Licencia Profesional de Ingeniería

Licencia Profesional de Ingeniería

Imagina que tu ciudad quiere contener un río para crear una presa, pero un millón de personas viven cerca de la orilla, por debajo de la presa. Si la presa se rompiese, ese millón de personas moriría en la inundación. ¿Querrías que un ingeniero de 22 años recién graduado en ingeniería civil diseñase la presa? Probablemente no. Y que hay muchas otras cosas de las que seguramente no quieras que se encargue tampoco: prácticamente cualquier estructura, cualquier rascacielos y cualquier vehículo entra dentro de esta categoría. Si el objeto se está diseñando es importante, lo más seguro es que prefieras que un ingeniero sumamente competente, experimentado y disciplinado se encargue del proyecto.

Este es el objetivo de la licencia profesional de ingeniería, que se creó en E.U.A en 1907, según la cuál existen cuatro requisitos que cualquier ingeniero estadounidense debe cumplir para obtener su licencia en su área de especialización.

1.- Obtener un título de cuatro años de Ingeniería en una universidad acreditada por la ABET (por sus siglas en ingés), el Consejo de Acreditación para la Ingeniería y Tecnología, garantiza que las universidades ofrecen carreras de buena calidad.

2.- Realizar y aprobar el examen de Fundamentos de Ingeniería (FE, por sus siglas en inglés). Se trata de un examen de 5 horas de duración que se divide por especialidad, Por ejemplo, los ingenieros químicos y los ingenieros civiles hacen examenes diferentes. Este examen suele hacerse poco después de la graduación.

3.- Trabajar durante cuatro años con un ingeniero profesional con una beca de formación o similar para adquirir una experiencia valiosa.

4.- Realizar y aprobar el examen de Principios y Práctica de Ingeniería (PE, por sus siglas en inglés). Es un examen sumamente especializado de 8 horas que se realiza después de trabajar durante 4 años con un ingeniero profesional. Por ejemplo, hay diferentes exámenes para un ingeniero civil de estructuras y para uno de transporte.

A partir de ese momento, un ingeniero puede solicitar una licencia de ingeniero profesional en un estado específico. Una vez se obtiene su licencia, un ingeniero puede firmar y sellar planes de ingeniería que requieren la participación de un ingeniero profesional, es decir, todos los proyectos de obras públicas y muchos proyectos privados de gran magnitud.

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Tren de Levitación Magnética

El tren de levitación magnética

Cuando un tren se mueve a velocidades inferiores a 160 Km /h, sus ruedas de acero funcionan muy bien. Son de bajo coste y eficientes, no causan problemas.

Por encima de 160 Km/h empiezan las complicaciones, cada vez más difíciles de resolver para los ingenieros. Uno de estos problemas es la vibración. Otros, la aceleración y frenado. En un punto dado del frenado, las ruedas de acero pierden agarre con la vía y resbalan. El simple acto de mantener el tren alineado sobre el carril crea fricción con los flancos de la rueda, especialmente en las curvas.

La solución a todos estos problemas es eliminar las ruedas. Lo mejor para reemplazarlas actualmente inventado es la levitación magnética. El concepto del tren "maglev" existe desde que le fueron concedidas una serie de patentes al ingeniero alemán Hermann Kemper para este dispositivo entre 1937 y 1941.

El tren de levitación magnética integra un conjunto de tres efectos magnéticos:

1.- Un conjunto de imanes levanta el tren del suelo para que flote.

2.- Otro mantiene el tren con la vía equilibrado horizontalmente. (Especialmente en las curvas).

3.- El ultimo conjunto crea un motor lineal para acelerar y desacelerar el tren. (Se pueden instalar conjuntamente con los de elevación).

Al modularse el juego de electroimanes, el tren puede controlar con mucha precisión su altura sobre el suelo, así como su velocidad, aceleración y desaceleración.

Además de la ventaja que supone su suavidad en el desplazamiento, aceleración y desaceleración, al no haber ruedas también se elimina la fricción de estas. A pesar de ello, a velocidades superiores a 320 Km/h, la mayor parte de la energía se consume para superar la fricción del aire. Por tanto, los ingenieros prestan mucha atención a la aerodinámica, que es en este caso tan importante como lo sería en un avión a reacción.

El tren maglev Shangai de China empezó a presar servicio en 2004 y fue el primer transporte público que funcionó a más de 320 Km/h, alcanzando una velocidad máxima de 500 Km/h con recorridos regulares (más de 100 al día) de su línea; 30 Km en 7 minutos.

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Techo Retráctil

El techo retráctil

Imagina un techo diseñado para cubrir varias hectáreas. En realidad, vemos techos como estos continuamente, siempre que entramos en grandes centros comerciales. Un gran supermercado puede ocupar 1.6 hectáreas o más bajo un mismo techo. Si mieras hacia arriba la próxima vez que vayas a un establecimiento de este tipo, es probable que veas una serie de vigas de acero o armazones sostenidos por columnas distribuidas de manera uniforme por todo el establecimiento. Es una estructura de techo sencilla de bajo coste.

Ahora imagina que quieres diseñar un techo de ese tamaño o más grande y los dos requisitos adicionales son que, no pueden haber columnas en medio y que se debe replegar completamente para que el interior quede al descubierto. Este es exactamente el desafío al que se enfrentan los ingenieros al diseñar estadios con techos móviles, patentados por el arquitecto norteamericano David S. Miller en 1963.

Un enfoque común para un techo retráctil es utilizar varios paneles que se deslizan unos debajo de otros. Las cuatro consideraciones precisas desde el punto de vista de la ingeniería son:

1.- Los paneles tienen que poder deslizarse hacia delante y hacia atrás.

2.- Pueden pesar millones de kilos.

3.- Tienen que soportar un peso adicional en algunos climas como la nieve y el hielo.

4.- Tienen que abarcar largas distancias, quizá 213 metros o más.

Teniendo en cuenta estos criterios, los paneles comienzan a dar la impresión de ser puentes, y es así como han sido diseñados. Un panel por lo general está formado por largas vigas que puede abarcar todo el estadio. Los materiales del techo se sustentan en la parte superior de las vigas.

Los dos extremos de estos techos-puente están colocados sobre ruedas similares a las ruedas de un tren que se desplaza por raíles. Los motores eléctricos fijan los paneles del techo con un movimiento lento. Un techo podría tardar 15 minutos en retraerse.

La ventaja de un estadio con techo retráctil es fácil de comprender. Cuando hace un buen tiempo, pueden proporcionar la experiencia de un estadio abierto. Cuando hace mal tiempo, el techo se cierra y el juego puede continuar. Los ingenieros son capaces de crear el mejor ambiente en cualquier caso para los jugadores y para el público.

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Enanas Blancas

Las estrellas enanas blancas y el límite de Chandrasekhar

En su canción “Farmer’s Almanac”, Johnny Cash explicaba que Dios nos dio la oscuridad para que pudiésemos ver las estrellas. Sin embargo, entre las estrellas más difíciles de encontrar están las que presentan el especial estado de muerte estelar llamado enana blanca.

La mayor parte de las estrellas, por ejemplo, nuestro Sol, terminan su vida como densas enanas blancas. En la Tierra, una cucharadita de materia procedente de una enana blanca pesaría varias toneladas.

Los científicos sospecharon por primera vez de la existencia de las enanas blancas en 1844, cuando se descubrió que Sirio, la estrella más brillante del cielo del norte, bailaba de un lado a otro como si algún vecino celestial, demasiado oscuro como para que lo viésemos, tirara de ella.

Esta estrella vecina se observó por fin en 1862, y parecía, sorprendentemente, más pequeña que la Tierra pero más masiva que el Sol. Las enanas blancas, todavía calientes, son el resultado del colapso de las estrellas moribundas que ya han consumido todo su combustible nuclear.

Las enanas blancas no rotatorias tienen una masa máxima que es 1.4 veces la masa del Sol, una cifra que calculó en 1931 el joven Subrahmanyan Chandrasekhar en un barco que lo llevaba desde la India a Inglaterra para comenzar un posgrado en la universidad de Cambridge. Cuando las estrellas pequeñas o intermedias empiezan a colapsarse, sus electrones se aplastan unos contra otros y alcanzan un estado en el que la densidad ya no puede aumentar debido al principio de exclusión de Pauli, que crea una presión de degeneración electrónica hacia el exterior. 

Sin embargo, cuando se supera la masa solar en 1.4 veces, esta degeneración electrónica ya no es capaz de contrarrestar la aplastante fuerza gravitatoria, y la estrella continúa su colapso (hasta convertirse, por ejemplo, en una estrella de neutrones) o elimina el exceso de masa más allá de su superficie en una explosión de supernova. Chandrasekhar ganó el premio Nobel en 1983 por sus estudios acerca de la evolución estelar.

Las enanas blancas se enfrían y dejan de ser visibles después de miles de millones de años: se convierten en enanas negras. Las enanas blancas empiezan siendo plasma, pero se ha predicho que en etapas más avanzadas de enfriamiento muchas parecerán, desde el punto de vista estructural, a cristales gigantes.

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Cómo evertir una esfera

Cómo evertir una esfera

Durante muchos años, los topólogos supieron que era teóricamente posible darle la vuelta a una esfera, o evertirla, aunque no tenían la menor idea de cómo hacerlo. Cuando los gráficos por ordenador estuvieron disponibles para los investigadores, el matemático y experto en gráficos Nelson Max elaboró una animación que finalmente ilustraba la transformación de la esfera. En 1997 el video de Max Turning a Sphere Inside Out se basó en el trabajo de 1967 de Bernard Morin, un topólogo ciego de nacionalidad francesa, sobre la eversión de la esfera. La animación se centra en cómo la eversión puede realizarse pasando la superficie a través de ella misma sin realizar ningún orificio ni pliegues. Los matemáticos pensaban que el problema no se podía resolver hasta que hacia 1958 el matemático estadounidense Stephen Smale demostró lo contrario. Con todo, nadie podía visualizar claramente el movimiento sin los gráficos.

Cuando hablamos de la eversión de una esfera, no se trata de darle la vuelta a un balón de playa estirando el balón desinflado por su boquilla y volviéndolo a inflar. Estamos hablando de una esfera sin orificios. Los matemáticos intentan visualizar una esfera hecha de membrana fina que pueda estirarse incluso atravesarse sin desgarrarse ni producirse curvas o pliegues evidentes. Evitar dichos pliegues marcados hacía de la eversión matemática de la esfera una tarea difícil.

A finales de los años noventa, las matemáticas dieron un paso adelante y descubrieron una vía geométricamente óptima, una que minimiza la energía necesaria para contraer la esfera hasta su transformación. Esta eversión óptima de la esfera, u optieversión, es en la actualidad la protagonista de una película de gráficos en color titulada The Optiverse.  Sin embargo, no podemos utilizar los principios que se presentan en la película para darle la vuelta a un balón real cerrado. Esto se debe a que los balones y globos reales no están hechos de un material que pueda atravesarse así mismo. No es posible evertir objetos sin realizar un agujero en ellos. 

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Radioactividad

La radioactividad

“El mejor modo de pensar en el comportamiento de los núcleos radioactivos es imaginar unas palomitas de maíz haciéndose en el horno, la mayoría parecen estallar aleatoriamente en unos cuantos minutos y solo unos pocos parecen no tener intención de hacerlo. De manera similar, los núcleos más conocidos son estables y esencialmente idénticos a cómo eran desde hace siglos. Sin embargo, hay otros tipos de núcleos inestables que desprenden fragmentos a medida que se desintegran. La radioactividad es la emisión de este tipo de partículas.”

Robert Hazen y James Tregil

El descubrimiento de la radioactividad se suele asociar a las observaciones efectuadas en 1896 por el científico francés Henri Becquerel cuando detectó la fosforescencia de las sales de uranio, aunque, unos cuarenta años antes, el fotógrafo francés Abel Niépce de Saint-Victor ya había referido hallazgos similares. Aproximadamente un año antes del descubrimiento de Becquerel, el físico alemán Wilhelm Conrad Rontgen descubrió por casualidad los rayos X mientras experimentaba con tubos de descarga eléctrica, y Becquerel se interesó por ver si los compuestos fosforescentes (aquellos que emiten luz visible cuando se estimulan con luz solar u otras ondas excitantes) también podrían producir rayos X. Becquerel colocó sales de uranio en una placa fotográfica envuelta en papel negro. Quería ver si este compuesto fosforecía y producía rayos X que pudieran oscurecer la placa cuando la luz del Sol impactaba en el compuesto.

Para sorpresa de Becquerel, el compuesto de uranio oscurecía la placa fotográfica aun cuando el paquete estuviera graduado en un cajón. El uranio parecía emitir alguna clase de “rayos” penetrantes. En 1898, los físicos Marie y Pierre Curie descubrieron 2 nuevos elementos radioactivos, el polonio y el radio. Por desgracia, los riesgos de la radioactividad no se descubrieron enseguida y algunos médicos empezaron a prescribir, entre otros remedios peligrosos, tratamientos a base de radio. Más adelante, Enerst Rutherford y Frederic Soddy descubrieron que este tipo de elementos en realidad se transformaban en otros elementos en el proceso radioactivo.

Los científicos lograron identificar tres variantes comunes de radioactividad: partículas alfa (núcleos ionizados de helio), rayos beta (electrones de alta energía) y rayos gamma (radiación electromagnética de alta energía). Stephen Battersby ha señalado que, en la actualidad, la radioactividad se utiliza para obtener imágenes médicas, eliminar tumores, fechar objetos antiguos, impulsar naves espaciales y conservar alimentos.

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El Carbono 14

El carbono 14

“Si usted estuviese interesado en descubrir la edad de las cosas, el lugar perfecto sería la universidad de Chicago en los años 40. Willard Libby estaba trabajando en el método de datación por radiocarbono, que permitiría que los científicos obtuvieran una estimación precisa de la edad de huesos y otros restos orgánicos, algo que no habían sido capaces de hacer hasta entonces”.

Bill Bryson

La datación por radiocarbono consiste en la medición de la cantidad de un elemento radioactivo, el carbono-14 (¹⁴C), en una muestra que contenga carbono. El método se basa en el hecho de que el ¹⁴C se crea en la atmósfera cuando los rayos cósmicos chocan con átomos de nitrógeno. Así, el ¹⁴C se incorpora a las plantas, con las que los animales se alimentan después. La proporción de ¹⁴C en el cuerpo de un animal vivo coincide aproximadamente con la de la atmósfera. El ¹⁴C se desintegra de forma exponencial y se convierte en nitrógeno-14. Cuando el animal muere cesa el suministro de ¹⁴C procedente del medio, de modo que sus restos van perdiendo ¹⁴C lentamente.

Si se conoce la cantidad de ¹⁴C presente en una muestra, se puede calcular su antigüedad siempre que no sea superior a 60,000 años. En las muestras más antiguas, la cantidad de ¹⁴C es demasiado pequeña como para medirla con precisión. El periodo de semidesintegración del ¹⁴C es aproximadamente 5,730 años, lo que significa que cada 5,730 años la cantidad de ¹⁴C de una muestra se reduce a la mitad. Dado que la cantidad de ¹⁴C atmosférico sufre pequeñas variaciones con el tiempo, se hacen pequeñas calibraciones para mejorar la precisión de la medida. Además, como consecuencia de los ensayos armamentísticos con bombas atómicas, el ¹⁴C atmosférico aumentó en la década de 1950.

Se puede utilizar un espectrómetro de masas para detectar la proporción de ¹⁴C en muestras que solo contienen unos pocos miligramos.

Antes de que existiera este método era muy difícil obtener dataciones fiables de acontecimientos anteriores a la primera dinastía de Egipto (año 3000 a.C.) Resultaba muy frustrante para los arqueólogos, deseosos de saber, por ejemplo, en qué momento pintaron los cromañones las cuevas de Lascaux o cuándo terminó la última glaciación.

El carbono es muy común, así que hay muchos materiales potencialmente válidos para su estudio con radiocarbono, por ejemplo, esqueletos hallados en excavaciones arqueológicas, carbón, cuero, madera, polen, cuarnos…

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