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Ingenieria Eléctrica
Umspannwerk-Pulverdingen 380kV-Trennschalter.jpg
Ocupación
NombresIngeniero eléctrico
Sectores de actividadElectrónica , Circuitos eléctricos , Electromagnética , Ingeniería energética , Máquinas eléctricas , Telecomunicaciones , Sistemas de control , Procesamiento de señales , Óptica , Fotónica
Descripción
CompetenciasConocimientos técnicos, habilidades de gestión, diseño (ver también Glosario de ingeniería eléctrica y electrónica )
Campos de empleoTecnología , ciencia , exploración , militar , industria

La ingeniería eléctrica es una disciplina de la ingeniería que se ocupa del estudio, diseño y aplicación de equipos, dispositivos y sistemas que utilizan electricidad , electrónica y electromagnetismo . Surgió como una ocupación identificable en la segunda mitad del siglo XIX después de la comercialización del telégrafo eléctrico , el teléfono y la generación, distribución y uso de energía eléctrica .

Ingeniería Eléctrica está ahora dividida en una amplia gama de campos, incluyendo la ingeniería informática , ingeniería de sistemas , ingeniería de la energía , las telecomunicaciones , la ingeniería de radio-frecuencia , procesamiento de señales , la instrumentación , la electrónica y la óptica y la fotónica . Muchas de estas disciplinas se superponen con otras ramas de la ingeniería, abarcando una gran cantidad de especializaciones que incluyen ingeniería de hardware, electrónica de potencia , electromagnetismo y ondas, ingeniería de microondas , nanotecnología ,electroquímica , energías renovables, mecatrónica y ciencia de materiales eléctricos. [a]

Los ingenieros eléctricos suelen tener un título en ingeniería eléctrica o ingeniería electrónica. Los ingenieros en ejercicio pueden tener una certificación profesional y ser miembros de un organismo profesional o de una organización de normas internacionales. Estos incluyen la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y la Institución de Ingeniería y Tecnología (IET) (antes IEE) .

Los ingenieros eléctricos trabajan en una amplia gama de industrias y las habilidades requeridas también son variables. Estos van desde la teoría de circuitos hasta las habilidades de gestión de un director de proyecto . Las herramientas y el equipo que puede necesitar un ingeniero individual son igualmente variables, desde un simple voltímetro hasta un sofisticado software de diseño y fabricación.

Historia [ editar ]

Artículo principal: Historia de la ingeniería eléctrica.

La electricidad ha sido un tema de interés científico desde al menos principios del siglo XVII . William Gilbert fue uno de los primeros científicos eléctricos prominentes y fue el primero en establecer una clara distinción entre el magnetismo y la electricidad estática . Se le atribuye haber establecido el término "electricidad". [1] También diseñó el versorium : un dispositivo que detecta la presencia de objetos con carga estática. En 1762, el profesor sueco Johan Wilcke inventó un dispositivo más tarde llamado electróforo que producía una carga eléctrica estática. En 1800, Alessandro Volta había desarrollado la pila voltaica., un precursor de la batería eléctrica.

Siglo XIX [ editar ]

Los descubrimientos de Michael Faraday formaron la base de la tecnología de motores eléctricos.

En el siglo XIX, la investigación sobre el tema comenzó a intensificarse. Desarrollos notables en este siglo incluyen el trabajo de Hans Christian Ørsted quien descubrió en 1820 que una corriente eléctrica produce un campo magnético que desviará la aguja de una brújula, de William Sturgeon quien, en 1825 inventó el electroimán , de Joseph Henry y Edward Davy quien inventó el relé eléctrico en 1835, de Georg Ohm , quien en 1827 cuantificó la relación entre la corriente eléctrica y la diferencia de potencial en un conductor , [2] de Michael Faraday(el descubridor de la inducción electromagnética en 1831), y de James Clerk Maxwell , quien en 1873 publicó una teoría unificada de la electricidad y el magnetismo en su tratado Electricidad y magnetismo . [3]

En 1782, Georges-Louis Le Sage desarrolló y presentó en Berlín probablemente la primera forma de telegrafía eléctrica del mundo, utilizando 24 cables diferentes, uno para cada letra del alfabeto. Este telégrafo conectaba dos habitaciones. Era un telégrafo electrostático que movía hojas de oro por conducción eléctrica.

En 1795, Francisco Salva Campillo propuso un sistema de telégrafo electrostático. Entre 1803-1804 trabajó en telegrafía eléctrica y en 1804 presentó su informe en la Real Academia de Ciencias Naturales y Artes de Barcelona. El sistema de telégrafo electrolítico de Salva fue muy innovador, aunque estuvo muy influenciado y basado en dos nuevos descubrimientos hechos en Europa en 1800: la batería eléctrica de Alessandro Volta para generar una corriente eléctrica y la electrólisis del agua de William Nicholson y Anthony Carlyle. [4] La telegrafía eléctrica puede considerarse el primer ejemplo de ingeniería eléctrica. La ingeniería eléctrica se convirtió en una profesión a finales del siglo XIX. Los practicantes habían creado un telégrafo eléctrico globalNetwork, y las primeras instituciones profesionales de ingeniería eléctrica se fundaron en el Reino Unido y EE. UU. para apoyar la nueva disciplina. Francis Ronalds creó un sistema de telégrafo eléctrico en 1816 y documentó su visión de cómo la electricidad podría transformar el mundo. [5] [6] Más de 50 años después, se unió a la nueva Sociedad de Ingenieros Telegráficos (que pronto pasará a llamarse Institución de Ingenieros Eléctricos ) donde fue considerado por otros miembros como el primero de su cohorte. [7] A finales del siglo XIX, el mundo había cambiado para siempre gracias a la rápida comunicación que hizo posible el desarrollo de la ingeniería de líneas terrestres, cables submarinos y, desde aproximadamente 1890,telegrafía inalámbrica .

Las aplicaciones prácticas y los avances en tales campos crearon una creciente necesidad de unidades de medida estandarizadas . Condujeron a la estandarización internacional de las unidades voltios , amperios , culombios , ohmios , faradios y henry . Esto se logró en una conferencia internacional en Chicago en 1893. [8] La publicación de estos estándares formó la base de futuros avances en la estandarización en varias industrias, y en muchos países, las definiciones fueron inmediatamente reconocidas en la legislación relevante. [9]

Durante estos años, el estudio de la electricidad se consideró en gran medida como un subcampo de la física, ya que la tecnología eléctrica temprana se consideró de naturaleza electromecánica . La Technische Universität Darmstadt fundó el primer departamento de ingeniería eléctrica del mundo en 1882 e introdujo el primer curso de grado en ingeniería eléctrica en 1883. [10] El primer programa de licenciatura en ingeniería eléctrica en los Estados Unidos se inició en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en el departamento de física del profesor Charles Cross, [11] aunque era la Universidad de Cornellpara producir los primeros graduados en ingeniería eléctrica del mundo en 1885. [12] El primer curso de ingeniería eléctrica se impartió en 1883 en el Sibley College of Mechanical Engineering and Mechanic Arts de Cornell . [13] No fue hasta alrededor de 1885 que el presidente de Cornell , Andrew Dickson White, estableció el primer Departamento de Ingeniería Eléctrica en los Estados Unidos. [14] En el mismo año, University College London fundó la primera cátedra de ingeniería eléctrica en Gran Bretaña. [15] Profesor Mendell P. Weinbach de la Universidad de Missouripronto siguió su ejemplo al establecer el departamento de ingeniería eléctrica en 1886. [16] Posteriormente, las universidades e institutos de tecnología comenzaron gradualmente a ofrecer programas de ingeniería eléctrica a sus estudiantes en todo el mundo.

Durante estas décadas, el uso de la ingeniería eléctrica aumentó drásticamente. En 1882, Thomas Edison encendió la primera red de energía eléctrica a gran escala del mundo que proporcionaba 110 voltios, corriente continua (CC), a 59 clientes en la isla de Manhattan en la ciudad de Nueva York . En 1884, Sir Charles Parsons inventó la turbina de vapor que permite una generación de energía eléctrica más eficiente. La corriente alterna , con su capacidad para transmitir energía de manera más eficiente a largas distancias mediante el uso de transformadores , se desarrolló rápidamente en las décadas de 1880 y 1890 con diseños de transformadores de Károly Zipernowsky , Ottó Bláthyy Miksa Déri (más tarde llamados transformadores ZBD), Lucien Gaulard , John Dixon Gibbs y William Stanley, Jr .. Los diseños prácticos de motores de CA , incluidos los motores de inducción, fueron inventados de forma independiente por Galileo Ferraris y Nikola Tesla y posteriormente desarrollados en una forma práctica trifásica por Mikhail Dolivo-Dobrovolsky y Charles Eugene Lancelot Brown . [17] Charles Steinmetz y Oliver Heaviside contribuyeron a la base teórica de la ingeniería de corriente alterna. [18] [19]La propagación en el uso de CA desencadenó en los Estados Unidos lo que se ha llamado la guerra de las corrientes entre un sistema de CA respaldado por George Westinghouse y un sistema de CC respaldado por Thomas Edison, adoptando CA como estándar general. [20]

Principios del siglo XX [ editar ]

Guglielmo Marconi , conocido por su trabajo pionero en la transmisión de radio a larga distancia

Durante el desarrollo de la radio , muchos científicos e inventores contribuyeron a la tecnología y la electrónica de la radio . El trabajo matemático de James Clerk Maxwell durante la década de 1850 había demostrado la relación de diferentes formas de radiación electromagnética, incluida la posibilidad de ondas invisibles en el aire (más tarde llamadas "ondas de radio"). En sus experimentos de física clásicos de 1888, Heinrich Hertz demostró la teoría de Maxwell transmitiendo ondas de radio con un transmisor de chispa., y los detectó mediante el uso de dispositivos eléctricos simples. Otros físicos experimentaron con estas nuevas ondas y en el proceso desarrollaron dispositivos para transmitirlas y detectarlas. En 1895, Guglielmo Marconi comenzó a trabajar en una forma de adaptar los métodos conocidos de transmisión y detección de estas "ondas hertzianas" en un sistema telegráfico inalámbrico comercial construido a tal efecto . Al principio, envió señales inalámbricas a una distancia de una milla y media. En diciembre de 1901, envió ondas inalámbricas que no se vieron afectadas por la curvatura de la Tierra. Posteriormente, Marconi transmitió las señales inalámbricas a través del Atlántico entre Poldhu, Cornwall y St. John's, Terranova, a una distancia de 3.400 km (2.100 millas). [21]

La comunicación por ondas milimétricas fue investigada por primera vez por Jagadish Chandra Bose durante 1894-1896, cuando alcanzó una frecuencia extremadamente alta de hasta 60 GHz en sus experimentos. [22] También introdujo el uso de uniones semiconductoras para detectar ondas de radio, [23] cuando patentó el detector de cristal de radio en 1901. [24] [25] 

En 1897, Karl Ferdinand Braun introdujo el tubo de rayos catódicos como parte de un osciloscopio , una tecnología de habilitación crucial para la televisión electrónica . [26] John Fleming inventó el primer tubo de radio, el diodo , en 1904. Dos años más tarde, Robert von Lieben y Lee De Forest desarrollaron independientemente el tubo amplificador, llamado triodo . [27]

En 1920, Albert Hull desarrolló el magnetrón que eventualmente conduciría al desarrollo del horno de microondas en 1946 por Percy Spencer . [28] [29] En 1934, el ejército británico comenzó a avanzar hacia el radar (que también usa el magnetrón) bajo la dirección del Dr. Wimperis, culminando con la operación de la primera estación de radar en Bawdsey en agosto de 1936. [30]

En 1941, Konrad Zuse presentó el Z3 , el primer ordenador programable y totalmente funcional del mundo que utiliza piezas electromecánicas. En 1943, Tommy Flowers diseñó y construyó el Colossus , la primera computadora del mundo completamente funcional, electrónica, digital y programable. [31] [32] En 1946, siguió el ENIAC (Integrador numérico electrónico y computadora) de John Presper Eckert y John Mauchly , comenzando la era de la informática. El rendimiento aritmético de estas máquinas permitió a los ingenieros desarrollar tecnologías completamente nuevas y lograr nuevos objetivos. [33]

En 1948, Claude Shannon publica "Una teoría matemática de la comunicación" que describe matemáticamente el paso de información con incertidumbre ( ruido eléctrico ).

Electrónica de estado sólido [ editar ]

Ver también: Historia de la ingeniería electrónica , Historia del transistor , Invención del circuito integrado , MOSFET y Electrónica de estado sólido
Una réplica del primer transistor en funcionamiento , un transistor de contacto puntual
Transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico (MOSFET), el componente básico de la electrónica moderna

El primer transistor en funcionamiento fue un transistor de contacto puntual inventado por John Bardeen y Walter Houser Brattain mientras trabajaban con William Shockley en Bell Telephone Laboratories (BTL) en 1947. [34] Luego inventaron el transistor de unión bipolar en 1948. [35] Si bien los primeros transistores de unión eran dispositivos relativamente voluminosos que eran difíciles de fabricar sobre una base de producción en masa , [36] abrieron la puerta a dispositivos más compactos. [37]

El proceso de pasivación de superficies , que estabilizaba eléctricamente las superficies de silicio mediante oxidación térmica , fue desarrollado por Mohamed M. Atalla en BTL en 1957. Esto condujo al desarrollo del chip de circuito integrado monolítico . [38] [39] [40] Los primeros circuitos integrados fueron el circuito integrado híbrido inventado por Jack Kilby en Texas Instruments en 1958 y el chip de circuito integrado monolítico inventado por Robert Noyce en Fairchild Semiconductor en 1959. [41]

El MOSFET (transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico, o transistor MOS) fue inventado por Mohamed Atalla y Dawon Kahng en BTL en 1959. [42] [43] [44] Fue el primer transistor verdaderamente compacto que pudo miniaturizarse y producidos en masa para una amplia gama de usos. [36] Revolucionó la industria electrónica , [45] [46] convirtiéndose en el dispositivo electrónico más utilizado en el mundo. [43] [47] [48] El MOSFET es el elemento básico en la mayoría de los equipos electrónicos modernos, [49] [50] y ha sido fundamental para la revolución de la electrónica, [51]la revolución microelectrónica , [52] y la revolución digital . [44] [53] [54] El MOSFET por lo tanto ha sido acreditado como el nacimiento de la electrónica moderna, [55] [56] y posiblemente la invención más importante en electrónica. [57]

El MOSFET hizo posible construir chips de circuitos integrados de alta densidad . [43] Atalla propuso por primera vez el concepto del chip de circuito integrado MOS (MOS IC) en 1960, seguido de Kahng en 1961. [36] [58] El primer chip experimental MOS IC que se fabricó fue construido por Fred Heiman y Steven Hofstein en RCA Laboratories en 1962. [59] La tecnología MOS habilitó la ley de Moore , la duplicación de transistores en un chip IC cada dos años, predicha por Gordon Moore en 1965. [60] La tecnología MOS de puerta de silicio fue desarrollada por Federico Fagginen Fairchild en 1968. [61] Desde entonces, el MOSFET ha sido el componente básico de la electrónica moderna. [44] [62] [49] La producción en masa de MOSFET de silicio y chips de circuitos integrados MOS, junto con la miniaturización de escala continua de MOSFET a un ritmo exponencial (como predice la ley de Moore ), ha llevado a cambios revolucionarios en tecnología, economía , cultura y pensamiento. [63]

El programa Apolo, que culminó con el aterrizaje de astronautas en la Luna con el Apolo 11 en 1969, fue posible gracias a la adopción de la NASA de los avances en la tecnología electrónica de semiconductores , incluidos los MOSFET en la Plataforma de Monitoreo Interplanetario (IMP) [64] [65] y el circuito integrado de silicio. chips en el Apollo Guidance Computer (AGC). [66]

El desarrollo de la tecnología de circuitos integrados MOS en la década de 1960 condujo a la invención del microprocesador a principios de la década de 1970. [67] [50] El primer microprocesador de un solo chip fue el Intel 4004 , lanzado en 1971. [67] Comenzó con el " Proyecto Busicom " [68] como el diseño de CPU de tres chips de Masatoshi Shima en 1968, [69 ] [68] antes de Sharp 's Tadashi Sasaki concebido de un diseño de CPU de un solo chip, que él discutió con Busicom y Intel en 1968. [70]El Intel 4004 fue diseñado y realizado por Federico Faggin en Intel con su tecnología MOS de puerta de silicio, [67] junto con Marcian Hoff y Stanley Mazor de Intel y Masatoshi Shima de Busicom. [68] El microprocesador condujo al desarrollo de microcomputadoras y computadoras personales , y a la revolución de las microcomputadoras .

Subcampos [ editar ]

La ingeniería eléctrica tiene muchas subdisciplinas, las más comunes de las cuales se enumeran a continuación. Aunque hay ingenieros eléctricos que se centran exclusivamente en una de estas subdisciplinas, muchos se ocupan de una combinación de ellas. A veces, ciertos campos, como la ingeniería electrónica y la ingeniería informática , se consideran disciplinas separadas por derecho propio.

Poder y energía [ editar ]

Artículos principales: Ingeniería energética e ingeniería energética.
Laboratorio de alto voltaje de Jabalpur Engineering College (JEC)
La parte superior de un poste de energía

La ingeniería de potencia y energía se ocupa de la generación , transmisión y distribución de electricidad , así como del diseño de una gama de dispositivos relacionados. [71] Estos incluyen transformadores , generadores eléctricos , motores eléctricos , ingeniería de alto voltaje, y la electrónica de potencia . En muchas regiones del mundo, los gobiernos mantienen una red eléctrica llamada red eléctrica.que conecta una variedad de generadores junto con los usuarios de su energía. Los usuarios adquieren energía eléctrica de la red, evitando el costoso ejercicio de tener que generar la propia. Los ingenieros de energía pueden trabajar en el diseño y mantenimiento de la red eléctrica, así como en los sistemas de energía que se conectan a ella. [72] Estos sistemas se denominan sistemas de energía en la red y pueden suministrar energía adicional a la red, extraer energía de la red o hacer ambas cosas. Los ingenieros de energía también pueden trabajar en sistemas que no se conectan a la red, llamados sistemas de energía fuera de la red , que en algunos casos son preferibles a los sistemas en la red. El futuro incluye sistemas de energía controlados por satélite, con retroalimentación en tiempo real para evitar sobrecargas de energía y evitar apagones.

Automatización y control [ editar ]

Artículos principales: Automatización , Ingeniería de control y Teoría de control.
Los sistemas de control juegan un papel fundamental en los vuelos espaciales .

La ingeniería de control se centra en el modelado de una amplia gama de sistemas dinámicos y el diseño de controladores que harán que estos sistemas se comporten de la manera deseada. [73] Para implementar dichos controladores, los ingenieros eléctricos pueden utilizar circuitos electrónicos , procesadores de señales digitales , microcontroladores y controladores lógicos programables (PLC). La ingeniería de control tiene una amplia gama de aplicaciones, desde los sistemas de vuelo y propulsión de aviones comerciales hasta el control de crucero presente en muchos automóviles modernos .[74] También juega un papel importante en la automatización industrial .

Los ingenieros de control a menudo utilizan la retroalimentación al diseñar sistemas de control . Por ejemplo, en un automóvil con control de crucero , la velocidad del vehículo se monitorea continuamente y se retroalimenta al sistema que ajusta la salida de potencia del motor en consecuencia. Donde hay retroalimentación regular, la teoría de control se puede utilizar para determinar cómo responde el sistema a dicha retroalimentación.

Los ingenieros eléctricos también trabajan en robótica para diseñar sistemas autónomos utilizando algoritmos de control que interpretan la retroalimentación sensorial para controlar los actuadores que mueven robots como vehículos autónomos, drones autónomos y otros utilizados en una variedad de industrias. [75]

Electrónica [ editar ]

Artículo principal: Ingeniería electrónica
Componentes electrónicos

La ingeniería electrónica implica el diseño y la prueba de circuitos electrónicos que utilizan las propiedades de componentes como resistencias , condensadores , inductores , diodos y transistores para lograr una funcionalidad particular. [72] El circuito sintonizado , que permite al usuario de un radio de a filtro de todo pero una sola estación, es sólo un ejemplo de tal circuito. Otro ejemplo para investigar es un acondicionador de señal neumático.

Antes de la Segunda Guerra Mundial, el tema se conocía comúnmente como ingeniería de radio y básicamente estaba restringido a aspectos de comunicaciones y radar , radio comercial y televisión temprana . [72] Más tarde, en los años de la posguerra, a medida que se comenzaron a desarrollar los dispositivos de consumo, el campo creció para incluir televisores modernos, sistemas de audio, computadoras y microprocesadores . A mediados y finales de la década de 1950, el término ingeniería de radio dio paso gradualmente al nombre de ingeniería electrónica .

Antes de la invención del circuito integrado en 1959, [76] los circuitos electrónicos se construían a partir de componentes discretos que podían ser manipulados por humanos. Estos circuitos discretos consumían mucho espacio y energía y tenían una velocidad limitada, aunque todavía son comunes en algunas aplicaciones. Por el contrario, los circuitos integrados empaquetaban una gran cantidad, a menudo millones, de pequeños componentes eléctricos, principalmente transistores , [77] en un pequeño chip del tamaño de una moneda . Esto permitió las poderosas computadoras y otros dispositivos electrónicos que vemos hoy.

Microelectrónica y nanoelectrónica [ editar ]

Artículos principales: Microelectrónica , Nanoelectrónica y Diseño de chips
Microprocesador

La ingeniería microelectrónica se ocupa del diseño y la microfabricación de componentes de circuitos electrónicos muy pequeños para su uso en un circuito integrado o, a veces, para su uso por sí mismos como un componente electrónico general. [78] Los componentes microelectrónicos más comunes son los transistores semiconductores , aunque todos los componentes electrónicos principales ( resistencias , condensadores , etc.) se pueden crear a nivel microscópico.

La nanoelectrónica es la ampliación adicional de los dispositivos a niveles nanométricos . Los dispositivos modernos ya se encuentran en el régimen nanométrico, y el procesamiento por debajo de 100 nm ha sido estándar desde aproximadamente 2002. [79]

Los componentes microelectrónicos se crean fabricando químicamente obleas de semiconductores como el silicio (a frecuencias más altas, semiconductores compuestos como arseniuro de galio y fosfuro de indio) para obtener el transporte deseado de carga electrónica y control de corriente. El campo de la microelectrónica implica una cantidad significativa de química y ciencia de los materiales y requiere que el ingeniero electrónico que trabaja en el campo tenga un muy buen conocimiento práctico de los efectos de la mecánica cuántica . [80]

Procesamiento de señales [ editar ]

Artículo principal: procesamiento de señales
Un filtro Bayer en un CCD requiere procesamiento de señal para obtener un valor rojo, verde y azul en cada píxel.

El procesamiento de señales se ocupa del análisis y manipulación de señales . [81] Las señales pueden ser analógicas , en cuyo caso la señal varía continuamente según la información, o digitales , en cuyo caso la señal varía según una serie de valores discretos que representan la información. Para señales analógicas, el procesamiento de señales puede implicar la amplificación y filtrado de señales de audio para equipos de audio o la modulación y demodulación de señales para telecomunicaciones . Para las señales digitales, el procesamiento de la señal puede implicar la compresión ,detección de errores y corrección de errores de señales muestreadas digitalmente. [82]

El procesamiento de señales es un área intensiva y muy orientada matemáticamente que forma el núcleo del procesamiento de señales digitales y se está expandiendo rápidamente con nuevas aplicaciones en todos los campos de la ingeniería eléctrica, como comunicaciones, control, radar, ingeniería de audio , ingeniería de transmisión , electrónica de potencia y biomédica. ingeniería, ya que muchos sistemas analógicos ya existentes son reemplazados por sus contrapartes digitales. El procesamiento de señales analógicas sigue siendo importante en el diseño de muchos sistemas de control .

Los circuitos integrados de procesador DSP se encuentran en muchos tipos de dispositivos electrónicos modernos, como televisores digitales , [83] radios, equipos de audio de alta fidelidad , teléfonos móviles, reproductores multimedia , videocámaras y cámaras digitales, sistemas de control de automóviles, auriculares con cancelación de ruido , analizadores de espectro , sistemas de guía de misiles, sistemas de radar y sistemas telemáticos . En tales productos, DSP puede ser responsable de la reducción de ruido , el reconocimiento o síntesis de voz , la codificación o decodificación de medios digitales de forma inalámbrica.transmitir o recibir datos, triangular la posición mediante GPS y otros tipos de procesamiento de imágenes , procesamiento de video , procesamiento de audio y procesamiento de voz . [84]

Telecomunicaciones [ editar ]

Artículo principal: Ingeniería de telecomunicaciones
Las antenas parabólicas son un componente crucial en el análisis de la información satelital.

La ingeniería de telecomunicaciones se centra en la transmisión de información a través de un canal de comunicación como un cable coaxial , fibra óptica o espacio libre . [85] Las transmisiones a través del espacio libre requieren que la información se codifique en una señal portadora para cambiar la información a una frecuencia portadora adecuada para la transmisión; esto se conoce como modulación . Las técnicas populares de modulación analógica incluyen la modulación de amplitud y la modulación de frecuencia . [86]La elección de la modulación afecta el costo y el rendimiento de un sistema y el ingeniero debe sopesar cuidadosamente estos dos factores.

Una vez que se determinan las características de transmisión de un sistema, los ingenieros de telecomunicaciones diseñan los transmisores y receptores necesarios para dichos sistemas. Estos dos a veces se combinan para formar un dispositivo de comunicación bidireccional conocido como transceptor . Una consideración clave en el diseño de transmisores es su consumo de energía, ya que está estrechamente relacionado con la intensidad de la señal . [87] [88] Normalmente, si la potencia de la señal transmitida es insuficiente una vez que la señal llega a la (s) antena (s) del receptor, la información contenida en la señal se verá alterada por el ruido .

Instrumentación [ editar ]

Artículo principal: Ingeniería de instrumentación
Los instrumentos de vuelo proporcionan a los pilotos las herramientas para controlar la aeronave de forma analítica.

La ingeniería de instrumentación se ocupa del diseño de dispositivos para medir cantidades físicas como presión , flujo y temperatura . [89] El diseño de tales instrumentos requiere una buena comprensión de la física que a menudo se extiende más allá de la teoría electromagnética . Por ejemplo, los instrumentos de vuelo miden variables como la velocidad del viento y la altitud para permitir a los pilotos el control analítico de la aeronave. Del mismo modo, los termopares utilizan el efecto Peltier-Seebeck para medir la diferencia de temperatura entre dos puntos. [90]

A menudo, la instrumentación no se utiliza por sí sola, sino como sensores de sistemas eléctricos más grandes. Por ejemplo, se puede usar un termopar para ayudar a garantizar que la temperatura de un horno permanezca constante. [91] Por esta razón, la ingeniería de instrumentación a menudo se considera la contraparte del control.

Computadoras [ editar ]

Artículo principal: Ingeniería informática
Las supercomputadoras se utilizan en campos tan diversos como la biología computacional y los sistemas de información geográfica .

La ingeniería informática se ocupa del diseño de computadoras y sistemas informáticos . Esto puede involucrar el diseño de nuevo hardware , el diseño de PDA , tabletas y supercomputadoras , o el uso de computadoras para controlar una planta industrial. [92] Los ingenieros informáticos también pueden trabajar en el software de un sistema . Sin embargo, el diseño de sistemas de software complejos es a menudo el dominio de la ingeniería de software , que generalmente se considera una disciplina separada. [93] Computadoras de escritoriorepresentan una pequeña fracción de los dispositivos en los que podría trabajar un ingeniero informático, ya que ahora se encuentran arquitecturas similares a las de una computadora en una variedad de dispositivos que incluyen consolas de videojuegos y reproductores de DVD .

Óptica y fotónica [ editar ]

Artículos principales: Óptica y Fotónica

La óptica y la fotónica se ocupa de la generación, transmisión, amplificación, modulación, detección y análisis de la radiación electromagnética . La aplicación de la óptica se ocupa del diseño de instrumentos ópticos como lentes , microscopios , telescopios y otros equipos que utilizan las propiedades de la radiación electromagnética . Otras aplicaciones destacadas de la óptica incluyen sensores y sistemas de medición electroópticos , láseres , sistemas de comunicación de fibra óptica y sistemas de discos ópticos (por ejemplo, CD y DVD). La fotónica se basa en gran medida en la tecnología óptica, complementada con desarrollos modernos como la optoelectrónica (en su mayoría con semiconductores ), sistemas láser, amplificadores ópticos y materiales novedosos (por ejemplo, metamateriales ).

Disciplinas relacionadas [ editar ]

El ventilador infantil Bird VIP

La mecatrónica es una disciplina de la ingeniería que se ocupa de la convergencia de sistemas eléctricos y mecánicos . Estos sistemas combinados se conocen como sistemas electromecánicos y tienen una adopción generalizada. Los ejemplos incluyen sistemas de fabricación automatizados , [94] sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado , [95] y varios subsistemas de aviones y automóviles . [96] El diseño de sistemas electrónicos es un tema dentro de la ingeniería eléctrica que se ocupa de los problemas de diseño multidisciplinario de sistemas eléctricos y mecánicos complejos. [97]

El término mecatrónica se usa típicamente para referirse a sistemas macroscópicos , pero los futuristas han predicho la aparición de dispositivos electromecánicos muy pequeños. Estos pequeños dispositivos, conocidos como sistemas microelectromecánicos (MEMS), ya se utilizan en automóviles para indicarles a las bolsas de aire cuándo desplegarse, [98] en proyectores digitales para crear imágenes más nítidas y en impresoras de inyección de tinta para crear boquillas para impresión de alta definición. En el futuro, se espera que los dispositivos ayuden a construir pequeños dispositivos médicos implantables y mejoren la comunicación óptica . [99]

La ingeniería biomédica es otra disciplina relacionada, que se ocupa del diseño de equipos médicos . Esto incluye el equipo fijo tal como ventiladores , escáneres de resonancia magnética , [100] y monitores electrocardiógrafo , así como equipos móviles tales como los implantes cocleares , los marcapasos artificiales , y corazones artificiales .

La ingeniería aeroespacial y la robótica son un ejemplo de la propulsión eléctrica y la propulsión iónica más recientes .

Educación [ editar ]

Artículo principal: Educación y formación de ingenieros eléctricos y electrónicos.
Osciloscopio

Los ingenieros eléctricos típicamente poseen un grado académico con una especialización en ingeniería eléctrica, ingeniería electrónica , tecnología de la ingeniería eléctrica , [101] o ingeniería eléctrica y electrónica. [102] [103] Los mismos principios fundamentales se enseñan en todos los programas, aunque el énfasis puede variar según el título. La duración del estudio para dicho título suele ser de cuatro o cinco años y el título completo puede designarse como Licenciatura en Tecnología de Ingeniería Eléctrica / Electrónica, Licenciatura en Ingeniería , Licenciatura en Ciencias , Licenciatura en Tecnología o Licenciatura en Ciencias Aplicadas, dependiendo de la universidad. La licenciatura generalmente incluye unidades que cubren física , matemáticas , ciencias de la computación , administración de proyectos y una variedad de temas en ingeniería eléctrica . [104] Inicialmente, estos temas cubren la mayoría, si no todas, las subdisciplinas de la ingeniería eléctrica. En algunas escuelas, los estudiantes pueden optar por enfatizar una o más subdisciplinas hacia el final de sus cursos de estudio.

Un diagrama de circuito de ejemplo , que es útil en el diseño de circuitos y resolución de problemas .

En muchas escuelas, la ingeniería electrónica se incluye como parte de un premio eléctrico, a veces explícitamente, como una licenciatura en ingeniería (eléctrica y electrónica), pero en otras, la ingeniería eléctrica y electrónica se consideran lo suficientemente amplias y complejas como para separar los grados. se ofrecen. [105]

Algunos ingenieros eléctricos eligen estudiar para obtener un título de posgrado, como una Maestría en Ingeniería / Maestría en Ciencias (MEng / MSc), una Maestría en Gestión de Ingeniería , un Doctorado en Filosofía (PhD) en Ingeniería, un Doctorado en Ingeniería (Ing. D. ), o un título de ingeniero . Los títulos de maestría e ingeniería pueden consistir en investigación , cursos o una combinación de ambos. Los títulos de Doctorado en Filosofía e Ingeniería consisten en un componente de investigación significativo y, a menudo, se consideran el punto de entrada a la academia.. En el Reino Unido y algunos otros países europeos, la Maestría en Ingeniería a menudo se considera una licenciatura de duración un poco más larga que la Licenciatura en Ingeniería en lugar de un posgrado independiente. [106]

Práctica profesional [ editar ]

Ingenieros eléctricos belgas inspeccionando el rotor de una turbina de 40.000 kilovatios de la General Electric Company en la ciudad de Nueva York

En la mayoría de los países, una licenciatura en ingeniería representa el primer paso hacia la certificación profesional y el programa de grado en sí está certificado por un organismo profesional . [107] Después de completar un programa de grado certificado, el ingeniero debe satisfacer una serie de requisitos (incluidos los requisitos de experiencia laboral) antes de obtener la certificación. Una vez certificado, el ingeniero recibe el título de ingeniero profesional (en los Estados Unidos, Canadá y Sudáfrica), ingeniero colegiado o ingeniero incorporado (en India, Pakistán, Reino Unido, Irlanda y Zimbabwe ), ingeniero profesional colegiado (en Australia y Nueva Zelanda) oIngeniero europeo (en gran parte de la Unión Europea ).

La oficina corporativa de IEEE está en el piso 17 de 3 Park Avenue en la ciudad de Nueva York

Las ventajas de la licencia varían según la ubicación. Por ejemplo, en los Estados Unidos y Canadá "sólo un ingeniero autorizado puede sellar trabajos de ingeniería para clientes públicos y privados". [108] Este requisito se aplica en la legislación estatal y provincial, como la Ley de ingenieros de Quebec . [109] En otros países, no existe tal legislación. Prácticamente todos los organismos de certificación mantienen un código de ética que esperan que todos los miembros respeten o corran el riesgo de ser expulsados. [110] De esta manera, estas organizaciones juegan un papel importante en el mantenimiento de estándares éticos para la profesión. Incluso en jurisdicciones donde la certificación tiene poca o ninguna influencia legal en el trabajo, los ingenieros están sujetos a la ley de contratos.. En los casos en que el trabajo de un ingeniero falla, él o ella pueden estar sujetos al agravio de negligencia y, en casos extremos, al cargo de negligencia criminal . El trabajo de un ingeniero también debe cumplir con muchas otras reglas y regulaciones, como los códigos de construcción y la legislación relacionada con la ley ambiental .

Los organismos profesionales de renombre para los ingenieros eléctricos incluyen el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) y la Institución de Ingeniería y Tecnología (IET). El IEEE afirma producir el 30% de la literatura mundial en ingeniería eléctrica, tiene más de 360.000 miembros en todo el mundo y celebra más de 3.000 conferencias al año. [111] El IET publica 21 revistas, tiene una membresía mundial de más de 150.000 y afirma ser la sociedad de ingeniería profesional más grande de Europa. [112] [113]La obsolescencia de las habilidades técnicas es una seria preocupación para los ingenieros eléctricos. La membresía y la participación en sociedades técnicas, las revisiones periódicas de publicaciones periódicas en el campo y el hábito de aprendizaje continuo son, por lo tanto, esenciales para mantener la competencia. Un MIET (Miembro de la Institución de Ingeniería y Tecnología) está reconocido en Europa como ingeniero eléctrico e informático (tecnología). [114]

En Australia, Canadá y Estados Unidos, los ingenieros eléctricos representan alrededor del 0,25% de la fuerza laboral. [B]

Herramientas y trabajo [ editar ]

Desde el Sistema de Posicionamiento Global hasta la generación de energía eléctrica , los ingenieros eléctricos han contribuido al desarrollo de una amplia gama de tecnologías. Ellos diseñan, desarrollan, prueban y supervisan el despliegue de sistemas eléctricos y dispositivos electrónicos. Por ejemplo, pueden trabajar en el diseño de sistemas de telecomunicaciones , la operación de centrales eléctricas , la iluminación y cableado de edificios , el diseño de electrodomésticos o el control eléctrico de maquinaria industrial. [118]

Las comunicaciones por satélite son típicas de lo que trabajan los ingenieros eléctricos.

Fundamentales para la disciplina son las ciencias de la física y las matemáticas, ya que ayudan a obtener una descripción tanto cualitativa como cuantitativa de cómo funcionarán dichos sistemas. Hoy en día, la mayor parte del trabajo de ingeniería implica el uso de computadoras y es común utilizar programas de diseño asistido por computadora al diseñar sistemas eléctricos. Sin embargo, la capacidad de esbozar ideas sigue siendo invaluable para comunicarse rápidamente con los demás.

El sistema de mano del robot Shadow

Aunque la mayoría de los ingenieros eléctricos comprenderán la teoría básica de circuitos (es decir, las interacciones de elementos como resistencias , condensadores , diodos , transistores e inductores en un circuito), las teorías empleadas por los ingenieros generalmente dependen del trabajo que realizan. Por ejemplo, la mecánica cuántica y la física del estado sólido pueden ser relevantes para un ingeniero que trabaja en VLSI (el diseño de circuitos integrados), pero son en gran medida irrelevantes para los ingenieros que trabajan con sistemas eléctricos macroscópicos. Incluso la teoría de circuitospuede no ser relevante para una persona que diseña sistemas de telecomunicaciones que utilizan componentes listos para usar . Quizás las habilidades técnicas más importantes para los ingenieros eléctricos se reflejan en los programas universitarios, que enfatizan fuertes habilidades numéricas , conocimientos informáticos y la capacidad de comprender el lenguaje técnico y los conceptos relacionados con la ingeniería eléctrica. [119]

Un láser que rebota en una varilla acrílica , que ilustra la reflexión interna total de la luz en una fibra óptica multimodo.

Los ingenieros eléctricos utilizan una amplia gama de instrumentación. Para circuitos de control y alarmas simples , puede ser suficiente un multímetro básico que mida voltaje , corriente y resistencia . Cuando es necesario estudiar señales que varían en el tiempo, el osciloscopio también es un instrumento omnipresente. En ingeniería de RF y telecomunicaciones de alta frecuencia, analizadores de espectro y analizadores de redesson usados. En algunas disciplinas, la seguridad puede ser una preocupación particular con la instrumentación. Por ejemplo, los diseñadores de electrónica médica deben tener en cuenta que voltajes mucho más bajos de lo normal pueden ser peligrosos cuando los electrodos están en contacto directo con los fluidos corporales internos. [120] La ingeniería de transmisión de energía también tiene grandes problemas de seguridad debido a los altos voltajes utilizados; aunque los voltímetros pueden, en principio, ser similares a sus equivalentes de bajo voltaje, los problemas de seguridad y calibración los hacen muy diferentes. [121] Muchas disciplinas de la ingeniería eléctrica utilizan pruebas específicas para su disciplina. Los ingenieros de electrónica de audio utilizan equipos de prueba de audiocompuesto por un generador de señales y un medidor, principalmente para medir el nivel pero también otros parámetros como la distorsión armónica y el ruido . Asimismo, la tecnología de la información tiene sus propios equipos de prueba, a menudo específicos para un formato de datos en particular, y lo mismo ocurre con la radiodifusión televisiva.

Radome en la Base Aérea de Misawa Centro de Operaciones de Seguridad de Misawa, Misawa, Japón

Para muchos ingenieros, el trabajo técnico representa solo una fracción del trabajo que realizan. También se puede dedicar mucho tiempo a tareas como discutir propuestas con los clientes, preparar presupuestos y determinar los cronogramas del proyecto . [122] Muchos ingenieros superiores gestionan un equipo de técnicos u otros ingenieros y, por esta razón , las habilidades de gestión de proyectos son importantes. La mayoría de los proyectos de ingeniería involucran algún tipo de documentación y , por lo tanto, son muy importantes las habilidades de comunicación escrita .

Los lugares de trabajo de los ingenieros son tan variados como los tipos de trabajo que realizan. Los ingenieros eléctricos se pueden encontrar en el prístino entorno de laboratorio de una planta de fabricación , a bordo de un barco naval , las oficinas de una empresa consultora o en el lugar de una mina . Durante su vida laboral, los ingenieros eléctricos pueden encontrarse supervisando a una amplia gama de personas, incluidos científicos , electricistas , programadores de computadoras y otros ingenieros. [123]

La ingeniería eléctrica tiene una relación íntima con las ciencias físicas. Por ejemplo, el físico Lord Kelvin jugó un papel importante en la ingeniería del primer cable telegráfico transatlántico . [124] Por el contrario, el ingeniero Oliver Heaviside realizó un trabajo importante sobre las matemáticas de la transmisión por cables telegráficos. [125] A menudo se requieren ingenieros eléctricos en proyectos científicos importantes. Por ejemplo, los aceleradores de partículas grandes como el CERN necesitan ingenieros eléctricos para abordar muchos aspectos del proyecto, incluida la distribución de energía, la instrumentación y la fabricación e instalación de electroimanes superconductores.. [126] [127]

Ver también [ editar ]

  • Percebe (jerga)
  • Tecnólogo Eléctrico
  • Automatización de diseño electrónico
  • Glosario de ingeniería eléctrica y electrónica
  • Índice de artículos de ingeniería eléctrica
  • Ingeniería de Información
  • Comisión Electrotécnica Internacional (IEC)
  • Lista de ingenieros eléctricos
  • Lista de ramas de la ingeniería
  • Lista de empresas fabricantes de equipos mecánicos, eléctricos y electrónicos por ingresos
  • Lista de ingenieros eléctricos rusos
  • Ocupaciones en ingeniería eléctrica / electrónica
  • Esquema de la ingeniería eléctrica
  • Cronología de la ingeniería eléctrica y electrónica

Notas [ editar ]

  1. ^ Para obtener más información, consulte el glosario de ingeniería eléctrica y electrónica .
  2. ^ En mayo de 2014 había alrededor de 175.000 personas trabajando como ingenieros eléctricos en los EE. UU. [115] En 2012, Australia tenía alrededor de 19,000 [116] mientras que en Canadá, había alrededor de 37,000 (en 2007), lo que constituye aproximadamente el 0.2% de la fuerza laboral en cada uno de los tres países. Australia y Canadá informaron que el 96% y el 88% de sus ingenieros eléctricos, respectivamente, son hombres. [117]

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Lectura adicional [ editar ]

Recursos de la biblioteca sobre
ingeniería eléctrica
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  • Recursos en otras bibliotecas
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Enlaces externos [ editar ]

  • Comisión Electrotécnica Internacional (IEC)
  • MIT OpenCourseWare analiza en profundidad la Ingeniería Eléctrica: cursos en línea con conferencias en video.
  • Red de historia global de IEEE Un sitio basado en wiki con muchos recursos sobre la historia de IEEE, sus miembros, sus profesiones y tecnologías y ciencias eléctricas e informáticas.