Ingeniería cotidiana: Comprender las maravillas de la vida cotidiana

Empiecen por considerar cómo la ingeniería y la tecnología influyen en su vida cotidiana, no solo los dispositivos de alta tecnología, sino también las máquinas, edificios e infraestructuras corrientes que la mayoría de la gente da por sentados. En esta serie, aprenderán a observar y comprender estas maravillas que pasan desapercibidas.

En el primero de cuatro segmentos sobre su casa como sistema tecnológico, repasen los ocho subsistemas de ingeniería que componen las viviendas modernas. A continuación, descubran el milagro de los códigos de construcción que garantizan que todas las casas nuevas sean seguras, construibles y razonablemente económicas sin necesidad de que intervenga un ingeniero en cada diseño.

Examinen uno de los aspectos más importantes de los códigos de construcción modernos: el diseño de una casa para soportar cargas estructurales. Nos centraremos en dos de los tres enfoques principales de esta función crucial: la construcción de muros de carga y la construcción de armazones de madera pesada. Ambas se han utilizado durante miles de años.

Pasemos a la tercera técnica principal para construir una casa: la construcción con armazón de plataforma, que es una disposición flexible de plataformas de suelo modulares ligeras, paneles de pared y cerchas de tejado. Este eficaz método se utiliza en Estados Unidos desde hace más de un siglo.

Ahora que sus casas está enmarcadas, necesitan una envoltura de construcción que pueda arrojar el agua de lluvia y la nieve derretida, y también evitar que la precipitación entre a través de los cimientos. Infórmense sobre las cinco capas de protección integradas: tejas y revestimiento, plano de drenaje, aislamiento, barrera de vapor y paneles de yeso.

¿Qué ocurre con las precipitaciones que caen sobre sus casas, sus parcelas y las propiedades de sus vecinos? Estudien el problema del diseño del terreno, centrándose en cómo se dirige la escorrentía de las tormentas lejos de las casas y se devuelve a un curso de agua natural, sin causar inundaciones por el camino.

Piensen ahora en el agua que quieren tener en casa: para beber, cocinar y bañarse. Examinen las tecnologías que recogen el agua de una cuenca y la transportan a un municipio. Exploren distintos diseños de presas y maravíllense con el acueducto de Catskill que transporta agua dulce a Nueva York.

Aprendan cómo se trata el agua sin tratar naturaleza para hacerla potable. A continuación, recorran el sistema de distribución que suministra agua a presión a los usuarios. El profesor Ressler muestra dos tecnologías cruciales en este sistema: la cámara de floculación y la torre de agua.

¿Qué ocurre con los 150 galones de agua que una persona media consume y envía por el desagüe cada día? Profundicen en la eliminación y el tratamiento de las aguas residuales. Entre los detalles que investigarán están el sifón en forma de S de una tubería de desagüe y el más ingenioso de los accesorios de fontanería: el inodoro.

El carbón, el petróleo y el gas natural alimentan la gran mayoría de las centrales eléctricas actuales. Aprendan cómo se extraen los combustibles fósiles de la tierra y cómo las nuevas tecnologías, tales como la minería de tajo largo y la fracturación hidráulica, han revolucionado el sector. Examinen también algunos de los inconvenientes medioambientales de estas actividades.

Céntrense en la fuente de electricidad dominante hoy en día en EE.UU.: el carbón. Empezaremos repasando conceptos de termodinámica que explican el funcionamiento de las centrales eléctricas. A continuación, sigan los procesos que convierten una tolva llena de carbón en abundante energía eléctrica, extrayendo la máxima cantidad de energía por el camino.

Analicen las ventajas y desventajas del petróleo, el gas natural y la fisión nuclear para generar energía eléctrica. Por ejemplo, el gas natural es abundante y flexible, pero implica la fracturación hidráulica y produce emisiones de dióxido de carbono; en cambio, la energía nuclear no produce prácticamente emisiones, pero plantea riesgos de seguridad potencialmente catastróficos.

Analicen las tres fuentes de energía renovable más importantes: la hidroeléctrica, la eólica y la solar. Observen el funcionamiento interno de las presas hidroeléctricas, las turbinas eólicas, las centrales termosolares y las instalaciones fotovoltaicas para ver cómo cada una de ellas utiliza una fuente de energía renovable y la convierte en electricidad.

Estudien la maravilla tecnológica llamada red eléctrica, el sistema que transmite la electricidad desde su punto de generación hasta los usuarios. Aprendan por qué las líneas de transmisión eléctrica son de tres en tres, por qué se utiliza corriente alterna en lugar de continua y por qué los voltajes de transmisión son tan altos.

Tracen la distribución de la energía eléctrica desde una subestación hasta sus casas. Comiencen por el transformador y descubran cómo funciona este dispositivo crucial. Al final, serán capaces de leer un poste de electricidad como si fuera un libro, analizando los distintos servicios conectados a estas estructuras omnipresentes.

Desvelen el secreto de la refrigeración centrándose en la relación entre calor, temperatura, trabajo y energía. Vean cómo se aplican estos conceptos termodinámicos al ciclo de compresión de vapor de su frigorífico o aire acondicionado. Descubran que una bomba de calor funciona de la misma manera.

Exploren los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado. Empiecen aprendiendo cómo regulan la temperatura los termostatos. A continuación, repacen cómo se produce la transferencia de calor e investiguen las ventajas y desventajas de la calefacción con horno, caldera y bomba de calor. Vea cómo se integra el aire acondicionado en cada uno de estos sistemas.

El movimiento de los edificios ecológicos pretende reducir el impacto ambiental mediante el uso eficiente de los recursos. Para reducir el consumo de energía, es fundamental mejorar el aislamiento e instalar ventanas, puertas, sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado y electrodomésticos eficientes desde el punto de vista energético.

¿Cuánta energía se puede ahorrar con una casa bien diseñada? ¿Se lo pueden creer? Sigan la tendencia de las casas con energía solar pasiva y energía neta cero, diseñadas para mantenerse cómodas todo el año aprovechando la luz solar en invierno y protegiéndose de ella en verano, con unos costes de funcionamiento mínimos.

Centren su mirada a la tecnología de las telecomunicaciones siguiendo el sistema telefónico de línea fija, conocido en el sector como "servicio telefónico convencional". Sigan el par de hilos de cobre desde su teléfono fijo hasta los cables multipares tendidos desde los postes de electricidad hasta la centralita local y más allá.

Investiguen la belleza y complejidad de la red telefónica pública conmutada (RTPC). Optimizada para la transmisión de la voz humana, la red está compuesta por una amplia gama de líneas telefónicas convencionales, cables de fibra óptica, enlaces de microondas y otros medios. Sigan su evolución hasta llegar al extraordinario sistema actual.

¿Por qué a veces el servicio de telefonía móvil es tan impredecible? Adéntrense en la red de telefonía móvil y descubran cómo una ingeniosa ingeniería hace posible un número sorprendentemente elevado de conversaciones bidireccionales en un espectro de emisión muy estrecho. Vean cómo el sistema provoca puntos muertos, llamadas interrumpidas y otros problemas familiares de la telefonía móvil.

Para elevar las comunicaciones inalámbricas, aprendan inicialmente sobre cohetes, órbitas y operaciones por satélite. A continuación, profundicen en los servicios comerciales por satélite, como televisión, radio, Internet, telefonía y navegación. Determinen las órbitas óptimas de los satélites de comunicaciones y exploren la funcionalidad del Sistema de Posicionamiento Global.

No hay nada que represente mejor la ingeniería cotidiana que las máquinas simples, los dispositivos mecánicos básicos utilizados desde hace miles de años y de los que dependemos más de lo que creemos. Exploren las maravillas del plano inclinado, el tornillo, la cuña, la palanca, la rueda y el eje, y la polea, y reflexionen sobre sus innumerables aplicaciones.

Utilizando el grifo como ejemplo, estudien el desconcertante número de formas en que puede suministrarse agua caliente y fría a un fregadero, lo que refleja los retos de diseñar cosas cotidianas. Por el camino, consideren los principios que intervienen en un diseño de éxito: posibilidades, significantes, mapeo, restricciones y retroalimentación.