Introducción a la ingeniería. Un enfoque a través del diseño - Pablo Grech Mayor - 2ED PDF

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Un enfoque a través del diseño Segunda edición Un enfoque a través del diseño Ing. Pablo Grech Mayor ía Profesor Titular Facultad de Ingenier Pontificia Universidad Javeriana , Cali , Colombia Revisión técnica Ing . Jorge César Rodríguez Orozco Director de la carrera de Ingenierí a Industrial y de ...

Description

Un enfoque a través del diseño Segunda edición

Un enfoque a través del diseño

Ing. Pablo Grech Mayor ía Profesor Titular Facultad de Ingenier Pontificia Universidad Javeriana , Cali , Colombia

Revisión técnica Ing . Jorge César Rodríguez Orozco Director de la carrera de Ingenierí a Industrial y de Sistemas Instituto Tecnol ó gico de Estudios Superiores de Monterrey Campus Estado de M é xico Ing . Luz Maribel Guevara Ortega Universidad EAN , Bogot á , Colombia

Ing. Erica Yong Castillo Universidad EAN , Bogot á , Colombia

Ing . César Armella Rodríguez Universidad Antonio Nari ñ o, Bogot á , Colombia

PEARSON

Á Datos de catalogación bibliográfica GRECH, PABLO. Introducción a la ingeniería Segunda edició n PE ARSON, Colombia, 2013 ISBN: 978-958-699-264-0 Area: Ingenierías Formato: 21 x 27 ,5 cm

Páginas: 448

Todos los derechos reservados Director General Regió n Andina : Director Educació n Superior Regió n Andina : Gerente Educación Superior Colombia : Director Editorial Regió n Andina : Editor:

Eduardo Guzm á n Camilo Pinz ó n Jefferson Cebados Dante Antonioli Orlando Fern á ndez e-mail : orlando. fernandez@ pearson . com

Gerencia editorial Educació n Superior Latinoam é rica : Marisa de Anta SEGUNDA EDICIÓ N, 2013 D. R . © 2013 por Pearson Educació n de Colombia Ltda . North Point III Carrera 7 a . No. 156-68 , pisos 26 y 27 , Bogotá -Colombia

C á mara Colombiana del libro. Reg . N ú m . 134320

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El préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesió n de uso de este ejemplar requerirá tambié n la autorizació n del editor o de sus representantes. ISBN LIBRO FÍSICO: 978 - 958- 699 - 264- 0

ISBN E - BOOK: 978 - 958 - 699 - 265- 7

Impreso por Quad /Graphics Impreso en Colombia . Printed in Colombia .

PEARSON

Contenido abreviado Página

Contenido Acerca del autor Prefacio

•••

vni

xv XVII

Capítulo ía Una mirada a la ingenier

^

Capítulc

S

La é tica en la ingenier ía

»

Capitúlele

El proceso de dise ñ o en ingeniería

CapítulcSB Mediciones , c álculos y toma de decisiones

^

Capítule

S

B ú squeda de la informaci ó n

»

Capitul éis

Comunicació n oral y escrita

S ^ Criterios y restricciones Capítulo

CapítulcEB Definició n del problema

Capítulo 9 Generació n de m últiples soluciones

Capítulo

E0

Selecció n de la mejor solució n

í ndice analítico

422

Anexo. Resumen de los logros de la

429

ingeniería a lo largo de la historia .

Contenido Capítulo 1 Una mirada a la ingeniería Introducción Caso 1 Memorias de la vida de un ingeniero Carta a un aspirante a ingeniero Desarrollo histó rico Ciencia , tecnologí a e ingeniería Algunas definiciones Perfil profesional del ingeniero Las habilidades en la ingeniería El plan de estudios Campo laboral del ingeniero Investigació n básica

Desarrollo de nuevos productos Dise ñ o t écnico Direcció n del departamento técnico Soporte té cnico Producción Administración de recursos humanos ... Administración financiera Mercadeo Ventas técnicas Consultoría , prestació n de servicios Educación Ramas de la ingeniería Ingeniería civil Ingeniería eléctrica Ingeniería mec á nica Ingeniería qu í mica Ingeniería industrial Ingeniería de sistemas Otras ingenierías Ejercicios y problemas Taller corto 1 Traslado de un edificio Taller largo 1 La ingeniería nacional e internacional Taller largo 2 (en grupo) Análisis del plan de estudios de la carrera Referencias bibliográficas

2 4 5 5 21 22 35 36 38 40 42 43 43 43 44 44 44 44 44 45 45 45 46 46 47 47 47 48 48 49 49 49 50 53

É tica , moral y legalidad Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3 Ejemplo 4 Ejemplo 5 Ejemplo 6 Ejemplo 7

Directrices de comportamiento é tico Directrices que regulan las relaciones entre el ingeniero y la sociedad Directrices que regulan las relaciones entre el ingeniero, los empleadores y los clientes Directrices que regulan las relaciones entre el ingeniero y sus colegas Ejemplo 8 C ódigo de é tica de la IEEE C ódigo de é tica de la Real Academia de Ingeniería Ejercicio 1 Ejercicio 2 Metodología para tratar los casos de é tica en ingeniería Ejercicio 3 Ejercicio 4 Ejercicio 5 Ejemplo 9 Identificació n del dilema é tico Principios o directrices é ticas que podrían estar viol á ndose Posibles escenarios de solució n Discusió n de los escenarios Resumen Ejercicio 1 Ejercicio 2 Ejercicio 3 Los valores en la ingeniería

56

Ejercicios y problemas

57 59

Taller corto 2 Análisis de un caso de ética en ingeniería Taller corto 3 Análisis de un caso de ética en ingeniería Referencias bibliográficas

Preguntas

Capítulo 2 La ética en la ingeniería

62

Introducción

64

65 66 66 66 66 67 68 68 69 70 70 71 71 72

73 74 74

75 75 75 75 76 76

77 77 77 77 77 78 79 80 82 84

85 86

87

IX

Contenido

Capítulo 3 El proceso de diseño en ingeniería

88

Introducción 90 91 Ejemplo 1 92 Ejercicio 1 El m é todo de dise ñ o en ingeniería 92 93 Ejemplo 2 95 Ejercicio 2 Definición del problema 96 Primer paso 97 Caso 1 97 98 Ejercicio 3 Criterios de selección y limitaciones . 99 99 Segundo paso 100 Ejercicio 4 100 B ú squeda de informació n pertinente Tercer paso 101 101 Ejercicio 5 Generación de la mayor cantidad de soluciones .. 102 Cuarto paso 102 An á lisis y descarte de soluciones no viables ... 103 Quinto paso 103 103 Ejercicio 6 104 Ejercicio 7 Selecció n de la mejor solución 104 Sexto paso 105 105 Ejercicio 8 106 Ejercicio 9 106 Especificaciones de la solución escogida Séptimo paso 106 Comunicació n de la solución escogida ... 107 Octavo paso 107 107 Ejercicio 10 Cuadro resumen 108 Acerca de los conocimientos 108 109 Acerca de las habilidades 109 Liderazgo Generar confianza 109 Creatividad 109 109 Capacidad de an álisis 109 Espíritu de observació n 109 Capacidad de síntesis 110 Capacidad lógica Habilidad num é rica 110 Razonamiento mecá nico 110 110 Serendipia Habilidad para buscar información 110 Habilidad de pensamiento divergente .... 110 Habilidad de pensamiento convergente.. 110 Habilidad para dibujar 110

Sentido com ú n Perfeccionismo Expresarse claramente Organización de la informació n Acerca de las actitudes Actitud crítica Actitud imparcial Respeto por las normas legales Responsabilidad social Previsión Actitud coherente Respeto por la opinió n de los dem á s Actitud positiva Actitud crítica negativa Actitud responsable Apertura mental Actitud proactiva Conclusió n Ejercicios y problemas Taller corto 3 Conocimientos, habilidades y actitudes Taller corto 4 La mejor decisión Taller largo 4 (en grupo) Actitudes en ingeniería Referencias bibliográñcas

111 111

lll

111 111 112 112 112 112 112 112 112 112 113 113 113 113

113 114 116 117 119 120

Capítulo 4 Mediciones , cálculos y toma de decisiones

122

Introducción 124 Caso 1 125 Continental de Motores S.A 125 Remanufactura de motores 126 127 Partes y repuestos Planta de producció n de válvulas para motores .... 130 135 Ejercicio 1 Unidades de medida 136 138 Ejemplo 1 139 Ejercicio 2 139 2 Ejemplo 139 Ejercicio 3 Cifras significativas 141 141 Ejemplo 3 141 Ejercicio 4 141 Ejemplo 4 141 Ejercicio 5 142 Ejemplo 5 142 Ejercicio 6 143 Operaciones con cifras significativas 143 Reglas para sumar y restar

X Ejemplo 6 Ejercicio 7 Ejemplo 7 Ejercicio 8 Ejemplo 8 Reglas para multiplicar y dividir Redondeo Ejercicio 9 Ejemplo 9 Ejercicio 10 Ejemplo 10 Ejercicio 11 Precisió n y exactitud Mediciones y errores Té rminos m ás usados Ejemplo 11 Ejercicio 12 Instrumentos usados en las mediciones Procedimientos en las mediciones Ejemplo 12 Ejercicio 13 Ejemplo 13 Toma de decisiones Ejercicio 14 Ejemplo 14 Ejercicio 15 Ejemplo 15 Ejercicio 16 Ejemplo 16 Ejercicio 17 Decisiones con riesgo Ejemplo 17 Ejercicio 18 Ejemplo 18 Ejercicio 19 Concepto de probabilidad Posibilidad y probabilidad Ejemplo 19 Ejercicio 20 Ejemplo 20 Ejercicio 21 Ejemplo 21 C á lculo de la probabilidad Ejercicio 22 Ejemplo 22 Ejemplo 23 Ejercicio 23 Ejercicio 24 Ejemplo 24 Ejercicio 25 Ejemplo 25

Introducció n a la ingeniería 143 143 143 144 144 144 145 145 145 145 146 146 146 147 147 147 147 148 149 150 150 150 150 151 151 151 151 151 152 152 152 153 153 153 154 154 155 155 155 156 156 156 156 157 157 158 158 159 159 159 159

Ejemplo 26 Estad ística Ejemplo 27 Ejercicio 26 Ejemplo 28 Ejercicio 27 Ejemplo 29 Ejercicio 28 Valor promedio Ejemplo 30 Ejercicio 29 Ejemplo 31 Ejercicio 30 Moda y mediana Histograma Ejemplo 32 Ejercicio 31 Ejemplo 33 Ejercicio 32 Ejemplo 34 Ejercicio 33 Desviació n est á ndar Ejemplo 35 Ejercicio 34 Distribució n normal Ejemplo 36 Ejercicio 35 Ejemplo 37 Ejercicio 36 Ejemplo 38 Error est á ndar Ejercicio 37 Ejemplo 39 Ejercicio 38 C á lculo aproximado

Ejercicios y problemas Taller corto 5 Cifras significativas y operaciones aritméticas Taller corto 6 Probabilidad, estadística y toma de decisiones Taller largo 4 (en grupo) Mediciones Referencias bibliográficas

160 160 161 161 161 161 161 162 162 163 164 164 164 164 165 165 165 165 166 166 166 166 167 168 168 171 171 171 172 172 173 173 173 173 174 176 179 181 182 183

Capítulo 5 B úsqueda de la información

184

Introducción Identificar la informació n requerida Ejemplo 1 Ejercicio 1 Ejemplo 2 Fuentes de informació n

186 187 187 187 188 189

XI

Contenido 189 Ejercicio 2 190 Ejemplo 3. Directamente 190 191 Enciclopedias 191 Ejercicio 3 192 Ejemplo 4. 192 Ejercicio 4 Libros 192 193 Ejemplo 5 194 Ejercicio 5 Revistas 194 Tesis de grado 196 WWW (World Wide Web) 197 198 B ú squeda de informació n en la WWW 200 Ejercicio 6 204 Ejercicio 7 Calidad y seguridad de la informació n 204 206 Ejercicios y problemas Taller corto 7 Identificación de las características de la información 207 Taller corto 8 Identificar los medios en que se 207 encuentra la información Taller largo 5 (en grupo) Tabla comparativa de moto Referencias bibliográficas 209

Capítulo 6 Comunicación oral y escrita

210

Introducción

212

Caso 1 El arte de escribir Comunicació n escrita Ejercicio 1 La comunicación como un proceso Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejercicio 2 C ómo lograr una buena comunicació n Definici ó n del tema y alcance de la comunicació n Planeació n de la comunicació n Ejemplo 3 Ejercicio 3 Ejemplo 4 Ejercicio 4 Obtenció n de informaci ó n Ejemplo 5 Ejercicio 5 Ejemplo 6 Ejercicio 6 Consolidación de la informació n encontrada

213 213 217 217 218 220 221 222 222

222 223 223 223 224 224 224 225 225 226 226 226

Elaboración de la comunicaci ó n

227

Tipos de documentos El p á rrafo Memorá ndum , memorando o memo Ejemplo 7 Ejercicio 7 Cartas

Ejemplo 8 Ejercicio 8 Ensayo

Ejemplo 9 Ejercicio 9 Informe t écnico Ejemplo 10 Ejercicio 10 Referencias bibliográ ficas Ejemplo 11 Ejercicio 11 Presentaciones orales Elementos de una presentació n El presentador La audiencia a la que va dirigida El salón Medios audiovisuales Uso del computador Pautas para una buena presentació n Pasos que se deben seguir para elaborar la presentación Ejercicios y problemas Taller corto 9 Elaboración de un abstract Taller corto 10 Elaboración de conclusiones Taller largo 6 (en grupo) Valores para el ejercicio profesional de la ingeniería .... . Referencias bibliográficas

227 227 229 230 230 230 231 232 232 233 234 234 235 235 237 237 238 238 238 238 239 240 242 243 243 244 245 246 247

248 249

Capítulo 7 Criterios y restricciones Introducción Un trabajo sucio Caso 1

Ejercicio 1 El tiempo Actividades de un proyecto Diagramas de barras o de Gantt Ejemplo 1 Ejercicio 2 Ejemplo 2 Ejercicio 3 Ejemplo 3 Ejercicio 4 El dinero Ejemplo 4

250 252 254 254 257 258 258 259 259 259 260 261 262 262 263 264

XII

Introducció n a la ingeniería

El dinero en función del tiempo Ejercicio 5 Ejemplo 5 Ejercicio 6 Ejemplo 6 Ejercicio 7 Invertir el dinero en una empresa productiva Ejemplo 7 Ejercicio 8 Ejemplo 8 Ejemplo 9 Ejercicio 9 Ejemplo 10 Ejercicio 10 Ejemplo 11 Recursos 274 Ejercicio 11 Ejemplo 12 Ejercicio 12

Energí a Ejemplo 13 Ejercicio 13 Historia de las fuentes de energía Fuentes de energía Ejemplo 14 Unidades de medida de la energí a Ejercicio 14 Producción de energía Ejemplo 15 Ejercicio 15 Ejemplo 16 Ejercicio 16 Impacto social Ejemplo 17 Ejercicio 17 Ejemplo 18 Ejercicio 18 Impacto ambiental Ciclo de vida de un producto Ejemplo 19 Ejercicio 19 Ejemplo 20 Ejercicio 20 Ejemplo 21 Ejercicio 21 Ejemplo 22 Ejercicio 22 í ndices de carga ambiental (ICA) Ejemplo 23 Ejercicio 23 Ejemplo 24

265 265 267 267 267 268 270 271 271 271 272 272 273 273 273 274 274 274 277 277 277 278 279 281 282 282 283 283 283 283 283 284 284 284 285 285 286 288 290 290 291 291 292 292 292 292 294 294 294 295

Ejercicio 24 Ejemplo 25 Las cuatro eres (R) Ejercicio 25 Ejemplo 26 Ejercicio 26 Ejemplo 27 Ejercicio 27 Ejemplo 28 Ejercicio 28 Ejemplo 29 Ejercicio 29 Ejemplo 30

Consideraciones é ticas Ejercicio 30 Pasos para reducir la huella ecoló gica del empaque 299 Ejemplo 31 Ejercicio 31 Seguridad del dise ñ o Ejercicio 32 Otras consideraciones Ejercicio 35 Ejercicio 33 Ejercicio 34 Los criterios de selecció n Ejemplo 32 Ejercicio 36 Ejemplo 33 Ponderació n de los criterios de selecció n . Ejercicio 37 Ejercicio 38 Ejercicio 39 Comparación decimal de pares Ejemplo 34 Ejercicio 40 Ejemplo 35 Ejercicio 41 Ejemplo 36 Ejercicio 42 Ejercicio 43 Ejemplo 37 Ejemplo 38 Ejemplo 39 Ejercicio 44 Ejercicio 45

Ejercicios y problemas Taller corto 11 Identificación de las restricciones en un proyecto Taller corto 12 Criterios de selección de un proyecto de ingeniería

295 295 296 296 296 297 297 297 297 297 298 298 298 299 299

300 300 301 301 302 302 302 302 303 304 304 304 305 305 305 305 306 306 306 307 307 307 307 308 308 309 309 309 310 311 313 314

XIII

Contenido Taller corto 13 Ponderación de los criterios de selección Taller largo 6 (en grupo ) Consumo y costo de la energía eléctrica Referencias bibliográñcas

315 316 317

Capítulo 8 Definició n del problema Introducción Caso 1

Aplicació n del mé todo científico en ingenierí a Relación causa efecto Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejercicio 1 Ejemplo 3 Ejemplo 4 Diagrama de espina de pescado Ejemplo 5 Ejercicio 2 An á lisis de Pareto Ejemplo 6 Ejercicio 3 Ejercicio 4 Haga preguntas El m é todo científico Pasos del mé todo científico Identificació n de una anomalía Ejemplo 7 Ejemplo 8 Ejemplo 9 Recolecció n de datos significativos Ejemplo 10 Ejemplo 7 Ejemplo 8 Ejemplo 9 Ejemplo 10 Ejemplo 7 Ejemplo 8 Ejemplo 9 An álisis de los datos Elaboración de la hipó tesis Ejemplo 10 Ejemplo 7 Ejemplo 8 Ejemplo 9 Ejemplo 10 Ejemplo 7 Ejemplo 8 Ejemplo 9 Ejemplo 10

318 320 323 323 324 325 325 326 327 327 328 329 331 332 333 334 334 335 335 337 337 338 338 338 339 339 339 339 340 340 340 340 340 340 341 341 341 341 341 341 342 342 342 342

Predicci ó n de eventos Elaboración de experimentos Ejemplo 7 Ejemplo 8 Ejemplo 9 Ejemplo 10 Ejemplo 7 Modificació n de la hipótesis Ejemplo 8 Ejemplo 9 Ejemplo 10 Ejercicio 5 Algunos ejemplos de aplicación del mé todo científico en ingeniería Ingeniería de sistemasl Ingeniería electrónica Ingeniería civil Definici ó n del problema Ejemplo 11 Ejemplo 12 Ejemplo 13 Ejemplo 14 Ejercicios y problemas Taller corto 14 Descripción de una situación problemática Taller corto 15 Elaboración del diagrama de espina de pescado Taller corto 16 Definición de un problema .... Taller corto 17 Elaboración del diagrama de espina de pescado Taller largo 8 (en grupo) Aplicación del método científico Referencias bibliográficas

342 342 343 343 343 344 344 344 345 345 345 346 346 346 347 347 348 349 349 349 350 351 352

353 354 354 356 357

Capítulo 9 Generación de m últiples soluciones •••••• 362 Introducción ¿ Qu é es la creatividad ? Ejemplo 1 Ejercicio 1 Ejemplo 2 Ejercicio 2 Hemisferio izquierdo versus hemisferio

364 365 365 365 366 366

derecho Ejemplo 3 Ejercicio 4 Ejemplo 4 Ejercicio 4 Ejemplo 5 Ejemplo 6 Ejercicio 5

367 367 367 367 367 368 369 369

XIV Ejercicio 6 Modelos del proceso creativo Obst á culos a la creatividad Ejemplo 7 Ejercicio 7 El proceso creativo en ingeniería Ejemplo 8 Rasgos de las personas creativas Originalidad Flexibilidad Ejercicio 8 Productividad o fluidez Elaboración An á lisis Síntesis Apertura mental Comunicació n o poder de convencimiento .. Redefinició n Serendipia Ejemplo 9 Ejemplo 10 Ejemplo 11 Ejercicio 9 Ejercicio 10 ¿ C ó mo ser creativo ? Té cnicas creativas Redefina el problema Ruptura Pensamiento lateral Imitació n Tormenta de ideas Pensamiento divergente Diagramació n mental Algunos ejemplos reales de creatividad

Ejercicios y problemas Taller corto 16 Desarrollo de una sesión de tormenta de ideas Taller largo 9 (en grupo) Desarrollo de habilidades creativas Referencias bibliográficas

Introducció n a la ingeniería 370 370 373 373 373 374 376 379 379 379 379 380 380 380 380 380 380 381 381 382 382 383 383 384 384 385 386 386 387 387 387 388 389 390 391 392

393 395

Capítulo 10 Selección de la mejor solució n

396

Introducción Pensamiento convergente ¿ Qu é hay de bueno en esta idea ?

398 399 399 399 400 401 403 404 405 407 407 408 408 409 411 413 413 414 414 414 415

Viabilidad de las soluciones Aspectos t écnicos Aspectos econ ómicos Aspectos de tiempo Aspectos humanos Ejemplo 1 Matriz de selección Ejercicio 1 Ejemplo 2 Ejercicio 2 Criterios de selección An álisis de los datos Construcció n de r ú bricas Ejemplo 3 Ejercicio 3 Ejemplo 4 Ejercicio 4

Ejercicios y problemas Taller corto 17 Aplicación de la matriz de selección Taller largo 10 (en grupo) Selección de la mejor solución Referencias bibliográficas

í ndice analítico

417 419 421 422

Anexo. Resumen de los logros de la ingeniería

a lo largo de la historia

429

XVII

í a : un enfoque a trav é s del diseñ o , mantiene , a segunda edición de Introducci ón a la ingenier en líneas generales , el mismo enfoque de la primera edició n . El diseño en ingeniería , su m é todo, sus pasos siguen siendo el hilo conductor que permite asomar a nuestro ingeniero principiante al fascinante mundo de la ingeniería .

L

Novedades en esta edición Todos los capítulos han sido modificados. En todos se han actualizado las referencias , la bibliograf ía , etc . En algunos se han introducido cambios que merece la pena resaltar: ©

El capítulo 1 se inicia con un nuevo caso , y a él se han agregado partes del capí tulo 2 , buscando ofrecer en este capí tulo una visión integral de lo que es la ingenier ía .

El capítulo 2 se ha destinado exclusivamente para el tema de la é tica en i...