Cap. II) Historia de la ingeniería
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Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos CAPÍTULO II: HISTORIA DE LA INGENIERÍA La ingeniería no debe su existencia a un decreto real ni fue creada por alguna legislación. Ha evolucionado y se ha desarrollado como un arte práctico y como una profesión a lo largo de más de cincuenta siglos de historia documentada. En sentido amplio, sus raíces pueden remontarse hasta el nacimiento de la civilización misma, y su progreso ha sido paralelo al progreso de la humanidad. En este capítulo, intentaremos hacer una revisión de la historia de la ingeniería, enfocada principalmente en la evolución de la industria, desde sus orígenes hasta la actualidad. Introducción El hombre primitivo trataba de satisfacer sus necesidades básicas (alimentación, ropa, vivienda) con los productos que obtenía directamente de la naturaleza y los utilizaba tal y como los encontraba. Con el paso del tiempo aprendió a transformar estos recursos naturales para conseguir diferentes productos u objetos que se ajustaban mejor a sus necesidades. El intento de superar su debilidad física lo llevó a la búsqueda de diversos medios que le facilitaran la tarea, así ideó sus primeras herramientas, muy rudimentarias, que fue mejorando a lo largo del tiempo. Por ejemplo, con las piedras fabricó hachas que le facilitaban la tala de árboles y con los huesos construyó lanzas que le permitieron aumentar el número de piezas capturadas disminuyendo los riesgos de esta actividad. Se operó así, un sucesivo perfeccionamiento técnico. Variedad de herramientas de piedra Así pues, para la historia de la industria, esta nace cuando los hombres aprendieron a transformar los recursos naturales de que disponía para obtener gran variedad de productos. Hoy son innumerables los objetos fabricados por él que dan mayor bienestar y seguridad a su existencia. Un simple botón de una camisa o un tren, representan el progreso material que ha alcanzado la sociedad en la cual vivimos. Constituye el fruto de la inteligencia y del trabajo del hombre que, a través de los siglos, ha venido sumando sus conocimientos y experiencias hasta formar nuestra actual civilización. Es evidente que el progreso económico de un pueblo depende de: a) su riqueza natural, y b) de los medios para obtenerla e incrementarla. Es decir, que no es suficiente poseer recursos sino que también es imprescindible disponer de herramientas, máquinas y el conocimiento necesario para aprovecharlos. La presencia de máquinas y métodos de producción adecuados, hicieron posible el progreso y la elevación del nivel de vida. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 1 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos Estas máquinas y métodos de producción evolucionaron, y evolucionan, por los “inventos e innovaciones” que surgen de la inspiración de los hombres. En este capítulo, intentaremos hacer una revisión de los aportes a la ingeniería, realizados a lo largo de la historia. De la pequeña industria familiar a la fábrica En el proceso evolutivo de la industria, se señalan tres fases fundamentales: 1) la manual o artesanal, 2) la manufactura, y 3) la fabril o industrial. Las primeras industrias se caracterizaron porque de ellas se obtenían todos los productos necesarios para la subsistencia de una familia: es decir, producían para el uso y consumo propio. Poco a poco en la historia, el trabajo se fue especializando y se crearon pequeños grupos de personas que abandonaron los trabajos agrícolas y se dedicaron a la obtención de determinados productos. Así nació una nueva clase social, los artesanos. Los artesanos fabricaban el producto en su totalidad y para ello utilizaban técnicas e instrumentos manuales muy sencillos. Según el dominio de su oficio y el tiempo que llevaban en el mismo se dividían en maestros, oficiales y aprendices. Los trabajos se realizaban en la vivienda del maestro. La producción era reducida y limitada a los pedidos directos de los clientes y los procedimientos de elaboración eran celosamente protegidos. En la manufactura la elaboración evoluciona por una mayor interacción entre el factor humano y el uso de máquinas y herramientas. La manufactura es la forma más elemental de la industria. La tercera forma o sea la fabril o industrial, se caracteriza por la organización sistemática de máquinas y hombres para la producción en gran escala. Se realiza en grandes establecimientos en forma organizada y con medios mecánicos. Constituye el aspecto más importante de la economía de los países más desarrollados. En general, cuánto más actividad industrial haya en un país habrá mayor bienestar para sus pobladores. En los países denominados “desarrollados” la producción industrial es elevada, lo que puede generar nuevos recursos y oportunidades laborales. En los países menos desarrollados las materias primas son vendidas a los industrializados, para obtener productos elaborados que retornan a precios mucho más elevados. RESEÑA HISTÓRICA DE LA INGENIERIA Para facilitar el estudio de la historia de la ingeniería la dividimos en los mismos períodos o edades de la Historia de la humanidad, cuyos límites están marcados por grandes acontecimientos que ejercieron poderosa influencia en la sociedad: Edad Antigua: desde la aparición de la escritura, unos 3000 años a.C., hasta la destrucción del Imperio Romano de Occidente, a causa de las invasiones de los pueblos bárbaros en el 476 d.C. Edad Media: se extiende por más de 10 siglos, desde el año 476 d.C. hasta el descubrimiento de América, en el 1492. Edad Moderna: desde 1492 hasta la Revolución Francesa, en el 1789. Edad Contemporánea: desde 1789 hasta la época actual. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 2 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos EDAD ANTIGUA LOS MESOPOTÁMICOS (entre el 5000 y el 1800 a.C.) Los antiguos habitantes de Mesopotamia (sumerios, asirios y babilónicos) son reconocidos por sus logros en ingeniería. El pueblo sumerio fue la civilización más antigua de la que se tengan registros. Este territorio se encuentra entre los ríos Tigris y Éufrates, en la actualidad corresponde a Irak. En esta zona: - Apareció por primera vez la carreta con ruedas. - Se construyeron canales, templos y murallas que constituyen los primeros trabajos de ingeniería en la historia de la humanidad. Los zigurats, templos en honor a los dioses, eran pirámides de ladrillo con terrazas y escaleras, con un altar en la cima. (Se cree que la Torre de Babel, mencionada en el Antiguo Testamento, era una estructura de este tipo). Restos de un zigurat dedicado a la diosa de la luna - Fueron los precursores en el uso de la escritura, la cual fue evolucionando en tablillas de barro, desde los pictogramas hasta la escritura fonética. - Desarrollaron el primer suministro público de agua: canales que llevaban agua dulce desde las montañas hasta la ciudad. Estaban cubiertos por una gruesa capa de hormigón y representa el primer uso conocido de este tipo de material. - Realizaron un sofisticado sistema de irrigación por canales, que permitió a los sumerios el cultivo de cebada en gran escala. En la Antigua Mesopotamia la cerveza de dicho cereal era la bebida preferida. - Los Sumerios aplicaban una técnica de tratamiento para los cereales: se malteaban y trituraban con una muela "artesa de moler". Estos pueblos dominaban los procesos productivos de unos 20 tipos diferentes de cervezas. Tenían muy bien desarrollado el concepto de fermentación y el diseño de fermentadores, así como el almacenaje de las cervezas y tinajas de maduración. La cerveza se volvió muy popular entre los pueblos antiguos y no tardó mucho en traspasar los límites de la Mesopotamia y de allí llegó a Egipto, donde pasó a ser producido en gran escala. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 3 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos LOS EGIPCIOS - Joyería: constituyó en el antiguo Egipto una industria muy floreciente y variada. Conocían un buen número de técnicas de elaboración (grabado, calado, cincelado, repujado, filigrana), así como la fabricación masiva en base al uso de moldes. Para todo ello emplearon un amplio surtido de herramientas (martillos, cinceles, pinzas, sierras, perforadoras, troqueles, piedras pulidoras y abrasivas), así como también hornos de diverso tamaño y naturaleza. Los materiales empleados en las joyas fueron muy heterogéneos: oro, plata, cobre, bronce y piedras preciosas y semipreciosas (amatista, turquesa, lapislázuli, cuarzo, feldespatos, etc.). Operarios trabajando en un taller de joyería. Relieve de la Tumba del Visir Mereruka. Pectoral de Tutankhamon realizado en Oro, Vidrio, Laspilázuli y Cornalina - Vidrio: lo descubrieron de forma casual entre el 3200 y 3100 a. C. Esto sucedió durante el proceso de fundición de metales en sus hornos de tierra. Mezclaban arena con cal y soda (carbonato de sodio) y fundían a una temperatura de entre 1200 y 1600º C, usando hornos especiales con fuelles para insuflar aire. - Papiro: inventaron un material de escritura a partir de la médula de una planta muy abundante en el Norte de Egipto llamada papiro. Los tallos de las plantas de papiro, que alcanzan hasta 4 metros de altura, se cortaban en trozos de 40 cm y luego se deshacían en tiras. Estas tiras se entrelazaban en dos capas y se golpeaban con un mazo para que la savia que soltaran las adhiriera entre sí formando una hoja homogénea. Una vez secas, las hojas se alisaban con un instrumento de madera o de marfil. - Tejidos de lino: Hacia el año 3000 se inventó el telar, que constaba de un marco de madera vertical, en los travesaños superior e inferior del marco se fijaban los hilos que se tensaban para proceder al tejido. - Barcos de madera: Al inicio de su civilización, los egipcios navegaban con balsas fabricadas con papiro. Pero hacia el año 2800 comenzaron a fabricarse barcos de madera. Las embarcaciones que surcaban el Nilo se impulsaban mediante largos remos de madera, aunque también utilizaban velas hechas de lienzos tejidos o de esteras hechas de hojas de palma o papiro. El río servía también como el medio principal de transporte, ya que los caballos, los vehículos de ruedas y los caminos fueron desconocidos por los egipcios hasta alrededor del año 1785 a.C. - Lámparas de aceite: Hacia el año 2750, se inventaron en Egipto las lámparas de aceite para la iluminación interior de las casas señoriales. Eran cuencos ovalados y planos, de arcilla o vidrio, llenos de aceite y con una mecha que flotaba libremente en el aceite. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 4 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos - Pan: los egipcios elaboraban pan, hay evidencias arqueológicas de la utilización de la levadura en el pan así como el empleo de hornos. Se cree que descubrieron la fermentación por casualidad. El pan para los egipcios era tan importante que se consideraba como una moneda para pagar los jornales. Escenas de elaboración de pan en la Tumba de Ramsés III. Valle de los Reyes. Egipto. - Máquinas: Inventaron y usaron muchas máquinas simples, como el plano inclinado y la palanca, para ayudarse en las construcciones. Eran expertos en planificación y construcción, practicaron la más antigua forma conocida de levantamiento de planos. - Las pirámides son los trabajos más conocidos de los constructores egipcios (alrededor del 3000 a.C). La más grande, conocida como la Gran Pirámide o Pirámide de Keops, tiene una altura aproximada de 146 m y su base ocupa una extensión de 5,3 hectáreas. Está construida con más de dos millones de bloques de piedra que pesan unas 2,5 ton cada uno, aunque algunos de los bloques interiores pesan hasta 30 ton. Mediante el uso de cuerdas, palancas, rodillos, cuñas de madera, rampas de tierra y cinceles de cobre, construyeron la pirámide de acuerdo con los más precisos y rigurosos patrones de ingeniería. Las hiladas inferiores de esta notable estructura están dispuestas de manera que sus junturas tienen un ancho de dos diezmilésimas de centímetro. Gran Esfinge y Pirámide de Kefrén-Giza-El Cairo - Desarrollaron una extensa red de diques y canales para riego que les permitió acrecentar la agricultura. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 5 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos LOS GRIEGOS Aproximadamente a partir del año 600 a.C., la forma de vida y de pensamiento griegos empezaron a dominar en el área oriental del Mediterráneo. Los griegos son conocidos por su lógica abstracta y por su capacidad para teorizar. Tuvieron grandes avances en arte, literatura y filosofía, lo que con frecuencia tiende a oscurecer sus contribuciones a la ingeniería. Se centraron principalmente en la teoría, otorgando poco valor a la experimentación y la verificación, y a las aplicaciones prácticas. Por ello, los avances tecnológicos de los griegos no fueron a la par con sus contribuciones al conocimiento teórico. Arquímedes, Herón de Alejandría, Ctesías y Tolomeo escribieron sobre los principios de sifones, poleas, palancas, manivelas, bombas contra incendios, ruedas dentadas, válvulas y turbinas. Los griegos fueron únicos por su capacidad de combinar las investigaciones científicas con el desarrollo de nuevas tecnologías. Un ejemplo es el tornillo hidráulico de Arquímedes (siglo III a.C.), que primero se concibió matemáticamente y más tarde se construyó. Se basa en un tornillo que se hace girar dentro de un cilindro hueco, situado sobre un plano inclinado, y que permite elevar el agua situada por debajo del eje de giro. También es llamado tornillo sinfín. Tornillo de Arquímides -Inventaron la balista, arma de asedio de aspecto y mecanismo similares a los de una ballesta, pero de un tamaño mucho mayor. Disparaba grandes dardos o jabalinas y esferas. Ilustración de una balista - Herón de Alejandría inventó un motor a vapor básico, la eolípila, que está considerada como la primera máquina térmica de la historia. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 6 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos Ilustración de una eolípila de Herón -Otras contribuciones prácticas de los griegos fueron el reloj de agua (Ctesías) y la dioptra (un instrumento de topografía) de Herón de Alejandría. - Fueron los inventores de los molinos de viento y de agua. - En cuanto a sus obras civiles, se reconoce a los griegos como los primeros grandes constructores de puertos (por su geografía montañosa, la comunicación por tierra era difícil, de ahí que los griegos eran buenos navegantes). También construyeron el primer faro de la historia, el Faro de Alejandría. La Acrópolis de Atenas poseía templos, mausoleos y estatuas destacándose el Partenón, que es la obra maestra de la arquitectura griega y el más célebre de sus templos. El Partenón, Acrópolis de Atenas Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 7 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos LOS ROMANOS Desarrollaron una agricultura sofisticada, mejoraron la tecnología del trabajo con hierro y la albañilería, la construcción de carreteras, la ingeniería militar, la ingeniería civil, el hilado y el tejido y diseñaron muchas máquinas como la cosechadora, que ayudó a incrementar la productividad. Los romanos son los ingenieros civiles más famosos de la antigüedad. Dedicaron a obras públicas más recursos que sus antecesores. Construyeron arenas, caminos, acueductos, templos, edificios públicos, baños y foros públicos. Al contrario que los griegos, los romanos eran constructores prácticos que confiaban más en la experiencia que en la lógica matemática y la ciencia. Sus obras eran de diseño simple, aunque impresionantes por su tamaño y la audacia de su ejecución. En general, sus obras tendían más hacia lo funcional que a lo artístico o estético. Los constructores romanos son reconocidos por sus contribuciones significativas a la ingeniería, entre las que se cuentan el desarrollo de mejores métodos de construcción, el descubrimiento y uso del cemento hidráulico y el diseño de varias máquinas para la construcción entre las que se encuentran clavadoras de estacas, tornos para molinos de vientos y ruedas hidráulicas de madera. Esta última máquina, ilustrada en la Fig. 6, se utilizó para desaguar minas y obras en construcción. Ruedas hidráulicas de madera que se utilizaron para desaguar minas. Algunas invenciones romanas notables fueron el códice (conjunto de hojas rectangulares de pergamino o de papiro que se doblan formando cuadernillos para escribir sobre ellos, unidos por costura y encuadernados), el vidrio soplado y el hormigón. Como Roma está situada en una península volcánica cuya arena contiene granos cristalinos, el hormigón romano fue especialmente resistente al tiempo. Algunas de sus edificaciones se han mantenido en pie más de dos mil años. Entre los más famosos trabajos de la ingeniería en construcciones de los romanos podemos mencionar: - El Circo Máximo: era una pista de carreras en la cual se llevaban a cabo juegos y competencias. - La Vía Apia: fue el primero y más famoso enlace de una red de caminos que salían de Roma (la primer autopista del mundo). - El Aqua Apia, primer acueducto importante que se construyó en Roma. - El Panteón, templo de extraordinaria majestuosidad. - El Puente Alcántara, construido en España. - El Pont du Gard , acueducto que llevaba agua a Nimes, al sur de Francia. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 8 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos Interior del Panteón de Agripa, en Roma CHINA Los chinos realizaron muchos inventos y descubrimientos. Algunas innovaciones tecnológicas chinas de importancia fueron los primeros sismógrafos, los fósforos, el papel, el hierro colado o fundición, el arado de hierro, la carretilla, el empleo del gas natural como combustible, la brújula, el mapa de relieve, la hélice, la ballesta y la pólvora. EDAD MEDIA Durante los ocho siglos, aproximadamente, que siguieron a la caída del Imperio Romano, en el periodo conocido como Edad Media, ocurrieron relativamente pocos avances en la ingeniería. Sin embargo, sí hubo cierto desarrollo del diseño estructural y de los dispositivos y máquinas que economizaban energía e incrementaban la potencia. Durante la Edad Media, los ingenieros buscaron reforzar o suplir la capacidad productiva tanto de hombres como de animales mediante el diseño y el perfeccionamiento de máquinas que ahorraban fuerza de trabajo. En esa época se difundió el uso de los molinos de viento y los molinos de agua, que fueron mejorados y utilizados de otras formas. Otros adelantos mecánicos que surgieron en Europa en los tiempos medievales fueron la rueca y el timón giratorio para los barcos. También se inventaron en esta época los relojes mecánicos y las gafas. El título de ingeniero se utilizó por primera vez en la Edad Media (aproximadamente entre los años 1000 y 1200). Las palabras "ingenio" e "ingenioso" provienen del latín in generare, que significa "crear". Por tanto, la persona que creaba o diseñaba máquinas de guerra (arietes, catapultas, torres de asalto, etcétera) vino a ser conocido como el ingeniator o "ingeniero". Muchos de los dispositivos, materiales y técnicas de ingeniería que se utilizaron en un nivel más avanzado en la Edad Media aparecieron primero en el Lejano Oriente, principalmente en China. Estos avances incluyen la invención de la pólvora y el desarrollo de procesos para la fabricación de papel, la fundición de hierro y la manufactura de telas. Otros descubrimientos e invenciones chinos son el barco de palas, la impresión xilográfica, los tipos Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 9 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos móviles, la pintura fosforescente, la transmisión de cadena, la rueda de hilar y la manufactura de telas. Tal vez las estructuras más interesantes de la Edad Media sean las catedrales góticas, que manifiestan un alto nivel del dominio de la estructura. Durante ese periodo, en el que los grandes terratenientes buscaban protegerse a sí mismos y cuidar sus propiedades, se construyeron enormes casas fortificadas o castillos. También se hicieron avances en la tecnología militar con la invención de la armadura de placas, las ballestas de acero, el cañón y el fundíbulo o lanzapiedras. Fundíbulo medieval: arma de asedio, empleada para destruir murallas o para lanzar proyectiles sobre los muros. LAS CIVILIZACIONES PRECOLOMBINAS En el territorio americano también existieron pueblos que alcanzaron altos niveles de desarrollo, y que nos legaron una rica cultura. LOS MAYAS (250 AL 1546) Los mayas ocuparon la península de Yucatán, actualmente Honduras y Guatemala. Su origen se remonta probablemente al segundo milenio a.C., aunque alcanzó su apogeo entre los años 600 y 900 d.C. Crearon monumentos y centros de ceremonias casi tan impresionantes como los erigidos en Egipto. Construyeron elevados edificios piramidales (templo de Tikal, 70 m de altura). Realizaron admirables obras de ingeniería que garantizaban el abastecimiento de agua y alimentos a los habitantes, y desarrollaron el sistema calendárico más avanzado del mundo de entonces. También construyeron una amplia red de carreteras. Aunque la Civilización Maya no tenía tecnología metalúrgica ni había inventado la rueda, desarrollaron complejos sistemas de escritura y astrología y crearon trabajos esculturales de piedra. Como los incas, tenían buenas tecnologías agrarias, y muy avanzados conocimientos de orden astronómico. LOS AZTECAS (1325 AL 1521) A finales del siglo XV, los aztecas controlaban la totalidad del centro de México. Construyeron edificios inmensos de diseño grandioso y destacaron en diferentes ramas del arte. Trabajaban bien los metales, aunque no conocían el hierro. Al no poseer ningún animal de tracción adecuado, no emplearon la rueda como elemento motriz. Los sacrificios se llevaban a cabo en lo alto de enormes pirámides. La ciudad de Tenochtitlan fue construida en islotes situados en el interior de uno de los lagos de poca profundidad, que en aquella época cubrían la mayor parte del Valle de México. Los aztecas ampliaron y Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 10 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos consolidaron los terrenos para edificación y los unieron con el exterior mediante tres amplias calzadas y acueductos que conducían agua pura a la ciudad. Muchos canales cruzaban la capital azteca y por ellos transitaban miles de canoas. En el centro de la ciudad estaba el recinto sagrado, formado por decenas de templos y palacios, entre los que destacaba el Templo Mayor. LOS INCAS (1200-1533) El Imperio Inca se origina en el lago Titicaca y logra gran expansión hasta Machu Pichu (Perú). Tenían grandes conocimientos de ingeniería, incluso para los estándares actuales. Un ejemplo de esto es el empleo de piedras de más de una tonelada en sus construcciones puestas una junto a la otra ajustando casi perfectamente. La ciudad de Machu Picchu fue erigida en la cúspide de una montaña. Posee edificios construidos de granito, acueductos, fuentes, tumbas, terrazas e incontables escaleras. Desarrollaron una importante tecnología hidráulica pues lograron métodos bastante sofisticados de irrigación lo que permitió el cultivo incluso en bancales escalonados logrando obtener gran rendimiento del suelo de tierras situadas en fuertes pendientes. En el Cuzco se canalizaron los dos riachuelos que atraviesan la ciudad, empedrando sus cauces y estableciendo puentes peatonales. LOS AVANCES DE LA CIENCIA: HACIA 1300-1750 D.C. Hacia fines de la Edad Media se realizaron avances significativos en los transportes y las comunicaciones, lo que propició un auge de los descubrimientos científicos y una difusión más acelerada del conocimiento. En el siglo XIII, los arquitectos-ingenieros italianos impulsaron el nacimiento de una era moderna en la construcción de canales, mediante la invención de la esclusa. No tardaron en construirse redes de canales por toda Europa con el fin de facilitar el traslado por agua. Durante este periodo hubo también avances en la navegación y en la construcción de barcos, lo que llevó a construir muelles y puertos para la transportación marítima. Johann Gutenberg inventó los moldes de caracteres móviles y se le atribuye la impresión del primer libro, aproximadamente en el año 1450. Esto permitió que se difundiera ampliamente información sobre muchas materias, entre ellas la ciencia y la ingeniería. El progreso de la ciencia durante los siglos XV, XVI y XVII tuvo un gran impacto en los avances tecnológicos e industriales que se dieron a continuación. Algunos de los científicos de esta época y sus contribuciones son: Leonardo da Vinci (1452-1519). Gran artista, arquitecto y científico experimental del Renacimiento italiano. Demostró su genio en muchas áreas. Se le recuerda más por sus diseños conceptuales que por los trabajos prácticos de ingeniería. Nicolaus Copernicus (1473-1543). Astrónomo de ascendencia alemana y polaca, fundó la astronomía moderna con su teoría de que la Tierra es un planeta en movimiento. Galileo Galilei (1564-1642). Astrónomo y físico italiano; formuló el método científico para adquirir conocimiento. Galileo hizo el primer uso práctico del telescopio en astronomía y se le atribuye el descubrimiento de una famosa ley de la caída de los cuerpos. Robert Boyle (1627-1691). Químico y físico irlandés que estudió la compresión y expansión del aire y de otros gases; descubrió que el volumen de un gas a una temperatura constante varía de manera inversa a su presión (ley de Boyle). Robert Hooke (1635-1703). Científico experimental inglés; formuló la teoría de la elasticidad conocida como ley de Hooke. La ley establece que la cantidad de deformación de un cuerpo elástico es directamente proporcional a la fuerza o tensión que actúa sobre él. Sir Isaac Newton (1642-1727). Científico y matemático inglés; inventó el cálculo, descubrió los secretos de la luz y el color, y formuló la ley de la gravitación universal. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 11 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos Thomas Newcomen (1663-1729). Inventor inglés. Newcomen construyó una de las primeras máquinas de vapor funcionales, en 1712. Su máquina de vapor a presión atmosférica fue utilizada para bombear el agua de las minas británicas durante casi 75 años, antes que fuera reemplazada por la máquina de James Watt, más eficiente. LA REVOLUCIÓN INDUSTRIAL Es un periodo histórico comprendido entre la segunda mitad del siglo XVIII y principios del XIX, en el que el Reino Unido en primer lugar, y el resto de la Europa continental después, sufrieron grandes transformaciones socioeconómicas, tecnológicas y culturales. La economía basada en el trabajo manual fue reemplazada por otra dominada por la gran industria mecánica. La maquinaria o herramienta dejó de ser accesorio del hombre. Se invirtieron los términos: el hombre pasó a depender de la máquina. La Revolución comenzó con la mecanización de las industrias textiles y el desarrollo de los procesos del hierro. La expansión del comercio fue favorecida por la mejora de las rutas de transportes y posteriormente por el nacimiento del ferrocarril. Las innovaciones tecnológicas más importantes fueron la máquina de vapor y la denominada “Spinning Jenny”, una potente máquina relacionada con la industria textil. La aplicación intensiva de las máquinas provocó un notable incremento de la producción implicando desocupación para los artesanos. Antes, el artesano era patrono y obrero y su empresa no ofrecía dificultades. Con el crecimiento de la empresa aparecieron problemas de organización, dirección y administración, que exigieron un tratamiento particular y complejo. Surge así la especialización industrial. Cada fábrica tiende a especializarse a unas o pocas actividades. La concentración industrial provoca el desarrollo comercial. En efecto, es preciso buscar más amplios y lejanos mercados para absorber la mayor producción. Como consecuencia de ello, son muchos los industriales que instalan sucursales para adquirir materias primas y para colocar sus productos elaborados. Por la concentración se modifica el centro de gravedad de la población. Esta emigra hacia las fábricas, despoblando al campo. La utilización del vapor dio a la industria una nueva dimensión (las calderas son muy utilizadas para calentar otros fluidos, como en la ind alimenticia y del petróleo, para esterilización, para generar electricidad). - En la década de 1760 James Watt diseñó una máquina de vapor que se empleó para bombear el agua de las minas y hacer funcionar la maquinaria en las fundiciones de hierro. - En 1767, Hargreaves crea la “Spinning Jenny”, una máquina tejedora que permitía retorcer varios hilos al mismo tiempo. - Hasta la primera mitad del siglo XVIII se había utilizado carbón vegetal para la fundición del mineral de hierro, luego fue sustitutido por coque (carbón mineral). La alta demanda de carbón mineral llevó al desarrollo de bombas de vapor para las minas. - En Gran Bretaña y Norteamérica se hicieron experimentos con máquinas de vapor para impulsar embarcaciones, y el primer barco de vapor que tuvo éxito comercial fue el Clermont (Estados Unidos,1807). - En 1814 George Stephenson construyó la primera locomotora impulsada por vapor. Hubo un notable crecimiento en los sistemas ferroviarios. - El 29 de noviembre de 1814 se imprimó por primera vez el periódico Times (Inglaterra) en una prensa movida por el vapor. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 12 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos SIGLO XIX Desde el punto de vista de los logros de la ingeniería del siglo XIX, el desarrollo de la electricidad como fuente de energía se considera como uno de los más significativos. Su desarrollo se sustenta en los descubrimientos de los físicos de principios del siglo XIX, quienes definieron la naturaleza fundamental de la electricidad: George Ohm, de Alemania, Alejandro Volta, de Italia, y Charles Coulomb y André Ampére, de Francia. A continuación se mencionan algunos de los hechos sobresalientes en el desarrollo de la energía eléctrica (algunas de las fechas son aproximadas): 1827, Alejandro Volta diseñó la primera pila eléctrica. 1830, Sir Humphrey Davy descubrió el electromagnetismo y el arco voltaico. 1831, Michael Faraday demostró el proceso de la inducción magnética. 1880, Thomas A. Edison inventó una bombilla incandescente de aplicación práctica y descubrió que las lámparas podían conectarse en paralelo, permitiendo que una o más pudieran ser apagadas sin desconectar todo el sistema. 1882, la estación generadora de electricidad de Pearl Street, de Edison, fue puesta en operación en la Ciudad de Nueva York. 1888, Nicola Tesla registró las patentes para un motor de inducción y para un nuevo sistema de corriente alterna polifásico. 1888, George Westinghouse obtuvo el contrato para proporcionar los generadores para el proyecto hidroeléctrico del Niágara, el primer proyecto de su tipo en la historia. 1886 Hall aplicó el proceso de electrólisis para la obtención del aluminio metálico. Hacia fines del siglo XIX las aplicaciones de la energía eléctrica estaban bien establecidas y proliferaban por doquier. La comunicación por telégrafo, dada a conocer por Samuel Morse en 1843, se había establecido entre Norteamérica y Europa mediante cables submarinos. Medio millón de teléfonos se encontraban en uso y la luz eléctrica para casas e industrias cada vez tenía mayor demanda. También se utilizaba la energía eléctrica para impulsar trenes y tranvías y para hacer funcionar las máquinas de las nuevas industrias. A finales del siglo XIX surgió el rápido desarrollo de las tecnologías química, eléctrica, petrolífera y del acero. En cuanto a la industria alimenticia, la conservación de alimentos se vio favorecida por dos adelantos muy importantes: -La pasteurización, que es el proceso térmico realizado a alimentos líquidos con el objeto de reducir los agentes patógenos que puedan contener, fue descubierta por el científico-químico francés Louis Pasteur. La primera pasteurización fue realizada el 20 de abril de 1864 por el mismo Pasteur y su colega Claude Bernard. -El proceso de congelación fue utilizado comercialmente por primera vez en 1842, pero la conservación de alimentos a gran escala por congelación comenzó a finales del siglo XIX con la aparición de la refrigeración mecánica. SIGLO XX En esta etapa de la evolución de la industria, el carbón dejó de ser la principal fuente de energía. En su lugar surgieron los hidrocarburos (petróleo) y la aplicación de la electricidad (principales innovaciones del siglo.XX), dando lugar a un fuerte desarrollo de las industrias química, eléctrica, del petróleo y del acero. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 13 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos La industria química conoció un primer desarrollo en la Primera Revolución Industrial, en el siglo XX experimentó una expansión sin precedentes y se encontraron soluciones prácticamente para todos los campos de la producción. Los principales avances: - La soda (carbonato de sodio) se produce de manera rentable tras los descubrimientos del belga Solvay, éste hizo pasar amoníaco por agua salada, así se genera bicarbonato sódico susceptible de convertirse fácilmente en soda; esto multiplicó la producción mundial de este producto. -Los colorantes artificiales sustituyen a los colorantes naturales anteriores y se obtienen de productos derivados de la hulla como el alquitrán y el benzol. La investigación en este campo fue muy intensa debido a la gran demanda de la industria textil y en menos de 20 años se encontraron sustitutos de todos los tintes naturales. -Los explosivos adquieren un gran desarrollo. La pólvora era el único conocido y estallaba por ignición (fuego), ahora se descubren nuevos explosivos químicos que estallan por percusión como la nitrocelulosa y la nitroglicerina. A partir de la invención de la dinamita por Alfred Nobel (1866), mezcla de nitroglicerina y un tipo de arcilla llamada Kieselguhr, se generó una gran industria de explosivos; por cierto, Alfred Nobel fue el que creó los premios que llevan su nombre. La dinamita tendría importantes aplicaciones en la minería y en el campo militar. -En el campo de los fertilizantes se dio lugar al desarrollo de los abonos químicos o fertilizantes sintéticos. Se elaboraron fosfatos y nitrato sódico. Otros elementos minerales indispensables para las plantas también se sintetizaron químicamente como el abono de potasio. - A partir del petróleo se crean elementos que permiten el desarrollo de la industria farmacéutica. Otros hechos destacados: -En 1903 Wilbur y Orville Wright volaron en su aeroplano en un recorrido que duró 12 segundos y cubrió una distancia de 37 m. -Hacia el 1904 se construían vehículos de motor en cantidades considerables. Henry Ford contribuyó en gran medida al desarrollo y la popularidad de los automóviles al introducir la moderna producción en serie y hacer que los costos por vehículo resultasen accesibles. - En 1907 si inició la “era del plástico” con la invención de la bakelita (creada por Baekeland). Los químicos encontraron el procedimiento para unir pequeñas moléculas orgánicas y formar otras más grandes y pesadas, comparables a las de las resinas vegetales. El plástico es el material más revolucionario ideado jamás por los humanos. Así, en el siglo XX la industria alimentica tuvo un fuerte desarrollo, impulsado, entre otros, por el uso de un nuevo material de envase, el plástico. -A inicios del siglo XX, tanto ingenieros como científicos introdujeron varios avances en el tratamiento de agua potable y aguas residuales. El cloro líquido se utilizó por primera vez como desinfectante de agua en Fort Meyer, Virginia. El éxito de éstos y otros avances precursores de la ingeniería ambiental se pone de manifiesto en el descenso de los índices de mortalidad anual ocasionada por fiebre tifoidea (EEUU), que se modificó desde unos 10.000 casos en 1906 a aproximadamente 200 casos veinte años después. Véase la figura siguiente. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 14 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos Incidencia de la fiebre tifoidea en Filadelfia 1880-1945; se muestran los efectos de la filtración y la cloración. La energía eléctrica permitió además una revolución en las comunicaciones. La radio, el radar y la grabación de sonido fueron tecnologías clave que allanaron el camino a la invención del teléfono, el fax y el almacenamiento magnético de datos. Se desarrollaron el cine y la fotografía. En el campo del transporte se utilizó la electricidad como fuente de energía para el tranvía y el metro. Las tecnologías de comunicaciones, transporte, la difusión de la educación, el empleo del método científico y las inversiones en investigación contribuyeron al avance de la ciencia y la tecnología modernas. Tecnologías como la computación se desarrollaron con rapidez, en parte debido a las guerras o a la amenaza de ellas, pues hubo muchos avances científicos asociados a la investigación y el desarrollo militares. El siglo XX dio origen a innumerables descubrimientos en el campo de la electrónica. La transmisión primitiva de señales fue reemplazada por redes modernas de comunicación con sistemas masivos de computación provistos de componentes electrónicos, entre los que pueden mencionarse el transistor, los dispositivos semiconductores y los circuitos integrados sobre diminutos chips de silicio. - La primer estación generadora de energía nuclear se puso en operación en 1967. -Mediante el uso de computadores y laboratorios avanzados los científicos modernos han recombinado ADN. A principios del siglo XX, en el 1908, se creó el American Institute of Chemical Engineers (AICHE) y en el 1948 se fundó el American Institute of Industrial Engineers, que fue el último campo importante de la ingeniería en organizarse. En el siglo XX, la ingeniería civil, alcanzó progresos notables en la construcción de innumerables puentes y edificios. Ejemplos de logros en diseño estructural y construcción pueden ser: -Canal de Panamá (1914). Tiene tres conjuntos de esclusas, antes de su apertura, un barco que fuera de Nueva York a San Francisco tenía que viajar más de 20.000 km bordeando la punta de América del Sur. El canal logró hacer que ese recorrido se redujera a unos 8300 km. -El Viaducto de Millau (Francia). Récord mundial de altura: 340 m (más alto que la torre Eiffel). 2.460 m de long, soportado por 7 pilas de hormigón, previstas para aguantar las condiciones meteorológicas y sísmicas más extremas. La autopista ha sido proyectada desde una perspectiva funcional (para mejorar las comunicaciones y el tráfico) y de seguridad (con pantallas corta-vientos, alumbrados, teléfonos de emergencia, etc.). Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 15 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos -La Anara Tower, (aún sin concluir) un edificio con una altura de 700 metros (127 pisos), que si bien no será la torre más alta del mundo, si promete ser de las más lujosas. Dispuesta con 300 departamentos y un hotel de lujo de 250 habitaciones, la Amara Tower también albergará tiendas, oficinas y jardines completos cada 27 pisos, además de contar con un restaurante exclusivo ubicado en la cima de la estructura y sujeto por tres brazos gigantes. Para rematar, el edificio tendrá el que se supone es el departamento más caro de la ciudad, equipado con una piscina en altura y un ascensor dedicado y exclusivo para llegar a él. Anara Tower, en los Emiratos Arabes SIGLO XXI En los pocos años que han transcurrido del siglo XXI la tecnología ha avanzado rápidamente, progresando en casi todos los campos de la ciencia. La tasa de desarrollo de los computadores es un ejemplo de la aceleración del progreso tecnológico, lo que lleva a algunos a pronosticar el advenimiento de una singularidad tecnológica en este siglo. Algunas de las áreas de mayor I+D (investigación y desarrollo) son: las energías alternativas (solar, eólica), las telecomunicaciones, el espacio y Universo así como las ciencias de la informática, la robótica, la biotecnología y las nanotecnologías. Se siguen sucediendo inventos que revolucionan la industria y el comercio de una forma inigualable. El movimiento no se detiene y la colocación de satélites artificiales y los proyectos de viajes a la luna evidencian que la revolución sigue avanzando a grandes pasos. Mirando hacia el futuro, los ingenieros tendrán que enfrentarse a una infinidad de problemas complejos de consecuencias a largo plazo, entre los que cabría mencionar: 1. El descubrimiento de fuentes alternativas de energía que sustituyan a los menguantes suministros mundiales de carbón y petróleo. 2. El desarrollo de formas de mantenimiento y rehabilitación de la enorme infraestructura de obras públicas en deterioro. 3. Un mayor desarrollo de la tecnología de microcomputadores y extensión de sus aplicaciones. 4. El desarrollo de tecnologías que logren incrementar la productividad agrícola para hacer frente a los problemas de la creciente población mundial y el hambre. 5. El diseño de estructuras más resistentes a terremotos, tormentas y otros azotes de la naturaleza. 6. El desarrollo de mejores formas de disponer de desechos peligrosos, incluyendo los desechos radiactivos asociados a la producción de energía nuclear. 7. La exploración del espacio interplanetario y el descubrimiento de aplicaciones de la investigación espacial a usos militares y pacíficos. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 16 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos 8. El desarrollo de mejores tecnologías de diagnóstico y tratamiento de enfermedades para mejorar la calidad de vida de la humanidad. HISTORIA DE LA INDUSTRIA ARGENTINA El desarrollo de la industria nacional tuvo sus particularidades. Mencionamos algunos de los hitos más destacados que la caracterizaron. Los primeros pasos industriales a escala fueron surcados por los saladeros, los cuales procesaban y exportaban carne y cueros. Estos fueron instalados a partir de 1810 en Buenos Aires, Santa Fe y Entre Ríos. Los elementos y métodos de procesamiento eran simples y rudimentarios en sus comienzos. Luego del año 1830 se producen reformas en los sistemas productivos de la mano de inmigrantes europeos, los cuales aportaban conocimientos técnicos. En 1857 se inauguró el primer ferrocarril del país con el propósito de enlazar los centros de producción ganadera y minera con el puerto desde donde se exportaba la materia prima a Europa y Estados Unidos. A partir del año 1860 se destacan los emprendimientos de Bieckert, Bagley, Noel, Peuser, Bianchetti y otros inmigrantes (alimentos, bebidas e imprenta) y algunas fundiciones y talleres mecánicos. 6 de junio - Día de la Ingeniería Se instituyó por ser la fecha en que se graduó el primer Ingeniero en la República Argentina, Luis Augusto Huergo (1837-1913). El 6 de junio de 1870 recibió su diploma de ingeniero civil en el Departamento de Ciencias Exactas de la Universidad de Buenos Aires. Las últimas décadas del siglo XIX registraron un veloz crecimiento de la economía. La red ferroviaria, conectada a los principales puertos, promovió el desarrollo de algunos polos del interior del país donde actuaban La Forestal, los Ingenios Azucareros y las Bodegas de vinos. La mayor parte de las instalaciones fabriles registradas se ubicaron en su mayoría en Buenos Aires, Tucumán, Mendoza, Córdoba y Rosario. Los frigoríficos (Swift y Armoud) comenzaron a reemplazar a los saladeros y a exportar principalmente a Gran Bretaña. En el rubro textil, se instaló en Buenos Aires la Fábrica Argentina de Alpargatas. Asombró por su tecnología y capacidad, dando ocupación en sus primeros años a 530 operarios. En 1899, el señor Otto Bemberg, fundó la Brasserie et Cervecerie Quilmes (Actual Cervecería Quilmes), que desplazó a Bieckert del liderazgo del mercado. La instalación de esta planta impulsó a León Rigolleau, un fabricante de vidrio, a instalar una nueva fábrica cerca de su principal cliente, para proveerlo de botellas. A comienzos del siglo XX se formó Molinos Río de la Plata. El 3 de junio 1922, se crea Yacimientos Petrolíferos Fiscales (YPF) y en octubre, Alvear designa al general Enrique Mosconi como su director general. YPF cumplió un rol impulsor de la industria local. Expandió la producción de petróleo y creó la destilería de La Plata. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 17 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos El 1927 se creó la Fábrica Militar de Aviones. En 1937 se crea la fábrica de pólvora y explosivos en Villa María. En 1938 se funda la Cooperativa Sancor y a los dos años se inaugura la primera fábrica de manteca, en Sunchales, Santa Fé. En 1947 se funda SOMISA, primera acería estatal de gran escala. Desde algunos años anteriores funcionaba en el país otra acería importante, ACINDAR, de capitales privados. En 1948 SIAM inició la producción de heladeras y posteriormente la de motonetas. En 1953 FIAT adquirió la fábrica de tractores que pertenecía a FMA (Fabricaciones Militares Argentinas) y en Córdoba se instaló una fábrica de automóviles denominada IKA. En el año 1956 se crearon el INTI y el INTA para apoyar el área industrial y el área agropecuaria y la Comisión Nacional de Energía Atómica que se convirtió en uno de los organismos más activos en la evolución tecnológica de la industria Argentina de las décadas del sesenta y setenta. El Polo Petroquímico de Bahía Blanca se originó en 1968, como un proyecto de la empresa Dow Chemical, de USA, para producir etileno a partir de la separación del etano del gas natural. OBRAS E INDUSTRIAS DESTACADAS DE LA INGENIERÍA ARGENTINA Complejo SIDERAR (Ex SOMISA): Está situado sobre la margen del Río Paraná, en la ciudad de San Nicolás de los Arroyos, provincia de Buenos Aires. Siderar forma parte de la Organización Techint, un grupo empresario industrial con sedes centrales en Buenos Aires (Argentina) y Milán (Italia). Desarrolla actividades en los sectores siderúrgicos, de ingeniería y construcciones, servicios, energía y telecomunicaciones. A partir del mineral de hierro y del carbón que llegan a su puerto, Siderar elabora coque, arrabio y acero para producir chapas laminadas en caliente, en frío y una amplia gama de chapas revestidas. Empresa ARCOR: es un basto complejo industrial que se fundó en 1951, con el propósito de fabricar caramelos, en Arroyito, en la Provincia de Códoba. Con el transcurso del tiempo la empresa ha ido incursionando en distintas actividades industriales, construyendo plantas que satisfacen sus diversas necesidades, desde las materias primas hasta los envases, pasando incluso por la energía. ARCOR elabora chocolates, galletitas, golosinas, alimentos, sabores, cajas de cartón corrugado, a la vanguardia tecnológica y productiva en el continente. Posee instalaciones industriales en diversas provincias argentinas, así como también en Brasil, Perú, Paraguay, Uruguay y Chile. El Grupo Arcor llegó a convertirse en el primer productor mundial de caramelos y el principal exportador de golosinas de Argentina, Brasil, Chile y Perú. Y a través de Bagley Latinoamérica S.A. es la mayor empresa de galletas de América del Sur. Central hidroeléctrica Yaciretá-Apipé: La construcción se comenzó en 1983 y se puso en función en 1998. Está construida sobre los saltos Yaciretá – Apipé del Río Paraná entre la provincia Argentina de Corrientes y el departamento paraguayo de Misiones. Tiene una potencia instalada de 3200 MW y abastece el 15 % de la demanda argentina de electricidad. Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 18 Departamento de Ingeniería Química – FI – UNSJ INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA Carreras: Ing. Química – Ing. En Alimentos Central hidroeléctrica Yaciretá – Apipé Ingeniería Química – Ingeniería en Alimentos 19
