Resumen para el parcial - Taller de Ingeniería

Apunte concentrado según los temas indicados en la clase de repaso.

1. Introducción a los procesos de medición

Conceptos básicos

• Magnitud: propiedad de un fenómeno, cuerpo o sustancia que puede expresarse cuantitativamente mediante un número y una referencia. Ejemplos: masa, longitud, temperatura.
• Unidad: cantidad tomada como medida o término de comparación para las demás de su especie. Ejemplos: metro, kilogramo, segundo.
• Medir: comparar una característica física de un hecho u objeto con la unidad que la representa.
• Instrumento de medición: dispositivo empleado para determinar el valor de una magnitud o variable.
• Resultado de una medición: número que expresa la relación entre el objeto estudiado y la unidad de referencia.

Ninguna medición de ingeniería es matemáticamente exacta: el instrumento, el método, el operador, el objeto y el ambiente pueden introducir errores.

Mediciones directas e indirectas

Tipo	Definición	Ejemplo
Directa	El resultado se obtiene leyendo la indicación de un instrumento.	Longitud con una cinta métrica; tensión con un voltímetro; corriente con un amperímetro.
Indirecta	El resultado se calcula a partir de relaciones entre otras magnitudes medidas.	Resistencia calculada mediante tensión y corriente: $R = V/I$.

Errores sistemáticos y accidentales

Error	Características	Ejemplos o causas
Sistemático	Se repite aproximadamente con el mismo tamaño y sentido. Desplaza el promedio respecto del valor verdadero. Si se conoce, puede corregirse.	Error propio del instrumento o del método. Instrumento que siempre indica de más o de menos.
Accidental o aleatorio	Aparece de manera irregular y varía en cantidad y sentido. Produce dispersión entre las mediciones y es difícil de prever.	Distracción, mala lectura, mal posicionamiento, variaciones del objeto o del instrumento.

El error de paralaje aparece en instrumentos analógicos cuando la mirada no está perpendicular a la escala. La separación entre la aguja y la escala altera visualmente la lectura.

Para minimizar los efectos de los errores se realizan varias mediciones y se adopta como valor más probable la media aritmética:

$$\bar{x}=\frac{x_1+x_2+\cdots+x_n}{n}$$

Calibración, error e incertidumbre

• Calibración: verificación del comportamiento de un instrumento o sistema de medición comparándolo con un patrón de gran exactitud.
• La calibración permite conocer cómo funciona el instrumento y el rango de error con el que entrega sus mediciones.
• No elimina automáticamente el error. Si revela un error sistemático conocido, el resultado puede corregirse para acercarlo al valor verdadero.
• Error: propiedad del instrumento o del sistema de medición.
• Incertidumbre: rango dentro del cual debe interpretarse el resultado. Considera los efectos de los errores del sistema, la calibración y la técnica empleada. Es una propiedad de la prueba.

El resultado completo de una medición debe entenderse como un valor probable acompañado por su incertidumbre.

Exactitud y precisión

• Exactitud: cercanía de los valores medidos al valor verdadero.
• Precisión: cercanía de las mediciones entre sí, aunque puedan estar alejadas del valor verdadero.

Un conjunto puede ser preciso pero poco exacto si las mediciones están muy agrupadas, pero desplazadas por un error sistemático.

Planificación de una medición

Antes de medir debe definirse:

1. Qué se medirá: objeto o hecho, característica y finalidad.
2. Cómo se medirá: condiciones, procedimiento y sistema de medición.
3. Con qué se medirá: instrumento, sensores, patrones e información previa.
4. Quién medirá: operador preparado teórica y prácticamente.

En las actividades de relevamiento:

1. Realizar un croquis del objeto.
2. Marcar y nombrar las dimensiones que se medirán.
3. Hacer al menos tres determinaciones con cada instrumento.
4. Registrar los valores en una tabla.
5. Calcular el valor más probable de cada dimensión.

Características de los instrumentos

• Rango de indicación: valores mínimo y máximo que puede indicar el instrumento.
• Intervalo de medición: diferencia entre el límite superior y el inferior del rango.
• Valor de división: diferencia entre dos marcas consecutivas de la escala.
• Sensibilidad: relación entre la respuesta del instrumento y el cambio de la variable medida.
• Resolución: menor cambio de la magnitud medida al cual el instrumento responde correctamente.

Instrumentos analógicos y digitales

	Analógicos	Digitales
Indicación	Aguja o puntero sobre una escala.	Uno o más dígitos numéricos.
Ventajas	Menor costo; algunos no requieren alimentación; construcción sencilla; muestran fácilmente tendencias; admiten escalas no lineales.	Alta resolución; sin paralaje; evitan confusión entre escalas; lectura rápida; permiten procesamiento informático.
Desventajas	Menor resolución; error de paralaje; confusión si poseen varias escalas; lectura lenta; difícil integración digital.	Mayor costo; construcción compleja; requieren alimentación; es difícil incorporar escalas no lineales.

2. Informes

Definición y finalidad

Un informe es una redacción resultante de una investigación, proyecto, experiencia, tarea, misión o actividad encomendada. Suministra información detallada a personas interesadas o competentes y sirve para la toma de decisiones.

Una tarea de ingeniería excelente puede verse perjudicada por un informe deficiente. La comunicación escrita debe transmitir el trabajo de manera efectiva.

Reglas generales

Un informe debe ser:

• comprensible, claro, conciso, breve y completo;
• simple y gramaticalmente correcto;
• libre de ambigüedades;
• escrito con lenguaje corriente; la jerga debe definirse;
• coherente en el uso de símbolos, unidades y normalizaciones.

Además:

• Las abreviaturas, siglas y símbolos se aclaran la primera vez que aparecen.
• El cuerpo principal debe ser fácil de leer; las demostraciones extensas pueden ir en anexos.
• Las tablas y figuras deben tener títulos o leyendas suficientes para comprenderse por sí mismas.
• Una tabla o figura debe complementar la información, no duplicarla innecesariamente.

Partes del informe

1. Título: identifica el trabajo; debe ser significativo, comprensible y no excesivamente largo.
2. Resumen: presenta de forma breve los objetivos, la metodología y las conclusiones.
3. Introducción: plantea el problema que origina el trabajo y finaliza con los objetivos.
4. Desarrollo: expone la metodología, los cálculos, las mediciones, los ensayos y los recursos utilizados.
5. Resultados: presenta de manera clara los valores obtenidos y responde a los objetivos. Se incluye cuando hubo cálculos o resultados concretos.
6. Conclusiones: deducciones lógicas obtenidas de los resultados, relacionadas directamente con los objetivos y lo desarrollado. No agrega datos nuevos.
7. Referencias: identifica las fuentes utilizadas: libros, artículos, sitios web, tesis, entrevistas, etc.

Informe de las actividades de Taller

Contenido mínimo:

• Introducción.
• Metodología e instrumental: el procedimiento debe permitir verificar y repetir la experiencia.
• Resultados.
• Conclusiones.

Formato indicado por la cátedra:

• Sin carátula.
• Encabezado normalizado en la primera página.
• Máximo de cuatro carillas, sin contar anexos.
• Arial 12.
• Pie con grupo, comisión y numeración página X de Y.

3. Sistemas de unidades

Magnitud, dimensión y unidad

La cátedra utiliza estas definiciones:

• Magnitud: propiedad medible expresada mediante un número y una referencia. Ejemplo: masa de 38 kg.
• Dimensión: valor de una magnitud de un hecho u objeto. Ejemplos: 26,5 °C; 42 km/h.
• Unidad: cantidad utilizada como medida o término de comparación. Ejemplos: °C, kg, m.

La bibliografía puede utilizar “magnitud” y “dimensión” con sentidos diferentes. Para el parcial conviene respetar la terminología empleada por la cátedra.

Magnitudes fundamentales del SI

Memorizar las siete:

Magnitud	Unidad	Símbolo
Longitud	metro	m
Masa	kilogramo	kg
Tiempo	segundo	s
Temperatura termodinámica	kelvin	K
Corriente eléctrica	ampere	A
Intensidad luminosa	candela	cd
Cantidad de sustancia	mol	mol

Magnitudes derivadas

Surgen de productos o divisiones entre magnitudes fundamentales.

Magnitud derivada	Relación	Unidad
Superficie	largo × ancho	$m^2$
Volumen	largo × ancho × alto	$m^3$
Velocidad	distancia / tiempo	$m/s$
Densidad	masa / volumen	$kg/m^3$
Fuerza	masa × aceleración	newton, $N=kg\cdot m/s^2$
Potencia	energía / tiempo	watt, $W=J/s$

El SI es coherente porque cada unidad derivada surge de combinar unidades básicas mediante ecuaciones físicas con factor igual a uno. Es único porque establece una sola unidad para cada tipo de cantidad física.

En Argentina, el SIMELA, establecido por la Ley 19.511, adopta las unidades, símbolos, múltiplos y submúltiplos del SI y es de uso obligatorio.

Magnitudes extensivas e intensivas

Extensivas	Intensivas
Dependen de la cantidad de materia.	No dependen de la cantidad de materia.
Son aditivas: el total es la suma de las partes.	Mantienen el mismo valor en el sistema y en sus partes, en condiciones de equilibrio.
Ejemplos: masa, volumen, energía.	Ejemplos: densidad, temperatura, presión.

En general, el cociente entre dos magnitudes extensivas produce una intensiva. Ejemplo: densidad = masa/volumen.

Prefijos del SI

Potencia	Prefijo	Símbolo
$10^{12}$	tera	T
$10^9$	giga	G
$10^6$	mega	M
$10^3$	kilo	k
$10^2$	hecto	h
$10^1$	deca	da
$10^{-1}$	deci	d
$10^{-2}$	centi	c
$10^{-3}$	mili	m
$10^{-6}$	micro	µ
$10^{-9}$	nano	n
$10^{-12}$	pico	p
$10^{-15}$	femto	f
$10^{-18}$	atto	a

Conviene elegir un prefijo que deje el valor numérico entre 0,1 y 1.000.

Conversiones

Para convertir una unidad con prefijo, se reemplaza el prefijo por su potencia de diez:

$$1\,km=10^3\,m \qquad 1\,mm=10^{-3}\,m$$

Ejemplos:

$$3,5\,km=3,5\times10^3\,m=3500\,m$$

$$381\,mm=381\times10^{-3}\,m=0,381\,m$$

Entre kilo y mili existe una diferencia de seis potencias:

$$1\,km=10^6\,mm$$

Atención con superficie y volumen

El factor de conversión también queda elevado:

$$1\,m^2=(10\,dm)^2=100\,dm^2$$

$$1\,m^3=(10\,dm)^3=1000\,dm^3$$

Por eso, al pasar una unidad de longitud un escalón se multiplica o divide por 10; en superficie, por 100; y en volumen, por 1000.

Conversión mediante factor

Puede multiplicarse por una fracción equivalente a 1, colocando la unidad que se desea eliminar en el denominador:

$$250\,dm\times\frac{1\,m}{10\,dm}=25\,m$$

Notación científica

$$m\times10^n$$

La mantisa debe cumplir $1\leq|m|<10$ y el exponente debe ser entero.

$$1200=1,2\times10^3$$

$$0,00053=5,3\times10^{-4}$$

4. Estudio de métodos y tiempos

Finalidad

• Estudio de métodos: técnica destinada a minimizar la cantidad de trabajo, eliminar movimientos innecesarios y sustituir métodos por otros mejores.
• Medición del trabajo: aplicación de técnicas para determinar cuánto tarda un trabajador calificado en ejecutar una tarea definida según una norma preestablecida.
• Permiten investigar, minimizar y eliminar el tiempo improductivo, durante el cual no se genera valor agregado.

La idea central es analizar el trabajo con sentido crítico, buscando mejorar el método, la productividad y las condiciones de realización, sin considerar al trabajador como una máquina.

Estudio cronométrico

Es una técnica de medición del trabajo que establece un tiempo estándar admisible y realista para una tarea. Considera:

• el método de trabajo establecido;
• el contenido de trabajo;
• la fatiga y las demoras personales;
• los retrasos inevitables.

Tiempo estándar y trabajador calificado

Tiempo estándar: tiempo requerido para que un operario de tiempo medio, plenamente calificado y adiestrado, trabajando a ritmo normal, realice una operación.

Trabajador calificado: persona con las aptitudes físicas, inteligencia, instrucción, destreza y conocimientos necesarios para realizar el trabajo cumpliendo las normas de seguridad, cantidad y calidad.

Utilidad del tiempo estándar

• Calcular el costo de mano de obra y el costo total de producción.
• Determinar el precio de venta.
• Preparar programas y presupuestos de producción.
• Establecer plazos de entrega.
• Determinar cuántos operarios y máquinas se necesitan.
• Controlar la mano de obra.
• Balancear una línea y detectar cuellos de botella.
• Implementar incentivos.
• Comparar diseños y métodos de trabajo.
• Programar la carga de las máquinas y estudiar la distribución en planta.

Diagrama de flujo o cursograma

Representación gráfica del flujo de un algoritmo o de una secuencia de acciones. Utiliza símbolos para representar operaciones específicas.

Sirve para:

• comprender el proceso;
• planificar las tareas;
• identificar cuellos de botella;
• distinguir actividades productivas e improductivas;
• encontrar oportunidades de mejora.

Tiempo promedio

Se conservan las observaciones cuya variación se debe a la naturaleza del proceso. Se eliminan las lecturas inconsistentes causadas por desconocimiento de la tarea o por errores de cronometraje, siempre que las lecturas vecinas sean consistentes. Ante la duda, se repite el estudio.

El promedio se calcula únicamente con las lecturas válidas:

$$t_{promedio}=\frac{\sum t_i\text{ válidos}}{n\text{ de lecturas válidas}}$$

Ejemplo: mediciones de 42, 40, 41, 79 y 42 segundos. Si 79 se identifica justificadamente como error de cronometraje:

$$t_{promedio}=\frac{42+40+41+42}{4}=41,25\ s$$

Procedimiento del estudio del trabajo

1. Seleccionar: elegir el trabajo que será estudiado.
2. Registrar: reunir los datos y las circunstancias en que se realiza.
3. Evaluar: analizar críticamente los métodos y movimientos; separar elementos productivos e improductivos.
4. Medir: expresar en tiempo la cantidad de trabajo de cada elemento.

5. Cálculos en ingeniería

Finalidad de los cálculos

Calcular es realizar las operaciones necesarias para prever el resultado de una acción o conocer las consecuencias de datos conocidos.

En ingeniería se calcula principalmente para:

1. Determinar la dimensión que debe asignarse a un elemento proyectado.
2. Verificar si la dimensión de un elemento existente es adecuada.
3. Analizar cómo puede comportarse un elemento cuando varía otro.

Los cálculos pueden ser numéricos, resolviendo ecuaciones, o gráficos, mediante figuras, gráficos o ábacos.

Modelización matemática

Un modelo es una representación simplificada de la realidad. Puede ser:

• Conceptual: descripción cualitativa organizada.
• Matemático: representación mediante números, letras, símbolos, ecuaciones o gráficos.
• Físico: reproducción simplificada o a escala, como una maqueta o un prototipo.

Pasos orientativos para modelizar un problema:

1. Leer el problema e identificar datos e incógnitas.
2. Asignar letras a las incógnitas.
3. Escribir las ecuaciones que relacionan datos e incógnitas.
4. Resolver las ecuaciones.
5. Interpretar si la solución es razonable en la realidad.
6. Comprobar la respuesta dentro del problema original.

Tres factores esenciales

Factor	Definición	Idea clave
Tolerancias	Márgenes dimensionales admitidos al proyectar o comprobar un elemento.	La dimensión real puede variar dentro de límites aceptables.
Hipótesis simplificativas	Suposiciones que permiten representar una realidad compleja mediante un modelo manejable, conservando sus aspectos principales.	Simplifican el cálculo, pero afectan la calidad y el alcance de la respuesta.
Coeficiente de seguridad	Factor de resguardo utilizado para dimensionar con valores superiores a los de trabajo y alejados de la rotura o el colapso.	$Valor\ de\ cálculo=CS\times valor\ de\ trabajo$.

Ejemplo: si una estructura soportará normalmente 23.000 kg y se adopta $CS=4$:

$$Carga\ de\ cálculo=4\times23000=92000\ kg$$

La hipótesis simplificativa podría ser considerar solamente el peso vertical y despreciar fuerzas laterales si resultan poco significativas para el problema.

6. Ciencia, técnica, tecnología e ingeniería

Este tema apareció en el repaso, pero el cuadro específico no está incluido en los archivos entregados. Las siguientes ideas sirven como orientación general; para memorizar definiciones textuales y comparaciones debe priorizarse el cuadro utilizado en clase.

Conceptos

• Ciencia: busca conocer, explicar y comprender fenómenos mediante conocimientos sistemáticos y verificables. Su motivación central es el conocimiento.
• Técnica: conjunto de procedimientos, reglas y habilidades utilizados para realizar una actividad y obtener un resultado práctico.
• Tecnología: aplicación organizada de conocimientos científicos y técnicos para crear o mejorar productos, procesos y servicios destinados a resolver necesidades.
• Ingeniería: actividad profesional que aplica conocimientos científicos, matemáticos, técnicos y tecnológicos para concebir, diseñar, construir, operar y mejorar soluciones bajo restricciones reales.

Método científico y método de la ingeniería

Método científico	Método de la ingeniería
Parte de una pregunta sobre la realidad.	Parte de una necesidad o problema concreto.
Busca explicar o comprender un fenómeno.	Busca diseñar una solución útil y viable.
Formula hipótesis y las contrasta mediante observación o experimentación.	Define requisitos y restricciones, propone alternativas y las evalúa.
Produce o valida conocimiento.	Selecciona, diseña, construye, prueba y mejora una solución.
Pregunta central: ¿por qué ocurre?	Pregunta central: ¿cómo resolverlo?

Secuencia simplificada del método científico:

1. Observación y planteo del problema.
2. Formulación de una hipótesis.
3. Experimentación o recolección de evidencia.
4. Análisis de resultados.
5. Conclusión: aceptación, rechazo o revisión de la hipótesis.

Secuencia simplificada del método de la ingeniería:

1. Identificar y definir la necesidad.
2. Reunir información y establecer requisitos y restricciones.
3. Proponer distintas soluciones.
4. Evaluarlas y seleccionar una alternativa.
5. Diseñar, calcular y construir o implementar.
6. Probar, verificar y mejorar.

Repaso rápido antes del parcial

Hay que poder responder sin dudar:

1. Las siete magnitudes fundamentales, sus unidades y símbolos.
2. La diferencia entre magnitud, dimensión y unidad según la cátedra.
3. La diferencia entre medición directa e indirecta, con ejemplos.
4. La diferencia entre error sistemático y accidental.
5. La relación entre calibración, error e incertidumbre.
6. La diferencia entre exactitud y precisión.
7. Rango, intervalo, valor de división, sensibilidad y resolución.
8. Ventajas y desventajas de instrumentos analógicos y digitales.
9. Definición, finalidad, reglas y partes de un informe.
10. Prefijos del SI y conversiones de longitud, superficie y volumen.
11. Diferencia entre magnitudes extensivas e intensivas.
12. Estudio de métodos, estudio cronométrico, tiempo improductivo y tiempo estándar.
13. Utilidades del tiempo estándar y función del diagrama de flujo.
14. Cálculo del tiempo promedio usando solamente lecturas válidas.
15. Tolerancias, hipótesis simplificativas y coeficientes de seguridad.
16. Diferencias entre ciencia, técnica, tecnología e ingeniería, y entre sus métodos.