MODULO INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA ELECTRÓNICA
MARCOS GONZÁLEZ PIMENTEL
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD BOGOTA 2006
GUÍA DIDÁCTICA INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA ELECTRÓNICA
@Copyright Universidad Nacional Abierta y a Distancia
ISBN
2006 Centro Nacional de Medios para el Aprendizaje Primera revisión: febrero 7 de 2007 Segunda revisión: diciembre 15 de 2008 Pedro Torres Silva
ÍNDICE PRIMERA UNIDAD FUNDAMENTACIÓN DE LA INGENIERÍA ELECTRÓNICA CAPÍTULOS 1 CONCEPTUALIZACIÓN 1. Ciencia a. Definición b. Objetivos c. Características básicas de la ciencia. d. Ciencia y tecnología e. Tipos de Ciencia 2. Ingeniería y Tecnología a. Definición de Ingeniería b. Funciones de la Ingeniería c. Ramas de la Ingeniería d. Definición de Tecnología 3. Ingeniería y Tecnología Electrónica a. Definición b. Objetivos 4. Sistema a. Definición b. Características y clases de los sistemas 5. Investigación CAPITULO 2 ANTECEDENTES y ACTUALIDAD 1. Historia de la Ingeniería 2. Historia de la Ingeniería desde los griegos a. En el mundo b. En Colombia. 3. Historia de la electrónica a. Historia de la electrónica en el mundo. b. Historia de la electrónica en Colombia. 4. Actualidad de la Ingeniería. a. Actualidad de la Ingeniería el mundo. b. Actualidad de la Ingeniería en Colombia. 5. Actualidad de la electrónica
a. La Electrónica en el mundo. b. La Electrónica en Colombia CAPITULO 3 DISEÑO 1. 2. 3. 4. 5.
Definición de análisis y síntesis. Método del diseño en ingeniería. El método del diseño ingeniería. Evaluación del diseño Control de la producción
SEGUNDA UNIDAD INGENIERÍA ELECTRÓNICA CAPITULO 4 APLICACIONES 1. Industriales. a. Definición b. Estado del arte. 2. Robótica. a. Definición b. Estado del arte. 3. Automatización. a. Definición b. Estado del arte. 4. Comunicaciones. a. Definición. b. Estado del arte 5. Electromedicina. a. Definición b. Estado del arte. CAPITULO 5 CONCEPTOS 1. Conceptos físicos a. Carga eléctrica b. Ley de Coulomb c. 2. Conceptos básicos a. Corriente b. Voltaje
c. Ley de OHM 3. Conceptos electrónicos a. Circuito. b. Reglas de Kirchhoff c. Fuentes 4. Ondas a. Frecuencia (F) b. Periodo (T) 5. Semiconductores CAPITULO 6 ELEMENTOS 1. ELEMENTOS BÁSICOS a. Resistencias b. Diodos c. Condensadores d. Inductores e. Transistores f. Amplificadores 2. INTEGRADOS a. Compuertas b. Microelectrónica c. Microprocesadores 3. SISTEMAS EMBEBIDOS a. FPGA b. FPAA c. Convertidores A/D 4. OPTOELECTRÓNICA a. LED b. Fotodetectores c. Fibra Óptica
INTRODUCCIÓN El curso de Introducción a la Ingeniería de Electrónica, es de tipo teórico y corresponde al campo de formación profesional básica de los programas de Ingeniería Electrónica y Tecnología en Electrónica, su metodología es educación a distancia. Corresponde a dos (2) créditos académicos los cuales comprenden: Estudio y discusión de algunos temas relacionados con la función del ingeniero y su perfil profesional. Estudio de los conceptos básicos de la ingeniería Electrónica. También se hará un acompañamiento en tutorías desarrolladas en pequeños grupos de colaboración y la tutoría en grupo de curso, el cual sirve de apoyo al estudiante para potenciar el aprendizaje autónomo y su formación en el campo de aplicación de la temática a desarrollar. El tutor juega el papel de acompañante en el proceso de aprendizaje, no sólo imparte conocimientos, sino que brinda orientación en la selección y aplicación de estrategias propias del modelo de educación a distancia. Por ello el desarrollo del curso académico contempla espacios de reflexión en los que el tutor valora al estudiante como un conjunto de pensamientos, conocimientos, habilidades y experiencias y permite que aplique los conceptos adquiridos, en la solución de problemas, estimulando al estudiante a que vea su aprendizaje por procesos y no por resultados. Este curso está compuesto por dos unidades didácticas a saber: Unidad
1.
Fundamentos
de
Ingeniería
Electrónica:
Aquí se establecen los conceptos de Ciencia, Ingeniería, tecnología y en especial Ingeniería Electrónica. Se establece un panorama general de la evolución, aplicación y proyección de la ingeniería Electrónica como función principal del Ingeniero, el diseño de soluciones y la investigación aplicada. Se hace una reseña histórica. El capítulo III está dedicado a una de las principales funciones de la Ingeniería que es el Diseño. Comienza por definir Análisis y Síntesis dentro del contexto de la ingeniería, luego habla del modelado, sus herramientas y las motivaciones del Diseño. Por ultimo da una introducción a algunos procedimientos que se siguen dentro del diseño. Unidad 2. Ingeniería Electrónica.
En esta Unidad se definen algunas aplicaciones concretas de la Ingeniería Electrónica. Y luego se dan unos conceptos básicos que se manejan en Ingeniería Electrónica, esto permite que el estudiante se forme una idea global de la Ingeniería y le permita ubicar los diferentes temas que vera durante el transcurso de su carrera. El curso es de carácter teórico y su desarrollo se hará mediante el estudio de artículos y modulo, se desarrollaran algunas tareas en grupo que faciliten la discusión, de temas específicos, entre los alumnos, de tal forma que se estimulen las competencias del estudiante y se potencien sus habilidades orientadas básicamente al análisis y solución de problemas. Con éste curso académico el estudiante tiene la posibilidad de conocer e interpretar el desarrollo histórico de la Ingeniería Electrónica, los objetivos, funciones e interrelaciones de ésta disciplina con otros campos del saber; comenzar a familiarizarse con los conceptos generales de la Ingeniería Electrónica, sus dispositivos, aplicaciones y herramientas.
PRIMERA UNIDAD ELECTRÓNICA
FUNDAMENTACIÓN
DE
LA
INGENIERÍA
CAPÍTULO 1. CONCEPTUALIZACIÓN Lección No. 1: Ciencia La definición de ciencia es un concepto amplio y se podría dar de diversas formas, dependiendo de la disciplina desde la cual se trabaja. La siguiente es la definición que da la Real Academia Española RAE. Definición1 Ciencia (Del lat. scientĭa). 1. f. Conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales. 2. f. Saber o erudición. Tener mucha, o poca, ciencia. Ser un pozo de ciencia. Hombre de ciencia y virtud. 3. f. Habilidad, maestría, conjunto de conocimientos en cualquier cosa. La ciencia del caco, del palaciego, del hombre vividor. 4. f. pl. Conjunto de conocimientos relativos a las ciencias exactas, fisicoquímicas y naturales. Facultad de Ciencias, a diferencia de Facultad de Letras. ~ ficción. 1. f. Género de obras literarias o cinematográficas, cuyo contenido se basa en hipotéticos logros científicos y técnicos del futuro. ~ pura. 1. f. Estudio de los fenómenos naturales y otros aspectos del saber por sí mismos, sin tener en cuenta sus aplicaciones. ~s exactas. 1. f. pl. matemáticas. ~s humanas. 1. f. pl. Las que, como la psicología, antropología, sociología, historia, filosofía, etc., se ocupan de aspectos del hombre no estudiados en las ciencias naturales. ~s naturales. 1. f. pl. Las que tienen por objeto el estudio de la naturaleza, como la geología, la botánica, la zoología, etc. A veces se incluyen la física, la química, etc. ~s ocultas. 1
REAL ACADEMIA http://www.rae.es.
ESPAÑOLA,
Diccionario
de
la
lengua
española,
marzo
de
2006.
1. f. pl. Conocimientos y prácticas misteriosos, como la magia, la alquimia, la astrología, etc., que, desde la antigüedad, pretenden penetrar y dominar los secretos de la naturaleza. Ciencias humanas. La Ciencia2 es un significativo elemento de la cultura, que le ha permitido al hombre diferenciarse de los animales, que no producen cultura. El hombre gracias a las mediciones de la misma ciencia, ha transformado el mundo, lo ha explicado y lo ha comprendido partiendo de la variedad de fenómenos y comprendiendo las leyes que lo rigen. El hombre no ha podido deslindar la realidad y el conocimiento porque el conocimiento ha contribuido a modificar esa realidad, al mismo tiempo, la realidad actúa sobre el sujeto modificando el conocimiento. Este acercamiento al concepto de ciencia la considera como una forma de conocimiento humano. El conocimiento científico, no es la única forma de acercarse a la realidad y no agota la misma realidad. Esta es compleja y trasciende el conocimiento científico; no la podemos reducir simplemente a lo racional o a lo experimental, va más allá; no se agota con lo demostrable y lo cuantificable. La realidad es también trascendente y por ello va más allá de lo científico. Algunos pretenden aceptar únicamente, la realidad que percibe la ciencia negando su trascendencia y queriendo agotarla en el conocimiento científico. Objetivos La ciencia también se define, a partir de su objetivo, como la búsqueda del conocimiento de la realidad o como el conocimiento racional, sistemático, exacto y comprobable de la realidad. La ciencia experimental, descubre, observa, mide, crea teorías que explican el cómo y por qué de las cosas; elabora técnicas y herramientas para su observación y medición; hace hipótesis y cuestiona la naturaleza y sus fenómenos; crea conjeturas, discute o rechaza; separa lo verdadero de lo falso, diferencia lo que tiene sentido de lo que no lo tiene; nos dice como debemos llegar a donde queremos llegar y lo que queremos hacer.
2
FLOREZ Carlos, GALINDO Gladis, Ciencia y Conocimiento, Usta, Santafé de Bogotá. 1971. p 251.
Características básicas de la ciencia. Tomando como punto de partida a Mario Bunge; las características principales se pueden definir así: Facticidad: Significa que la ciencia parte de los hechos, tratando de ser independiente a cualquier tipo de valoración o caracterización emocional o sentimental. La estadística le sirva a la ciencia como un instrumento que le permite sistematizar y cuantificar estos hechos observables. A las teorías que se forman a partir de los hechos que han sido confirmados, se les da el nombre de datos empíricos. Análisis: La ciencia es analítica, porque los problemas que trata de resolver, son descompuestos en sus elementos para entender y descubrir la forma como se relacionan estos con el fenómeno que se está investigando. Claridad y precisión: La ciencia se diferencia del conocimiento vulgar o corriente del hombre, el cual, por lo general, es vago e inexacto. El conocimiento científico por el contrario, exigen cierta tranquilidad y reposo para abordar los problemas y para poder penetrar en sus leyes y mecanismos internos. La ciencia, en su proceso investigativo, debe ante todo precisar y clarificar su problema. El planteamiento del problema con claridad y precisión asegura, un alto porcentaje, la validez y orientación de la investigación científica, el marco teórico ayuda a la clarificación y exactitud de la investigación, pues la teoría como marco de referencia, permitirá iluminar el problema para entenderlo y clarificarlo. Verificabilidad: La ciencia no se puede contentar exclusivamente en la coherencia lógica de sus afirmaciones; la observación de los fenómenos tampoco es suficiente, por más precisión y utilización de instrumentos perfeccionados que tenga. Es necesario introducir la experimentación para verificar en la realidad sus teorías. La verificabilidad del conocimiento científico fue uno de los aportes que hicieron los griegos a este, especialmente la escuela de Pitágoras. Esta verificación o comprobación permite crear situaciones controladas en donde se pueden cambiar las variables o factores que intervienen en los fenómenos para conocer mejor sus interrelaciones. Sistematicidad: La ciencia es sistemática, organizada en su búsqueda y en sus resultados. Se preocupa por construir sistemas de
ideas organizados racionalmente, formando una estructura a la que integra conocimientos nuevos a los ya existentes; así las leyes y teorías se van ampliando una teoría más general. La sistematicidad implica un todo donde sus elementos se encuentran interrelacionados entre sí con una finalidad o un objetivo. Generalidad: Desde épocas primitivas el conocimiento científico ha tenido un carácter general. No puede existir ciencia de lo particular, lo afirman los filósofos griegos, porque no hay interés por el objeto en particular, por el hecho en si mismo, sino por lo que puede representar para la generalidad de los fenómenos u objetos. El estudio de un caso particular tiene sentido para el científico, en la medida que le permite relacionarlo con una ley que es general, es decir un caso de una ley y la ley se convierte en una expresión racional de la generalización de los casos particulares. Falibilidad: La ciencia es uno de los pocos sistemas creados por el hombre que parte del principio de su posibilidad de equivocarse, de cometer errores. Por principio la ciencia es refutable, es falible. Siempre que exista la posibilidad de encontrar nuevos hechos o hipótesis que generan una mejor explicación de los fenómenos se hace alusión a la falibilidad de la ciencia. Explicabilidad Y Productibilidad: La ciencia le da al hombre explicaciones coherentes y sistemáticas acerca del modo de comportamiento de la naturaleza y de la sociedad. Así no solo describe los fenómenos sino que los explica y señala la forma como se relaciona los elementos del fenómeno. La ciencia busca su utilización en el mejoramiento de la vida y por ello ha sido predictiva anticipándose a los hechos para manejarlos. Utilidad: La característica que reviste mayor importancia para la humanidad es la utilidad. La ciencia otorga las herramientas y los instrumentos para ser utilizados para la destrucción o realización del hombre. Aquí una cantidad de discursos en el mundo actual que enmarcan una orientación de la tecnología, aplicación de la ciencia a la solución de necesidades concretas del hombre, claro esta enmarca en una gran responsabilidad ante la historia de la humanidad. Todo depende de la forma como es utilizada la ciencia en beneficio o perjuicio de la humanidad. Solo entendiendo una real libertad se podrá comprender la acción de la ciencia para el desarrollo de la humanidad. Ciencia y tecnología
En el mundo actual existe una estrecha interrelación entre ciencia, tecnología y sociedad. La Ciencia y la tecnología son particularmente importantes para el desarrollo de los mismos pueblos. La ciencia y la tecnología han suscitado cambios en el modo de vida en el bienestar y en la misma manera de comportarse las personas que son aspectos básicos en el desarrollo de la sociedad. Con el propósito de realizar tanto la relación, como la diferenciación entre los conceptos de TÉCNICA CIENCIA, TECNOLOGÍA; se parte del principio en el que concuerdan en dos aspectos comunes como lo son: hacer referencia a algo objetivo, existente y de otro lado hacen relación a una actividad humana y, en ese sentido son algo subjetivo, cambiante por naturaleza, en constante evolución social. Pero al igual se da la diferenciación se enmarca dentro los objetivos que persiguen: La técnica y la tecnología buscan la forma de hacer las cosas para la satisfacción de las necesidades humanas y la ciencia pretende entender la naturaleza y la sociedad. La tecnología y la técnica pretenden producir bienes y ofrecer servicios. Sintetizando, podemos afirmar que la Ciencia hace referencia al SABER, la técnica a la HABILIDAD para hacer algo y esto se ha generado a través de la misma historia del hombre, desde sus inicios, hasta la misma revolución científica técnica que ha desarrollado:3 LOS INICIOS: El hombre comenzó a dominar técnicas como el uso del fuego, de la rueda, domesticar animales, hacer herramientas, fundir, cultivar, construir y a tener conocimientos del calendario, de las matemáticas, etc. EL PERÍODO HELENICO: Comienza la búsqueda del conocimiento por el conocimiento mismo, se quieren saber los rasgos esenciales de las cosas, sus causas, las leyes que las rigen. La “Ciencia” era actividad del hombre rico e instruido. LA EDAD MEDIA: El conocer se supedita al creer, a la fe. Se limita la creatividad del hombre. Pero se avanza en el dominio de las artesanías. LA REVOLUCIÓN CIENTÍFICA: Se regresa al estudio directo de 3
FACUNDO D, H Ángel, Ciencia tecnología e investigación, ICFES, Bogotá... p 18
la naturaleza. Surge el método experimental. Época de grandes teorías, descubrimiento de leyes que rigen a la realidad. La actividad científica comienza a institucionalizarse. LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL: La producción a gran escala estimula el desarrollo de técnicas avanzadas, comienza el uso de máquinas, como la de vapor, para aplicarlas a la producción, al transporte, etc. Es la época de la revolución técnica. LA REVOLUCIÓN CIENTÍFICA – TÉCNICA: Gran desarrollo de las ciencias particulares. Sus principios se aplican a la industria. Estrecha relación entre ciencia, tecnología y desarrollo. La ciencia se convierte en un importante factor de desarrollo de las fuerzas productivas. Tipos de ciencia Existen diversas formas de acercarse a la ciencia, la básica y la aplicada y ambas distintas de la tecnología y entre las dos diferenciadas por el grado de especificidad. La ciencia básica expresa correlaciones que son válidas para la totalidad de un universo de discurso y la ciencia aplicada que es más específica se restringe de la aplicabilidad de las correlaciones. Cuando las correlaciones de la ciencia aplicada provienen por vía deductiva de leyes de ciencia básica y de datos, se dice que la ciencia aplicada corresponde a una ciencia teórica.4 CIENCIA BÁSICA TEÓRICA: Es una construcción conceptual que, luego de la materialización de la ciencia moderna, puede expresarse por medio de diversas ecuaciones simples. CIENCIA APLICADA TEÓRICA: Se distingue nde la básica, porque sus correlaciones son de más corto alcance. También porque ésta restricción, lleva a una aplicabilidad mas inmediata en un ámbito específico y real. Se expresa en ecuaciones, donde intervienen parámetros y son características de la denominada ciencia aplicada. Cuando la correlación proviene de la ciencia básica y se restringe con la realidad de los datos, a la ciencia que la aplica se le llama ciencia aplicada teórica.
4
HESSEN, J; Teoría Del conocimiento, Losada, Bs As; 1970. Pg 345
CIENCIA APLICADA EMPÍRICA: Sus correlaciones son descripciones de realidades observadas, las cuales se consideran científicas por su modo de obtención, procesamiento y presentación; por su comprobación y necesidad de refutación y por la vía de los conceptos que en ella intervienen, con alguna porción de ciencia, básica teórica. Las correlaciones se expresan en forma matemática, pero no pueden deducirse de otras leyes de la ciencia básica, además en sentido estricto no son leyes, solo son expresiones matemáticas que describen hechos observados. Lección No. 2: INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA Definición de Ingeniería5 1. f. Estudio y aplicación, por especialistas, de las diversas ramas de la tecnología. 2. f. Actividad profesional del ingeniero. Otra definición Si retomamos el concepto de ingeniería orientada al campo ocupacional, se concreta en la aplicación del conocimiento de las ciencias naturales, mediada por los métodos tecnológicos y las destrezas técnicas, para: Aprovechar adecuadamente los recursos energéticos; transformar las materias y los materiales; proteger y preservar el ambiente; producir, reproducir y manejar información; gestionar, planear y organizar los talentos humanos y los recursos financieros para el beneficio de la humanidad; mediante el diseño de soluciones creativas y la utilización de las herramientas disponibles. Funciones de la ingeniería El trabajo del ingeniero le ha exigido especializarse por ramas y a la vez orientarse hacia funciones encaminadas a:6 INVESTIGACIÓN; reconociendo y definiendo las necesidades reales. Búsqueda experimental del conocimiento. Suministro e información ingenieril a las otras funciones. Principios científicos y 5
REAL ACADEMIA ESPAÑOLA, Diccionario de la lengua española, Enero de 2006. http://www.rae.es. 6 DIXON, JOHR; Diseño en Ingeniería, inventiva, análisis y toma decisiones. Limusa. Wiley. México. 1970.
datos sobre los eventos ingenieriles recién descubiertos. DESARROLLO; Aplicación tecnológico del conocimiento básico de la ingeniería. Determinación de problemas de aplicaciones y sus soluciones. DISEÑO: Reconocimiento y definición de necesidades tecnológicas y establecimientos de alternativas de solución. Selección de alternativas y presentación de la solución propuesta. CONSTRUCCIÓN Y PRODUCCIÓN; Materialización y física de los diseños control de calidad y análisis de costos.
realización
OPERACIÓN Y ENSAYO; planeación, selección, instalación, y ensayo de plantas, sistemas y máquinas. Determinación de la duración de máquinas y equipos de su rendimiento. MANTENIMIENTO Y SERVICIO; mantenimiento y reparación de las plantas, sistemas, máquinas y productos. MERCADEO; del producto, empaque y almacenamiento, publicidad, posicionamiento. ADMINISTRACIÓN; decisiones finales ingeniería y parcialmente accesoria.
en
el trabajo
final
de
la
EDUCACIÓN; enseñanza y publicaciones generales y especializadas. Ramas e la ingeniería Los cuatro grandes campos de la ingeniería son la civil, mecánica, la eléctrica y la química. A partir de estas se han desarrollado otras ramas de gran interés en el desarrollo de la misma ciencia y la tecnología.7 Ingeniería Civil: Es la rama más antigua de la profesión del ingeniero, después de la militar. El ingeniero civil agrupa su trabajo en construcción, ambiental, geotécnica, recursos hídricos, topografía, 7
HOYOS VASQUEZ, Guillermo; Elementos para la comprensión de la Ciencia y la Tecnología. Colombia al despertar de la modernidad; Ediciones Foro. Bogotá 1994. Pg 23
estructural, y transporte. Los ingenieros civiles realizan estudio de factibilidad, investigaciones de campo y diseño, las que se ejecutan durante la construcción y las que realizan después de la construcción como el mantenimiento e investigación. Ingeniería Mecánica: Los ingenieros mecánicos se relacionan con la mecánica de la energía, la manufacturera y la del diseño. Sus funciones incluyen el diseño y especificación de componentes o sistemas enteros, el diseño y producción de los procesos de manufacturas, la operación y mantenimiento de plantas, la consultoría, la investigación y desarrollo junto a la administración. Aplica el método ingenieril, leyes y principios, desarrollados por científicos, especialmente los físicos. Ingeniería Eléctrica: La ingeniería eléctrica maneja fundamentalmente la generación, transmisión y distribución de energía, fabricación de equipos eléctricos, e instalaciones y mantenimiento de plantas industriales, empresas contratistas de prestación de servicios relacionados con los montajes, redes e instalaciones eléctricas en general. El Ingeniero electricista posee conocimientos técnicos, habilidades, destrezas y valores para encarar el diseño, construcción y administración, operación de procesos, productos, equipos y materiales en el campo eléctrico. Las funciones típicas de los ingenieros electricistas incluyen el diseño de nuevos productos, la prescripción de requerimientos de desempeño, el desarrollo de esquemas de mantenimiento. Resuelven problemas operativos, estiman el tiempo y el costo de los proyectos de ingeniería eléctrica y llevan a cabo la consultoría, la investigación y el desarrollo. Ingeniería Química: Rama de la ingeniería que estudia la aplicación, el desarrollo y la operación de procesos de manufactura en los cuales, mediante cambios en la composición y en las características físicas de los materiales se crean bienes, productos y servicios industriales y comerciales. Los ingenieros químicos, tienen contactos con procesos químicos y biológicos que toman las materias primas en productos valiosos, con perdida de material y consumo de energía mínimo. Las habilidades necesarias incluyen todos los aspectos del diseño, ensayo, escalamiento, operación, control y optimización.
Los ingenieros químicos tienen que ver con el diseño, y desarrollo de los productos, como alimentos, drogas, plásticos, empaques, vidrios, productos químicos en general. Ingeniería Agrícola: Es la rama de la ingeniería que se orienta a la planeación, gestión, diseño, ejecución y supervisión de proyectos de ingeniería relacionados con el manejo y aprovechamiento racional de los recursos hídricos, el planeamiento y construcción de obras de infraestructura y la mecanización agrícola y agroindustrial. Un ingeniero agrícola esta capacitado para dar solución a los problemas de diseño y desarrollo de las infraestructuras agropecuarias, mediante la aplicación de los conocimientos de la ingeniería, del suelo, del agua, de la planta, y de los problemas ecológicos y socioeconómicos. Sus áreas de trabajo están en la mecanización agrícola, el control del ambiente, y la administración de empresas y proyectos agropecuarios. 1.2.3.6 Ingeniería Electrónica: La ingeniería electrónica abarca un amplio espectro de tecnologías, que tienen que ver con los movimientos de los electrones y su control para fines útiles al hombre. Su campo de acción son los sistemas eléctricos con el énfasis en el manejo de señales eléctricas, acústicas, ópticas, y electromagnéticas usadas en funciones de medición, control, comunicaciones e informática. Los ingenieros electrónicos modelan, diseñan, adaptan, mantienen, implantan y gestionan equipos y sistemas electrónicos aplicados en áreas como las telecomunicaciones, la bioingeniería, la microelectrónica, las tecnologías de la información y la automatización. Ingeniería Industrial: La ingeniería Industrial aplica a la planificación y gestión de la producción la ingeniería de plantas industriales, la gestión de la calidad, el establecimiento de objetivos, y esta muy ligada a la gestión en cuanto realiza estudio de organización y métodos; planea, programa y controla la producción, supervisa y controla la calidad, asesora y realiza consultoría, investiga operaciones; participa en la dirección técnica y administrativa y financiera de las empresas. Ingeniería de Sistemas: Trabaja con lo simbólico apoyados en máquinas especiales que son los computadores, para ello adapta, mantiene, implementa y administra equipos y sistemas de: comunicación, información, cómputo, simulación, control y
administración. Mediante el análisis del sistema, el ingeniero de sistemas identifica las necesidades del usuario, determina la viabilidad técnica y económica y asigna las funciones y el rendimiento al software, al hardware a la gente y a la base de datos así como los elementos claves del sistema. Las funciones del ingeniero de sistemas comprende el análisis de las estructuras de información en una organización; la realización de investigaciones, desarrollos y aplicaciones a los nuevos adelantos tecnológicos en las áreas de computación y sistemas con el fin de alcanzar su adecuada adaptación a nuestro medio desarrolla software tantea nivel de programas de sistemas como a nivel de programas de aplicaciones; evalúa desde el punto de vista técnico y económico, equipos de computación electrónicos y sistemas de procesamiento de datos. Ingeniería Metalúrgica y de Materiales: La metalurgia es el arte y la ciencia de obtener los metales a partir de sus minerales y aplicarlos a las necesidades del hombre. El ingeniero metalúrgico interviene en el proceso de los productos de la minería y con la ayuda de la electricidad, la química y la mecánica obtienen metales y aleaciones como materia primara paraa lograr todo tipo de estructuras metálicas; equipos, mecanismos y vehículos para satisfacer necesidades humanas. Proyecta, diseña, dirige, y realiza labores que implican la obtención de materiales o su transformación, realiza investigaciones para perfeccionar los métodos de tratamiento de minerales, de obtención de metales. Ingeniería Ambiental: Busca el desarrollo sostenible, no solo con el cuidado y mejoramiento del ambiente, sino también el crecimiento social y económico de las comunidades. El ingeniero ambiental se desempeña en empresas de servicios públicos, institutos de investigación, comunidades, universidades, monitoreando el manejo de los recursos la calidad de los mismos, investigando y presentando propuestas de desarrollo sostenible. Ingeniería Geológica: Aplica los conocimientos de la geología al diseño y construcción de obras ingenieriles, a la explotación de los recursos minerales, y al investigación de daños causados por desastres naturales o de origen geológicos inducidos por el hombre. Se dedica fundamentalmente a la explotación de investigación de la corteza terrestre, con el objetivo de estudiar los componentes que lo conforman para buscar materias extractivas o seleccionar lugares para construir carreteras o vías férreas, obras de embalse, canales de regadío,
puertos, túneles, y cualquier otro tipo de construcción. Ingeniería de Alimentos: Rama especializada en l producción de alimentos, desde la obtención de materias primas, su transformación física, química y Biológicas, mediante procesos industriales hasta su embasado y distribución. Para ello toma los conceptos de la física y la química, y los aplica junto con los principios de la ingeniería del diseño, desarrollo de operaciones de equipos y procesos para el manejo, transformación, conservación y aprovechamiento integral de las materias primas, alimentarías, bajo parámetros de calidad, desde el momento de su producción primaria hasta su consumo. Esto se realiza sin agotar la base de los recursos naturales ni deteriorar el medio ambiente y atendiendo a los aspectos de calidad, seguridad, higiene y saneamiento. Los aspectos teóricos y prácticos de la industria alimentaria, desde la calidad de las materias primas hasta el uso final por los consumidores son el principal campo de estudio y práctica de la ingeniería de alimentos. Aplica los principios de la ingeniería de procesos y de la química a los alimentos. Ingeniería de Minas: Es la profesión en la cual los conocimientos de la ciencias naturales, como la química, la física, la matemática, la geología, se aplican con buen criterio y tecnología al desarrollo del medio, y extraer de la naturaleza económicamente con responsabilidad, social basada en un ética profesional, los minerales para el beneficio de la humanidad. El ingeniero de minas se encarga de la localización de los recursos mineros, organiza y dirige los trabajos para extraer de la tierra minerales sólidos, metálicos o no y el tratamiento para su utilización directa o su transformación. Realiza estudios geológicos y topográficos, recomienda mejores métodos de explotación. Ingeniería de Telecomunicaciones: Dos áreas de la ingeniería han ejercido un impacto contundente en las telecomunicaciones. La electrónica o microelectrónica y la computación, esto ha llevado a la variedad y tamaño de los sistemas actuales de telecomunicaciones como la telefonía fija y móvil, la radio, la televisión, el radar, las redes de computadores, los sistemas satelitales, etc. y ha hecho imperativo el surgimiento de una nueva ingeniería, desprendida normalmente de la ingeniería electrónica y dedicada a esta área de trabajo, vale decir, la ingeniería de la telecomunicaciones. Sectores de trabajo de la Ingeniería de telecomunicaciones: Sistemas de telecomunicaciones, telefonía,
redes móviles, comunicaciones satelitales, Radio y televisión, Telemática y redes de computadoras, Tecnología de Internet, Sistemas de telemetría y Sistemas de control. Definición de Tecnología8 1 f. Conjunto de teorías y de técnicas que permiten el aprovechamiento práctico del conocimiento científico. 2 f. Tratado de los términos técnicos. 3 f. Lenguaje propio de una ciencia o de un arte. 4 f. Conjunto de los instrumentos y procedimientos industriales de un determinado sector o producto. Lección No. 3: Ingeniería y Tecnología Electrónica Definición9 Electrónico, ca. (De electrón). 1. adj. Fís. Perteneciente o relativo al electrón. 2. adj. Perteneciente o relativo a la electrónica. 3. m. y f. Especialista en electrónica. 4. f. Fís. y Tecnol. Estudio y aplicación del comportamiento de los electrones en diversos medios, como el vacío, los gases y los semiconductores, sometidos a la acción de campos eléctricos y magnéticos. 5. f. Aplicación de estos fenómenos. Buzón electrónico, cañón electrónico, cerebro electrónico, computadora, electrónica, computador electrónico, correo electrónico, guerra electrónica, microfotografía electrónica, microscopio electrónico, pantalla electrónica, tarjeta electrónica Objetivos Ningún aspecto de la Vida Humana ha podido sustraerse a las aplicaciones de la electrónica. La producción en las granjas, las ventas al por menor, la manufactura, las comunicaciones, el transporte, las labores domésticas, el entretenimiento, en fin todas las actividades modernas se han desarrollado significativamente mediante la 8
REAL ACADEMIA ESPAÑOLA, Diccionario de la lengua española, Enero de 2006. http://www.rae.es. 9
REAL ACADEMIA ESPAÑOLA, Diccionario de la lengua española, marzo de 2006. http://www.rae.es.
incorporación de electrónica. La gran importancia que ha tomado la electrónica radica en la gran incidencia que tienen sus productos finales en la vida moderna, en el incremento continuo de la actividad económica que genera su creciente demanda de bienes y servicios y en la extraordinaria dinámica que le es característica hasta el punto que se le considera sinónimo de cambio tecnológico. En el momento actual, la producción electrónica es el sector industrial más grande del mundo. En los Estados Unidos la industria electrónica superó a las industrias del automóvil, aeroespacial y del petróleo juntas tanto en inversión como en empleo. A nivel mundial la producción electrónica emplea 10.5 millones de personas actualmente y se estima que en la próxima década esta cifra se doblará, lo cual significa un crecimiento impresionante no comparable al de otros sectores económicos. Entre 1982 y 1987 la producción electrónica mundial tuvo un crecimiento anual promedio de 11.8% mientras el PIB crecía en promedio el 3,2%. El reducido crecimiento que mostró el PIB mundial entre 1987 y 1992 (1.7%) deprimió el crecimiento anual promedio de la industria electrónica, la cual solo alcanzó una tasa del 5.1%. Durante el período 1992 - 1997 hubo una recuperación que alcanzó un crecimiento promedio del 6.4% con un crecimiento del PIB del 3.6% anual. Para el período 1997 - 2002 los estimativos indicaron que la industria electrónica creció a tasas del orden de 8.5% con PIB del 4.1%.10 Las cifras anteriores son bastante elocuentes. Durante década y media la industria electrónica mundial ha tenido un crecimiento anual a tasas iguales o superiores al doble del crecimiento del PIB del mundo. Y lo que es más importante, los expertos afirman que el mercado mundial de la electrónica apenas está en su infancia. Corrobora esta afirmación el desarrollo que tendrá una de las áreas más importantes de la tecnología electrónica, el mercado mundial de los computadores. En el año 1991 el número de computadores por persona era de 0.02. Para el año 2001 esta cifra era de 0.07, y una década después se espera que llegue a 0.18 computadores por persona. Para alcanzar estas metas se tendrán que fabricar 1000 millones de computadores en los próximos 20 años, sin contar los que se 10
AGARWALA GOKUL, “The World Wide Electronics Industry Status & Opportunities for Latin America”, California, 1995
requerirán para reemplazar aquellos que van quedando obsoletos. Y este probablemente no es el campo más dinámico de la electrónica, pues lo supera en actividad y por tanto en inversiones el área de las telecomunicaciones cuya expansión se estima que será vertiginosa en las próximas décadas. En este campo el crecimiento y expansión de las redes mundiales ha sido permanente. Durante 1994 los suscriptores de líneas telefónicas aumentaron el 21.4%, pasando de 31.3 a 38.0 millones; los suscriptores de teléfonos móviles se incrementaron en 74.5%, al pasar de 11.0 a 19.2 millones; los usuarios de TV por cable crecieron 6% aproximadamente, al pasar de 13.7 a 14.5 millones; y los suscriptores de Internet aumentaron el 126.6% al pasar de 6.0 a 13.9 millones. El crecimiento de la producción electrónica mundial será vertiginoso en las próximas décadas. En el año 1992 la producción de bienes y servicios de base electrónica ascendía a la suma de 800 billones de dólares. Se estima que una década después, en el año 2002 esta producción alcanzó los 1700 billones de dólares y que en el año 2012, es decir una década más tarde esta producción volverá a duplicarse, ascendiendo a 3600 billones de dólares. Este crecimiento sin precedentes no da cuenta de la desigual distribución por regiones. En la Tabla No. 1 se presenta la distribución regional a partir del número de empresas localizadas en cada una y del número de empleos generados. Adicionalmente se presenta la productividad por empleado que es un índice del grado de eficiencia y avance de la producción de cada región del mundo. Puede verse en la tabla, que la mayor concentración de empresas y empleados se encuentra en los países industrializados, destacándose el Japón con una tercera parte del total de cerca de cien mil empresas. Le siguen Estados Unidos y Canadá que en conjunto cuentan con la quinta parte de las empresas. Luego se encuentra Europa Occidental con algo más de la sexta parte, mientras que los famosos cuatro tigres asiáticos llegan apenas a algo menos de la décima parte del total de las empresas. Tabla No 1 Motor de desarrollo económico y social en todo el mundo DISTRIBUCIÓN REGIONAL
Región
No. De Empresas Empleo
Productividad (Dólares)
USA/Canadá W. Europa E. Europa Japón Cuatro Tigres R.Asia /Aust. M.E./Africa América Latina Total
21.632 17.766 2.010 35.355 9.245 6.200 500 6.300 99.058
124.900 116.500 10.750 95.500 90.925 28.000 33.000 55.000 76.375
2.126.000 1.633.000 1.172.000 1.940.000 757.300 2.227.000 180.000 492.000 10.527.700
Fuente: AGARWALA GOKUL “The World Wide Electronics Industry Status & Opportunities for Latin America”, California, 1995. Por su carácter de tecnología de punta, la electrónica demanda mano de obra de alta y mediana calificación para las tareas de desarrollo de productos, fabricación, instalación, prueba, reparación y mantenimiento de equipos y sistemas en campos como telecomunicaciones, automatización, control, computación, electromedicina, etc. Pero la demanda de mano de obra va mucho más allá, pues las empresas requieren personal calificado para labores propias de la comercialización de bienes y servicios de base electrónica tales como diseño de soluciones, asesoría, ventas, servicio al cliente, servicio postventas, etc. Como puede verse el campo de acción para los tecnólogos y los ingenieros electrónicos es muy amplio y se encuentra en expansión por el creciente desarrollo que los servicios de base electrónica están teniendo en todo el mundo, desarrollo que apenas se halla en sus comienzos y del que no se pueden sustraer los países subdesarrollados, a riesgo de acentuar su atraso. Lección No. 4: SISTEMA Definición: Sistema.11 1. m. Conjunto de reglas o principios sobre una materia racionalmente enlazados entre sí. 2. m. Conjunto de cosas que relacionadas entre sí ordenadamente contribuyen a determinado objeto. 3. m. Biol. Conjunto de órganos que intervienen en alguna de las 11
REAL ACADEMIA ESPAÑOLA, Diccionario de la lengua española, marzo de 2006. http://www.rae.es
principales funciones vegetativas. Sistema nervioso. 4. m. Ling. Conjunto estructurado de unidades relacionadas entre sí que se definen por oposición; p. ej., la lengua o los distintos componentes de la descripción lingüística. Otras definiciones Romero Augusto.12 Existen diversos conceptos y definiciones de sistemas que se han usado con frecuencia en las distintas disciplinas y ocupaciones. Muchos han escuchado los términos sistema social, sistema de producción, sistema financiero, sistema de administración, sistema de instrucción, ingeniería de sistemas, etc. Desde aquí se ve la palabra en diferentes campos, desde la industria hasta las ciencias puras. Llama la atención las definiciones que han aportado diversos autores en su afán de construir una teoría general de sistemas: Banghart (1969), define sistema como un término que representa todas las actividades que comprende un proceso de solución de problemas, desde su formulación, pasando por la implementación, hasta llegar a las recomendaciones. Ryan (1969), lo define como una organización de componentes interrelacionados e interdependientes, con la organización general y con el medio o contexto en el cual se ubica. Esta relación se mantiene mediante formas de operación y de información entre el sistema y el contexto, con el propósito de lograr los objetivos, asignados a la organización o sistema. Silvern (1968), establece que un sistema es la estructura u organización de un todo, que muestra claramente las interrelaciones de las partes entre sí y con la totalidad a la cual pertenecen. Kaufman (1972), define un sistema como la suma total de partes trabajando inter- dependientemente entre si para lograr resultados requeridos, con base en necesidades establecidas. Bertalanffy (1973), define un sistema como un conjunto de elementos interactuando. 12
ROMERO, Augusto, Teoría de sistemas; Universidad Pedagógica Nacional de Colombia. Bogotá 1978. Mimeografiado. Pg 42
Finalmente, Banathy (1973) afirma que un sistema esta constituido por un conjunto de partes de una organización diseñada para lograr objetivos específicos. De las anteriores definiciones se puede deducir que sistema es un concepto que puede referirse a un individuo, a una institución o a cualquier otra entidad. En su definición participan elementos tales como: Conjunto de partes interactuando. Con objetivos propios. Cuyo logro se realiza a través de procesos. Para producir resultados deseados. El funcionamiento está determinado por límites identificables en el contexto en el cual se ubica y el mantenimiento de un sistema es posible mediante el intercambio de energía e información con el contexto, a través de procesos de control e información de retorno. Lo anterior nos demuestra la carencia de principios y de una teoría general que pueda ser aplicada a todos los sistemas. Características y clases de los sistemas. Ryan (1969) establece propias de los sistemas: • • • • •
las
siguientes
características
como
Son conjuntos de elementos ordenados y organizados. Están compuestos de elementos o componentes y de relaciones entre si y con la totalidad del sistema. Funcionan como una totalidad en virtud de la interdependencia entre las partes. Están ubicados dentro de un contexto y orientados hacia fines específicos. Poseen una estructura de funcionamiento que les permite una dinámica de desarrollo.
Este mismo autor ofrece cuatro principios generales, los cuales han sido aplicados al estudio del funcionamiento de los sistemas y al desarrollo de nuevos sistemas: PRINCIPIO I: A mayor grado de totalidad en el sistema, mayor es su eficiencia. En todo sistema debe existir cierto grado de totalidad. Esta es definida por la forma en que cada parte del sistema está en relación con cada una de las otras partes, en tal sentido, que un cambio producido en una de ellas, repercute en las otras partes y en el sistema total.
PRINCIPIO II: A mayor grado de sistematización mayor es también la eficiencia de operación del sistema. La sistematización hace referencia al grado de fortaleza en las relaciones entre las partes de un sistema. En un sistema cuyas partes estén debidamente interrelacionadas, se hace necesario el ajuste de estas relaciones o el reemplazo de las partes, a fin de lograr el nivel deseado de firmeza y seguridad en el funcionamiento del sistema. PRINCIPIO III: A mayor grado de optimización, más efectivo es el sistema. La optimización se define como el grado de congruencia entre el sistema y su objetivo. Además, el sistema debe estar adaptado a las condiciones del medio en tal forma que se asegure la mejor actuación en relación con los objetivos. PRINCIPIO IV: A mayor grado de compatibilidad entre el sistema y su contexto, más efectivo es el sistema. La compatibilidad se refiere a la vinculación funcional del sistema con un medio particular. Es decir, un sistema debe operar de acuerdo con las características propias del medio. Clasificación de los sistemas. Todos los internos de clasificación de los sistemas han demostrado que ésta es una misión compleja y un proceso difícil. Una clasificación inicial es la que divide los sistemas en deterministas y probabilistas. NIVELES DE LOS SISTEMAS13 Si se observa la relación, todos los sistemas pueden ser considerados como parte de un sistema mayor y, al mismo tiempo, considerárseles como formados por partes o subsistemas. Esta situación determina la necesidad de clasificarlos según ciertos niveles. Las partes principales de un sistema, también conocidas como las funciones principales, son llamadas sub-sistemas. Un sistema puede tener dos o más sub- sistemas. El supra-sistema es la totalidad resultante de la interacción de un conjunto de sistemas. Por ejemplo, la relación que existe entre el sistema nervioso y el cuerpo humano, entre las escuelas, tomadas individualmente como sistemas y el contexto socio-cultural al cual pertenecen; entre el sistema educativo nacional y el supra- sistema 13
BERTANLANFFY, L:V Teoría general de sistemas. Ed Boston, 1973, pg 99.
social. Así, la definición de subsistema o sistema, está en relación con el sistema mayor al cual pertenece. Otra clasificación de los niveles de los sistemas, es la presentada por Boulding (1956). NIVEL
Estructuras estáticas
DESCRIPCIÓN Llamado también el nivel de las estructuras. Considerado como el principio de conocimientos teóricos organizados, pues la precisión de relaciones estáticas hace posible la teoría dinámica o funcional. Este nivel comprende; átomos, moléculas, cristales, estructuras biológicas de nivel microscópico. Su descripción se hace a través de fórmulas estructurales.
Mecanismos de control
Son sistemas cibernéticos y homeostáticos en cuanto a la transmisión e interpretación de información esencial para la supervivencia del sistema. A este nivel pertenecen el termostato, servomecanismos y mecanismos homeostáticos en los organismos.
Sistemas abiertos
Son estructuras autorreguladas, en donde se puede diferenciar la vida. Son sistemas que sostienen el paso de la materia (metabolismo). También se le denomina el nivel de la célula y de los organismos en general.
Sistema animal
Están caracterizados por la capacidad de movimiento creciente, conducta teleológica, aprendizaje y conocimiento de su existencia. El modo de actuar responde a una imagen o estructura de conocimiento o percepción del medio ambiente. Tienen comportamiento autónomo debido a la gran capacidad de recepción y procesamiento de información. Aquí comienza la teoría referida a los autómatas.
Sistemas humanos
Sistemas sociales Sistemas simbólicos
Es el individuo considerado como sistema. Se diferencia del nivel anterior por cuanto posee autoconciencia; la percepción, además de ser más compleja tiene una cualidad reflexiva, no sólo conoce, sino que esta consciente de lo que conoce. Estas propiedades están ligadas a los fenómenos del lenguaje: hablar, producir, percibir e interpretar símbolos. Son las organizaciones sociales, donde tienen especial significado los valores, la naturaleza y dimensión del conjunto de valores, los símbolos vinculados a las manifestaciones artísticas y la gama completa de emociones humanas. Representados por el lenguaje; la lógica; las matemáticas, las artes, la moral y demás sistemas de orden simbólicos.
CAPITULO 2 Lección No. 1
ANTECEDENTES Y ACTUALIDAD Historia de la Ingeniería14
LA INGENIERÍA PRIMITIVA La ingeniería era ya milenaria cuando se intentó definirla, nació 14
Asdrúbal Valencia Giraldo, Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, http://jaibana.udea.edu.co/~fabiovel/ingenieria.htm
antes que la ciencia y la tecnología y puede decirse que es casi tan antigua como el hombre mismo. Obviamente esta concepción de lo que es un ingeniero se sale de los estrechos marcos de las conceptualizaciones actuales. No se pretenderá que los ingenieros primigenios fueran científicos y mucho menos que conocieran la tecnología, eran simplemente ingenieros. Por ello ingeniero no es quien tiene título, es quien ejerce la ingeniería, la profesión que concreta los sueños y construye los ingenios de todo tipo, desde la rueda hasta los cyborgs, entendiendo como ingenio ya sea una máquina o artificio de guerra o bien una cosa que se fabrica con entendimiento y facilita la labor humana, que de otra manera demandaría grandes esfuerzos. En realidad la palabra ingeniero apareció en la Edad Media para designar a los constructores de ingenios, aunque junto con el sacerdocio y la milicia la ingeniería fue una de las primeras profesiones en aparecer. La ingeniería, cualquiera que sea su definición formal, tiene su historia, pues ella no se ha desarrollado sin conexión con las otras actividades humanas, al contrario: es una de las más significativas empresas sociales del hombre. En este sentido la ingeniería debe mirarse en el contexto de la historia general asociada con los grandes eventos que han cambiado totalmente los sistemas de la vida humana como: la revolución en la producción de alimentos (6000-3000 AC), la aparición de la sociedad urbana (3000-2000 AC), el nacimiento de la ciencia griega (600-300), la revolución en la fuerza motriz (Edad Media), el surgimiento de la ciencia moderna (siglo XVII), el vapor y la revolución industrial (siglo XVIII), la electricidad y los comienzos de la ciencia aplicada (siglo XIX), la edad de la automatización (siglo XX), la revolución termonuclear, la revolución de la electrónica y la informática, en suma con la nueva era del conocimiento. A través de las edades, el ingeniero ha estado al frente como un hacedor de la historia. Sus logros materiales han tenido tanto impacto como cualquier otro desarrollo político, económico o social. Estos cambios fundamentales han estimulado desarrollos ingenieriles, los cuales a su vez han acelerado la velocidad de la revolución histórica15 Los comienzos de la ingeniería se considera que ocurrieron en 15
El autor cita a: Kirby, Richard Shelton et al., Engineering in history, Dover Publications, New York, 1990, Ribeiro, Darcy, El proceso civilizatorio, Universidad del Valle, Cali, 1993.
Asia Menor o África hace unos 8000 años, cuando el hombre empezó a cultivar plantas, domesticar animales, y construir casas en grupos comunitarios. Tras el afianzamiento de la revolución agrícola, se acumularon innovaciones técnicas que ampliaron progresivamente la eficacia productiva del trabajo humano, se inició así el influjo inicial de la ingeniería, que provocó alteraciones institucionales en los modos de relación entre los hombres para la producción y en las formas de distribución de los productos del trabajo. El cambio más significativo fue el surgimiento de las ciudades que ocurrió hacia el año 3000 A.C. En las ciudades hubo administración central y comercio y muchos habitantes adoptaron profesiones diferentes a las de agricultor, pastor o pescador; se hicieron gobernantes, administradores, soldados, sacerdotes, escribas o artesanos, a quienes se puede llamar los primeros ingenieros. Es decir se afianzó la técnica. La interacción entre esta nueva sociedad urbana y la ingeniería fue muy fértil, pero de igual importancia fue el desarrollo del conocimiento y las herramientas del conocimiento fundamental para los ingenieros. Los desarrollos de esta época incluyen los métodos de producir fuego a voluntad, la fusión de ciertos minerales para producir herramientas de cobre y bronce, la invención del eje y la rueda, el desarrollo del sistema de símbolos para la comunicación escrita, las técnicas de cálculo y la aritmética y la normalización de pesas y medidas. Hasta 3000 A.C. la mayoría de las edificaciones eran modestas viviendas, pero desde entonces la ingeniería estructural dejó de ser meramente funcional, también fue arquitectónica. Se construyeron grandes palacios para los príncipes y enormes templos para los sacerdotes. Una consecuencia de la aparición de las religiones organizadas, con su gran estructura, fue un aumento de la actividad ingenieril y de su conocimiento. La nueva riqueza y los rituales religiosos también llevaron a la construcción de tumbas monumentales, de las cuales son ejemplo sobresaliente las pirámides. De hecho el primer ingeniero conocido por su nombre fue Imhotep, constructor de la Pirámide de peldaños en Saqqarah, Egipto, probablemente hacia el 2550 A.C. Este ingeniero alcanzó tanta reverencia por su sabiduría y habilidad, que fue elevado a la categoría de dios después de su muerte. Los sucesores de Imhotep - egipcios, persas, griegos y romanos llevaron la ingeniería civil a notables alturas sobre la base de
métodos empíricos ayudados por la aritmética, la geometría y algunos conocimientos incipientes de física16. Sin embargo, es paradójico que la obra de los ingenieros, presente en toda la historia, no fue reconocida jamás como obra de ingeniería, sino, acaso, como obra de arquitectura. Podrían explicarse largamente los sistemas de construcción en Mesopotamia, los sistemas de ingeniería hidráulica y sanitaria que se desarrollaron allí, así como los caminos, los puentes y las artes navales de los imperios asirios, babilonios y otros pueblos de esa región. Sin embargo, no es objeto de este trabajo hacer una historia de la ingeniería sino señalar algunos hechos que permitan presentar posteriormente los argumentos necesarios al meollo de esta exposición: lo artístico y sacro (o mágico) de la ingeniería. De la misma manera debe recordarse la ingeniería egipcia basada en la fuerza de ejércitos de hombres sometidos a un faraón y en la gran cantidad de piedra disponible en el valle del Nilo. Esto permitió la construcción de los enormes templos y pirámides característicos. Allí además se hizo necesaria la construcción de complejos sistemas de irrigación, dando origen a la agrimensura y la matemática correspondiente.
claro, entonces que el mundo antiguo percibió a la ingeniería como un quehacer que competía con las fuerzas naturales y las dominaba, con una profesión atenta a la invención de los ingenios de guerra, de las máquinas de extracción del agua, de los caminos, de los canales, de los puentes, del desecamiento de los pantanos, de las galerías subterráneas, de los grandes ingenios portuarios, de las defensas de las ciudades17 Esa percepción de que la ingeniería enfrentaba las fuerzas de la Naturaleza comprendía en ella una componente técnica, pero sobre todo intuía una porción mágica, sagrada: el portento de alterar los ritmos y las figuras del ser natural. Unos portentos que asombraban, atemorizaban y hacían al mismo tiempo que el hombre se atreviera a lo insólito con el imaginar de su inventiva. 16
El autor cita a: The New Encyclopaedia Britannica, "Engineering", Macropaedia, vol 18, 15th ed., Chicago, 1993, p. 414. 17 El autor cita a: Beakley, George C. and H. W. Leach, Engineering. An introduction to a creative profession, The Macmillan Company, New York, 1987. Furnas, C. C. and J. McCarthy, The engineer, Time, New York, 1966. Ehinnery, John R., The world of engineering, McGraw Hill, New York, 1985.
Lección No. 2: Historia de la ingeniería desde los griegos18 LOS INGENIERÍA GRIEGA Y ROMANA Con el declinar de la civilización egipcia, el centro del conocimiento se desplazó a la isla de Creta y después, alrededor del 1400 A. C., hacia la antigua ciudad de Micenas en Grecia, el lugar de donde Agamenón partió para la guerra de Troya. Los constructores de Micenas, como los egipcios, manejaron enormes bloques de piedra, hasta de 120 toneladas, en sus construcciones. Además dominaron el arco falso, una técnica que les ha ganado un puesto en la ingeniería. Este principio lo usaron en las construcciones subterráneas, como tumbas y sótanos y en las superficiales en puentes para vías y acueductos, pues estos últimos los construyeron con eficacia, así como los sistemas de drenaje19. Los griegos de Atenas y Esparta copiaron muchos de sus desarrollos de los ingenieros minoicos, porque en esa época fueron más conocidos por el desarrollo intensivo de ideas prestadas que por su creatividad e inventiva. La ciencia griega no fue muy propensa a la ingeniería, pero en este sentido quizá su mayor contribución fue descubrir que la naturaleza tiene leyes generales de comportamiento, las cuales se pueden describir con palabras. Además está la ventaja de la geometría euclidiana y su influjo en la ingeniería El primer ingeniero reconocido en el mundo griego fue Pytheos, constructor del Mausoleo de Halicarnaso em 352 A.C., quien combinó allí tres elementos: el pedestal elevado de la columna, el templo griego y el túmulo funerario egipcio. Además fue el primero que entrenó sus aprendices en escuelas y escribió tratados para los constructores del futuro. Otros ingenieros importantes fueron Dinocrates el planeador de Alejandría y Sostratus, quien construyó el famoso faro. Inventos y descubrimientos griegos sobresalientes son los de Arquímedes y los de Cresibius, antecesor de Herón, el inventor de la turbina de vapor. 18
Asdrúbal Valencia Giraldo, Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, http://jaibana.udea.edu.co/~fabiovel/ingenieria.htm 19 El autor cita a: Franz, Georg, Las transformaciones en el mundo mediterráneo, Siglo XXI, México, 1980.
Pero los mejores ingenieros de la antigüedad fueron los romanos, quienes liberalmente tomaron ideas de los países conquistados para usarlas en la guerra y las obras públicas. Aunque muchas veces carecieron de originalidad de pensamiento, los ingenieros romanos fueron superiores en la aplicación de las técnicas, entre las cuales son notables los puentes que usaron en vías y acueductos. Pontífice, la palabra que designaba a las ingenieros constructores de puentes, tomó una denotación tan importante que en tiempos de los romanos vino a significar el magistrado sacerdotal que organizaba y presidía el culto a los dioses y con esa acepción se utiliza el término en la actualidad. Esta anotación semántica sólo para insistir en el contenido sacro de las actividades ingenieriles. Además de los notables puentes de los acueductos, visibles en Europa y Asia y de los cuales son ejemplos famosos el aguaducho de Segovia o el Pont du Gard, cerca de Nimes, con 50 m de altura y 300 de largo, son altamente notables las famosas vías imperiales como la Via Appia y la Via Flaminia, que atraviesan Italia longitudinalmente. En la cumbre del poder romano la red de carreteras cubría 290.000 kms desde Escocia hasta Persia. Un historiador afirma que las ciudades del imperio romano gozaban de sistemas de drenaje y suministro de agua, calefacción, calles pavimentadas, mercados de carne y pescado, baños públicos y otras facilidades municipales comparables a las actuales. La aplicación de la ingeniería en las artes militares y en los problemas de navegación, adecuación de puertos y bahías implicó, como en los otros casos, el uso de máquinas, materiales y procesos, que hablan del grado de desarrollo de la ingeniería romana, de la cual quedó fundamentación escrita en muchos tratados escritos en aquel tiempo y entre los cuales descuellan los trabajos de Vitruvio. El libro De Architectura de Vitruvio, fue escrito en Roma en el primer siglo D.C. Consistía en 10 volúmenes que incluyen materiales y métodos de construcción, hidráulica, mediciones, diseño y planificación urbana20. Cuando el poder se desplazó de Roma a Bizancio en el siglo 20
El autor cita a: Vitruvius Pollio, Marcus, On architecture, Putnam's and sons, New York, 1934.
sexto D.C. la ingeniería romana se adaptó a nuevas exigencias y surgieron nuevas formas de construcción, en esto los bizantinos superaron a egipcios, griegos y romanos, desarrollaron el principio del arco y lo utilizaron en un domo soportado en las esquinas de una torre cuadrada, la diagonal de la cual era igual al diámetro de la base del domo. Un ejemplo notable de este sistema es la catedral de Santa Sofía. LA INGENIERÍA EN LA EDAD MEDIA Después de la caída de Roma, el conocimiento científico se dispersó entre pequeños grupos, principalmente bajo el control de órdenes religiosas. En el Oriente, empezó un despertar de la tecnología entre los árabes, pero se hizo muy poco esfuerzo organizado para realizar trabajo científico. Al contrario, fue un período en el cual individuos aislados hicieron nuevos descubrimientos y redescubrieron hechos científicos conocidos antes. Fue durante este período que se usó por primera vez la palabra ingeniero. La historia cuenta que alrededor del año 200 D.C se construyó un ingenio, una invención, que era una especie de catapulta usada en el ataque de las murallas defensoras de las ciudades. Miles de años después sabemos que el operador de tal máquina de guerra era el ingeniator, el origen de nuestro título moderno: el ingeniero. Un historiador afirma que: "la principal gloria de la Edad Media no fueron sus catedrales, su épica o su escolástica: fue la construcción, por primera vez en la historia, de una civilización compleja que no se basó en las espaldas sudorosas de esclavos o peones sino primordialmente en fuerza no humana"21. Esto porque la revolución medieval de la fuerza y la potencia es uno de los desarrollos más dramáticos e importantes de la historia. Obviamente que un estímulo para este desarrollo fue el decaimiento de la institución de la esclavitud y el continuo crecimiento del cristianismo. Las principales fuentes de potencia fueron; la fuerza hidráulica, el viento y el caballo, que se concretaron en las ruedas y turbinas hidráulicas, los molinos de viento y las velas, las carretas y los 21
El autor cita a: Harvey, John, The Gothic World 1100-1600, B. T. Batsford, London, 1970.
carruajes. Además se hicieron otros avances técnicos como el uso del carbón de leña y el soplo de aire para fundir el hierro eficientemente. Otro avance fue la introducción, desde China, del papel y la pólvora por los árabes, así como las ciencias de la química y la óptica que ellos desarrollaron. Sin duda el uso del papel, la invención de la imprenta y la brújula, con las posibilidades de navegación, contribuyeron a la dispersión del conocimiento. El cristianismo hizo desarrollar la construcción en expresiones tan maravillosas y sacras como las catedrales góticas y el Islam las construcciones y mezquitas de los moros. Los ingenieros medievales elevaron la técnica de la construcción, en la forma del arco gótico y los arbotantes, hasta alturas desconocidas por los romanos. Vías, puentes, canales, túneles, diques, puertos, muelles y máquinas se construyeron en la Edad Media con un conocimiento, que todavía pasma en la actualidad. El libro de bosquejos del ingeniero francés Villard de Honnecourt revela un amplio conocimiento de las matemáticas, la geometría, las ciencias naturales y la artesanía. De esos tiempos data una máquina tan maravillosa como el reloj mecánico, que iría a influir tan marcadamente en la civilización moderna. En Asia la ingeniería también avanzó con complejas técnicas de construcción, hidráulica y metalurgia, que ayudaron a crear civilizaciones como la del imperio Mongol, cuyas grandes y bellas ciudades impresionaron a Marco Polo en el siglo XIII. LA REVOLUCIÓN CIENTÍFICA Y TECNOLÓGICO DE LOS SIGLOS XVII Y XVIII Aunque Venecia se enorgullece de sus esplendentes obras de ingeniería, Florencia tuvo el más famoso ingeniero de todos los tiempos. Pocas veces ha sido bendecido el mundo con un genio como Leonardo da Vinci (1452-1519). Aunque aún es aclamado como uno de las grandes artistas del Renacimiento, sus esfuerzos como ingeniero, inventor y arquitecto, son todavía más impresionantes. Mucho después de su muerte sus diseños de la turbina de gas, la ametralladora, la cámara, las membranas cónicas y el
helicóptero,
han
demostrado
ser utilizables.
Galileo (1564-1642) fue también un hombre de gran versatilidad. Fue un excelente escritor, artista y músico, y es considerado también como uno de los principales científicos de este período histórico. Una de sus mayores contribuciones fue su formulación del método científico para acceder al conocimiento. Habrá que mencionar una pléyade de nombres ilustres en el desarrollo de la ciencia y la tecnología en este período: Torricelli, Pascal, Fermat, Descartes, Boyle, Hooke, Huygens, Leibniz y ese otro genio inglés: Isaac Newton. En esa época se hicieron los primeros intentos para producir la máquina de vapor por parte de Papin y Newcomen. Aunque estas primeras máquinas eran muy ineficientes, marcaron el inicio de las máquinas térmicas como productoras de potencia22. La revolución industrial Cuarenta años después de la muerte de Newcomen, James Watt hizo cambios tan fundamentales e importantes que, junto con Newcomen y Savery, se le da crédito como originador de la máquina de vapor. El otro desarrollo que dio ímpetu a los descubrimientos tecnológicos fue el método, descubierto por Henry Cort, para refinar el hierro. Este y la máquina de Watt proporcionaron una fuente de hierro para la maquinaria y plantas de fuerza motriz para operar la maquinaria. El barco de vapor y los ferrocarriles, la unión entre la ciencia y la técnica, la enseñanza de la ingeniería y el desarrollo industrial generaron todas las consecuencias de la Revolución Industrial23. LA INGENIERÍA DEL SIGLO XX Tres desarrollos de la ingeniería del siglo XIX cambiaron las formas de vida humana y alteraron la evolución de la historia. El 22
El autor cita a: Berg, Maxine, La era de las manufacturas 1700-1820, Editorial Crítica, Barcelona, 1987. 23 Cazadero, Manuel, Las revoluciones industriales, Fondo de Cultura Económica, México, 1995.
primero fue la expansión de la revolución industrial, el segundo el surgimiento de la ingeniería civil como una profesión, que incluyó la conciencia de la necesidad de la educación científica y técnica como prerrequisito para la práctica ingenieril. El tercer desarrollo, y el más importante, correlacionado con el segundo, fue la introducción de un nuevo método para el logro del avance ingenieril: el método de la ciencia aplicada. Un ejemplo del método anterior fue el desarrollo de la ingeniería eléctrica, lo cual unido a la popularización del motor de combustión interna y a la química originaron la llamada segunda revolución industrial de principios del siglo XX. A partir de entonces emergió una gran cantidad de invenciones que estaban destinadas a tener un efecto de largo alcance en nuestra civilización. El automóvil se empezó a usar extensivamente al hacerse disponibles mejores carreteras. Las invenciones de equipo eléctrico por Edison y del tubo electrónico por DeForest impulsaron el uso de sistemas de potencia y las comunicaciones. Además apareció en escena el avión. A partir de entonces se desarrolló la ingeniería en todas sus especialidades: civil y sus ramas, construcción, transporte, marítima e hidráulica, potencia y sanitaria; mecánica y sus ramas, de maquinaria, de armas, automotriz, de producción, naval, etc.; industrial; química y sus ramas; eléctrica y electrónica, con sus ramas de control, comunicaciones, potencia y microelectrónica; de petróleos; aeroespacial; de materiales; nuclear; bioingeniería; de sistemas y toda una serie de especialidades que no es posible mencionar aquí. Casi desde su inicio la ingeniería tuvo dos aplicaciones: una de uso cotidiano y una de uso mítico. El primer mundo conceptual corresponde a la solución de las necesidades civiles y militares que permitió construir todo tipo de obras y espacios para realizar actividades cotidianas y colectivas. La otra aplicación, de carácter sacro, se refiere a la fabricación de utensilios y la creación de espacios más complejos y se concretó, sobre todo, en las construcciones de templos y tumbas24. "Algunas culturas materializan sus conceptos geométricos y matemáticos en obras arquitectónicas monumentales, sobre todo en aquellas obras en que domina un pensamiento mágico, donde el mundo cultural está introducido en el universo natural. Mientras 24
El autor cita a: O'Dea, William T., The meaning of engineering, Museum Press, London, 1961.
que las construcciones domésticas se hacen con materiales naturales perecederos se da más importancia a la manufactura de objetos que por su significado trascendental tienen la finalidad de que perduren en la muerte. Este parece ser el caso de San Agustín".25 Este aspecto mágico de la ingeniería podría indagarse en las obras de todas las civilizaciones, desde los megalitos, los ziggurats sumerios, las mastabas, pirámides y templos egipcios, los templos minoicos, los laberintos cretenses, los monumentos romanos, las catedrales góticas, las pagodas orientales, las pirámides americanas, las tumbas agustinianas, hasta los templos actuales. Esto se puede rastrear en cualquier cultura, antigua o actual. En este contexto se opta por ejemplos de nuestra cultura aborigen lo que permite explicar más de cerca la dimensión mítica de la ingeniería. “Entre los kogi, como en la mayoría de las comunidades indígenas, quien detenta la principal jerarquía religiosa, el mamo, es el depositario del mito en su integridad y del conocimiento en general, se convierte en conservador del orden natural y social a la vez que asume las funciones de arquitecto e ingeniero". “Sólo el mamo está capacitado para innovar la técnica constructiva y teorizar acerca de ella, mientras conserva el velo del mito pues sin él se rompería el equilibrio ecológico del hábitat" “La relación mito-rito-construcción, por analogía, se puede traducir así: teoría- técnica-aplicación, salvando las características propias de cada disciplina y considerando el papel de la experiencia en la formulación teórica".26 Así se entienden afirmaciones como las de Llanos: " Para poder identificar una cultura y posteriormente conocer su actuación histórica con sus transformaciones, tenemos que aproximarnos a sus modelos conceptuales que están contenidos en sus asentamientos domésticos cotidianos (poblados, viviendas, campos de cultivo, talleres, caminos, etc.), y a sus modelos míticos por intermedio del conjunto de signos plasmados de manera articulada en sus objetos mágicos, hechos en arcilla, piedra, metal o cualquier otro material". 25
El autor cita a: Llanos V., Héctor, "Espacios míticos y cotidianos en el sur del Alto Magdalena Agustiniano", Ingeniería prehispánicas, FEN, Bogotá, 1990. 26 El autor cita a: Salazar, Luz Amanda, En los orígenes de la ingeniería colombiana, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 1988, p. 41.
"Pero, los objetos y elementos arqueológicos no se encuentran descontextualizados ni desarticulados, sino que por el contrario éstos pertenecen a espacios culturales, a espacios arquitectónicos [e ingenieriles] cotidianos y míticos. Si al menos identificamos estos modelos arquitectónicos, logramos identificar sus pautas de asentamiento, y por tanto conocer el nivel de complejidad social, política, económica y mágica alcanzado por la cultura que investigamos."27 La acción de la tecnología (y la ingeniería) requiere cuatro elementos: 1234-
los seres o cosas sobre los que actuar, los conocimientos, la intención y decisión de aprovechar los recursos y conocimientos y la inventiva y la capacidad manual. El primer elemento son los recursos, los otros tres son aspectos de la cultura humana que obran sobre los primeros.
Pero, como anota Patiño, "Un recurso puede existir al alcance y no ser aprovechado. las razones son varias, pero se pueden reducir a dos: que no se conozcan las propiedades de las cosas o que se formen tabúes sobre lugares, minerales, plantas o animales, que impiden usarlas a pesar de su presencia. La posesión de técnicas no quiere decir que sean o puedan ser siempre utilizadas". Se encuentra aquí una primera tensión entre la posibilidad técnica y la posibilidad mágica, por eso se indicó que se puede hablar de una ingeniería sagrada y otra secular. Dentro de la primera se dan dos expresiones: la que se refiere a los instrumentos y herramientas artesanales y la que se desarrolló para fines religiosos, como los templos griegos. Por ello se entiende que, inicialmente, la ingeniería tuvo que arroparse y estar contenida en el ámbito de lo sacro para poder tener posibilidades reales, e incluso ilimitadas, de acción. Esto porque la religión, ya antes de que estuvieran disponibles los beneficios generales de la ingeniería, ocupaba un 27
El autor cita a: Llanos V., Héctor, "Algunas consideraciones sobre la Cultura de San Agustín: Un Proceso histórico Milenario en el Sur del Alto Magdalena de Colombia", Boletín Museo del Oro, Banco de la República, No 22, Bogotá, 1988, p. 83.
lugar principal en el pensamiento y la acción humanos. Sin embargo, aunque la ingeniería no ha jugado una parte directa en la formulación de ninguna religión, la tecnología ha facilitado enormemente la comunicación de las enseñanzas religiosas a millones de personas. La producción del papiro, del papel y las tintas ha sido de importancia en la diseminación de las creencias religiosas así como de la educación en general. De la misma manera, la construcción de templos e iglesias ha mejorado la vida religiosa. Una culminación de ello es, sin duda, la catedral gótica, cuyo contenido esotérico ha descrito tan bien Fulcanelli cuando dice que: "Es asilo inviolable de los perseguidos y sepulcro de los difuntos ilustres. Es la ciudad dentro de la ciudad, el núcleo intelectual y moral de la colectividad, el corazón de la actividad, pública, el apoteosis del pensamiento del saber y del arte." "Por la abundante floración de su ornato, por la variedad de los temas y las escenas que la adornan, la catedral aparece como una enciclopedia completa y variada -ora ingenua, ora noble, siempre vivade todos los conocimientos medievales. Estas esfinges de piedra son, pues, educadoras, iniciadoras primordiales. El arte y la ciencia, concentrados antaño en los grandes monasterios, escapan del laboratorio, corren al edificio, se agarran de los campanarios, a los pináculos, a los arbotantes, se cuelgan de los arcos de las bóvedas, pueblan los nichos, transforman los vidrios en gemas preciosas, los bronces en vibraciones sonoras, y se extienden sobre las fachadas en un vuelo gozoso de libertad de expresión -nada más cautivador, sobre todo, que el simbolismo de los viejos alquimistas, hábilmente plasmados por los modestos escultores medievales-".28 Aunque la descripción alquímica de Fulcanelli escapa a la brevedad de estas notas, no puede dejar de recalcarse esta evidente relación entre la obra de ingeniería y la obra hermética, porque las maravillas de la Edad Media contienen la misma verdad, el mismo fondo esotérico, que las pirámides de Egipto, los templos de Grecia, las catacumbas romanas, las basílicas bizantinas. Y ese es el alcance del libro de Fulcanelli, que se expresa así sobre el término gótico: "La explicación del término arte gótico debe buscarse en el origen 28
El autor cita a: Fulcanelli, El misterio de las catedrales, Plaza & Janés, Barcelona, 1969, p. 57.
cabalístico de la palabra... arte gótico no es más que una deformación de argótico. La catedral es una obra de art goth, es pues, una cábala hablada...".29 Pero el contenido mágico de la ingeniería no sólo existe en los antiguos monumentos, que realmente sobrecogen, como lo han experimentado los viajeros frente a Machu Pichu, en la pirámides de Tikal, bajo la gran pirámide, al pie de Stonehenge o junto a los mohais de la Isla de Pascua. También es una visión mágica la gran muralla china vista por un viajero exterior a la tierra; fue algo más que mágica la llegada del hombre a la luna, son mágicos los equipos médicos que exploran el cuerpo humano y aún el cerebro y la mente. Así a pesar de que la tecnología moderna dice basarse en la desacralización de la ciencia, y de que lleva a la secularización del mundo, sus motivaciones desde el punto de vista humano son las mismas que crearon la tecnología sagrada.30 Los sueños del hombre, los que lo han llevado a la situación actual del mundo, pasan por el dominio de la naturaleza: se sueña con el control de la población, con un gobierno mundial, con fuentes permanentes de energía, con el control del clima, con los robots, con los computadores y la educación con ellos, con la transferencia instantánea de masas a distancia, con la aldea global, con la reproducción asexuada, con los seres humanos biónicos (cyborgs), con la ingeniería genética, con el control de la evolución, con la inmortalidad, con la telepatía, con la comunicación entre especies, con la explotación del espacio próximo, con las colonias espaciales, con los vuelos en campos de baja gravitación, con los viajes interplanetarios, con la creación de nuevas tierras, con el control de la gravitación, con la comunicación interestelar, con los viajes interestelares, con los agujeros negros, con los imperios galácticos, con los viajes a través del tiempo, con los cambios alternativos a través del tiempo, sueños todos estos que tienen un elevado contenido tecnológico, vale decir ingenieril. Pero estos sueños nuevos no son recientes en el caso de los ingenieros, al contrario, lo fantástico, lo mágico de la ingeniería comenzó con su atención a las cosas de la naturaleza; en su curiosidad 29
El autor cita a: Fulcanelli, El misterio de las catedrales, Plaza & Janés, Barcelona, 1969, p. 57 30 El autor cita a: Claret Z., Alfonso, "Una apreciación evaluativa de la Edad Media desde el punto de vista de las ciencias", Seminario Historia de las Ciencias, Facultad de Educación, Universidad del Valle, 1984.
por ellas, en el deseo de aprehensión y vencimiento, más allá de lo que el destino parece hacer concedido al hombre. Toda la mítica antigua, de Sumer al hombre del Perú es abundante en estas pasiones de dominio de la naturaleza, por lo que los ingenieros pueden como entes de razón, pero en más de un momento por lo que pueden como criaturas de magicidad. Baste pensar en el contenido mítico y tecnológico de las figuras de Prometeo o de Ícaro, en lo que representan Bochica y Chimizapagua, para apreciar la dimensión mítica de la ingeniería, en su papel de allanadora del camino que conduce el hombre hacia la inmortalidad. Pero hay otro aspecto más concreto de la magia de la ingeniería y es la manera como sus obras se inscriben en el mito, y no precisamente las antiguas. Recordemos cómo se han vuelto míticos el ferrocarril de Antioquia y el Túnel de la Quiebra, la carretera al Mar y el Golden Gate, la torre Eiffel o la torre de Pisa, el Taj Mahal o la represa de Asuán, el Ford T-6 y el Titanic. Lo sagrado de la ingeniería tiene múltiples manifestaciones, que apenas alcanzan a esbozarse en esta introducción. Historia de la ingeniería en Colombia31 La modernidad de América Latina, y por ende de Colombia, es una modernidad especial desde sus orígenes. A este respecto se plantean varias posiciones. Una visión que parte de que durante la conquista y la colonia, España y Portugal no se abrían a la modernidad sino que con la Contrarreforma se encerraban en el dogma y la fe única. De ahí el retraso en la sociedad, la política, la tecnología, la economía o la cultura. Las ideologías provenientes de Europa fueron asumidas en la América Latina con el fervor acrítico de una creencia religiosa. Inclusive el marxismo todavía tiene vida en muchos reductos de este "Lejano Occidente". Esto ha sido así hasta ahora porque ..."tenemos una cultura filosófica mimética que repite los planteamientos que formulan los pensadores alemanes, franceses, británicos, etc., sin vincular para nada esas reflexiones con nuestro pasado histórico, con nuestro ethos cultural, con nuestras necesidades y perspectivas"32. 31
Asdrúbal Valencia Giraldo, Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, http://jaibana.udea.edu.co/~fabiovel/ingenieria.htm 32 El autor cita a: Menco M. , José T., "Acerca de la razón aúrea", Informetal, No. 47, Abril 1996, p. 24
Aquí la ciudad, símbolo de lo moderno, no pertenece aún a sus habitantes; se importan y consumen ciencia y procesos tecnológicos, sin una apropiación de sus principios constitutivos, lo que en la práctica se traduce en una dependencia que llega a afectar la misma soberanía nacional; se busca la industrialización pero sin aceptar, en las instituciones su cultura política, e incluso en los rubros presupuestales, la fragmentación y demandas de autonomía individual. Tanto para las "castas señoriales" como para las "vanguardias revolucionarias", la modernidad aparece como un costo demasiado elevado que habría que evitar. En este contexto "Modernización" es el nombre con que se presenta hoy en nuestro país el proyecto neocolonial vinculado a la llamada "revolución post- industrial". Salvo, quizás, que el significado del término se fije desde el horizonte cultural de nuestro pueblo, cosa que - hasta ahora - no sucede. Para ello es necesario entonces, determinar que la mera industrialización nada produciría si no se formulan claras políticas públicas sociales. Esto implica parte de lo que se ha hecho, tratar de tornar eficiente el sector público; el diseño de programas sociales y la participación de las población y sus organizaciones en la implementación de los mismos; la intervención sobre los procesos de concentración del ingreso y un trato cuidadoso de la deuda externa.33 Es decir, que Colombia debe buscar sus vías para perfeccionar su modernización, porque no se trata de modernizar la dependencia, de copiar servilmente el desarrollo de los poderosos o de confrontarlos mediante regresiones invariables y todavía más costosas. Se habla de tres formas principales de modernización: • •
•
33
La modernización equilibrada, en la que no se destruyen los valores tradicionales. Un ejemplo es Japón. La modernización conflictiva donde se plantean grandes antagonismos con las tradiciones de una parte de la sociedad, como ocurre en los países musulmanes. La modernización gradual, como trata de hacerse en los países tercermundistas, laboratorios de modernidad donde lo
El autor cita a: Dussel, Enrique, 1492 El encubrimiento del otro, Antropos, Bogotá, 1992.
moderno es frágil.34 Aunque Colombia haya pasado de país rural a país urbano - en 1938 el 70% de la población residía en zonas rurales y hoy el 75% vive en las cabeceras-, y en la ciudades las vanguardias pueden haberse trepado a la nave de lo posmoderno, parece un poco forzado tratar de encontrar posmodernidad precisamente en las características de una América Latina que no ha podido acceder a la modernidad. Nuestra modernidad es, cuando más, periférica y mestiza. "En América Latina y en Colombia en particular, lo moderno no puede jamás considerarse como un proyecto agotado. Muy al contrario, diría que el proyecto moderno aún tiene demasiadas posibilidades,... aunque el sendero de la modernidad no podemos recorrerlo del mismo modo como lo hicieron otros países para bien o para mal".35 Evidentemente, nuestro empeño debe ser la entrada a la modernidad con todo lo que eso implica y no simplemente a la modernización ni mucho menos el creernos posmodernos por influjo de unas artes que no están inscritas en el internacionalismo nivelador de la aldea global. Antecedentes En los orígenes de la ingeniería colombiana, como en todas las demás manifestaciones culturales, hay por lo menos tres raíces: el aporte indígena, el aporte negro y el aporte europeo. Esto debe reconocerse de entrada y aunque sin duda la contribución de los españoles fue dominante, es conveniente no olvidar los otros componentes. Infortunadamente, esto no es lo aceptado por muchos historiadores respetables, por ejemplo Bateman señala : " Hasta donde alcanzan las noticias sobre la cultura indígena de los pueblos que habitaban lo que hoy es el territorio de la República de Colombia, eran muy pocos los conocimientos que tenían de las matemáticas y nula la ejecución de cualquier obra. De estas tribus la más avanzada era la de los Chibchas, que tan sólo conocían un sistema de numeración, de base veinte, pues contaban con los dedos 34
El autor cita a: Hernández, Miguel Angel, "La modernización social y el mundo moderno", Estructura Científica, desarrollo tecnológico y entorno social, Misión de Ciencia y Tecnología, Vol. 2 , Tomo II, MEN- DNP-FONADE, Bogotá, 1990. 35 El autor cita a: Bateman, Alfredo, "Historia de la matemática y la ingeniería", Ciencia y Tecnología en Colombia, Colcultura, Bogotá, 1978, p. 107.
de las manos y de los pies, dándole un nombre a cada número".36 Es posible que los indios no fueran grandes matemáticos, tema que también podría discutirse, pero afirmar que fue nula la ejecución de cualquier obra es sin duda una temeridad, por decir lo menos, como se demostrará en este trabajo. Un punto de vista similar es adoptado por un historiador oficial como el ingeniero Poveda Ramos cuando señala que : " Todo lo que podemos reconocer a nuestros aborígenes como 'ingenieros' es la construcción de caminos con una técnica muy rudimentaria, aunque a veces con trazados muy audaces; la técnica de la separación del oro de aluviones, la de su fundición y la de su elaboración a mano, la minería de sal de socavón y su evaporación de aguas salinas, la muy primitiva alfarería y los hornos de leña para cocer piezas de barro, la hilatura y el tejido del algodón y de la lana. Pero casi nada más.".3637 Algo reconoce Poveda, pues lo que señala no es poco cuando se le mira en detalle, pero muchas más ejecutorias pueden atribuirse a nuestros aborígenes, ya que se han documentado desarrollos técnicos y grandes transformaciones del espacio que fueron realizados en nuestro país antes del siglo XVI, esto es lo que se conoce como ingeniería prehispánica de acuerdo con la interpretación de Mora Camargo, quien señala: " Resulta curioso que se emplee un término que se refiere al arte de aplicar los conocimientos científicos a la técnica industrial, cuando se habla de sociedades del período prehispánico. Sin embargo, se justifica esto último al ampliar la acepción del término, incluyendo dentro de la categoría aquellos procesos de experimentación y acumulación de conocimientos que dieron como reusltado un procedimiento sistemático de manejo y aplicación de técnicas que transformaron profundamente el paisaje".38 Un punto de vista similar es adoptado por Luz Amanda Salazar al indicar que :"...los conocimientos agrupados hoy bajo la denominación de ingeniería no existieron como una rama autónoma, sino formando parte de una gran amalgama gnoseológica, técnica y mítico-religiosa, pero ante todo práctica. No había distinciones
36
Jaramillo Vélez, Rubén, "La postergación de la experiencia de la modernidad en Colombia", Estructura Científica, desarrollo tecnológico y entorno social, Misión de Ciencia y Tecnología, Vol. 2, Tomo II, MEN- DNP-FONADE, Bogotá, 1990. 37 El autor cita a: Poveda Ramos, Gabriel, Historia Social de la Ciencia en Colombia, Tomo IV, Ingeniería e historia de las técnicas, Colciencias, Bogotá, 1993, p. 23. 38 El autor cita a: Mora Camargo, Santiago, "Prefacio", Ingenierías prehispánicas, Fondo FEN-Instituto Colombiano de Antropología-Colcultura, Bogotá, 1990, p. 9.
entre unas y otras actividades".39 Esta última afirmación es importante, no sólo para explicar aproximaciones a la ingeniería civil indígena sino a cualquier otro tipo de tecnología autóctona, pues como anota Lechtman : " Debemos reconocer que actividades como el hilado y el tejido o el vaciado de vasos son tecnologías de poder. Es importante también poner de relieve que en todos estos casos estamos ante tecnologías que nos proporcionan información, pues la razón de sus productos iba en gran parte determinada por el poder comunicativo de su mensaje. Con este enfoque, se puede comprender que las tecnologías metalúrgicas de las Américas eran tecnologías de poder -igual que los metales que produjeron los escudos y las espadas de bronce y hierro del Cercano Oriente. La diferencia entre unas y otras reside en como expresaban ese poder coercitivo en un caso, ideológico en el otro -. Fue a través de las mismas tecnologías como se confirió el poder a aquellos que lo impartían y controlaban”.40 Por lo anterior hay que llamar la atención sobre las interpretaciones de la tecnología prehispánica y sus razones, fueran éstas utilitarias, de poder, de compenetración mítico religiosa o artísticas. Pero el propósito de este escrito no es, obviamente, intentar ese análisis sino mostrar como, en sentido amplio, si hubo una ingeniería prehispánica en Colombia y la argumentación de esta aserto se basará, fundamentalmente, en dos manifestaciones de la ingeniería: la de materiales y la civil. En su vida cotidiana los indígenas prehispánicos, lo mismo que el hombre actual, manipulaban cuerpos de la más variada índole, obtenidos de diferentes materiales. Es decir echaban mano, con En América no hubo implementos de eficiencia, de los recursos.41 hierro hasta la llegada de los europeos, pero se utilizaron de metales como bronce, cobre y oro. Los 39
materiales
usados
por
nuestros
antepasados
para
sus
El autor cita a: Salazar, Luz Amanda, En los orígenes de la ingeniería colombiana, Publicaciones Facultad de Ingniería - Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, 1988, p. 6. 40 El autor cita a: Lechtman, Heather, " Perspectivas de la metalurgia precolombina de las Américas", Precolumbian American Metallurgy, Banco de la República, Bogotá, 1986, p. 26. 41 El ator cita a: Patiño, Víctor Manuel, Historia de la cultura material en la América equinoccial, Tomo V. Tecnología, Instituto Caro y Cuervo, Bogotá, 1992.
utensilios, fueron de origen mineral, vegetal y animal.42 La tecnología de los materiales tiene que ver pues, con la utilización y manipulación de materiales y de manera notable con el manejo de los metales o metalurgia, que lleva incluso hasta la minería. De otro lado, la ingeniería civil se hace evidente en las construcciones (donde estaría asociada con la arquitectura) y las intervenciones del paisaje. Estas se manifiestan en las redes de caminos, en las modificaciones del suelo para fines agrícolas y en los sistemas de manejo hidráulico. Así pues el territorio que hoy comprende Colombia ha sido ocupado desde hace 13000 años. Desde el inicio de la utilización de este espacio geográfico, la acción de los grupos humanos ha tenido una fuerte incidencia sobre el paisaje y algunas de las más grandes transformaciones fueron realizadas con anterioridad al siglo XVI, es por eso que estamos de acuerdo con los diversos autores hablan de Ingeniería Prehispánica en nuestro país. En este contexto la palabra ingeniería se justifica si también aquellos procesos de experimentación y acumulación de conocimientos que dieron como resultado un procedimiento sistemático de manejo de aplicaciones técnicas que transformaron el paisaje y propulsaron la evolución de estas sociedades cacicales. El término Ingeniería Prehispánica se estudian evidencias como las siguientes: • • •
• • • • •
42
hace
claro
cuando
se
Los actos arquitectónicos en el Alto Magdalena Agustiniano. Las redes de caminos prehispánicos y las ruinas en la Sierra Nevada de Santa Marta. La estabilidad y dinámica agrícola en las sociedades amazónicas que implicaban, además de la roza y la quema, la rotación de los campos más que de los productos y la necesaria regeneración del bosque para mantener la fertilidad. Los aterrazamientos artificiales y otras construcciones de uso agrícola en la región Calima. El manejo hidráulico que los Zenúes hicieron de los ríos San Jorge y Sinú. Los campos circundados de Guarne. Las técnicas mineras indígenas, que perduran hasta nuestros días. Las avanzadas técnicas de la metalurgia prehispánica, incluidos
El autor cita a: Plazas, Clemencia, et al., La sociedad hidráulica zenú, Banco de la República, Bogotá, 1993.
desarrollos autónomos como las técnicas de la cera perdida.43 Se ve pues que antes de la llegada de la ciencia occidental se contaba con una buena base técnica local bien desarrollada, encaminada sobre todo a la producción artesanal, a las obras arquitectónicas y de ingeniería, y a la realización de tareas agrícolas. La conquista causó un serio desquiciamiento de la tradición técnica local y llevó a una significativa pérdida de variedad; pese a lo cual la tradición tecnológica nacional logró sobrevivir de algún modo u otro. Entre los primeros cincuenta y cien años de la conquista se produjo un complejo proceso de aculturación, que comprendió un mutuo intercambio de conocimientos, productos y técnicas. Hay que recordar que la conquista se realizó durante el Renacimiento, cuando la revolución científica se encontraba en su embrión, y que la colonización de América habría de hacer importantes aportes a la transformación de Europa durante el período de la revolución científica. La contribución de los afrodescendientes: El aporte de la raza negra a la formación de nuestra cultura es ancho y profundo en la mayoría de sus manifestaciones, sin embargo en el aspecto científico y tecnológico fue bastante limitado44. De acuerdo con Jaramillo Uribe en el origen tribal africano de la población colombiana, predominan los tipos de origen septentrional y los congoleses45 Los pueblos de Guinea, de la cuenca de Senegal, del Níger y del Sudán dieron nacimiento a culturas de muy alto grado de desarrollo. Conocieron la ganadería vacuna, el uso del camello, el trabajo del hierro y el bronce, la manufactura de tejidos y tuvieron un arte (esculturas de Benin y Dahomey), una religión y una organización política compleja. En sus áreas se formaron imperios como el Malí y el Songoi y sus contactos con el norte de África llevaron hasta ellos influencias del Islam. Otras culturas, como las de los pueblos congos, hotentotes y bosquimanos, practicaron la agricultura de azada y la ganadería vacuna, y conocieron la técnica del hierro, pero no 43
El autor cita a: Ingenierías prehispánicas, Santiago Mora (ed.), Fondo Fen, Bogotá, 1990. Precolumbian American Metallurgy, Clemencia Plazas (ed.), Banco de la República, Bogotá, 1986. Echavarría, A., "Metalurgia Prehispánica en América", Informetal, Nos 30, 31 y 32, 1992. Espinoza, Iván D. y Duque Marcela, "La explotación aurífera en la Antioquia Prehispánica", Informetal, Nos. 36 y 37, 1993. 44 El autor cita a: Nieto Arteta, Luis Eduardo, Economía y cultura en la historia de Colombia, Tiempo Presente, Bogotá, 1975. 45 El autor cita a: Jaramillo Uribe, Jaime, Ensayos sobre historia social colombiana, Universidad Nacional, Bogotá, 1968.
alcanzaron el refinamiento de las culturas septentrionales. Pero todo esto se perdió con la trata y a pesar del influjo negro en la economía y la sociedad, su incidencia tecnológica y científica es irrelevante. La tradición científica y tecnológica Las condiciones tecnológicas impuestas en la conquista y completadas en la colonia perduraron hasta la llegada de la Ilustración en la segunda mitad del siglo XVIII, que precipitó el inicio de los Después de la Independencia la movimientos independentistas.46 situación no varió mucho en el aspecto tecnológico hasta 1840, pues antes de la primera mitad de esa década no existía en la Nueva Granada ni la ingeniería civil moderna ni una base económica que la sustentara, a pesar de la presencia esporádica de técnicos extranjeros.47 A mediados del siglo, esta situación comenzó a cambiar. Hacia finales de la década de 1830 Lino de Pombo, José Ignacio de Márquez y el general Herrán argumentaron a favor de las obras publicas utilizando ingenieros nacionales. Con el ascenso de Mosquera a la presidencia en 1845, aumentaron estos programas y ya durante la década de 1850, el concepto de ingeniería como profesión comenzó a propagarse dentro de las clases dirigentes del país. Durante las décadas de los 70 y 80 el inicio de la construcción de ferrocarriles dió a los jóvenes ingenieros del Colegio Militar mayores oportunidades para ejercer su tarea profesional, pero hasta entonces Colombia se encontraba inequívocamente en una relación colonial con respecto a los centros científicos de Occidente48. En esta década personajes como Pedro Alcántara Herrán y Mariano Ospina Rodríguez representan la élite ilustrada que trató de introducir una nueva orientación técnica en la clase alta mediante la importación de instructores extranjeros de ciencias y el envío de jóvenes de familias prestantes a los centros científicos del exterior. En ambos casos, el interés declarado de la élite se orientaba más a lo práctico, lo técnico y lo productivo que hacia lo teórico, lo científico y lo intelectual. Si bien no 46
El autor cita a: Silva, Renán, Universidad y sociedad en el Nuevo Reino de Granada, Banco de la República, Bogotá, 1992, p. 443. 47 El autor cita a: Poveda Ramos, Gabriel, Minas y mineros de Antioquia, Banco de la República, Medellín, 1981. 48 El autor cita a: Bateman, Alfredo D., "Historia de las matemáticas y la ingeniería", Ciencia y Tecnología en Colombia, Fernando Chaparro y Francisco Sagasti (eds.), Colcultura, Bogotá, 1978, p. 107., Obregón Torres, Diana, Sociedades científicas en Colombia 1859-1936, Banco de la república, Bogotá, 1992.
estaban en contra de promover la formación de científicos creativos, su principal preocupación era la de crear un cuerpo de técnicos y empresarios que pudieran ayudarles a ponerse al día, económicamente, con los más avanzados países del mundo occidental. Era necesario inculcar una inclinación científica hacia el conocimiento, haciendo más énfasis en el desarrollo el razonamiento que en la memorización de verdades concluyentes. Existía, por supuesto, un límite para el entusiasmo por el racionalismo científico. Los conservadores neogranadinos rechazaban vigorosamente los aspectos ateo - materialistas de la Ilustración occidental. En su calidad de élites tradicionales, si bien en vías de modernización, deseaban adueñarse sólo de aquellas ideas nuevas que 49 consideraban necesarias para el progreso económico de su país . Por ello resulta tan característico y sui generis ese sincretismo colombiano, esa modernización en contra de la modernidad, que permitirá en los primeros decenios del siglo avanzar en el terreno infraestructural sin variar sustancialmente la concepción tradicionalista o la visión del mundo y la ideología, que desde la firma del Concordato de 1887 estuvo sometida al control de la iglesia50. La Sociedad de Naturalistas Neogranadinos se creó en 1859 y sus realizaciones, aunque escasas, están documentadas, su existencia se debió en gran parte a la labor del doctor Ezequiel Uricoechea. Durante las décadas de los 70 y 80 el inicio de la construcción de ferrocarriles dio a los jóvenes ingenieros del Colegio Militar mayores oportunidades para ejercer su tarea profesional, pero hasta entonces Colombia se encontraba inequívocamente en una relación colonial con respecto a los centros científicos de Occidente51. Por esa época existían ya la Facultad de Matemáticas e Ingeniería de la Universidad Nacional en Bogotá, la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Cauca y la Escuela de Minas de Medellín. Los ingenieros antioqueños eran lo suficientemente 49
50
El autor cita a: Safford, F., El ideal de lo práctico, El Ancora Editores, Bogotá, 1989.
El autor cita a: Corredor, Consuelo, "Modernismo sin Modernidad", Controversia, No 161, Bogotá, 1990. Parra, Lisímaco, "Modernidad y Ciencia", Estructura Científica, desarrollo tecnológico y entorno social, Misión de Ciencia y Tecnología, Vol. 2, Tomo II, MEN-DNP-FONADE, Bogotá, 1990, p. 561. 51 El autor cita a: Poveda Ramos, Gabriel, "Los ferrocarriles y la ingeniería", Revista Universidad de Antioquia, No 206, Oct-Dic, 1986, p. 5. Obregón Torres, Diana, Sociedades científicas en Colombia 1859-1936, Banco de la república, Bogotá, 1992.
numerosos como para mantener una comunidad científica, la cual tenía unas tendencias profesionales muy contrastantes con las de los ingenieros del oriente del país, quienes dominaban la Sociedad de Ingenieros de Bogotá. Estos eran predominantemente burócratas, por su residencia en Bogotá tenían la pista de los empleos técnicos gubernamentales como la topografía, la construcción o la inspección de obras públicas y el magisterio. De otro lado los ingenieros de Antioquia Cauca eran menos politizados y burocráticos, confiaban más en la empresa privada, muchas veces la suya propia. Otra diferencia entre estas concepciones de la ingeniería estribaba en que mientras los ingenieros de provincia pensaban en soluciones autóctonas para los problemas nacionales, como el cambio por materiales nativos o los inventos mecánicos adaptados localmente, los ingenieros de Bogotá lucían su más grande originalidad en las matemáticas puras. Todas estas diferencias empezaron a diluirse después de la Segunda Guerra Mundial con la expansión de la ingeniería y el surgimiento de Facultades de Ingeniería, en muchas de las ramas, en todo el país52. TENDENCIAS En la actualidad existe en Colombia más de 69 especialidades de la ingeniería con las más diversas orientaciones en lo científico, lo tecnológico y lo metodológico. Aunque el ICFES y la Asociación Colombiana de Ingeniería tratan de unificar criterios, es tal la multiplicidad en el tamaño, calidad y estilo de trabajo, que quizás apenas la autoevaluación y la acreditación contempladas en la ley 30 de la educación superior, lograrán clasificar adecuadamente las carreras de ingeniería. Además las políticas de Ciencia y Tecnología, especialmente en lo relativo a la formación de doctores, y los nuevos rumbos de la tecnología mundial, decantarán sin duda esa enorme variedad, que es el signo predominante de la ingeniería actual en Colombia. A partir del siglo XIX se ha hecho cada vez más patente la interacción entre el sistema general de la sociedad y el subsistema tecnológico. La sociedad impulsa o deprime el desarrollo de la tecnología 52
El autor: Safford, Frank, "Orígenes de la profesión de ingeniero en Colombia", Ciencia y Tecnología en Colombia, Fernando Chaparro y Francisco Sagasti (eds.), Colcultura, Bogotá, 1978, p. 57.
mediante factores económicos, orientaciones políticas, previsión de recursos humanos, expectativas de utilización, y aún las actitudes conductuales de los individuos. Se comprende así que cualquier análisis prospectivo de la ingeniería pasa por una mirada a las tendencias tecnológicas globales más importantes, entre las cuales están las siguientes: •
•
•
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•
Las 53
La consolidación de la onda electrónica en el siglo XX, que ha permeado todas las áreas del conocimiento y las diferentes aplicaciones de la producción y los servicios. Se manifiesta en continuo reemplazo de mecanismos por automatismos cibernéticos, etc.; esto seguirá teniendo un impacto en la economía, en la industria, en los procesos de manufactura, en la formulación de los perfiles ocupacionales y en general, en la organización del trabajo. La profundización del uso de la informática en todas las dimensiones, lo cual ha ampliado su radio de acción: desde las actividades empresariales de alta dirección hasta las operativas; desde las de mercadeo hasta la difusión global del conocimiento, la educación formal, no formal y virtual. La aparición de redes de comunicación global, entre las cobran las de computadores en todas sus modalidades (Internet). Por ejemplo en el mercadeo, en la manufactura, en el transporte, en la industria, en el trabajo de laboratorio, en la cultura, en la investigación, etc. El surgimiento de tecnologías alternativas para impedir los crecientes deterioros del ambiente, que tanto han preocupado al mundo actual. Si bien el desarrollo industrial ha transformado la naturaleza en su conjunto, los balances entre ventajas y desventajas a largo plazo comienzan a influir en las alternativas de preservación del medio ambiente. La consolidación de la onda tecnológica apoyada en la biología, de lo cual la ingeniería genética o biotecnología son ejemplos. Esta tendencia se fortalece con las permanentes simbiosis entre tecnologías de punta, lo cual está dando lugar a nuevas áreas de trabajo y a la difusión de nuevos productos. La emergencia de metodologías blandas, que son simbiosis entre técnicas sociales y aplicaciones científicas53. anteriores
tendencias
tecnológicas
indican
que
el
ambiente
El autor cita a: Cortés A., Carlos, "Planes y Prospectiva de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional", Ingeniería e Investigación, NO 37, 1998, p. 111.
en el cual trabajarán los ingenieros del siglo XXI estará caracterizado por las industrias basadas en el conocimiento, con productos de alto valor agregado, una gran dependencia sobre la aplicación de la ciencia básica en el desarrollo de productos, y un proceso de desarrollo - diseño - manufactura basado en elevados niveles de simulación y de flujo de información. Esto no quiere decir que las industrias que tienen que ver con los recursos naturales, la infraestructura y la calidad del ambiente vayan a debilitarse. No, es que las economías avanzadas y en desarrollo en última instancia se basarán "en el poder del cerebro" y las economías de escala y la automatización no serán suficientes para sobrevivir. Además el rápido crecimiento de las tecnologías que diseminan rápidamente el conocimiento y proporcionan fácil acceso a la información y los datos alterarán la forma y posibilidad de la sustancia del trabajo ingenieril en la próxima generación. El ambiente en el siglo XXI será de constante innovación y velocidad con énfasis en la calidad. La cultura corporativa demandará la búsqueda inflexible del aumento de la productividad, para lograrlo, se ofrecerá un ambiente en el cual la gente se reúne constituyendo equipos, que deben ser estimulados, habilitados y recompensados. El ambiente de trabajo será más exigente que hoy, debido a la economía de la información. Dado que las fuentes de riqueza son el conocimiento y las comunicaciones más que los recursos naturales y el trabajo habrá una dura competencia que afectará la economía global. Para sobrevivir en esa atmósfera cada uno tendrá que ser tan bueno como el mejor del mundo. Sin embargo, ni el hardware ni el software son panaceas a nuestros problemas, y los pueden resolver bien o mal. Su efecto depende de lo bien que utilicemos la tecnología y sus fines. La revolución es controlable pero puede hacerse regresiva si no la controlamos o lo hacemos mal. El futuro depende mucho de los problemas que decidamos atacar y de lo bien que utilicemos la tecnología para 54 resolverlos . [70]. Estas condiciones sociales y el ambiente de trabajo de los ingenierosla necesidad de comunicar, la velocidad a la cual ocurren los cambios, la presión incesante para aumentar la competitividad - harán el ambiente futuro más áspero y denso que 54
El autor cita a: Ackoff, Russel L., Rediseñando el futuro, Limusa, Mexico, 1995 p. 21
cualquiera que haya visto hasta ahora. Los ingenieros deberán exhibir excelentes habilidades técnicas, pero existe la necesidad real de desarrollar conocimientos globales en las mentes de los estudiantes de hoy: conocimiento de otras culturas, competencia en lenguas extranjeras, idea sobre los tratados mundiales y las agencias internacionales. La ética es fundamental por las consecuencias, cada vez más impactantes, de las decisiones de los ingenieros en cualquier campo, quienes deberán ser capaces de enfrentar el imperativo tecnológico y estar en capacidad de poner la dignidad humana por encima del dios mercado y la voracidad neoliberal. Las siguientes son algunas características generales, necesarias en los ingenieros del futuro: habilidades de grupo, incluyendo colaboración y aprendizaje activo, habilidades de comunicación, liderazgo, perspectiva en sistemas, entendimiento y apreciación de la diversidad de las personas, apreciación de las diferentes culturas y prácticas comerciales y el entendimiento de que la práctica de la ingeniería ahora es global, perspectiva interdisciplinaria, compromiso con la calidad, la oportunidad y el mejoramiento continuo, investigación de pregrado en experiencias de trabajo en ingeniería, entendimiento de los impactos sociales, económicos y ambientales en la toma de decisiones en ingeniería y ética55. Que los ingenieros tengan estas características es apremiante porque el número de ingenieros en el mundo se duplica cada 10 años56. La mayoría del aumento ocurre en la cuenca del Pacífico y otros países asiáticos que han desarrollado estrategias para ello. La población corriente y los datos de producción sugieren que el número global de ingenieros en la próxima generación será, en su mayoría, de origen asiático. La contribución de India será un factor significativo, pero la contribución de Latinoamérica no se ha determinado a la larga57. 55
El autor cita a: Smith Jr., Clifford V., "La educación en ingeniería para la competencia en el siglo XXI", Conferencia Mundial sobre educación en ingeniería y líderes en la industria, París, 1996, ACOFI, 1997, P.175. 56 El autor cita a: Ferro B., Jesús, "Estrategias educativas para la ingeniería del año dos mil", Visión de la Universidad ante el siglo XXI, Ediciones Uninorte, Barranquilla, 1996, p.96. 57 El autor cita a: Clarke, R. W. and Kulacki, F. A., "International Engineering: Tins our Engineer School Never Told You", Mechanical Engineering Education for Global Practice. Proceedings of the 1997 ASME Mechanical Engineering Department Heads
Lo que se anota de la ingeniería del futuro debe revertir la situación actual, en que es una profesión invisible, los mayores "agentes de cambio de la civilización" están impelidos a convertirse en actores reales y centrales de la construcción del mundo que queremos. El problema central en Colombia es el mismo del mundo, la capacidad tecnológica disponible para superar los retos de una producción creciente, se instala en los círculos del privilegio para aumentar las diferencias internas. Los últimos desarrollos de la informática conviven con el analfabetismo, los rascacielos con los tugurios, los tractores de alta potencia con las azadas y los automóviles último modelo se desgastan en caminos de herradura. Existe tecnología celular para unos pocos en tanto que no hay telefonía rural para muchos y las piscinas suntuosas se construyen al lado de barrios de invasión sin agua potable ni alcantarillado. He ahí la tarea de nuestra ingeniería: estar al tanto, e incluso adelantarse, a los últimos desarrollos mundiales sin olvidar las grandes necesidades básicas de nuestro pueblo, las cuales deben satisfacerse sin atentar contra el ambiente y de una manera eficiente y eficaz. Un enorme reto sin duda, por eso debemos tener muy claro el rumbo que debemos fijar a nuestra facultad y el tipo de ingenieros que se forma en ella. Lección No. 3: Historia de la Electrónica Historia de la Electrónica en el mundo58 Introducción Gracias a la electrónica se llevaron a cabo los descubrimientos científicos que tuvieron inmediata aplicación práctica y viceversa, las aplicaciones prácticas fomentaron la investigación científica para resolver diferentes problemas, lo cual a su vez abrió nuevos horizontes científicos.
Conference, American Society of Mechanical Engineers, New York, 1997, p. 27. 58
http://lectura.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/112/htm/electr.htm http://www.cft.gob.mx/html/la_era/magic/es1.html http://infodev.upc.edu.pe/ieee/La%20Rama/articulos/moran1.htm http://www.airpower.maxwell.af.mil/apjinternational/apj-s/1trimes01/campbell.htm
Se reseña la curiosidad científica que ha tenido el hombre desde tiempos inmemoriales por las propiedades de la electricidad. El conocimiento científico de la electricidad dio lugar, inmediatamente, a aplicaciones tecnológicas importantes. Éstas incluyen al telégrafo, con el que el hombre pudo comunicarse por medios eléctricos, y a las máquinas eléctricas, o sea, motores eléctricos y generadores de electricidad. De esta forma, el hombre tuvo a su disposición fuentes de corriente eléctrica de gran intensidad, hecho que cambió drásticamente la vida, dando lugar a una revolución en la forma de vida de la humanidad, cuyas consecuencias fueron la iluminación eléctrica y el teléfono, entre otras. Historia de la electrónica. Nacimiento de la electrónica: Como hacia el fin de siglo XIX ya se había inventado el micrófono, que transforma una señal acústica en una eléctrica. Por otro lado, ya se había inventado el audífono, aparato que transforma una señal eléctrica en una acústica. En este sistema las voces se distorsionaban mucho, la energía con que se emitía la onda era muy pequeña. Además, el hecho de que la fracción de energía que llegaba al receptor era muy pequeña, hacía difícil su funcionamiento para distancias grandes. La solución más satisfactoria fue lograda una vez que se inventó el tubo al vacío. Desde el siglo XVIII algunos investigadores habían descubierto que si se calienta una superficie metálica, ésta emite cargas eléctricas. Sin embargo, fue Thomas A. Edison quien volvió a "desenterrar" este efecto en 1883, cuando trataba de mejorar su lámpara incandescente. Este efecto, que se llamó "efecto Edison", también recibe el nombre de termiónico. Fue el mismo Edison quien inventó un dispositivo en el cual la carga eléctrica emitida por la superficie metálica caliente (llamada cátodo) es recogida por otra superficie fría (llamada ánodo), lográndose de esta forma una corriente eléctrica. En la figura 1 se muestra cómo Edison construyó su dispositivo. Edison encerró los dos electrodos, el ánodo y el cátodo, dentro de un tubo de vidrio al vacío que también utilizaba para elaborar sus lámparas de iluminación.
Figura No. 1
Por otro lado, en el año de 1897 el físico inglés J. J. Thomson (1856-1940) descubrió la existencia de una partícula eléctricamente cargada, el electrón. Thomson demostró experimentalmente que el electrón tenía carga eléctrica negativa. En el año de 1906 Thomson recibió el Premio Nóbel de Física por su descubrimiento. En 1899 J.J. Thomson estableció que las cargas que se liberaban al calentar la superficie metálica eran electrones. En 1903 el físico británico John Ambrose Fleming (1849-1945) fue el primero en encontrar una aplicación práctica del efecto Edison. Fleming era asesor de una compañía telegráfica y le habían encomendado la tarea de encontrar un mejor detector de ondas electromagnéticas. La compañía utilizó como detector de ondas un cohesor, no muy eficaz. A partir de 1900, en algunos diseños de receptores, se usaban cristales de galena o de pirita de hierro como detectores que por cierto fueron las primeras componentes de estado sólido empleadas en electrónica. Fleming recordó su trabajo anterior sobre el efecto Edison, y encontró una solución en este tipo de lámpara eléctrica. El avance más importante en el desarrollo de la electrónica fue dado por el físico estadounidense Lee de Forest (1873-1961), en 1906, al introducir en el tubo al vacío un tercer electrodo reticulado, llamado rejilla, que permite el paso de electrones. Esta rejilla se coloca entre el cátodo y el ánodo, como se ve en la figura 2. De Forest llamó a su dispositivo audión, aunque más tarde se le llamó tríodo. Tuvo Figura No.2 El que trabajar con diferentes dispositivos antes de conseguir el tríodo. tríodo lo hace incorporar la señal y amplificar su intensidad. A partir de 1907, hasta 1912, De Forest trabajó en el diseño de un sistema de radio, muy rústico, el cual trató de vender a los aficionados de la radio y a las fuerzas armadas. También formó una compañía para poder competir con la ATT en comunicaciones de larga distancia. Su radio podía transmitir y recibir voces, pero no pudo conseguir que sus triodos amplificaran en forma confiable. Hacia 1912 De Forest había alcanzado cierto control en el comportamiento del tríodo. Redujo la amplificación (el voltaje de la batería del ánodo). Esta reducción la compensó conectando varios triodos.
Así construyó un amplificador, De Forest propuso su venta a la ATT. Cuando De Forest hizo la demostración de su amplificador a la ATT en octubre de 1912, los físicos de la empresa, Harold D. Arnold, Frank Jewett y Edwin Colpitts inmediatamente se percataron de que ese sistema era lo que buscaban. Dirigido por Arnold, la ATT inició un proyecto de investigación para entender y dominar los principios físicos del funcionamiento del tríodo y así poder construirlo eficazmente. En el transcurso de dos años Arnold y un grupo de 25 investigadores y asistentes de la ATT transformaron el débil y no muy confiable audión, en un amplificador muy potente y seguro. El tríodo así mejorado hizo posible que el servicio telefónico abarcara de costa a costa a Estados Unidos. Otras compañías hicieron progresos significativos y la electrónica con tubos al vacío se desarrolló de manera impresionante de 1912 a 1932. Durante la primera Guerra Mundial se usó mucho la radio y se construyeron tubos al vacío en grandes cantidades. Se utilizaron en 1915, en la radiotelefonía trasatlántica, para comunicar a Francia y Estados Unidos. A principios de la década de 1930 se construyeron tubos al vacío con más elementos entre el cátodo y el ánodo; éstos fueron el tetrodo, el pentodo. Desarrollo de la Radio. Un elemento crucial para el desarrollo de la radio fue el oscilador. Este circuito fue inventado en 1913 por el físico estadounidense Edwin Howard Armstrong (1890-1954). Es un circuito basado en un tríodo, de cuya salida se toma una parte de la corriente que se vuelve a alimentar a la entrada del tríodo, formando un circuito de retroalimentación. El primer programa público de radio fue emitido en Inglaterra el 23 de febrero de 1920. Así nació radio. En 1933 Armstrong inventó otro tipo de emisión de señales de radio: el de frecuencia modulada (FM). La transmisión por FM, iniciada comercialmente en Estados Unidos en febrero de 1941, comparada con la amplitud modulada (AM), tiene
la ventaja de que sus transmisiones perturbaciones, ya sean atmosféricas hombre, que afectan la amplitud de frecuencia. En el sistema de FM no fenómeno de "estática", que es un ruido emisiones de AM.
no se alteran con las o producidas por el la onda pero no su se presenta el llamado sistemático que se oye en
La radio como la conocemos en la actualidad fue la creación de tres hombres: Lee de Forest, auto nombrado "padre de la radio", cuya invención del tríodo hizo posible el nacimiento de la electrónica moderna; Edwin Howard Armstrong, inventor del circuito retroalimentado (y del oscilador) así como de la frecuencia modulada, que forman la base de la transmisión y recepción de los sistemas actuales de radio (y de televisión); finalmente, David Sarnoff, quien encabezó la Radio Corporation of America (RCA). Desarrollo de Televisión. Hace alrededor de un siglo, varias personas empezaron a considerar la posibilidad de enviar imágenes por medios eléctricos (o sea, lo que hoy en día hace la televisión). En 1884, el alemán Paúl Nipkow solicitó una patente para un sistema de televisión que él denominó "telescopio eléctrico". Este rústico aparato era dispositivo electromecánico que utilizaba una fotocelda para transformar luz en corriente eléctrica. La imagen no reproducía los detalles finos. Variaciones de este se diseñaron hasta 1930 sin que realmente tuviesen éxito. En una reunión de la Sociedad Roentgen, efectuada en Inglaterra en 1911, el ingeniero eléctrico A. A. Campbell Swinton presentó un esquema de sistema de televisión, que es el que se usa en la actualidad. La escena que se desea transmitir se enfocaría sobre una placa hecha de material no conductor de electricidad, por ejemplo de mica, la cual se encuentra dentro de un tubo de rayos catódicos. Este tubo fue inventado a mediados del siglo XIX por William Crookes para estudiar las propiedades de las corrientes eléctricas a través de gases. Para el receptor, Campbell Swinton escogió un tubo de rayos catódicos diseñado en 1897 por Ferdinand Braun, de la Universidad de Estrasburgo, en ese entonces parte de Alemania. Este tubo, llamado cinescopio, es de vidrio al vacío y tiene en su fondo una pantalla de material fluorescente, como fósforo, que emite luz cuando un haz de electrones incide sobre él.
A medida que el haz electrónico barre la superficie de la pantalla, ésta se va iluminando punto por punto. Esta fue una idea de Campbell Swinton que casi describe la actual tecnología de la televisión. Campbell Swinton creó el diseño conceptual sobre el cual personas trabajarían. Fue Vladimir Zworykin (1889-1982), un ingeniero ruso inmigrado a Estados Unidos en 1919 quien construyó la primera cámara práctica. En 1924 mostró a la compañía Westinghouse una versión primitiva, pero que funcionaba. Las imágenes eran débiles y vagas, casi sombras. Los directivos de la empresa no se impresionaron tampoco cuando Zworykin les mostró una versión mejorada en 1929. A quien sí impresionó Zworykin fue a David Sarnoff, director de otra compañía, la RCA Victor, quien creía en la promesa comercial de la televisión. Zworykin fue contratado en 1930 por la RCA como director de investigación electrónica y en 1933 finalmente convenció a Sarnoff de que su cámara, a la que llamó iconoscopio (del griego iekon, imagen, y skopon, ver), y su cinescopio eran satisfactorios. Campbell Swinton había propuesto que fueran de rubidio, pero Zworykin descubrió que era mejor cubrir plata con óxido de cesio. La RCA probó por primera vez un sistema completo en 1933. Transmitió imágenes de 240 líneas a una distancia de siete kilómetros en Colligswood, Nueva Jersey. Aumentaron el número de líneas; actualmente se usan 525. En 1938 la RCA tuvo listo un sistema de televisión en funcionamiento. Por problemas burocráticos el gobierno no aprobó la licencia de funcionamiento hasta julio de 1941. Durante los años de la segunda Guerra mundial, científicos e ingenieros dirigidos por Zworykin desarrollaron una cámara 100 veces más sensible que el iconoscopio, al terminar la guerra, la RCA reinició sus trabajos en el campo de la televisión. El Radar y la Batalla de Inglaterra. Desde principios de la década de 1980, tanto Gran Bretaña como Francia continuaban un programa muy importante de desarme que habían empezado la década anterior. Alemania, contraviniendo lo estipulado en el Tratado de Versalles inició, con el advenimiento del régimen nazi, un amplio programa de rearme.
En pocos años se desarrolló un arma muy poderosa para su época, el bombardeo aéreo. O cada país desarrollaba un cuerpo de bombarderos aéreos, o se llevaba a cabo un desarme general. Gran Bretaña optó por esto último, pero no Alemania. En la década de 1930 fue muy popular el concepto del rayo de la muerte: podía causar incapacidad física, mental y aun la muerte. Durante dicha década hubo buen número de personas que pretendieron haber inventado y construido dispositivos que producían diferentes tipos de rayos. Análisis mostraban que siempre había algún truco. Se construyó un pequeño sistema acústico, que daría una señal cuando recibiera los sonidos producidos por los aviones, no era funcional ya que no distinguía entre el ruido producido por el atacante y otros sonidos, automóviles, animales. H. E. Wimperis, jefe de Investigación Científica e Industrial del Ministerio, llamó al doctor Robert Watson Watt, físico y director del Laboratorio de Investigación de Radio y le preguntó sobre el prospecto de desarrollar algún rayo de la muerte. Watson Watt regresó a su laboratorio y propuso lo siguiente al doctor Arnold Wilkins, físico y ayudante suyo: calcule la cantidad de potencia de radiofrecuencia necesaria para elevar la temperatura de 4 litros de agua de 35.5º C a 41ºC a una distancia de 5 km y a una altura de 1 kilómetro. Su cálculo mostró que se necesitaba generar una potencia enorme era claro que no era factible un rayo de la muerte por medio de la radio. Wilkins le dijo a Watson que los ingenieros de la Oficina de Correos se habían dado cuenta de perturbaciones en la recepción de muy altas frecuencias cuando algún avión volaba en la vecindad de sus receptores. Esta observación (enero de 1935) dio lugar al inicio de una serie de hechos que culminaron con la invención del radar. Se inició la verificación experimental, que se encomendó a Wilkins, quien con su rudimentario equipo pudo detectar y dar la trayectoria que había seguido un avión. Los primeros aspectos que resolvieron fue la presentación visual de la información recibida, emplearon un tubo de rayos catódicos. Se le hicieron muchas modificaciones para que pudiera detectar tanto la distancia a la que se encontraba un avión, sino también su altura.
La mayor parte del sistema estaba completo en 1938, cuando ocurrió la crisis de Munich.
septiembre de
Se instalaron en los aviones ingleses dispositivos electrónicos que al recibir la onda enviada desde tierra emitían a su vez una señal especial que los identificaba como amigos. En agosto de 1939, tres semanas antes del inicio de la segunda Guerra Mundial, Gran Bretaña contó con un sistema de detección de aviones. Con ayuda del radar, los ingleses podían detectar la salida de los aviones alemanes desde sus bases situadas en países conquistados, como Francia y Bélgica. Integración de chips, computadoras... El transistor, se empezó a utilizar a finales de la década de 1940, se consideró en su época como una maravilla de lo compacto, comparado con el tamaño de los tubos al vacío. A partir de 1950 el tamaño de los dispositivos electrónicos se ha reducido. En 1960, se empezó a usar la palabra microelectrónica, un bloque (chip) de silicio de un área de 0.5 cm² podía contener de 10 a 20 transistores con varios diodos, resistencias y condensadores. Hoy en día tales bloques pueden contener varias docenas de miles de componentes. A medida que la microtecnología electrónica se desarrolló, se aplicó a computadoras comerciales. Se diseñaron diferentes dispositivos portátiles como las calculadoras. Cada componente que se usaba en un circuito electrónico estaba hecho de materiales que tuviesen las características requeridas para su funcionamiento. Se utilizó el tungsteno para los cátodos de un tubo al vacío, cerámica para condensadores, carbón para resistencias. Hacia mediados de la década de 1950 se construyeron circuitos electrónicos en laboratorios industriales de dos compañías estadounidenses, Texas Instruments y Fairchild Semiconductor. De esta manera se han construido un sinnúmero de aparatos y dispositivos microelectrónicos que distinguen la época en que vivimos: relojes de mano, robots, microcomputadoras y otros. Desarrollo de la electrónica en el mundo.
En computación, el hardware configurable, la computadoras ópticas y la computación molecular. En las computadoras ópticas haces de luz remplazan a las conexiones metálicas (de cobre). Estas serán de mayor capacidad, más rápidas, de menor consumo energético y ocuparan menos espacio. En transporte terrestre, los trenes voladores MAGLEV ( Magnetically Levitated Vehicles), los automóviles eléctricos y electrónicos, y los automóviles inteligentes serán las tecnologías responsables del desplazamiento rápido y seguro de las personas. Los trenes voladores son vehículos que corren a velocidades cercanas a los 500 Km/h. Electroimanes de gran potencia se usan para generar las fuerzas de suspensión, conducción, tracción y frenado del tren. El tren japonés HSST con suspensión magnética repulsiva, y el Transrapid alemán con suspensión magnética atractiva, son dos prototipos MAGLEV que en la práctica han demostrado que velocidades cercanas a los 500 Km/h son posibles. En los automóviles eléctricos, los motores de combustión son remplazados por motores eléctricos alimentados por baterías recargables. Estos automóviles eléctricos son más eficientes (en términos de energía/distancia) y más limpios (no emiten gases contaminantes) que los vehículos con motores de combustión. Estos surgen como una respuesta necesaria a la contaminación ambiental y al agotamiento de las reservas mundiales de petróleo. En los automóviles electrónicos, las conexiones mecánicas son remplazadas por cables eléctricos que conectan las diferentes partes del vehículo. Los automóviles inteligentes son vehículos capaces de cooperar con el conductor (copiloto automático) o capaces de asumir todas las funciones del conductor (piloto automático). Estos vehículos vendrán equipados con sistemas de navegación basada en satélites (sistemas GPS), con video-cámaras para "ver", con micrófonos para "escuchar" y con parlantes para "hablar". Junto con los automóviles inteligentes se tendrán también las pistas inteligentes que se encargan de conducir vehículos sin la necesidad de un conductor. Las pistas inteligentes se han planteado como una solución a las insoportables congestiones de tránsito vehicular. El Sistema de Autopistas Automáticas de Alta Velocidad (Automated Highway System) que se viene desarrollando en California, EE.UU. En el campo de las comunicaciones, las redes completamente ópticas se impondrán como la tecnología más
eficiente para transmisiones intensivas en data (voz, fax, video) entre millones de terminales. En teoría una fibra óptica simple puede transmitir a una velocidad de 100 veces superior a la velocidad de transmisión en cables de cobre. La tecnología láser ha evolucionado rápidamente desde su comienzo a mediados de 1950. El Sistema de Láser Aerotransportado (ABL) y Sistema Láser Basado en el Espacio (SBL) son precursores de una clase enteramente nueva de armamento. El aprovechamiento del láser para la desviación de escombros en órbita es algo está en investigación. La desviación con láseres de asteroides, meteoritos, y cometas es probablemente la misión espacial internacional más importante para nuestro planeta: la Tierra, en el siglo que comienza. La Tierra ha recibido impactos varias veces en el pasado y recibirá impactos semejantes en el futuro. Las máquinas inteligentes, los materiales inteligentes y el software inteligente serán una realidad considerando la gran rapidez que tendrán los futuros microprocesadores. Las máquinas inteligentes serán capaces de aprender, inferir, pensar, juzgar, memorizar, recordar y mejorar de manera muy similar a la del ser humano. Los materiales inteligentes son aquellos capaces de modificar su estructura interna de manera que no se dañen ante el efecto de sobrecargas (como terremotos). Se tienen las cámaras y video-cámaras digitales (no más revelado de fotos), las cirugías laparoscópicas computarizadas, los órganos artificiales, los robots que harán actividades del hogar e industrias. Ventajas y Desventajas del uso de la electrónica. Ventajas La igualdad entre hombres y mujeres se daría, igualdad de oportunidades, no habría trabajo que solo se ajuste para un solo sexo. La vida es mas fácil Mayor calidad y esperanza de vida Mayor eficacidad en industrias.
Desventajas Si cae en manos irresponsables será una amenaza para la humanidad Los jóvenes se van haciendo muy dependientes a esta tecnología Decaería la innovación debido a la falta de creatividad. Una sola falla en la elaboración de equipos provocaría serios daños.
Mayor control de problemas y amenazas
Los equipos tienen que ser supervisados. Solamente favorecería a personas con alto nivel intelectual Los empleos se reducirían
Se evitarían errores que se dan tanto en la medicina como en otras áreas Los estudios de protección y preservación de la naturaleza tendrán mejores herramientas para protegerla. Uso de esta tecnología en la agricultura favorece un mayor control de plagas Facilidad en la extracción de recursos.
La especie tenderá a reducirse Podría haber contaminación con desechos energéticos Lo anterior desencadenaría catástrofes virus u otros problemas como sobrecalentamiento de la tierra
Búsqueda de fuentes de energía y aprovechamiento al máximo de esta.
Usos comunes de la electrónica. Automatización de oficina Circuitos modulares Robots Equipo de control y seguridad Sensores para aplicaciones industriales
Equipo para telecomunicaciones Microcomputadoras Instrumentos médicos Transmisión de datos Equipo de pruebas
Conclusiones El ser humano ha hecho una travesía a lo largo del desarrollo del electromagnetismo, en la época que existía una absoluta curiosidad científica por los fenómenos naturales, hasta llegar a la actualidad, en donde es parte sustancial de una poderosa industria tecnológica internacional. La industria electromagnética fue la primera que se desarrolló a partir de bases completamente científicas. Se ha descrito con detalle la relación que se ha dado entre el trabajo científico, que consiste en el descubrimiento y estudio de los fenómenos naturales, y la tecnología, que da lugar a la aplicación práctica de los conocimientos obtenidos por la ciencia. Esta relación no es ni directa ni lineal, ya que una vez que se intenta hacer alguna aplicación, en la mayoría de los casos resulta que se presentan problemas de diversa índole que requieren más investigación, lo que a su vez mejora la tecnología. Por tanto, esta retroalimentación ha inducido mejores productos, y ha motivado investigaciones científicas que han abierto nuevas ventanas sobre el misterio de la naturaleza. Una característica importante que ha ayudado al progreso de la rama electromagnética es la existencia de laboratorios industriales, que también existen en otras ramas científico-tecnológicas. Podemos afirmar
que una característica de los países más avanzados es que poseen laboratorios industriales. En la actualidad no podríamos imaginarnos vivir sin electricidad. La historia de la electrónica constituye una lección de grandes proporciones sobre el desarrollo de la humanidad. Historia de la electrónica en Colombia. Lección No. 4: Actualidad de la Ingeniería Actualidad de la Ingeniería el mundo PANORAMA MUNDIAL Uno de los grandes desafíos de los ingenieros colombianos, se halla en no perder de vista la perspectiva mundial, y es la necesidad de ser competitivos a este nivel. Para nadie es desconocido, que mundialmente se hallan soluciones a enormes problemas, que no dejan de sorprender al hombre mismo. A medida que crece la población humana, esta se interconecta y en cada situación la ciencia y la tecnología se expanden a gran velocidad y la ingeniería exige cada día más, doctos en el área para atender vitales necesidades. Los procesos de la globalización están basados en la tecnología y por ello es comprensible la función social de la ingeniería en el marco de la modernidad. El rápido crecimiento de la población de los países del desarrollo, generalmente colonizados enel sentido económico, cuando no militar, ha generado desigualdades profundas. Se concentran los emporios de empresas, su amplia producción y los grandes capitales para beneficio de pocos ciudadanos, mientras aumentan los obstáculos para mejorar la calidad de la mayoría.59 El 70% de la población mundial genera el 7% de la producción industrial en manufacturas, el 40% de la gente recibe el 5.2% del total producido en el mundo, mientras el 20% tiene el 71.3%. Es decir, la pirámide de producción tiene una base amplia en 59
de
V, Sonia, HERNANDEZ, Silvana, Los grandes bloques la facultad de ingeniería. UNAM, Vol. 47 Marzo de 1997.
mundiales.
Revista
pocos países, la oferta extranjera aumenta en los pueblos que menos producen, porque tienen importaciones considerables, economías débiles y poco poder adquisitivo. La globalización presupone la realización del conocimiento en bienes y servicios de valor agregado, distribuidos y fortalecidos por cadenas industriales y sus filiales en varios países, la mayoría corresponde a países industrializados y de reciente industrialización. Las condiciones de comercialización de productos, planeación, productividad, calidad, precio, diseño, tecnología y otros factores, están siendo fundamentales para los nuevos sistemas económicos, en donde los avances en ciencia y tecnología permitirán futuros distintos a las realidades actuales, y la ingeniería continuará siendo parte fundamental de las cadenas productivas. En la oferta y la demanda están ligados tanto quienes proporcionan la mayor parte de la materia prima, como los poseedores de la tecnología, los modernos procesos industriales, las corrientes en investigación y desarrollo, patentes, las normas internacionales, la producción de energía, alimentos, inversiones y mejor nivel de vida. La diferencia de bienes y servicios en distintas sociedades y la capacidad de compra son tan muy marcadas. Actualidad de la Ingeniería en Colombia. LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA EN COLOMBIA60 En nuestro país la historia de la ingeniería se remonta a la época precolombina y la primera escuela de ingeniería se abrió en Medellín, en 1814, poco después de que la ingeniería se consolidara como profesión, lo cierto es que el avance de la ingeniería se dio apenas en la segunda mitad del siglo XX. La escasez en los planes de formación en el país obedece a diversas razones. •
60
Los primeros profesores se formaron en Europa y Estados Unidos de esa manera, los modelos iníciales de formación de Ingenieros en Colombia fueron copias más o menos fieles de aquellos modelos tradicionales.
VALENCIA, Asdrúbal. La Ciencia y la tecnología en Colombia. Ciencia y tecnología y sociedad. CESET- U de A. Medellín, 1997.
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Las políticas de formación profesional de ingenieros, cambian de un gobierno a otro, dado que en su agenda no ha sido una prioridad la formación de buenos ingenieros y menos aún el fomento de la ciencia y la tecnología. Estas políticas de formación de ingenieros, de apoyo al desarrollo de la ciencia y la tecnología, y de soporte a la educación están limitadas y son impuestas por los organismos de crédito y financiamiento internacional (FMI, BID y Banco Mundial), entidades que impulsan y determinan políticas generales, en todos los campos (incluida la educación), para los países en vías de desarrollo.
Las nuevas rupturas en ciencia y tecnología empezaron a darse después de la Segunda Guerra Mundial, cuando entraron gran número de procesos y nuevos equipos asociados a empresas en nuevas ramas de la industria, que se consolidaron en la década de 1960, época en la cual egresaban de las facultades del país apenas unos 210 ingenieros por año. Desde el punto de vista de la política de ciencia y tecnología, el modelo colombiano adoptado en aquellas décadas era similar al imperante en América Latina. Se Consideraba que la ciencia y la tecnología debían fortalecerse, haciendo énfasis en la capacidad de investigación, con la esperanza de que esta se reflejaría en tecnología para el sector productivo. En un enfoque simplista que falló por múltiples factores, como los económicos y los inherentes al proceso de maduración de las innovaciones. A partir de entonces la tendencia tecnológica es hacia la modernización de industrias y ramas ya antiguas. Pero a mediados de la década aparecen nuevas industrias, casi todas de elevado nivel tecnológico, y casi todas propiedad extranjera, o bajo control extranjero. En 1967 un decreto pone la transferencia y el desarrollo de tecnología bajo el control del gobierno. Entonces se piensa que el problema central para el desarrollo es tecnológico y no científico, y se busca fortalecer la capacidad de negociación elaborando la selección y evaluación tecnológica. Este enfoque tiene los serios problemas filosóficos ya planteados. El tratar de modernizar sin buscar la modernidad, situación que persiste y que pude resumirse en la frase de García Caclini “Somos consumidores del siglo XXI y ciudadanos del siglo XVII). Como hemos señalado para impulsar el desarrollo científico y tecnológico de Colombia, en 1968 se creó el Fondo Colombiano de
Investigaciones Científicas y Proyectos Especiales “Francisco José de Caldas, COLCIENCIAS, como un establecimiento público descentralizado adscrito al Ministerio de Educación. A su vez esta institución servía de Secretaría Ejecutiva del CONCYT Consejo nacional de Ciencia y tecnología, máximo organismo consultivo del gobierno en esta materia, creado también en 1968, pero el cual nunca llego a ningún papel importante.61 La acción de COLCIENCIAS se desarrollo en varias fuentes como: La financiación de proyectos de investigación en las diversas áreas de las ciencias, el auspicio al intercambio de científicos, la realización de seminarios especializados, el otorgamiento de distinciones como el premio nacional de ciencias, el apoyo a los comités de investigación en las universidades. En 1989 creó el gobierno la llamada Misión de Ciencia y tecnología, Junta de Académicos que estudio las perspectivas de la ciencia y tecnología en el país, estableciendo recomendaciones para el fomento del desarrollo científico y tecnológico para Colombia en los años siguiente. El Consejo Nacional de Política Económica y Social COMPES es el organismo principal asesor del Gobierno Nacional en todos aquellos aspectos que se relacionan con el desarrollo económico social del país. Desde 1988 empezó a debatirse en el Congreso un Proyecto Ley, por el cual se dictan disposiciones para el fomento de la investigación científica y el desarrollo tecnológico. Este proyecto se convirtió en la ley 29 de febrero de 1990 conocida como la ley Marco en Ciencia y tecnología que fue el eje de la Reforma Jurídica adoptada. Ella reconoce la necesidad de la intervención del estado en la promoción y orientación del adelanto científico y tecnológico. Otros decretos ley consolidan la necesidad de un nuevo sistema de ciencia y tecnología. Mediante el decreto 393 del 08 de febrero de 1991, se autoriza a la nación y a sus entidades descentralizadas para asociarse con los particulares, propiciando las corporaciones mixtas. Desde el punto de vista la ciencia y la tecnología al año de 1991, expide varios artículos haciendo referencia a incentivos para personas, e instituciones para que desarrollen y fomenten la ciencia y la tecnología; promuevan la investigación 61
CERNUSCHI, Félix. Criterios modernos para la formación de ingenieros integrados. Número 3 Montevideo, junio 1.999. Sitio. WWW.fing.edu.uy/cey/.
y la transferencia científica.
de
tecnología
y especialmente la investigación
POLÍTICA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA El objetivo general de esta política es integrar a la ciencia y la tecnología, los diversos sectores de la vida nacional; buscando incrementar la competitividad del sector productivo en el contexto de una política de internacionalización de la economía y mejorar el bienestar y calidad de vida de la población colombiana. Todo esto se sintetiza en unos documentos CONPES 2739. Las políticas centrales son el fortalecimiento nacional de ciencia y tecnología, la innovación, competitividad, desarrollo tecnológico, ciencia desarrollo social medio ambiente y hábitat, integración de la ciencia y la tecnología a la sociedad colombiana, seguimiento y evaluación de los programas de desarrollo científico, tecnológico, inversión en ciencia y tecnología. Los problemas centrales de esta política es la enorme desigualdad socioeconómica entre los sectores de la sociedad. La organización de la vida política colombiana; pero sin embargo proliferan relaciones propias de una sociedad tradicional que moviliza un discurso americano. De hay nuestra ingeniería esta incluso llamada adelantarse a los últimos desarrollos mundiales pero sin olvidar las características y grandes necesidades básicas del país. INGENIERÍA EN COLOMBIA La carencia de apoyo a las ciencias, se vio reflejado en los primeros intentos por hacer universidad, pues 1968 se creó COLCIENCIAS, como una entidad para formar el desarrollo científico en el país, lo que demuestra que no ha realizado un esfuerzo coherente y sostenido para crear una infraestructura científica y tecnológica. La Ingeniería Colombiana es escasa: no obstante ha hecho aportes significativos al país; tales eventos se pueden describir en diversos niveles: A nivel de formación están las actividades ingenieriles por la jerarquía y la creatividad. En el nivel uno está la investigación tecnológica científica, sobre nuevos procedimientos del cálculo. En el nivel dos la creación de nuevos trabajos de proyectos y obras de ingeniería. En el nivel tres obras proyectadas de ingenieros del nivel dos o del mantenimiento de industrias establecidas. En el nivel cuatro la realización de tareas de ensayos,
mediciones, control, ejecutados por ingenieros investigadores de alta formación. Según el ICFES el porcentaje de titulo de ingeniería en 1976 era casi del 0% y las maestrías no han pasado del 1%.62 A nivel de ambiente de trabajo para la ingeniería colombiana, se ve un clima altamente inseguro por la obsolescencia de las empresas, la recesión. Continuamente asesinan y secuestran ingenieros por lo tanto las obras civiles, las telecomunicaciones, la distribución eléctrica, la ingeniería y la minería han sufrido grandes atrasos. LA INGENIERÍA COLOMBIANA Y MUNDIAL Dentro de las ventajas hay coincidencia en que existe un mejor conocimiento del medio geográfico y cultural y la exigencia de salarios de menos costos. Y dentro de las desventajas hay cinco aspectos que resaltan como son: La debilidad del país en ciencia y tecnología e investigación, para tecnología de punta, las limitaciones financieras por el escaso acceso a créditos. La ingeniería extranjera que tiene alianzas nacionales con los gobiernos de origen. En gestión tecnológica las empresas presentan grandes debilidades de adaptación e innovación; los sistemas de comunicación e información precarios y el no manejo de un idioma extranjero y la poca estructura tecnológica, la privatización de empresas estatales y la debilidad gremial. NUEVAS FORMAS DE BUSCAR CALIDAD DE LA INGENIERÍA COLOMBIANA La implementación del modelo económico neoliberal y la globalización de los mercados, ha tenido efectos significativos en la vida empresarial colombiana y exige nuevos retos a las organizaciones dedicadas a proyectos de ingeniería. Por lo tanto se requiere la formulación de nuevos esquemas de financiación y comercialización así como la capacidad ingenieril. Con relación a la Universidad se reclama la maestría y doctorados en la planta docente que eleven la formación académica.
62
COLCIENCIAS, Sistema nacional jurídicos, Colciencias, Bogotá.1991.
de
Ciencia
y
Tecnología.
Instrumentos
En gestión tecnológica una mayor capacidad, diseñando alianzas con firmas extranjeras de esta manera progresando en la internacionalización. Se requiere al igual de exponer de banco de datos, comunicaciones, e información inteligente. Lección No. 5: Actualidad de la Electrónica63 Cuando se trata la actualidad y la prospectiva de la electrónica no se puede omitir el tema de la microelectrónica, un sector considerado como el factor dirigente de la industria electrónica La Electrónica en el mundo Los Equipos Electrónicos: La industria electrónica suministra a la sociedad, en principio, equipos que se utilizan en el hogar, en la oficina, en la industria o en cualquier otro ámbito en donde se desarrolle la actividad humana. En 1992 las ventas de equipos electrónicos en el mundo fueron de 660.000 millones de dólares64, distribuidas de la siguiente manera: • • • • • •
Procesamiento de datos 43 % Electrónica de consumo 22 % Telecomunicaciones 18 % Electrónica industrial 8 % Electrónica automotriz 3 % Otros 6 %
Como se aprecia en la tabla anterior, las tres clases de equipos electrónicos de mayor venta en el mundo representan en conjunto más del 80 % del mercado, y corresponden en su orden a los computadores, los equipos de consumo y los de telecomunicaciones. Los computadores, por su parte, constituyen más del 40 % del mercado global de equipos electrónicos, pero aclarando que esta cifra se obtuvo contabilizando solamente los equipos, o sea el hardware, sin 63
Adolfo Mora Villate, Profesor Dpto de Ingeniería Eléctrica Universidad Nacional http://www.icfes.gov.co/revistas/ingeinve/No37/Art3.html 64 Cita el Autor: CURTOIS, Bernard. "CAD and testing of ICs and systems: Where are we going?" Estudio realizado para el Centro Nacional de Investigaciones Científicas (CNRS) de Francia. Grenoble. 1993
haber tenido en cuenta el mercado de los programas (software), que hoy día es casi de igual volumen al primero. En los últimos años el software ha venido adquiriendo una importancia creciente, bien sea por haberse convertido en el cuello de botella en el desarrollo de muchos productos, o bien sea por que las novedades en el campo del hardware no logran despertar la acogida del público hasta tanto no cuenten con el soporte lógico suficiente (software), tal como acontece cuando se lanza al mercado un nuevo microprocesador, o cuando aparece un nuevo dispositivo como el multimedia, o cuando se mejora el desempeño de alguno de los periféricos, como sucede cuando se eleva la resolución de los monitores. La electrónica de consumo, que ocupa el segundo lugar en ventas de equipos, suministra los aparatos asequibles a las grandes masas y que son utilizados en el hogar para el entretenimiento y la cultura, como televisores, radios, grabadoras, equipos de sonido, juegos, relojes y calculadoras. El sector de las telecomunicaciones se remonta a los orígenes de la electrónica a partir de la segunda mitad del siglo XIX, con la telegrafía primero y luego con la telefonía y la radio. Hoy día las telecomunicaciones abarcan, además de los sistemas tradicionales, nuevas tecnologías como la fibra óptica, los sistemas satelitales y la telefonía móvil celular. Mientras en el mundo las telecomunicaciones ocupan el tercer lugar en ventas de equipos, en Colombia ocupan el primer lugar, sin tener en cuenta la electrónica de consumo, según un estudio realizado en 198865. A la par con el tradicional y permanente interés de la industria por elevar su productividad, en las ultimas 3 décadas del siglo XX han surgido otros paradigmas a nivel industrial, como los de aumentar la eficiencia energética y reducir la contaminación ambiental. De la solución de estos problemas se ocupa, junto con otras disciplinas, la electrónica industrial. Por ejemplo, para elevar la productividad de las industrias de procesos, la electrónica industrial ofrece equipos como los sistemas de control distribuido, los transmisores inteligentes y los analizadores en línea; mientras que para elevar la productividad de la industria manufacturera ofrece equipos como robots y sistemas de control numérico. 65
MARTÍNEZ, Demetrio. "Visión general del sector electrónico en Colombia". Seminario sobre políticas y experiencias en sectores económicos de tecnologías avanzadas en América Latina y en Colombia. Manizales. 1988.
El último sector que figura en la tabla de equipos electrónicos es el de la electrónica automotriz, que aunque todavía se cataloga por el volumen de sus ventas entre los más modestos, es uno de los de mayor crecimiento. Los modelos nuevos de los vehículos automotores incorporan, cada vez con mayor frecuencia, sistemas microprocesados o sea microcomputadores de propósito especial) para el manejo de sensores, indicadores, alarmas y especialmente para el manejo de la inyección electrónica, que está desplazando al viejo carburador, permitiendo aumentar la eficiencia del motor. Los Componentes Electrónicos Los equipos electrónicos se fabrican con insumos denominados componentes, empleando un proceso que se inicia con la labor de soldar los semiconductores y demás componentes sobre los circuitos impresos, para formar las tarjetas, y luego seguir con el montaje de dichas tarjetas dentro de las cajas, quedando de esta manera construidos los instrumentos. Los componentes electrónicos son de dos tipos: • •
Semiconductores o componentes activos Componentes pasivos
Los semiconductores pueden ser de tres tipos: Circuitos Integrados, dispositivos discretos y dispositivos optoelectrónicos. Los componentes pasivos involucran una variada gama de dispositivos tales como: circuitos impresos, resistores, condensadores, conectores, cables, fuentes y tubos de rayos catódicos; estos últimos de uso todavía como pantallas en los televisores y en los monitores de los computadores. El mercado mundial de componentes electrónicos en 1992 fue de 160.000 millones de dólares (ver referencia (2)), distribuidos de la siguiente forma: Semiconductores US $ 90.000 millones Componentes pasivos US $ 70.000 millones Del total de ventas de semiconductores, el 75 % corresponde a los Circuitos Integrados, que son los dispositivos que encierran dentro de una misma cápsula muchos transistores, variando su número entre unas pocas decenas para el caso de los circuitos lógicos más sencillos, hasta más de 16 millones para el caso de las memorias de 16 Megabits. Circuitos que de otra manera
tendrían que construirse con elementos discretos ocupando grandes espacios e incrementando proporcionalmente su costo y su vulnerabilidad. La Microelectrónica La microelectrónica es la tecnología de desarrollo y de producción de Circuitos Integrados, con el fin de lograr empacar dentro de unas pastillas de silicio de unos pocos centímetros cuadrados de extensión miles y hasta millones de transistores, reduciendo cada vez más las dimensiones de estos transistores, que en el momento actual pasan por el orden de las 0.5 micras. Aunque en electrónica los diferentes sectores son interdependientes y se complementan unos con otros, - por ejemplo el hardware requiere del software y viceversa, los equipos electrónicos requieren de los componentes y estos a su vez requieren de los primeros porque de otra manera no tendrían mercado, - sin embargo, es un hecho, algunas veces aceptado tácitamente y otras veces planteado explícitamente, que la microelectrónica constituye el factor clave, el decisivo dentro de la electrónica. Pero ¿por qué la microelectrónica constituye el factor dirigente de la industria electrónica, siendo que su mercado apenas representa el 7 % del total? Porque quien domine la microelectrónica esta en capacidad de dominar toda la industria electrónica y por esa vía, bien sea los países independientes tratan de asegurar su desarrollo autónomo y sostenido, o bien sea las potencias tratan de asegurar su predominio sobre las demás. La carrera en la electrónica entre los países más avanzados o entre las empresas más poderosas de esos países, radica en ver quien saca primero al mercado la siguiente generación de memorias, o la siguiente generación de microprocesadores de mayor velocidad y desempeño. Siendo la electrónica una de las tecnologías más dinámicas, las compañías de vanguardia deben innovar continuamente sus productos con el fin de no quedarse rezagadas, ya que usualmente los equipos se vuelven obsoletos en pocos años, como sucede por ejemplo con los computadores personales. Paralelamente a este proceso de crecimiento de las memorias, se ha venido presentando otro no menos espectacular, el de los microprocesadores. Mientras los primeros microprocesadores
producidos por INTEL en 1971, manejaban 4 bits, operaban a una velocidad inferior a 1 megaciclo y contenían 2300 transistores, los microprocesadores de hoy, como el Pentium, manejan 64 bits, operan a 100 megaciclos y contienen más de 3 millones de transistores Entre las tecnologías de fabricación de Circuitos Integrados predomina la tecnología CMOS con un 74 % del mercado, seguida de la bipolar con un 12 %. De las restantes vale la pena mencionar la de arseniuro de galio, que por ser la más rápida es la que se utiliza en altas frecuencias (como en telecomunicaciones), pero todavía no se vislumbra ninguna tecnología que pueda disputarle el predominio a la tecnología CMOS. Como cada vez se hace más difícil con el proceso de fabricación actual (fotolitografía), reducir las dimensiones de los transistores, se están ensayando otras alternativas, como el montaje de varios chips dentro de una misma envoltura y el empaquetamiento de las memorias en 3 dimensiones Los costos que ahora acarrea el desarrollo de la microelectrónica se han elevado tanto, que resultan onerosos aún para los grandes fabricantes, siendo esta la razón de los múltiples convenios pactados en años recientes entre los gigantes norteamericanos, japoneses y europeos para la Investigación y el Desarrollo (I&D) de nuevos productos, tal como el celebrado entre IBM, Toshiba y Siemens para la I&D del chip de 256 Megabits a un costo de 1000 millones de dólares. Cifra esta a la que se debe agregar otra inversión de aproximadamente 1000 millones de dólares para el montaje de la planta de fabricación de tales chips, empleando tecnologías de 0.3 a 0.35 micras. Estado del arte y prospectiva de los equipos electrónicos Al contrario de lo que sucede con las novedades en microelectrónica, que usualmente pasan inadvertidas para el gran público que se beneficia de ellas, las novedades en equipos si causan gran impacto y son las que más impresionan al lego en la materia. Las herramientas computacionales que se están perfeccionando para el reconocimiento y la síntesis de la voz así como para el reconocimiento de imágenes, y que involucran tanto hardware como software, prometen interesantes logros en el futuro próximo. Con estas herramientas será posible librarnos de la tiranía del teclado,
se simplificara el manejo de aviones, helicópteros y vehículos automotores, lo mismo que la operación de las plantas industriales, y se cumplirá el sueño de incorporar visión en los robots. Desde comienzos de los 80 varias compañías japonesas y europeas vienen trabajando independientemente en la televisión de alta definición. Esta será sin duda la televisión del siglo XXI, manejando, además, las señales digitalizadas e integrada a un computador, de tal forma que será interactiva, permitiendo al usuario escoger el programa deseado en cualquier momento, sin estar sometido a los caprichos de la programación. Las nuevas tecnologías están originando toda una revolución en el campo de las telecomunicaciones, que ha causado un remezón en las tradicionales y a veces paquidérmicas compañías del ramo, a las que les está brotando competencia por doquier, gracias a la irrupción de tecnologías como la telefonía móvil celular, los sistemas satelitales y la fibra óptica. Esta ultima aunque es menos popular que las dos primeras, es la que ofrece mayor capacidad de transmisión, permitiendo enviar por un mismo haz más de 10.000 conversaciones telefónicas o muchas señales de video simultáneamente. La última generación de fibras ópticas, que emplea amplificadores de fibra dopados con Erbio, puede transmitir más de 1000 km a la fantástica velocidad de 100 Gigabits por segundo66. La unión entre los computadores y las telecomunicaciones ha dado lugar a un sinnúmero de aplicaciones, especialmente en los sectores de la banca y el comercio, pero también en los campos de la educación y de la cultura gracias a las redes de computadores, como la ya popular INTERNET. Esta unión también ha hecho posible la oficina virtual, para lo cual solo se requiere de un computador dotado de un módem. En las industrias de procesos se están usando desde la década pasada los transmisores inteligentes, que son instrumentos de medición dotados de microprocesadores, que por medio de programas (software) pueden realizar funciones adicionales como: autodiagnóstico, linealización, compensación por cambios en las condiciones de operación y control del proceso. Con la próxima 66
El autor hace referencia a: DESURVIRE. "Comunicaciones ópticas: La quinta generación". Investigación y Ciencia Marzo. 1992.
entrada en vigencia de la norma conocida como "bus de campo", se consolidara este tipo de instrumentos, pero ya no transmitiendo en forma análoga sino digital y obteniendo otras ventajas como: extensión del control distribuido por toda la planta, menos posibilidades de degradación por ruido, empleo de menor cantidad de cables en el sistema de control y posibilidad de interconectar entre si equipos de diferentes fabricantes. En la industria manufacturera se continuará con la tendencia a dotar a los robots de sensores, especialmente para el reconocimiento de imágenes y de voz. Las perspectivas para las industrias que se aferren a los sistemas tradicionales de producción no son nada halagüeñas. Las industrias que no se modernicen, que no incorporen las tecnologías avanzadas a sus procesos de producción, perderán competitividad y estarán condenadas irremediablemente a desaparecer. La Electrónica en la Colombia67 Los esfuerzos que desde los inicios de la década del 80 han venido realizando preclaros exponentes de las nuevas generaciones de ingenieros electrónicos y electricistas, por crear una industria electrónica nacional, han tenido hasta ahora muchos tropiezos y han sido infructuosos. Los pasados 15 años han sido testigos del surgimiento de cientos de pequeñas empresas que aspiraban a consolidarse en su ramo, pero hoy día las que subsisten apenas si han logrado crecer. La industria electrónica nacional está abocada a enfrentar las mismas dificultades a las que está sometida en el país toda la pequeña y la mediana industria, dificultades que se pueden resumir en: 1. Escasez de créditos o intereses confiscatorios en caso de que se consigan. 2. Ausencia de políticas de fomento por parte del Estado, aún en la época anterior a la apertura económica. 67
MARTÍNEZ, Demetrio. "Visión general del sector electrónico en Colombia". Seminario sobre políticas y experiencias en sectores económicos de tecnologías avanzadas en América Latina y en Colombia. Manizales. 1988.
Además, la industria electrónica debe afrontar otras dificultades, propias de su naturaleza, tales como: 1. Dificultad para conseguir internamente los componentes electrónicos debido a lo reducido del mercado. 2. Dificultad para conseguir las herramientas necesarias para la I&D, tales como programas de simulación, programas CAD y sistemas de desarrollo para microprocesadores y microcontroladores. 3. Dificultad para conseguir la información técnica actualizada, en especial los manuales de los fabricantes de semiconductores. 4. Deficiente calidad de los componentes metal mecánicos fabricados en el país, como cajas y chasis. La apertura facilitó la entrada al país de productos que en algunos casos resultaron, con respecto a los producidos acá, más económicos o de superior calidad o ambas cosas, ejemplos de tales productos fueron los controladores digitales de procesos, los indicadores digitales de temperatura para múltiples termopares, los variadores de velocidad para motores eléctricos, los reguladores de voltaje y las UPS's. Algunas empresas pasaron de ser fabricantes a ser distribuidoras de esos mismos equipos pero importados. De todas maneras, según el segundo censo realizado en 1992 por la Asociación de Entidades del Sector Electrónico - ASESEL, en el país existen 194 empresas fabricantes, que se desempeñan en el campo de la electrónica profesional, el que comprende productos no de consumo masivo sino especializados, en donde es más fácil competir. Ejemplos destacados de tales productos fabricados en el país son los siguientes: alarmas antirrobo para vehículos y edificaciones, reguladores de voltaje, inversores, cargadores de batería, UPS's, terminales de consulta de saldos bancarios, controles para acceso de personal, lectores de banda magnética, pequeñas centrales telefónicas, material didáctico para el aprendizaje de la electrónica, circuitos impresos de doble cara con hueco metalizado y teclados de membrana. Casi todas las empresas del sector electrónico profesional son pequeñas, pero revisten un carácter nacional, derivado principalmente del hecho de cumplir aquí todo el proceso de producción, incluyendo las labores de investigación y desarrollo de los
productos. En cambio hay otras empresas, por cierto muy pocas, subsidiarias de compañías multinacionales que aquí solo se limitan a ensamblar sus productos. Según el censo ya citado, el 96 % de las empresas del sector electrónico se concentran en las 3 principales ciudades: Bogotá, Cali y Medellín. El resto se ubican en ciudades intermedias como Pereira y Popayán. CAPITULO 3. DISEÑO Lección No. 1: DEFINICIÓN DE ANÁLISIS Y SÍNTESIS. Los términos análisis y síntesis viene del Griego y se refiere literalmente “separar” y “ Reunir”, respectivamente. Estos términos son usados en las más modernas disciplinas científicas, en las matemáticas, lógica, economía, psicología y sobretodo en la ingeniería, para denotar algunos procesos de investigación. En general Análisis se definido como un proceso por el cual fragmentamos un intelectual o sustancial conjunto en sus partes o componentes. Síntesis es definido como un proceso opuesto, por el cual se combinan elementos separados o componentes para formar un conjunto coherente. En la página http://www.swemorph.com/pdf/anaeng-r.pdf se encuentra una definición completa de estos dos términos. Otra Definición análisis68. 1. m. Distinción y separación de las partes de un todo hasta llegar a conocer sus principios o elementos. 2. m. Examen que se hace de una obra, de un escrito o de cualquier realidad susceptible de estudio intelectual. 3. m. Tratamiento psicoanalítico 4. m. Gram. Examen de los componentes del discurso y de sus respectivas propiedades y funciones. 5. m. Inform. Estudio, mediante técnicas informáticas, de los límites, características y posibles soluciones de un problema al que se aplica un tratamiento por ordenador. 6. m. Mat. Parte de las matemáticas basada en los conceptos de límite, convergencia y continuidad, que dan origen a diversas ramas: cálculo diferencial e integral, teoría de funciones, etc. 68
http://www.rae.es/
7. m. Med. Análisis clínico. ~ cualitativo. 1. m. Quím. El que tiene por objeto descubrir y aislar los elementos o ingredientes de un cuerpo compuesto. ~ cuantitativo. 1. m. Quím. El que se emplea para determinar la cantidad de cada elemento o ingrediente. ~ dimensional. 1. m. Fís. Método que se ocupa del análisis de las dimensiones de las magnitudes físicas, y que permite establecer directamente relaciones entre las que intervienen en un proceso, sin necesidad de realizar un análisis completo y detallado. ~ espectral. 1. m. Fís. Método de análisis químico cualitativo, y en algunos casos cuantitativos, mediante técnicas espectroscópicas. ~ factorial. 1. m. Estad. Método estadístico usado para cuantificar la importancia de cada uno de los factores actuantes en un fenómeno. síntesis69. 1. f. Composición de un todo por la reunión de sus partes 2. f. Suma y compendio de una materia u otra cosa. 3. f. Quím. Proceso de obtención de un compuesto a partir de sustancias más sencillas. ~ abiótica. 1. f. Bioquím. Producción de biopolímeros a partir de moléculas orgánicas sencillas. Lección No. 2: MÉTODO DEL DISEÑO EN INGENIERÍA. El método ingenieril, es una actividad de toma de decisiones para desarrollar materiales productos o procesos que satisfagan una necesidad. En este sentido es muy diferente al trabajo científico; porque la motivación para esta actividad es la curiosidad intelectual del científico, mientras que el ingeniero trabaja por la identificación de una necesidad.70 De otra parte el método ingenieril se define: como una estrategia para producir el mejor cambio con los recursos disponibles en una 69 70
REAL ACADEMIA ESPAÑOLA, marzo de 2006. http://www.rae.es Wright, Paul, introducción a la ingeniería, Adisson Wesly, DEL: 1994.
situación deficientemente entendida o incierta. Lección No. 3: PASOS DEL MÉTODO INGENIERIL Parte de la una necesidad e identifica el problema Partir de una necesidad y definir ampliamente un problema, implica decidir entre múltiples soluciones posibles la que consideramos más apropiada, una amplia definición de lo que se intenta solucionar, esto incluye el recabar el mayor número de datos posibles. Es común el error de no poner atención a la recopilación de datos, lo que lleva a adoptar soluciones incorrectas. Determina especificaciones Determinar las especificaciones significa, ampliar más los detalles, o sea, hacer consideraciones como las siguientes: • • • •
¿Cuáles son las necesidades de los usuarios? ¿Qué debería ser la solución? ¿Cuáles son los límites del problema Denominados también imposiciones y restricciones? ¿Cuáles son las características de la población que usara el producto?
Hace un estudio de factibilidad Realizar un estudio de factibilidad, es el proceso de definir exactamente qué es el proyecto y qué temas estratégicos debe considerarse para determinar su factibilidad o posibilidad de éxito. Es un análisis preliminar de los requerimientos. Es la diligencia que todo ingeniero o empresa debe hacer antes de empezar cualquier proyecto, pues el estudio debe ser capaz de indicar si se continúa o no, o se cambiaran los requerimientos a unos más reales. En cierto sentido un estudio de factibilidad es un corto análisis formal del problema y su objetivo es dar al ingeniero una clara evaluación de las posibilidades técnicas, económicas, sociales y políticas de la solución. Puede incluir estudios de documentos, búsquedas de información y simulaciones. La clarificación del problema implica, revisar cuestionamientos como: • • •
¿Cuál es el paso fundamental que se mejorará? ¿Quiénes serán los usuarios y su papel? ¿Cuáles son los requerimientos más importantes de la solución?
• • •
¿Cuáles partes del problema serán las más riesgosas para manejar? ¿Qué modificaciones futuras se pueden esperar racionalmente? ¿Qué soluciones existen en el mercado o quién podría suministrar otras?
Realiza una búsqueda de información La búsqueda de la información requiere retomar toda lo información posible, sobre el problema y sus posibles soluciones. Ya la definición del problema y la determinación de las especificaciones exigen la búsqueda de información y a su vez, debe establecer los principales interrogantes. Estos pueden ser respondidos con los conocimientos y experiencias del mismo ingeniero o de los miembros del equipo, pues muchas veces es posible que se hayan solucionado problemas similares o existan soluciones disponibles en el mercado en condiciones económicas favorables y bastaría con adoptarlas. Desarrolla conceptos alternos de diseño El desarrollo de conceptos relativos al diseño depende de los campos; ya sea un ingeniero químico, un ingeniero mecánico, un ingeniero electrónico, un arquitecto o un diseñador gráfico abarca diferentes conceptos del diseño en su propio campo de interés.71 Hallar las componentes físicas correctas de una estructura física (hallar, física) Una actividad cuyo objetivo es solucionar un problema (objetivo, actividad de solución) Toma de decisiones frente a la incertidumbre con grandes penas para el error (decisiones, incertidumbres, penas). Simular lo que queremos hacer antes de hacerlo, tantas veces como sea necesario para tener confianza en el resultado final (simular, confianza). El factor condicionante para aquellas partes del producto que estarían en contacto con la gente (contacto con la gente) 71
DIXON,Cork. Diseño en Ingeniería. Inventiva, análisis y toma de decisiones. Limusa. Wiley. México. 1970.
Relacionar el producto con la situación para dar una satisfacción (producto, satisfacción). Llevar a cabo un acto de fe muy complicado (acto de fe) La solución óptima a la suma de necesidades verdaderas de un particular conjunto de circunstancias (necesidades verdaderas) El salto imaginativo de los hechos presentes a las posibilidades futuras (salto imaginativo) Una actividad creativa que trae a la existencia algo nuevo y útil que no existía previamente (actividad creativa, útil que no existía) La creación de un resultado final que satisface una necesidad humana mediante una acción definida (creación, resultado que satisface necesidad humana, acción) La actividad del diseño es planear y realizar una estrategia creativa para llevar a cabo una tarea física, mental, moral o artística o satisfacer una necesidad. El propósito del diseño es: • • • •
Satisfacer una especificación funcional dada Conformarse a la limitación del objetivo Responder a los requerimientos implicados o explícitos en la realización (tiempo, espació, energía, costos, etc.) y estructura (estilo, simplicidad, etc.) Satisfacer las restricciones del proceso mismo de diseño.
Selecciona el diseño más promisorio El ingeniero ha de acomodar criterios múltiples, y luego ir eliminando las alternativas deficientes o de inferior calidad, y los que se van seleccionando se someten a criterios más refinados, hasta encontrar el óptimo. Implementa un modelo matemático o físico Otra actividad que se realiza en este contexto es el análisis de valor, que se aplica a los procedimientos lo mismo que a los productos y su meta es reducir el costo excesivo en el diseño. El concepto básico es que muchos de los diseños propuestos se pueden mejorar
notablemente, ya que el diseño original puede presentar costos excesivos, aunque no existe ninguna limitante para aplicar la técnica de análisis de valor desde la primera vez. Una manera de hacer este análisis es definir y evaluar la función. Hay que hacer una distinción entre valor y función. Al definir las funciones se deben expresar con un nombre y un verbo y dividir las de cada componente en primarias y secundarias. Esta cuidadosa definición de las funciones permitirá tener en cuenta las consideraciones ergonómicas y ambientales necesarias. Así con todas estas metodologías se puede optimizar el diseño en todos los sentidos y se estará en condiciones de avanzar al siguiente paso del método ingenieril. Determina la relación entre las dimensiones y los materiales del producto Esto significa comprobar que los materiales es decir los insumos, en sus características, respondan plenamente a la magnitud del diseño. Al igual se debe constatar que estén disponibles en la cantidad, formas, dimensiones y acabados que se refieren. Optimiza el diseño Para optimizar el diseño, se requiere de las simulaciones con el modelo de diseño más promisorio y las comprobaciones de la concordancia entre las dimensiones y los materiales permiten optimizar el diseño seleccionado. Tales actividades permiten detectar cuando se producen equivocaciones, fallas, accidentes, reparaciones, y cambios si las decisiones se han basado en predicciones que no son precisas. Aun sin recurrir a herramientas tan sofisticadas, los diseños se pueden optimizar teniendo presente que deben ser tan simples como se pueda. A menudo una solución de ingeniería, que es específicamente simple en comparación con lo que realiza, se describe como elegante. Puesto que la complejidad es lo contrario de la sencillez, la elegancia es una regla de oro en el método ingenieril. Muchas veces la complejidad de una solución puede estimarse satisfactoriamente contando sus piezas o elementos (resistores, transistores, engranes, levas, etc.) pero la razón anterior que expresa la elegancia es difícil de cuantificar. Lección No. 4: Evaluación del diseño.
Evalúa el diseño optimizado, mediante análisis minuciosos modelo matemático o por ensayo de los modelos físicos
del
Establecido el diseño (o solución) y sus posibilidades y realizada su optimización, es necesario evaluarlo de nuevo mediante análisis minuciosos del modelo matemático o por ensayo de los modelos físicos. En el primer caso debe resolverse el modelo para las condiciones optimizadas y comparar estos resultados con los deseados. De conocer todas las regulaciones que gobiernan no solamente los ensayos sino también el futuro desempeño de la solución en cuestión. Aunque en el país existen las normas ICONTEC y hay podemos organizaciones de normas como las ASTM o las DIN, lo normal será buscar conformidad con las normas internacionales ISO. Comunica las decisiones de diseño al personal de producción La comunicación personal del diseño, se refiere al desarrollo y producción de elementos físicos o no, debe entenderse en sentido lato de que la solución adoptada debe comunicarse claramente a quienes deben adoptarla, sea el personal de producción como cualquier tipo de usuario. Debemos ser cuidadosos de expresar nuestras conclusiones de manera que puedan ser comprendidas por la persona común. La comunicación sobre la solución usualmente requería la preparación de informes, planos, manuales y demás especificaciones. A veces se incluyen además prototipos u otra clase de modelos físicos. Hay que describir con los detalles suficientes los atributos físicos 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 funciones. El hecho de que alguien distinto de nosotros por lo general construya, opere y cuide nuestras obras, hace que adquiera especial importancia la presentación cuidadosa por escrito y la comunicación exacta de ellas. Lección No. 5: Controla la producción
El control de la producción, es un ideal para un ingeniero solo, a menos que se trate de una pequeña empresa, pero es una posibilidad real para una organización grande y es el meollo de la filosofía de la llamada calidad total. Esto es fundamental porque entre los diseños y prototipos y los productos reales puede haber grandes diferencias, bien porque no se siguen estrictamente las especificaciones de diseño, bien porque no se cuenta con los equipos adecuados para efectuar los procesos de fabricación y montaje, porque la habilidad y la experiencia del personal encargado de esta fase son suficientes, por la combinación de varios de los anteriores factores. Analiza las fallas y retroalimenta el diseño y la fabricación El análisis de fallas es una disciplina especializada para la que no todos los ingenieros están capacitados. Sin embargo los diseñadores en general, deben estar en capacidad de apreciar las causas por las que su diseño fallo. Si el ingeniero o grupo de trabajo puede realizar este análisis sería magnífico, en caso contrario habrá que asesorarse de los especialistas. En cualquier evento la determinación del por qué de una falla es fundamental para hacer las correcciones necesarias sea en el diseño, en el material utilizado, en el proceso de fabricación y montaje, en la operación o en el mantenimiento. Todas las causas de fallas no son, de ninguna manera imputables al diseño. En el caso de los elementos y sistemas materiales, además de las causas señaladas, el ambiente es fundamental y procesos como la oxidación, la corrosión, la degradación térmica el desgaste y otras causas, que a veces son del todo previsibles en el diseño, pueden ocasionar la falta. En los casos de sistemas no materiales además de problemas de lenguaje y comprensión la naturaleza de las organizaciones sociales y su comportamiento lleva a veces a variaciones y situaciones nuevas que cambian por completo el entorno para el que se propuso una solución. Obviamente, que de todas maneras, el estudio de estas fallas llevará al mejoramiento del diseño en todos los sentidos.
