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.