos de gran alcance. Analice usted la influencia de esta obra y las medidas que los ingenieros han tomado para reducir al mínimo los efectos nocivos. 5. Uno de los más ilustres veteranos de la ingeniería exhorta a los jóvenes que ingresan a la profesión a que sigan una “política de compromisos”. Escriba un ensayo sobre lo que usted crea que quiere decir él con eso.

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CAPITULO

15

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Oportunidades y retos

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EL INGENIERO tiene para elegir una amplia variedad de tipos de trabajo, campos de especialización y áreas de problemas, que se adaptan a una gran diversidad de talentos e intereses.

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VARIEDAD Un gran número de especialidades. Existen las ramas tra¬ dicionales de la ingeniería (véase el Apéndice A) y otras rela¬ tivamente nuevas, como las que se refieren a la astronáutica o viajes espaciales, la instrumentación médica y los sistemas de información. Además, en la práctica la mayor parte de los ingenieros limitan sus trabajos a una fase de una especialidad. Por ejemplo, algunos ingenieros mecánicos son expertos en el diseño de mecanismos y máquinas, otros se dedican a la refri¬ geración, otros más a los diversos sistemas de locomoción, etc. Por lo tanto, considerando todas las ramas de la ingeniería y las numerosas subdivisiones de cada una, puede verse que el ingeniero tiene una amplia variedad de especialidades de don¬ de elegir. Incidentalmente, podría ser que un plan de estudios ade¬ cuado para la especialidad en la que uno se interesa no exista en la universidad o instituto técnico al que se asiste, o bien, que no lo haya en ninguna parte. Esto puede suceder con alguna de las recientes especialidades. Tal situación no debe impedir que uno entre al campo de la ingeniería. Los inge¬ nieros con frecuencia se especializan en una rama de la in¬ geniería mientras se gradúan, y después trabajan en alguna especialidad diferente o poco relacionada con la de su carrera. Además, en muchas instituciones es posible obtener una pre¬ paración para un cierto campo de la ingeniería, complemen¬ tando uno de los planes de estudios tradicionales con cursos optativos apropiados y estudios adicionales. 193

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Muchos tipos de actividades. Recuérdese la gama de problemas descrito en la página 177. Tipificando un extremo está el trabajo A, que demanda una completa familiaridad con lo más reciente en las ciencias, la técnologia y las matemáticas. Una gran parte de este trabajo es creativo. Los ingenieros a quienes agrada y tienen éxito en este tipo de trabajo reciben continuamente una serie de problemas técnicos complejos. En el otro extremo, el trabajo S comprende un mínimo de inno¬ vaciones técnicas pero un máximo de trato o comprometi¬ miento con la gente. En este tipo de actividad, una gran apti¬ tud para vender, un sincero interés en las personas y una agradable personalidad, que suele llamarse “ingeniería de . ventas”, son muy deseables. Entre estos extremos hay cientos deTtraba jósTjue ctifieren en las actividades cotidianas, en los retos que presentan y en las exigencias técnicas. Satisfacen una gran variedad de aptitudes y preferencias. En ellas puede hacer el lector su elección. Todos los trabajos de esta gama comprenden la resolución de problemas, el trabajo con cosas y con personas, todos requieren, en grado variable, aptitud de vender, creatividad y todas las demás cualidades de un inge¬ niero, descritas en el capítulo 4. Muchos tipos de industrias. Entre las mayores empresas que tradicionalmente emplean ingenieros están las industrias automotriz, aeronáutica, química, metalúrgica, electrónica y de telecomunicaciones, de fabricación de maquinaria y apara¬ tos domésticos, de generación de energía, de ía construcción y del transporte. Los problemas son cada vez más*técnicos y la rapidez de innovación de productos, servicios y procesos de manufactura crece aceleradamente, de manera que la deman¬ da de ingenieros en estas industrias continúa aumentando. Aun industrias que por años se limitaron a fabricar productos relativamente inalterables, están ahora bajo la presión de los programas de innovación, de modo que también ellas buscan ahora más ingenieros. También tenemos las novísimas “indus¬ trias de moda”, como las relacionadas con los viajes espaciales y las computadoras, que han llegado a ser también grandes empleadoras de ingenieros. .Numerosas oportunidades. Una gran cantidad de ingenie¬ ros son empleados por firmas industriales, empresas de ser¬ vicio público, compañías consultoras y contratistas, pero no los absorben a todos. Las autoridades civiles emplean cada vez más ingenieros. Asimismo,, muchos emprenden sus propios negocios, a menudo como consultores. Por otra parte, una educación en ingeniería da una excelente preparación para una amplia variedad de actividades en otras áreas. Por ejem-

pío, un bfien número de funcionarios ejecutivos de muchas compañías tienen título de ingeniero. Muchos graduados en ingeniería trabajan como vendedores, algunos son profesores, otros científicos o investigadores, etcétera. Asimismo, son muy apreciadas en casos especiales las personas que tengan dos pro¬ fesiones, tales como ingeniería y economía, ingeniería y admi¬ nistración, ingeniería y derecho, y aun ingeniería y medicina. En consecuencia, una educación en ingeniería es un fun¬ damento valioso para muchas carreras, tanto técnicas como no técnicas. Esto es comprensible. Una mente aguda y bien disciplinada es una importante ventaja en casi todo campo de trabajo.

RETOS En las siguientes páginas se da una exposición de los cam¬ pos que ofrecerán excelentes oportunidades a los ingenieros en las próximas décadas. En general, los ejemplos seleccionados son nuevas áreas de problemas que no han recibido tanta pu¬ blicidad como, digamos, la exploración del espacio. Sin em¬ bargo, proporcionan insuperables oportunidades para el em¬ pleo, desarrollo y expresión del interés social. Estos campos son dignos de que se les considere ahora, porque podrían afec¬ tar el programa de especialización que usted elija en la escuela de ingeniería.

Almacenamiento y difusión de información. Hay quienes afirman que la acumulación humana de conocimientos gene¬ rales se duplica en la actualidad cada diez años aproximada¬ mente. Aunque esto es difícil de corroborar, es cierto que los nuevos conocimientos se acumulan con una rapidez asombrosa. La sociedad está experimentando en verdad una “explosión de la información disponible”. El almacenamiento de todo este caudal de conocimientos, de manera que sea razonable¬ mente accesible, es en efecto un problema desafiante. Se ne¬ cesitan sistemas eficaces de almacenamiento y recuperación de información, mediante los cuales las personas que solucio¬ nan los problemas en la ingeniería, los negocios, el Gobierno, la medicina, etc., puedan aprender rápida, económica y exten¬ samente todo lo que se sabe acerca de un problema dado. Los beneficios serán soluciones muy superiores, una mejor utiliza¬ ción de la información y una notable reducción de la costosa duplicidad de trabajo. Aunque los sistemas de telecomuni¬ cación se han desarrollado enormemente en la actualidad, su capacidad tiene que aumentarse constantemente. La industria

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de las telecomunicaciones siempre está buscando nuevos me¬ dios de acrecentar la capacidad portadora de mensajes de sus sistemas. Un resultado de tales esfuerzos es el asombroso dis¬ positivo que permite que un solo conductor transporte simul¬ táneamente un gran número de conversaciones telefónicas, como si todas ellas se transmitieran por circuitos individuales. Por ejemplo, un solo conductor de un moderno cable subma¬ rino transoceánico es capaz de transmitir 128 conversaciones telefónicas, que se entremezclan durante su viaje por el fondo del océano y son separadas perfectamente cuando llegan al otro continente. Esta forma de compartición que aumenta grandemente la capacidad de un canal de comunicación, tiene una extensa aplicación en el campo de las telecomunicaciones. En esta industria se buscan también innovaciones que ori¬ ginen otros medios de comunicación. Un resultado de tales esfuerzos es el satélite de telecomunicaciones, ejemplificado por el “Pájaro Madrugador” (denominado ahora “Intellsat I’ )> que constituye un notabilísimo sistema para retransmitir señales radiotelefónicas y emisiones originales (“en vivo”) de televisión, entre puntos del mundo muy distantes. Los prime¬ ros satélites de comunicaciones como el “Telstar” se movían con demasiada velocidad respecto a la Tierra y, por lo tanto, estaban simultáneamente “a la vista” de las estaciones emisora y receptora sólo por períodos relativamente cortos. La trans¬ misión continua se podía lograr únicamente utilizando doce¬ nas de tales satélites, de manera que por lo menos uno estu¬ viese siempre a la vista de ambas estaciones. Pero el Intellsat I

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síncronos de telecomunicaciones estacionados como se muestra, pueden recibir, amplificar y retransmitir conversaciones telefónicas y emisiones de televisión entre la mayor parte de los lugares del mundo. Por ejemplo, el satélite III siempre está simultáneamente a la vista de las estaciones de Tierra C y D. Los satélites I y II pueden retransmitir señales entre las estaciones A y B, que están en lados opuestos de la superficie del globo.

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no se mueve con respecto a la Tierra. Recorre su óbita a una velocidad igual a la de rotación del planeta, de modo que está “estacionado” permanentemente sobre un punto fijo de la superficie terrestre a una altura de 35,700 kilómetros apro¬ ximadamente. Por eso se le llama satélite síncrono, ya que su movimiento orbital está sincronizado con la rotación de nues¬ tro planeta. Tres satélites síncronos estacionados como se in¬ dica en la Fig. 1 pueden retransmitir comunicaciones entre la mayor parte de las áreas pobladas del globo, lo cual es verda¬ deramente un increíble y elegante concepto tecnológico. Ideas como ésta, sumadas a la insaciable demanda de más canales de comunicación, a la perspectiva de una extensa y próspera industria de los satélites de comunicaciones y al hecho de que la expansión y la innovación sean características sobresalientes del campo de las telecomunicaciones, son indicios seguros de. que éste continuará siendo por mucho tiempo un campo ac¬ tivo, de gran atracción y con buenas recompensas para los

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investigación a fondo porque los ingenieros pueden ayudar mucho a remediarlas. Consideremos un viajero que recorre en 4 horas 3,920 kiló¬ metros de un viaje total de 4,000 kilómetros, y luego tarda otras 4 horas en ir desde el avión hasta su domicilio situado a 80 kilómetros del aeropuerto. Una razón de esta gran des¬ proporción es la lentitud típica del transbordo de un medio de transporte a otro, por ejemplo, del avión a un autobús y luego de éste a un tren. Esta situación es bien conocida y no es distinta para el caso del transporte de mercancías. Otra diferencia es el desequilibrio presente en la capacidad de viaje a diversas distancias. Hoy día la persona que quiera ir a un lugar situado a 50 ó 100 kilómetros tiene mayor nú¬ mero de contratiempos que la que hará un viaje de 400 ki¬ lómetros. Este desequilibrio o desproporción es especialmente evidente en las regiones más densamente pobladas. La tercera deficiencia es lo que muchos creen, es una negligencia de la gente, y el autor coincide con esta opinión. La cita presentada en la página 191 lo expresa muy adecua¬ damente: "... todo mundo está obligado a intervenir al res¬ pecto”. Necesitamos una transportación masiva más rápida, más barata y con menos contratiempos pard todas las distan¬ cias de viaje, ya sea dentro de una ciudad o en el interior del país. Como sucede en la actualidad, si se tiene necesidad de ir

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de otra manera. Hay muchas incitantes ideas sobre el transporte en diversas etapas de desarrollo; se puede tener una buena comprensión de estas posibilidades observando las Figs. 3 a 13. Además de las que se indican, hay también bastantes oportunidades de desarrollo en campos tales como los de los automóviles con propulsión eléctrica por baterías, los distintos tipos de aviones VTOL, las tuberías o conductos para transportar só¬ lidos, y las embarcaciones de superficie y submarinas sin tri¬ pulación, para el transporte transoceánico de mercancías. De paso diremos que la razón de que no se -hayan incluido en este capítulo numerosas ilustraciones de “ideas en evolución” para cada área de problemas, es simplemente la falta de espacio; en todas ellas están “en proceso” notables desarrollos. Las oportunidades para el lector en un campo como el de los transportes son de tres tipos: concepción de nuevos sis¬ de ideas como las mostradas hasta alcanzar temas; la forma de sistemas económicos, confiables, seguros y satisfac-

desarrollo

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Tanque de flotación

FIGURA 3. A éstos vehículos se les llama comúnmente vehículos con cojín de aire (VCA) o aerosoportados. Un VCA es sostenido por un cojín o corriente de aire que queda atrapada debajo de él por un cerco o faldón flexible. Esta forma de soporte le permite moverse con facilidad sobre la tierra o el agua. El vehículo mostrado en (a) y (b) transporta 600 pasajeros, tiene una velocidad de travesía de 104 km/h y puede desplazarse hasta con olas de 3 m de alto. Naves de este tipo dan servicio como transbordadores a través del Canal de la Mancha. (Ilustraciones proporcionadas por la British Hovercraft Corporation.) El VCA mercante ilustrado en (c) dejaría atrás a cualquier otra embarcación actual, pues puede navegar a 144 km/h. Esta nave de 126 metros de eslora (largo) y 4,000 toneladas de desplazamiento representa lo que será una embarcación de transporte común de pasajeros, carga o equipo militar en el futuro. (Cortesía de Textron’s Bell Aerosystems Company.)

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FIGURA 4. si llegara a extenderse bastante el empleo de los aviones VTOL, habría todavía problemas críticos en la localización y el diseño de aeropuertos. Tales problemas podrían resolverse por ideas tan ingeniosas y poco comunes como ésta y la de la FIGURA 5. Aquí se ilustra un posible aeropuerto construido sobre el agua, solución que podría ser la única adecuada para algunas regiones o ciudades. (Cortesía del Departamento de Aeropuertos de Los Angeles, Cal., E.U.A.)

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x-. FIGURA 5. Una prometedora solución para reducir el tiempo de traslado de un viajero de su domicilio al avión, es la cabina de pasajeros desprendible, transportada por un helicóptero. Podría ser abordada en puntos estratégicos de una ciudad y luego llevada hasta el avión. Es muy probable que más adelante ya no habría necesidad del transbordar de la cabina al aeroplano. (Cortesía del Departamento de Aeropuertos de Los Angeles, Cal., E.U.A.)

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FIGURA 6. Los colosales aeroplanos de reacción "Jumbo" ponen el transporte aéreo al alcance de una mayor parte de la población. Aeronaves de este tamaño pueden transportar 500 personas y volar a más de 960 km/h. En (a) se muestra una vista en corte del modelo para carga y pasajeros. En (b) puede tenerse una idea del tamaño de la cabina de los “Jumbo jets” de la “primera generación (Cortesía de Lockheed-Georgia Company,

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FIGURA 7. Nuevos tipos de terminales de autobuses como ésta, junto con tienes de autobuses v otras formas de facilitar la circulación de tales vehículos, son prometedoras ideas. (Cortesía de General Motors

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