¿Cómo se manifiesta la física en la rutina diaria de un ingeniero?

*Escrito por: Ricardo Noboru Igarashi, docente de la carrera de Ingeniería de Producción de ESEG College

La física está mucho más presente en la ingeniería de lo que mucha gente imagina, ¡y no solo en los cálculos!

Se manifiesta en las decisiones cotidianas, en el funcionamiento de las máquinas, en la eficiencia de los procesos e incluso en la seguridad de los sistemas industriales.

Si estás pensando en dedicarte a la ingeniería, comprender cómo se relaciona la física con la práctica puede cambiar por completo tu perspectiva sobre este campo.

En definitiva, más que una simple teoría, es una herramienta esencial para cualquiera que quiera innovar, resolver problemas y trabajar con tecnología.

Si quieres comprender mejor la física aplicada a la ingeniería, ¡sigue leyendo!

¿Qué es la física aplicada a la ingeniería?

Cuando muchos estudiantes se matriculan en un curso de ingeniería, una de las primeras preguntas que surge es: ¿Para qué estudiar física si quiero trabajar en la industria, la gestión o la tecnología?

La respuesta reside en el papel fundamental de la física en la ingeniería: es el fundamento que nos permite comprender, analizar y resolver problemas del mundo real. Más allá de la teoría, la física funciona como una herramienta práctica para diseñar máquinas, mejorar procesos y garantizar la seguridad.

La diferencia entre la física de la escuela secundaria y la física aplicada a la ingeniería.

Esta pregunta es común porque, en la escuela secundaria, la física generalmente se presenta de una manera muy teórica, con un carácter más introductorio.

El objetivo principal de la física en la escuela secundaria es presentar conceptos fundamentales, como el movimiento, la fuerza, la energía y la electricidad, de una manera accesible.

Los problemas suelen ser más sencillos y las matemáticas empleadas son más básicas, centrándose en la aplicación directa de fórmulas. Además, en esta etapa, el principal objetivo del estudiante es aprobar el examen de acceso a la universidad.

La historia cambia cuando el estudiante ingresa a un curso de ingeniería. La física comienza a desempeñar un papel importante en las aplicaciones prácticas. Estas aplicaciones se presentan en diferentes áreas de la ingeniería relacionadas con la energía, la maquinaria, la electrónica y los procesos industriales.

De esta forma, en lugar de simplemente resolver ejercicios, el ingeniero utiliza los principios de la física para:

• equipo de diseño;
• mejorar los procesos de producción;
• para garantizar la seguridad de los sistemas.

Cabe mencionar que en ingeniería, las matemáticas también se vuelven más complejas con el uso del cálculo diferencial e integral. Más recientemente, con los avances tecnológicos y la aparición de computadoras más potentes, el uso de herramientas de Big Data (análisis de datos) se ha vuelto más común.

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¿Cuáles son cuatro aplicaciones de la física en la ingeniería?

A continuación se muestran algunos ejemplos de cómo la física se manifiesta en la rutina diaria de diferentes actividades de ingeniería.

1. Funcionamiento de máquinas industriales:

La aplicación de la física en la industria se debe a que las máquinas industriales obedecen las leyes de la mecánica. En este contexto, el ingeniero debe comprender cómo se transmiten las fuerzas en los diferentes tipos de engranajes de la maquinaria.

Por ejemplo, consideremos una máquina que necesita transportar un peso determinado. Sabemos que, en este caso, es necesario utilizar las leyes de Newton para diseñar el motor de la máquina y lograr ese objetivo.

Además, este dimensionamiento no solo debe tener en cuenta la fuerza, sino también el par (que es la fuerza multiplicada por la distancia) y la potencia del motor. Adicionalmente, es posible diseñar el sistema de manera que se incremente la velocidad de rotación de los engranajes de la maquinaria.

2. Energía y eficiencia:

Otra actividad presente en la ingeniería es el uso adecuado de la energía. Es importante recordar que, en los fenómenos físicos, la energía siempre está en transformación. Por ejemplo, en la escuela secundaria estudiamos cómo, cuando un objeto cae desde cierta altura, la energía potencial gravitatoria se transforma en energía cinética.

Sin embargo, en una operación industrial también se produce una transformación de energía, pero con pérdidas. A diferencia de ejemplos ideales, como un objeto en caída libre, parte de la energía se disipa principalmente en forma de calor. La física nos permite identificar estas pérdidas y propone soluciones para reducirlas.

Un ejemplo es el uso de motores eléctricos en la industria. Parte de la energía eléctrica que reciben estos motores no se convierte en trabajo útil. Esto se debe a que ningún motor alcanza una eficiencia de 100%, según lo establecen las leyes de la termodinámica. Por lo tanto, es responsabilidad del ingeniero proponer soluciones para minimizar estas pérdidas.

Una alternativa es sustituir los motores existentes por máquinas más eficientes u optimizar su uso. Además, factores como la iluminación y los sistemas de refrigeración en el entorno donde operan estos motores también son fundamentales para mejorar el consumo energético de la fábrica y reducir el impacto ambiental.

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3. Estructuras y resistencia:

En la escuela secundaria, utilizamos el concepto de equilibrio estático para calcular fuerzas. En ingeniería, este concepto se aplica a la seguridad de estructuras y equipos industriales, ya que dicha seguridad depende de un análisis adecuado de las fuerzas involucradas.

En una fábrica, siempre que un material soporta peso o se somete a tensión, es necesario verificar si resistirá dicha tensión sin deformarse ni romperse. Un ejemplo de esto es la ubicación de maquinaria pesada en una fábrica. En este caso, el ingeniero debe realizar cálculos para asegurar que el piso o la estructura donde se instalará el equipo soporte la carga.

Otro ejemplo son los grandes almacenes y centros de distribución, que cuentan con estructuras metálicas capaces de soportar grandes volúmenes de productos. La física se utiliza para calcular las fuerzas internas de estas estructuras, garantizando así que puedan soportar todo este peso de forma segura.

4. Termodinámica y procesos industriales:

La termodinámica tiene como objetivo estudiar los conceptos de temperatura, calor y los diferentes tipos de transformaciones asociadas a los cambios de temperatura.

Estos conceptos se utilizan ampliamente en la industria, ya que existen diversos sistemas de calefacción y refrigeración en las distintas etapas de producción. Por lo tanto, un control adecuado de la temperatura es fundamental para garantizar la calidad de la producción y la eficiencia del proceso.

Un ejemplo del uso de la termodinámica son los hornos industriales, que alcanzan temperaturas extremadamente altas. Se utilizan en diversas aplicaciones, desde la industria cerámica hasta la metalurgia.

Por otro lado, también existen sistemas de refrigeración que requieren mantener las sustancias a temperaturas muy bajas. En este contexto, los ingenieros deben saber cómo controlar dichas temperaturas para preservar las propiedades de los materiales procesados en estos sistemas.

La termodinámica también está presente en la generación de energía. Un ejemplo son las centrales térmicas, en las que la generación de calor es responsable de la producción de energía eléctrica, que puede utilizarse con fines industriales.

¿Qué hace un ingeniero de producción con la física en la práctica?

El ingeniero de producción utilizará conceptos físicos como herramienta en la industria para mejorar los procesos, reducir los costos, maximizar la producción y aumentar la eficiencia de los sistemas de producción.

En la práctica, podemos aplicar los ejemplos mencionados anteriormente:

• Analizar el funcionamiento de las máquinas y proponer mejoras.
• Optimizar el consumo de energía;
• Para garantizar la seguridad de las estructuras y los equipos;
• Controlar procesos que dependen de la temperatura y la energía.

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Conclusión

Hemos demostrado que la física tiene diversas aplicaciones en el campo de la ingeniería, porque más que un simple conjunto de fórmulas, la física debe entenderse como una herramienta que mejora la capacidad del ingeniero para analizar situaciones, proponer soluciones e innovar.

De esta forma, el conocimiento en Física amplía las oportunidades profesionales, preparando mejor al ingeniero para trabajar en diferentes contextos, tanto tecnológicos como sociales.

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