CapÃtulo 1 : Ingeniería eléctrica
La ingeniería eléctrica es un subcampo de la ingeniería que se centra en el estudio, el diseño y el uso de diversas piezas de maquinaria, artilugios y sistemas que hacen uso de la electricidad, la electrónica y el electromagnetismo. En la última parte del siglo XIX, después de la comercialización del telégrafo eléctrico, el teléfono y la generación, distribución y uso de energía eléctrica, evolucionó como una actividad distinta que podría identificarse.
Hay una gran variedad de subcampos que caen bajo el paraguas de la ingeniería eléctrica. Algunos de estos subcampos incluyen ingeniería informática, ingeniería de sistemas, ingeniería de energía, telecomunicaciones, ingeniería de radiofrecuencia, procesamiento de señales, instrumentación, células fotovoltaicas, electrónica y óptica y fotónica. La ingeniería de hardware, la electrónica de potencia, el electromagnetismo y las ondas, la ingeniería de microondas, la nanotecnología, la electroquímica, las energías renovables, la mecatrónica/control y la ciencia de los materiales eléctricos son sólo algunos de los muchos subcampos que se engloban bajo el paraguas de estas disciplinas. Muchos de estos subcampos se superponen con otras ramas de la ingeniería.
En la mayoría de los casos, los ingenieros eléctricos han obtenido un título en ingeniería eléctrica, ingeniería electrónica o ingeniería eléctrica y electrónica en general. La certificación profesional y la membresía en un organismo profesional o una organización internacional de normalización son posibles para los ingenieros que trabajan activamente en la práctica de la ingeniería. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y la Institución de Ingeniería y Tecnología (IET, anteriormente IEE) son algunas de las organizaciones que entran en esta categoría.
Existe una amplia variedad de industrias en las que se emplean ingenieros eléctricos, y las habilidades que se requieren para estos trabajos también son diversas. Esto incluye todo, desde la teoría de circuitos hasta las habilidades de gestión requeridas de un gerente de proyecto. Desde un voltímetro sencillo hasta un software de diseño y fabricación complejo son ejemplos de los tipos de herramientas y equipos que necesitaría un ingeniero individual. Estas herramientas y equipos pueden variar de simples a complejos.
Desde principios del siglo XVII, por lo menos, ha habido un interés científico en el tema de la electricidad. En los primeros días de la ciencia eléctrica, William Gilbert fue una figura notable. Se le atribuye ser la primera persona en hacer una distinción clara entre el magnetismo y la electricidad estática. Es generalmente aceptado que fue él quien primero usó el término "electricidad". Además, fue el creador del versorium, que es un dispositivo que puede detectar la presencia de objetos que están cargados estáticamente. A Johan Wilcke, un académico sueco, se le ocurrió la idea de un dispositivo que más tarde se llamaría electróforo. Este dispositivo era capaz de generar una carga eléctrica estática. A principios del siglo XIX, Alessandro Volta había desarrollado la pila voltaica, que fue un precursor de la batería eléctrica.
A partir del siglo XIX, hubo un aumento en la cantidad de investigaciones realizadas sobre el tema. Los desarrollos notables de este siglo incluyen el trabajo de Hans Christian Ørsted, quien descubrió en 1820 que una corriente eléctrica produce un campo magnético que desviará la aguja de una brújula; de William Sturgeon, que en 1825 inventó el electroimán; de Joseph Henry y Edward Davy, que inventaron el relé eléctrico en 1835; de Georg Ohm, quien en 1827 cuantificó la relación entre la corriente eléctrica y la diferencia de potencial en un conductor; de Michael Faraday, el descubridor de la inducción electromagnética en 1831; y de James Clerk Maxwell, quien en 1873 publicó una teoría unificada de la electricidad y el magnetismo en su tratado Electricidad y magnetismo.
En el año 1782, Georges-Louis Le Sage construyó y demostró en Berlín lo que se cree que es la primera versión de la telegrafía eléctrica en el mundo. Utilizó un total de 24 líneas separadas, una para cada letra del alfabeto. Estas dos habitaciones estaban conectadas por este telégrafo. Era un telégrafo electrostático que funcionaba moviendo pan de oro a través del proceso de conducción eléctrica.
El sistema de telégrafo electrostático fue un concepto que Francisco Salva Campillo propuso en el año 1795. Su trabajo sobre telegrafía eléctrica abarcó los años 1803 y 1804, y en 1804 entregó un informe sobre sus hallazgos a la Real Academia de Ciencias Naturales y Artes de Barcelona. A pesar de que fue muy influenciado y basado en dos descubrimientos que se hicieron en Europa en el año 1800, el sistema de telégrafo electrolítico de Salva fue extremadamente innovador. Estos descubrimientos fueron la batería eléctrica de Alessandro Volta, que se utilizó para generar una corriente eléctrica, y la invención de la electrólisis del agua de William Nicholson y Anthony Carlyle. Existe la posibilidad de que el primer ejemplo de ingeniería eléctrica fuera la invención de la telegrafía eléctrica. En la última parte del siglo XIX, el campo de la ingeniería eléctrica surgió como una carrera. Los profesionales habían establecido una red mundial de telégrafo eléctrico, y el Reino Unido y los Estados Unidos fueron los primeros países en establecer escuelas profesionales de ingeniería eléctrica con el fin de proporcionar apoyo a este campo de estudio emergente. El año 1816 vio la creación de un sistema de telégrafo eléctrico por Francis Ronalds, quien también narró su visión de cómo la electricidad puede revolucionar el mundo. Después de más de medio siglo, se convirtió en miembro de la recién formada Sociedad de Ingenieros de Telégrafos, que eventualmente se llamaría la Institución de Ingenieros Eléctricos. Dentro de esta organización, fue considerado por sus compañeros como el pionero de su grupo. Para cuando el siglo XIX llegó a su fin, el mundo había sido irrevocablemente alterado como resultado de la rápida comunicación que fue posible gracias al desarrollo de la ingeniería de las líneas terrestres, los cables submarinos y, a partir del año 1890, la telegrafía sin hilos.
La necesidad de unidades de medida estandarizadas ha ido creciendo como resultado de las aplicaciones prácticas y los avances que se han realizado en estas disciplinas. Las unidades de voltio, amperio, culombio, ohmio, faradio y henry se estandarizaron posteriormente a nivel internacional como resultado de sus esfuerzos. Una reunión mundial celebrada en Chicago en el año 1893 tuvo éxito en lograr este objetivo. La publicación de estas normas sirvió de base para futuros avances en la normalización en una variedad de industrias, y las definiciones fueron rápidamente reconocidas en la legislación relativa a la materia en varios países y regiones.
Debido al hecho de que la tecnología eléctrica temprana se consideraba de naturaleza electromecánica, el estudio de la electricidad se consideró principalmente como un subcampo de la física a lo largo de estos años. En el año 1882, la Technische Universität Darmstadt estableció el primer departamento de ingeniería eléctrica en todo el mundo. En el año 1883, la universidad también creó el primer programa de grado en ingeniería eléctrica. Fue en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en el departamento de física, donde el profesor Charles Cross inició el primer programa de grado en ingeniería eléctrica en los Estados Unidos. Sin embargo, fue la Universidad de Cornell la que produjo los primeros graduados del mundo en el campo de la ingeniería eléctrica en el año 1885. El Colegio Sibley de Ingeniería Mecánica y Artes Mecánicas de la Universidad de Cornell fue la institución que ofreció el primer curso de ingeniería eléctrica en el año 1883.
Alrededor del año 1885, Andrew Dickson White, presidente de la Universidad de Cornell, estableció por primera vez el primer Departamento de Ingeniería Eléctrica en los Estados Unidos. Además, en el mismo año, el University College de Londres estableció la primera cátedra de ingeniería eléctrica en todo el Reino Unido. Dentro de la Universidad de Missouri, el departamento de ingeniería eléctrica se formó inicialmente en el año 1886 por el profesor Mendell P. Weinbach. Más tarde, las instituciones educativas, como las universidades y los institutos tecnológicos, comenzaron gradualmente a brindar a los estudiantes de todo el mundo la oportunidad de participar en programas de ingeniería eléctrica.
A lo largo de estas décadas, hubo un aumento significativo en la aplicación de la teoría de la ingeniería eléctrica. En el año 1882, Thomas Edison activó la primera red de energía eléctrica a gran escala del mundo, que suministraba corriente continua (CC) a un voltaje de 110 voltios a 59 clientes ubicados en la isla de Manhattan en la ciudad de Nueva York. En 1884, a Sir Charles Parsons se le ocurrió la idea de la turbina de vapor, que permitía generar energía eléctrica de una manera más eficiente. La corriente alterna, que tiene la capacidad de transmitir energía de manera más efectiva a largas distancias mediante la utilización de transformadores, experimentó un rápido desarrollo en las décadas de 1880 y 1890. Durante este período de tiempo, los diseños de transformadores fueron desarrollados por Károly Zipernowsky, Ottó Bláthy y Miksa Déri (más tarde conocidos como transformadores ZBD), Lucien Gaulard, John Dixon Gibbs y William Stanley Jr. De forma...
