Sistema de enfriamiento de un carro con el sistema de enfriamiento humano

Introducción

La teoría de sistemas (TS) es un ramo específico de la teoría general de sistemas (TGS).

La TGS surgió con los trabajos del alemán Ludwig von Bertalanffy, publicados entre 1950 y 1968. La TGS no busca solucionar problemas o intentar soluciones prácticas, pero sí producir teorías y formulaciones conceptuales que pueden crear condiciones de aplicación en la realidad empírica.

Los supuestos básicos de la TGS son:

Existe una nítida tendencia hacia la integración de diversas ciencias naturales y sociales.

Esa integración parece orientarse rumbo a una teoría de sistemas.

Dicha teoría de sistemas puede ser una manera más amplia de estudiar los campos no-físicos del conocimiento científico, especialmente en ciencias sociales.

Con esa teoría de los sistemas, al desarrollar principios unificadores que atraviesan verticalmente los universos particulares de las diversas ciencias involucradas, nos aproximamos al objetivo de la unidad de la ciencia.

Esto puede generar una integración muy necesaria en la educación científica. La TGS afirma que las propiedades de los sistemas, no pueden ser descritos en términos de sus elementos separados; su comprensión se presenta cuando se estudian globalmente.

La TGS se fundamenta en tres premisas básicas:

Los sistemas existen dentro de sistemas: cada sistema existe dentro de otro más grande.

Los sistemas son abiertos: es consecuencia del anterior. Cada sistema que se examine, excepto el menor o mayor, recibe y descarga algo en los otros sistemas, generalmente en los contiguos. Los sistemas abiertos se caracterizan por un proceso de cambio infinito con su entorno, que son los otros sistemas. Cuando el intercambio cesa, el sistema se desintegra, esto es, pierde sus fuentes de energía.

Las funciones de un sistema dependen de su estructura: para los sistemas biológicos y mecánicos esta afirmación es intuitiva. Los tejidos musculares por ejemplo, se contraen porque están constituidos por una estructura celular que permite contracciones.

El interés de la TGS, son las características y parámetros que establece para todos los sistemas. Aplicada a la administración la TS, la empresa se ve como una estructura que se reproduce y se visualiza a través de un sistema de toma de decisiones, tanto individual como colectivamente.

Desde un punto de vista histórico, se verifica que:

La teoría de la administración científica usó el concepto de sistema hombre-máquina, pero se limitó al nivel de trabajo fabril.

La teoría de las relaciones humanas amplió el enfoque hombre-máquina a las relaciones entre las personas dentro de la organización. Provocó una profunda revisión de criterios y técnicas gerenciales.

La teoría estructuralista concibe la empresa como un sistema social, reconociendo que hay tanto un sistema formal como uno informal dentro de un sistema total integrado.

La teoría del comportamiento trajo la teoría de la decisión, donde la empresa se ve como un sistema de decisiones, ya que todos los participantes de la empresa toman decisiones dentro de una maraña de relaciones de intercambio, que caracterizan al comportamiento organizacional.

Después de la segunda guerra mundial, a través de la teoría matemática se aplicó la investigación operacional, para la resolución de problemas grandes y complejos con muchas variables.

La teoría de colas fue profundizada y se formularon modelos para situaciones típicas de prestación de servicios, en los que es necesario programar la cantidad óptima de servidores para una esperada afluencia de clientes.

Las teorías tradicionales han visto la organización humana como un sistema cerrado. Eso ha llevado a no tener en cuenta el ambiente, provocando poco desarrollo y comprensión de la retroalimentación (feedback), básica para sobrevivir.

El enfoque antiguo fue débil, ya que 1) trató con pocas de las variables significantes de la situación total y 2) muchas veces se ha sustentado con variables impropias.

El concepto de sistemas no es una tecnología en sí, pero es la resultante de ella. El análisis de las organizaciones vivas revela "lo general en lo particular" y muestra, las propiedades generales de las especies que son capaces de adaptarse y sobrevivir en un ambiente típico. Los sistemas vivos sean individuos u organizaciones, son analizados como "sistemas abiertos", que mantienen un continuo intercambio de materia/energía/información con el ambiente. La TS permite re conceptuar los fenómenos dentro de un enfoque global, para integrar asuntos que son, en la mayoría de las veces de naturaleza completamente diferente.

JUSTIFICACIÓN

El análisis de sistemas trata básicamente de determinar los objetivos y límites del sistema objeto de análisis, caracterizar su estructura y funcionamiento, marcar las directrices que permitan alcanzar los objetivos propuestos y evaluar sus consecuencias. Dependiendo de los objetivos del análisis, podemos encontrarnos ante dos problemáticas distintas: Análisis de un sistema ya existente para comprender, mejorar, ajustar y/o predecir su comportamiento y el análisis como paso previo al diseño de un nuevo sistema-producto.

En cualquier caso, podemos agrupar más formalmente las tareas que constituyen el análisis en una serie de etapas que se suceden de forma iterativa hasta validar el proceso completo:

Planteamiento del problema

Quizá aquí cabe una pregunta más ¿un sistema está formado sólo por conceptos, sólo por objetos o sólo por sujetos?, esto puede ocurrir en algunos casos pero también un sistema puede estructurarse de una combinación de conceptos, objetos y sujetos todos relacionados entre sí, como en un sistema hombre-máquina, que comprende a las tres clases de elementos. Por lo tanto, un sistema está formado de elementos vivientes y no vivientes.

OBJETIVO GENERAL

Obtener las actitudes y habilidades necesarias, para desempeñarnos en cualquier campo laboral, desenvolviéndonos con facilidad y con la capacidad de dar solución a cualquier tipo de problema que se nos presente.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

-Tener las herramientas necesarias para la rápida solución de problemas con los métodos de la Ingeniería de sistemas.

– Ser innovador, critico, analista y estar en constante investigación tecnológica

-Organizar y dirigir proyectos que faciliten el funcionamiento de una organización.

-Diseñar nuevas tecnologías para facilitar el funcionamiento de los sistemas.

ALCANCES Y LIMITACIONES.

Análisis de condiciones: Debe reflejar todas aquellas limitaciones impuestas al sistema que restringen el margen de las soluciones posibles. Estas se derivan a veces de los propios objetivos del sistema: las Operativas, como son las restricciones físicas, ambientales, de mantenimiento, de personal, de seguridad, de calidad, como fiabilidad, mantenibilidad, seguridad, convivencia, generalidad; sin embargo, en otras ocasiones las constricciones vienen impuestas por limitaciones en los diferentes recursos utilizables: Económicos, reflejados en un presupuesto, temporales, que suponen unos plazos a cumplir, humanos, metodológicos, que conllevan la utilización de técnicas determinadas, materiales, como espacio, herramientas disponibles.

Marco teórico

La ingeniería de sistemas es un modo de enfoque e interdisciplinario que permite estudiar y comprender la realidad, con el propósito de implementar u optimizar sistemas complejos. Puede también verse como la aplicación tecnológica de la teoría de sistemas a los esfuerzos de la ingeniería, adoptando en todo este trabajo el paradigma sistémico. La ingeniería de sistemas integra otras disciplinas y grupos de especialidad en un esfuerzo de equipo, formando un proceso de desarrollo centrado.

La ingeniería de sistemas es, pues, la aplicación de las ciencias matemáticas y físicas para desarrollar sistemas que utilicen económicamente los materiales y fuerzas de la naturaleza para el beneficio de la humanidad.

Una de las principales diferencias de la ingeniería de sistemas respecto a otras disciplinas de ingeniería tradicionales, consiste en que la ingeniería de sistemas no construye productos tangibles. Mientras que los ingenieros civiles podrían diseñar edificios o puentes, los ingenieros electrónicos podrían diseñar circuitos, los ingenieros de sistemas tratan con sistemas abstractos con ayuda de las metodologías de la ciencia de sistemas, y confían además en otras disciplinas para diseñar y entregar los productos tangibles que son la realización de esos sistemas.

Otro ámbito que caracteriza a la ingeniería de sistemas es la interrelación con otras disciplinas en un trabajo transdisciplinario.

De manera equivocada algunas personas confunden la ingeniería de sistemas con las ingenierías de computación o en informática, cuando ésta es mucho más cercana a la electrónica y la mecánica cuando se aplica.

Actualmente existe gran controversia respecto a los estudios que se realizan en las universidades, sobre todo en Sudamérica, pues los estudios son similares a los de Ingeniería de Computación o Informática.

DESARROLLO.

Refrigeración en motores de combustión interna.

La refrigeración en motores de combustión interna es necesaria para eliminar el calor generado por la quema del combustible (superior a 2000ºC), y no transformado en energía mecánica, durante el funcionamiento de éstos. La principal función de la refrigeración es mantener todos los componentes dentro del rango de temperaturas de diseño del motor evitando su destrucción por deformación y agarrotamiento.

Razones para refrigerar el motor

Durante la combustión, parte de la energía generada no es convertida en energía mecánica y se disipa en forma de calor. Según el diseño del motor alrededor del 33% de la energía potencial del combustible se transforma en trabajo mecánico, y el resto se transforma en calor que es necesario disipar para evitar comprometer la integridad mecánica del motor.

El sistema no solo debe limitar la temperatura máxima del motor para evitar daños al mismo, sino también mantener la temperatura óptima de funcionamiento que, dependiendo del diseño del motor, se encuentra en el rango de 80 a 100°C. De su buen funcionamiento depende en buena medida el rendimiento térmico del motor.

Si el motor trabaja por encima de su temperatura óptima, se corre el riesgo de disminuir la viscosidad del aceite y aumentar el desgaste del motor, se produce un recalentamiento de las piezas y una mayor fricción entre estas. También puede producirse detonaciones al encenderse la mezcla combustible antes de tiempo.

Si el motor trabaja por debajo de su temperatura óptima, se aumenta el consumo de aceite y el desgaste de las piezas, ya que éstas están diseñadas para dilatarse por efecto del calor a un tamaño determinado, se reduce la potencia por falta de temperatura para una combustión eficiente, se producen incrustaciones de carbón en válvulas, bujías y pistones.

Sistemas de refrigeración

Existen diferentes denominaciones que hacen referencia al sistema principal aunque en realidad en todo motor participan, en diferente medida, varios sistemas simultáneamente. Estos serían los principales:

Por agua (por termosifón o por circulación forzada), por aire (el de la marcha o forzado con ventilador), mixta y por aceite.

Elementos constitutivos del sistema de refrigeración por agua

Radiador. Situado generalmente en la parte delantera del vehículo, de forma que reciba directamente el paso de aire a través de sus paneles y aletas refrigerantes durante el desplazamiento del mismo y donde se enfría el agua procedente del motor.

Este elemento está formado por dos depósitos, uno superior y otro inferior, unidos entre sí por una serie de tubos finos rodeados por numerosas aletas de refrigeración, o por una serie de paletas en forma de nidos de abeja que aumentan la superficie radiante de calor. Tanto los tubos y aletas como los paneles se fabrican en aleación ligera generalmente de latón, facilitando, con su mayor conductibilidad térmica, la rápida evacuación de calor a la atmósfera.

El deposito superior lleva una boca de entrada lateral que se comunica por medio de un manguito de goma con la salida de agua calienta de la culata o tapa de cilindros. En el depósito inferior va instalada la boca de salida del agua refrigerada, unida por otro manguito de goma a la entrada de la bomba.

La tapa del radiador o tapa presostática tiene como función el cierre del tanque superior, y al mismo tiempo limita la presión de trabajo del circuito mediante una válvula, con lo cual se logran circuitos presurizados, aumentando la temperatura de régimen sin que se produzca la ebullición del agua.

Bomba centrífuga. Se halla instalada en el bloque del motor y es movida directamente por la polea del cigüeñal, a través de una transmisión por correa trapezoidal. Dicha bomba aspira el agua del radiador y la hace circular por el interior del bloque y la culata para refrigerar los cilindros y la cámara de combustión.

La bomba está formada por una carcasa de aleación ligera o de fundición (en los motores más antiguos), unida al bloque del motor con interposición de una junta de cartón amianto para hacer estanca la unión. En el interior de la misma se mueve una turbina de aletas unida al árbol de mando de la bomba, el cual se apoya sobre la carcasa por medio de uno o dos cojinetes de bolas, con un retén acoplado al árbol para evitar fugas de agua a través del mismo. En el otro extremo del árbol va montado un cubo al cual se une la polea de mando, y el ventilador.

Ventilador. Ventilador del sistema de refrigeración de un motor de combustión interna.

La válvula termostática cumple la función de limitar el pasaje del agua desde el motor hacia el radiador, en función de la temperatura del mismo. Lo que significa que si la temperatura del motor no supera la temperatura de régimen permanece cerrada, recirculando el agua solamente por el motor, de superar la temperatura de régimen la válvula abre y permite la circulación del agua a través del radiador. Su construcción está basada en elementos deformables en función de la temperatura de régimen.

El líquido refrigerante se utiliza para evitar incrustaciones debido a bicarbonatos y silicatos, el líquido deberá ser agua pura. A su vez, se agregan inhibidores para evitar el efecto oxidante y a efectos de disminuir el punto de congelamiento, para este último punto se agrega alcohol o glicerina, llegando a temperaturas de –9 C a –23 C.

Comparación de sistema de enfriamiento del automóvil contra el sistema de enfriamiento del ser humano

Sistema de enfriamiento del ser humano.

Al llegar el invierno el cuerpo humano necesita un aporte energético mayor para mantener constante su temperatura corporal en torno a los 37ºC. Por ello, nuestro cuerpo nos pide, vía metabólica, un mayor aporte alimenticio en invierno, con lo que los hidratos de carbono y azucares son indispensables en nuestra nutrición.

También los escalofríos o temblores intensos son respuestas fisiológicas del organismo para generar calor. Para que se produzca este proceso se necesita un músculo sano, que se encuentre a una temperatura superior a 35º C y un gran aporte de oxígeno.

Otro de los mecanismos empleados por el cuerpo humano y como consecuencia de la hipotermia o perdida generalizada de calor corporal es la vasoconstricción o estrangulación de la circulación sanguínea periférica, es decir, las manos y pies se hielan, pero el sujeto sigue vivo con sus núcleos vitales como el mediastino, el cerebro y las vísceras abdominales a 37º C.

Dicha vasoconstricción se produce al reducirse la actividad de las glándulas sudoríparas, estrecharse los vasos sanguíneos y volverse más densa la sangre ya que con ello la perdida de calor por conducción se reduce. Ello origina que en invierno al salir a un ambiente más frío, la necesidad de orinar se incremente. El aire es peor conductor que el agua, siendo los metales los mejores, por ello sentimos los metales tan fríos al perder nuestro calor por conducción y se necesitan trajes de neopreno al hacer submarinismo.

Además nuestro cuerpo baja el metabolismo basal (conjunto de reacciones que tienen lugar en las células y que permiten que éstas funcionen correctamente), la frecuencia respiratoria y el consumo de oxígeno en las células.

La eliminación del exceso de calor por capilaridad es otra forma de termorregulación y es similar al funcionamiento de un radiador. El líquido (sangre) que va por los capilares (el más pequeño de los vasos sanguíneos) próximos a la zona de la piel está rodeado de aire, cuando hace calor, este se libera por la vaso dilatación. Más sangre se expone al aire y así se enfría, de ahí el empleo de los tan socorridos abanicos al generar una corriente de aire. Dicho fenómeno se conoce como termólisis.

En invierno la mayor necesidad de orinar se debe al efecto de la vasoconstricción. La sangre se vuelve más densa para reducir la pérdida de calor.

Transpiración

Sin embargo, el sistema de refrigeración más importante que tiene el organismo para reducir el calor del cuerpo es el de la transpiración. La piel humana está llena de agujeritos llamados poros, los cuales llegan hasta la capa más baja de la piel, donde se encuentran las glándulas sudoríparas. Estas glándulas pasan el agua que toman de la sangre a través de los poros y la expulsan del cuerpo. Y el calor del cuerpo que la evapora, disminuye la temperatura interior.

Un exceso de sudor o hiperhidrosis puede ocasionar la perdida de líquidos, con tan sólo el 1% aparece la sensación de sed, cuando esta pérdida es del 2%, se reduce el rendimiento de resistencia, y a partir del 5% puede producir una aceleración del ritmo cardíaco, apatía, vómitos y espasmos musculares. El 15% es la pérdida máxima de líquido que puede soportar el ser humano.

Proporción de Agua en el Cuerpo Humano

En los recién nacidos el agua representa el 80% del peso corporal total, el 60% del peso corporal en los hombres y cerca del 50% en las mujeres, este porcentaje es menor en ellas debido a la mayor cantidad de tejido adiposo de su organismo. La grasa apenas contiene agua, mientras que en la musculatura ésta supone aproximadamente el 77%.

Durante el entrenamiento físico, los músculos producen mucho calor y el organismo debe eliminarlo por medio de la sudoración. Cuando el cuerpo se calienta, las glándulas sudoríparas producen grandes cantidades de sudor (transpiración); de este modo perdemos líquido, que debemos recuperar para mantener el equilibrio hídrico y regular la temperatura corporal.

En circunstancias normales, nuestro organismo necesita entre 1,5 y 2 litros de agua al día. Si la pérdida de líquido aumenta a causa del calor, el esfuerzo físico u otras causas similares, esta cantidad puede incrementarse hasta 10 litros al día.

Como curiosidades mencionaremos el frecuente error de acudir a la sauna para bajar de peso. En la sauna perdemos única y exclusivamente líquido que hay que reponer de inmediato. Además, mediante ese líquido se pierden también electrolitos y sales que debemos reponer, mediante por ejemplo zumos de frutas, especialmente los de naranja.

Conclusiones

La importancia de la ingeniería de sistemas, radica en que esta es la ingeniería que no trabajaba con productos tangibles, sino más bien, con sistemas abstractos con la ayuda de las metodologías de apreciación sistémica que ha optimizado el discurso colaborativo de las demás ingenierías, como una suerte de ordenador capaz de hacer más eficaces y eficientes las aplicaciones y productos de las otras ingenierías, integrando otras disciplinas para diseñar y entregar productos tangibles como realización de mayor calidad de esos sistemas. De tal manera que podríamos asegurar, que la ingeniería de sistemas es la ingeniería de la transdisciplinariedad, la cual ha demostrado sus fortalezas al gestionar el comportamiento impredecible y la aparición de características imprevistas en los sistemas, denominadas propiedades emergentes. Por ello, es la ingeniería ideal para operar escenarios de cambio y transformación en la conducta de sistemas que fueron diseñados sin prever consecuencias no comprendidas claramente en el momento de su configuración, pero que se manifiestan de enorme implicación en la vida futura del sistema.

Recomendaciones

La TGS trata de ir desengranando los factores que intervienen en el resultado final, a cada factor le otorga un valor conceptual que fundamenta la coherencia de lo observado, enumera todos los valores y trata de analizar todos por separado y, en el proceso de la elaboración de un postulado, trata de ver cuántos conceptos son comunes y no comunes con un mayor índice de repetición, así como los que son comunes con un menor índice de repetición. Con los resultados en mano y un gran esfuerzo de abstracción, se les asignan a conjuntos (teoría de conjuntos), formando objetos. Con la lista de objetos completa y las propiedades de dichos objetos declaradas, se conjeturan las interacciones que existen entre ellos, mediante la generación de un modelo informático que pone a prueba si dichos objetos, virtualizados, muestran un resultado con unos márgenes de error aceptables. En un último paso, se realizan las pruebas de laboratorio. Es entonces cuando las conjeturas, postulados, especulaciones, intuiciones y demás sospechas, se ponen a prueba y nace la teoría.

Como toda herramienta matemática en la que se opera con factores, los factores enumerados que intervienen en estos procesos de investigación y desarrollo no altera el producto final, aunque sí pueden alterar los tiempos para obtener los resultados y la calidad de los mismos; así se ofrece una mayor o menor resistencia económica a la hora de obtener soluciones.

Plataforma teórica

1.- Administración en las Organizaciones

Fremont e. Kast ? James E. R.

Editorial Limusa, 2404

2.- Administración y Control de los Materiales

En una Empresa Manufacturera.

José Manuel Castorena Machuca

Editorial CECSA, 1987

3.- Enfoque de Sistemas

Gerez A. – Grijalva

Editorial Limusa,2004

4.- Teoría General de Sistemas Aplicados

John P. Van Gigch

Editorial Trillas, 2005

5.- La Tecnología Educativa como apoyo en el Proceso de la Enseñanza y el Aprendizaje.

José Manuel Castorena Machuca.

Editorial ITSLP, 2006

6.- Bajo todos los cielos estrellados, reinarán siempre la Ética y los Valores.

José Manuel Castorena Machuca.

Editorial ITSLP, 2006.

7.- Apuntes de ingeniería de sistemas, jmcastorena, 2014, ITSLP.

8.- Imágenes tomadas de google.com, 2014. Insertadas solo para ilustrar algunos párrafos, si no son del agrado del lector, sírvase sustituirlas por las que más le acomoden de acuerdo a su referencia cultural y biológica para construir su propio conocimiento.

9.-

Autor:

Dr. José Manuel Castorena Machuca

ITSLP, Depto. De Ing. Industrial.