Termodinámica: Definición, Propiedades y Ejemplos de termodinámica

La termodinámica se define como la ciencia de la energía (Çengel & Boles, 1998). El término que define esta ciencia proviene del griego y significa thermos (calor) y dynamis (potencia); es decir, que es la ciencia que describe la conversión de calor en potencia. Sabemos entonces que estudia los intercambios de energía entre los cuerpos y la influencia de estos intercambios sobre las características de los cuerpos.  

Pero para entender lo que es la termodinámica es necesario tener claro algunos pequeños conceptos que vamos a desarrollar a continuación.

 Energía: digamos que es “algo” que poseen los cuerpos y que se manifiesta cuando el cuerpo induce un cambio en otro cuerpo.

Calor Q: es energía transferida desde un cuerpo a mayor temperatura hasta uno a menor temperatura. 

T_a= temperatura de a

Q existe de a hasta b si y solo si

T_a ˃ T_b

Trabajo w: es energía transferida (igual que el calor) pero con un movimiento de alguno de los dos cuerpos. 

Propiedad termodinámica: es la característica de un cuerpo que tiene que ver con energía y sirve en algunos casos para identificar al cuerpo. Algunas de estas propiedades son: masa (m), volumen (v), volumen específico (v), densidad (ρ), U, H, S, Cp, Cv, K, R.

     ·    Masa: cantidad de materia que posee un cuerpo.

     ·    Peso: es una fuerza con que la tierra atrae a los cuerpos y es igual a:

g es la aceleración que sufre un cuerpo en caída libre.

• Volumen: espacio ocupado por un cuerpo. Sus unidades son m³ en el sistema internacional y pies³ en el inglés.

• Volumen específico: espacio ocupado por una unidad de masa de sustancia.

•  Temperatura: es un indicativo del nivel energético del cuerpo. Cero grados de temperatura indica cero nivel de energía.

       ·    Densidad: cantidad de sustancia existente en una unidad de volumen. 

Para finalizar, Los principios de la termodinámica se han convertido en parte fundamental para la formación del ingeniero; por tanto, es indispensable para cualquier desempeño en el área de la ingeniería que involucre un intercambio entre energía y materia.

Desde los sistemas de aire acondicionado o calefacción en nuestros hogares, el refrigerador de alimentos, el calentador para el agua, hasta el funcionamiento del motor de los automóviles, centrales eléctricas; todas ellas y muchas más existen gracias a la termodinámica. Por eso, para los estudiantes de ingeniería, sea del área que sea, estos conceptos deben manejarlos y tenerlos claros para su desempeño como profesionales.

Ingeniería de Métodos de Trabajo

La Ingeniería de métodos es la técnica encargada de incrementar la productividad optimizando recursos y obtener lo mismo con menos dentro de una organización, empleando para ello un estudio sistemático y crítico de las operaciones, procedimientos y métodos de trabajo. Es importante considerar, desde el punto de vista económico y práctico, ciertos cambios que continuamente se llevan a cabo en los ambientes industriales y de negocios. Dichos cambios incluyen la globalización del mercado y de la manufactura, el crecimiento del sector servicios, el uso de computadoras en todas las operaciones de la empresa y la aplicación cada vez más extensa de la Internet y la web. La única forma en que un negocio o empresa puede crecer e incrementar sus ganancias es mediante el aumento de su productividad. La mejora de la productividad se refiere al aumento en la cantidad de producción por hora de trabajo invertida. Las herramientas fundamentales que generan una mejora en la productividad incluyen métodos, estudio de tiempos estándares y el diseño del trabajo.

Las áreas tradicionales de oportunidad para los estudiantes involucrados en ingeniería, administración industrial, administración de negocios, psicología industrial y relaciones laborales son:

1) medición del trabajo.

2) métodos y diseño del trabajo. 

3) ingeniería de la producción.

4) análisis y control de la manufactura.l

5) diseño y planeación de plantas industriales.

6) administración de salarios.

7) ergonomía y seguridad. 

8) producción y control de inventarios. 

9) control de calidad. 

Sin embargo, estas áreas de oportunidad no están confi nadas a las industrias de manufactura. Existen, y son igualmente importantes, en empresas tales como tiendas departamentales, hoteles, instituciones educativas, hospitales, bancos, líneas aéreas, compañías de seguros, centros de servicios militares, agencias gubernamentales y complejos de retiro. En la actualidad, en Estados Unidos, sólo alrededor de 10% del total de la fuerza laboral forma parte de la industria manufacturera. El otro 90% está involucrado en la industria de servicios o en posiciones ejecutivas. A medida que Estados Unidos se encuentre más orientado hacia la industria de servicios, las fi losofías y técnicas de los métodos, estándares y diseño del trabajo también deberán utilizarse en este sector. En cualquier lugar en el que personas, materiales y recursos interactúen con el fi n de alcanzar un objetivo, la productividad puede mejorarse a través de la aplicación inteligente de métodos, estándares y diseño del trabajo.

El área de producción de una industria es clave para su éxito. En ella los materiales son solicitados y controlados; la secuencia de las operaciones, de las inspecciones y de los métodos es determinada; las herramientas son solicitadas; los tiempos asignados; el trabajo es programado, asignado y se le da seguimiento; y la satisfacción del cliente es mantenida con productos de calidad entregados a tiempo.

De manera similar, los métodos, estándares y la actividad del diseño del trabajo son una parte fundamental del grupo de producción. Aquí más que en ningún otro sector, la gente determina si un producto va a fabricarse de una manera competitiva a través de estaciones de trabajo, herramental y relaciones trabajador-máquina efi cientes. En este punto es donde la gente debe ser creativa en la mejora de los métodos y productos existentes y en el mantenimiento de buenas relaciones laborales a través del uso de estándares laborales adecuados y justos. El objetivo del gerente de manufactura es fabricar un producto de calidad, a tiempo y al menor costo posible, con una mínima inversión de capital y una máxima satisfacción del empleado. El objetivo del gerente de control de calidad y confi abilidad es mantener constantes las especifi caciones de ingeniería y satisfacer a los clientes con el nivel de calidad y confi abilidad del producto a

través de su vida útil. Por su parte, el gerente de control de la producción se interesa principalmente en el establecimiento y mantenimiento de programas de producción con la debida consideración de las necesidades del cliente y de la economía favorable que se obtiene mediante una programación cuidadosa. La principal preocupación del gerente de mantenimiento es minimizar los tiempos muertos debidos a fallas y reparaciones no programadas. La fi gura 1.1 muestra la relación que existe entre estas tres áreas y la infl uencia de los métodos, estándares y diseño del trabajo en la producción total.

Bibliografia recomendada:

Benjamin W. Niebel, Andris Freivalds. (2009). Ingeniería industrial: Métodos, estándares y diseño del trabajo. Mexico: Mc. Graw Hill.

Física Medica: Origen y Definición de Física Medica

La Física Medica es la rama de la Física que tiene que ver con la aplicación de la Física a la Medicina. Se ocupa principal pero no exclusivamente de la aplicación de las radiaciones ionizantes al diagnostico y tratamiento de enfermedades. En diagnostico se utilizan los rayos X y rayos Y o electrones de megavoltaje. La imagen por resonancia magnética a sido otra aportación importante de la Física a la Medicina. 

El  estudio y uso de las radiaciones ionizantes en Medicina empezó con tres importantes descubrimientos: los rayos X por W. Roentgen en 1895, la radioactividad natural por H. Becquerel en 1896, y el radio por Pierre y Marie Curie en 1898. Desde entonces, las radiaciones ionizantes han jugado un papel destacado en Física Atómica y Nuclear, proporcionando las bases para el desarrollo de la Radiología y la radioterapia como especialidades medicas y de la Física Medica como una especialidad en Física.

Estos primeros descubrimientos en Física que permitieron ver el interior del cuerpo humano sin la necesidad de ingresar el paciente al quirófano, transformaron completamente las ciencias medicas. Las técnicas de diagnostico no invasivas por imagen y aquellas para el tratamiento de enfermedades basadas en el uso de radiación ionizante son herramientas indispensables para el equipo multidisciplinario  a cargo de la asistencia medica. Hoy en día la formación de imágenes ya no se limita a aplicaciones en diagnostico, sino que se ha convertido en un elemento esencial en programas de escrutinio para la detección temprana de enfermedades y en planificación de tratamientos en radioterapia.

ingeniería: Historia y Definición de Ingeniería

Desde hace algo más del año 300 a.C., hasta hoy el hombre ha encontrado a través de la Ingeniería la dinámica necesaria para el progreso y la evolución que se ha presentado en la sociedad mostrándose inicialmente en el desarrollo de técnicas para la explotación de minerales.

De la misma manera, con la construcción de carreteras y caminos se comienzan a descubrir diferentes procesos ingenieriles en lo que se conoce actualmente como Ingeniería Civil.

Los diferentes procesos en los que el hombre se ha visto en la obligación de realizar cálculos y establecer procedimientos de precisión hacen de sí mismos una historia interesante que se desarrolla a través de los tiempos.

Edad Antigua

En Egipto, Roma y Gracia surgieron las matemáticas, geometría y ciencias naturales. Se construyeron majestuosas y complicadas obras como pirámides, acueductos, templos, barcos, carreteras y diferentes tipos de armamento. En este tiempo el conocimiento era limitado a ciertas personas dentro de su estructura socio-religiosa, dejando este privilegio a sacerdotes o personas de una buena posición social.

Edad Media

En Italia hacia el año 1000 d.C., se realizó una reforma estructural en el gobierno permitiendo a la totalidad de las personas acceder a las escuelas, sin ambargo, la educación continuaba siendo controlada por el clero. Las promeras Universidades fueron creadas en Paris, Oxford y Cambridge en el siglo XII y su educación se basaba en [2]Trivium y [3]Quadrivium

Existían otras áreas del conocimiento como filosofía natural, filosofía moral, teología y metafísica, arquitectura, derecho y medicina, sin embargo las Universidades Medievales solo formaban doctores en teología, derecho y medicina.

En los años 1.500 la ingeniería se enfocaba en minería, metalurgia y la construcción de acueductos y caminos dando inicio a los primeros escritos sobre Ingeniería como son los libros:

"De Re Mettallica" escrito por Jorge Agrícola en 1560 describiendo la geología y minería

"Tratado" escrito por Guido Toglieta en 1587 describiendo la técnica de contrucción de caminos.

"Carreteras del Imperio Romano" escrito en 1622 por Nicolás Bergier, describiendo la técnica romana en la contrucción de carreteras.

La primera escuela de Ingeniería registrada en la historia es la [5]Ecole des ponts et Chausées" creada en Francia en 1794, en donde sus primeros Ingenieros diseñaron y construyeron los puentes sobre el río Sena, convirtiéndose de esta manera en la primera escuela de ingeniería civil en el mundo.

Edad Moderna

La máquina de Vapor de Jame Walt en 1765 marcó el surgimiento de la Revolución Indistrial, cuano se sustituye la fuerza del hombre para mover máquinas por la fuerza de la presión del vapor. La segunda Revolución Industrial se inicia con dos hechos básicos

1. La creación de la primera hiladora de algodón industrial de Moses Brown y William Almy en Rhode Island en 1793.

2. La utilización de partes intercambiables, ya que inicialmente las máquinas eran creadas por artesanos que creaban cada pieza a la medida de cada usuario. No obstante, los ingenieros Eli Whitney y Simeon North, desarrollaron el concepto de "Sistema Uniforme de Producción" ya que el ejército de los Estados Unidos de América les encargó la fabricación de miles de pistolas y la única forma de fabricación masiva fue mediante la división de las pistola en partes estandarizadas para las cuales se definía un proceso de ensamble.

Estas ideas generaron la producción en masa y al mismo tiempo acabaron con los artesanos y dieron inicio a la clase obrera surgiendo tres clases sociales: Los dueños del capital, Los técnicos o intelectuales y los obreros.

Edad Contemporánea

En la Edad Contemporánea surgieron algunas definiciones de Ingeniería las cuales reflejan la época en que fueron concebidas teniendo en cuenta que ni la ciencia ni la tecnología se encontraban consolidadas. La de más conocimiento fue la dada por el británico Thomas Tredgold, presidente de la Institution of Civil Engineers donde define la Ingeniería "como el arte de dirigir las grandes fuerzas de la naturaleza y usarlas para beneficio del hombre".

En 1852 se funda la primera escuela de Ingeniería Civil en Estados Unidos de América a la que se le dio por nombre Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. En 1871 se funda El Instituto Americano de Ingenieros de Minas y en 1888 se crea la que subsiste hasta hoy Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.

Ingeniería: Que es y como se define la Ingeniería

La ingeniería se considera cómo el arte de transformar la naturaleza para uso y beneficio del hombre. Así dentro de su desarrollo histórico se dieron en primer lugar, las ingenierías unidas a elementos físicos tangibles, tales como la de minas y la civil, disciplina que modifican la naturaleza para obtener beneficios de sus recursos y la infraestructura para su desarrollo. Con la aparición de la energía eléctrica surge la ingeniería mecánica y la ingeniería eléctrica que transforman las grandes fuentes de energía naturales para uso y convivencia del hombre.

A lo largo de los años han ocurrido muchos acontecimientos que hicieron posibles importantes cambios en nuestra sociedad. Gradualmente durante el siglo XIX, la producción familiar para atender las necesidades vitales fue reemplazada por la producción en factorías. A principios del siglo XX el sistema de fábricas se había convertido en una cosa natural y habitual. La población tendió a depender más y más de los salarios como medio de vida y de los productos creados en las fábricas.

En este desarrollo histórico, la Ingeniería Industrial es la última que se da y surge como una necesidad de integrar los recursos humanos, materiales y económicos para lograr mejor y mayor productividad con calidad. En este cambio adquieren significado tres conceptos que forman la base de esta disciplina: organización, trabajo productivo y tiempo.