CapÃtulo 1 : Ingeniería mecánica
El campo de la ingeniería mecánica se ocupa del estudio de las máquinas físicas que hacen uso de la fuerza y el movimiento. La ingeniería mecánica es un subcampo de la ingeniería que combina los principios de la física y las matemáticas de la ingeniería con los principios de la ciencia de los materiales para diseñar, analizar, construir y mantener sistemas mecánicos. Entre los diversos subcampos de la ingeniería, es uno de los más antiguos y completos.
El campo de la ingeniería mecánica requiere una comprensión de materias fundamentales como la mecánica, la dinámica, la termodinámica, la ciencia de los materiales, el diseño, el análisis estructural y la electricidad. Además de estos principios fundamentales, los ingenieros mecánicos hacen uso de diversas herramientas, como el diseño asistido por ordenador (CAD), la fabricación asistida por ordenador (CAM), la ingeniería asistida por ordenador (CAE) y la gestión del ciclo de vida del producto, para diseñar y analizar plantas de fabricación, equipos y maquinaria industrial, sistemas de calefacción y refrigeración, sistemas de transporte, vehículos de motor, aviones, embarcaciones, robótica, dispositivos médicos, armas y otros artículos.
Sin embargo, el desarrollo de la ingeniería mecánica se remonta a varios miles de años en todo el mundo. El estudio de la ingeniería mecánica comenzó como un campo durante la Revolución Industrial en Europa en el siglo XVIII. El desarrollo de la ciencia de la ingeniería mecánica se remonta al siglo XIX, cuando los avances de la física condujeron a su creación. Los materiales compuestos, la mecatrónica y la nanotecnología son algunas de las áreas en las que los ingenieros mecánicos están trabajando para mejorar con la ayuda de innovaciones en la industria. La disciplina ha evolucionado continuamente para incluir nuevos desarrollos. Además, se superpone con otras disciplinas de la ingeniería en grados variables, como la ingeniería aeroespacial, la ingeniería metalúrgica, la ingeniería civil, la ingeniería estructural, la ingeniería eléctrica, la ingeniería de fabricación, la ingeniería química, la ingeniería industrial y otras especializaciones técnicas. Es posible que los ingenieros mecánicos también trabajen en el tema de la ingeniería biomédica, específicamente en las áreas de biomecánica, fenómenos de transporte, biomecatrónica, bionanotecnología y modelado de sistemas biológicos.
A través del examen de los registros de una variedad de sociedades antiguas y medievales, se puede observar el uso de la ingeniería mecánica. Desde la antigüedad, la gente del Cercano Oriente estaba familiarizada con las seis máquinas simples fundamentales. Desde la prehistoria, la gente ha sido consciente de la cuña y el plano inclinado, a veces conocido como rampa. Hay una serie de textos, la mayoría de los cuales son más antiguos, que atribuyen la creación de la rueda a la civilización mesopotámica. Sin embargo, hay algunas fuentes recientes que sugieren que se inventó de forma independiente tanto en Mesopotamia como en Europa del Este o que a los europeos orientales prehistóricos se les atribuye la invención de la rueda. El mecanismo de palanca se utilizó por primera vez hace aproximadamente 5.000 años en el Cercano Oriente, donde se utilizó en una balanza simple y para mover objetos grandes en la tecnología del antiguo Egipto. La palanca no solo se utilizó en el mecanismo de elevación de agua shadoof, sino que también se utilizó en la primera máquina de grúa, que se descubrió en Mesopotamia alrededor del año 3000 a.C. En Mesopotamia, a principios del segundo milenio antes de la era común, se pueden encontrar las primeras evidencias de poleas.
Durante el siglo IV a.C., el Reino de Kush fue el lugar donde se desarrolló por primera vez el Sakia. Se basaba en el poder de los animales, lo que a su vez reducía la cantidad de energía que se requería de los humanos. La región de Kush fue creada con embalses en forma de Hafirs con el propósito de almacenar agua y aumentar el riego. Meroe fue el lugar donde tuvo lugar el desarrollo de florerías y altos hornos durante el siglo VII a.C. La aplicación de las matemáticas en forma de trigonometría avanzada fue demostrada por los relojes de sol kushitas.
La rueda hidráulica y el molino de agua, dos de las máquinas más antiguas que eran impulsadas por agua y eran prácticas, se vieron por primera vez en el Imperio Persa, que se encontraba en lo que hoy es Irak e Irán, a principios del siglo IV a.C. Las obras de Arquímedes, que vivió entre el 287 y el 212 a.C., tuvieron un impacto significativo en el desarrollo de la mecánica en esta tradición occidental. Alrededor del siglo II a.C. se desarrolló una computadora analógica conocida como los mecanismos de Anticitera con engranajes.
Una eolípila, el primer dispositivo impulsado por vapor, fue inventado por Herón de Alejandría, que vivió en el Egipto romano entre los años 10 y 70 d.C. Un reloj de agua fue mejorado por Zhang Heng (78-139 d.C.), quien también construyó un sismómetro. Ma Jun (200-265 d.C.) fue el inventor de un carro con engranajes diferenciales. Ambos inventos se fabricaron en China. Su Song, un relojero e ingeniero chino que vivió durante la Edad Media (1020-1101 d.C.), fue la primera persona en colocar un mecanismo de escape en su torre de reloj astronómico. Esto fue dos siglos antes de que se descubrieran los dispositivos de escape en los relojes europeos medievales. Además, fue la primera persona en introducir en el mundo una transmisión por cadena de transmisión de potencia sin fin.
La desmotadora de algodón se estableció en la India en el siglo VI después de la era común, mientras que la rueca se inventó en el mundo islámico a principios del siglo XI. Las ginebras de doble rodillo se introdujeron por primera vez en la India y China durante los siglos XII y XIV. Durante el período temprano del Sultanato de Delhi, que duró desde el siglo XIII hasta el siglo XIV, la ginebra de rodillo de engranaje helicoidal hizo su debut en el subcontinente indio.
Los inventores de ascendencia musulmana hicieron importantes contribuciones al campo de la tecnología mecánica durante la Edad de Oro islámica, que duró desde el siglo VII hasta el XV. Por ejemplo, en el año 1206, Al-Jazari, que era uno de ellos, escribió su conocido Libro de Conocimiento de Dispositivos Mecánicos Ingeniosos y presentó una serie de ideas mecánicas diferentes.
Hubo avances significativos en los fundamentos de la ingeniería mecánica en Inglaterra y en el continente a lo largo del siglo XVII para la ingeniería mecánica. A Christiaan Huygens, matemático y científico holandés, se le atribuye la invención del reloj de péndulo en el año 1657. Este reloj fue el primer cronometrador fiable durante unos trescientos años. Huygens también produjo un tratado dedicado al diseño de relojes y a la teoría que los sustentaba. A Isaac Newton, nacido en Inglaterra, se le atribuye el desarrollo del cálculo y la formulación de las Leyes del Movimiento de Newton, que más tarde servirían como base matemática para el campo de la física. Newton dudó en publicar sus obras durante varios años, pero sus colegas, incluido Edmond Halley, finalmente lo convencieron de proceder con la publicación de sus obras. Se cree que Gottfried Wilhelm Leibniz, quien previamente había inventado una calculadora mecánica, también fue responsable del desarrollo del cálculo en el mismo período de tiempo.
Inglaterra, Alemania y Escocia fueron los tres países responsables del desarrollo de las máquinas herramienta durante las primeras etapas de la Revolución Industrial. El desarrollo de la ingeniería mecánica como un subcampo distinto dentro de la ingeniería fue posible gracias a esto. Fueron los equipos de fabricación y los motores que se utilizaron para impulsarlos los que trajeron consigo. La Institución de Ingenieros Mecánicos se estableció en 1847, treinta años después de que la primera sociedad profesional de su tipo, la Institución de Ingenieros Civiles, fuera establecida por ingenieros civiles. Esta organización fue la primera organización profesional de ingenieros mecánicos que se estableció en el Reino Unido. Chemnitz, Alemania, fue el lugar donde Johann von Zimmermann (1820-1901) estableció la primera fábrica de rectificadoras en el continente europeo. Esta planta fue establecida en el año 1848.
Después de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (1852) y el Instituto Americano de Ingenieros de Minas (1871), la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) se estableció en los Estados Unidos en el año 1880. Esto la convirtió en la tercera sociedad profesional de ingeniería de su tipo en el país. La Academia Militar de los Estados Unidos, que abrió sus puertas en 1817, que ahora se conoce como la Universidad de Norwich, y el Instituto Politécnico Rensselaer, que abrió sus puertas en 1825, fueron las primeras universidades de los Estados Unidos en brindar a los estudiantes la oportunidad de seguir una educación en ingeniería. A lo largo de su historia, la educación en ingeniería mecánica se ha basado tradicionalmente en una base sólida en matemáticas y física.
Hay numerosas universidades en todo el mundo que ofrecen títulos de ingeniería mecánica. Los graduados de los programas de ingeniería mecánica generalmente obtienen una Licenciatura en Ingeniería (B.Eng. o B.E.), una Licenciatura en Ciencias (B.Sc. o B.S.), una Licenciatura en Ciencias de la Ingeniería (B.Sc.Eng.), una Licenciatura en Tecnología (B.Tech.), una Licenciatura en Ingeniería Mecánica (B.M.E.) o una Licenciatura en Ciencias Aplicadas (B.A.Sc.), con o sin énfasis en ingeniería...
