Realización de pruebas para determinar mejoras en las soluciones de ingeniería

Publicado el 14 julio, 2024 por Rodrigo Ricardo

Un desastre dulce y almibarado

Muchos de nosotros hemos oído historias de desastres de ingeniería que ocurrieron a lo largo de la historia, pero es posible que no hayamos pensado mucho en por qué ocurrieron. Por ejemplo, el desastre de la melaza de Boston de 1919 implicó el colapso de un gran tanque que contenía melaza, matando a 21 personas y varios caballos e hiriendo al menos a otras 150. Pero ¿por qué sucedió esto? El clima se calentó y la presión dentro del tanque aumentó. Como el tanque estaba construido de acero y manganeso quebradizo que no era lo suficientemente grueso para soportar el aumento de presión, el tanque se desintegró, enviando una enorme ola de melaza a través de las calles de Boston que destruyó edificios y mató a personas y animales. ¿Podría haberse evitado esto? Sí, si tan solo los diseñadores del tanque hubieran entendido la importancia de hacer una prueba de ingeniería justa.

Componentes de una prueba justa

Una prueba justa eficaz tiene componentes principales que deben incluirse para resolver el problema de ingeniería de manera significativa.

Comparación de resultados

Al probar un prototipo, a veces es útil tener un grupo de control para comparar los resultados de varias pruebas. En el control, las variables independientes que se van a probar no pueden influir en los resultados. Por ejemplo, supongamos que se va a probar un tanque de melaza utilizando las variables de temperatura y tipo de metal de construcción. En un tanque de control, la temperatura y el tipo de metal simplemente serían los mismos o constantes. Sin embargo, no todas las pruebas justas necesitan tener un grupo de control. En el ejemplo del tanque de melaza, podríamos tomar el tanque fallido como un grupo de control con un resultado negativo conocido. En otras palabras, sabemos que un tanque hecho de acero y manganeso quebradizo no funcionará bien cuando se exponga a la alta temperatura del día de la falla. Mejor aún, dado que los tanques como este son grandes y es costoso construirlos, podríamos usar un modelo a escala mucho más pequeño con las mismas condiciones de falla que el tanque real para usarlo como nuestro control. Luego, el resto de las variables se pueden comparar utilizando modelos a escala similares construidos y probados de acuerdo con cada variable.

Variables de control

Para determinar qué variables garantizarán un tanque seguro y resistente, debemos probarlas una a la vez. Es importante probar solo una variable a la vez para saber cuál de las variables tiene un efecto determinado en el tanque. Por ejemplo, si probáramos simultáneamente el metal de construcción y la temperatura, y el tanque fallara, no sabríamos si falló debido al metal o a la temperatura. Entonces, construimos modelos a escala del tanque y, utilizando un tipo de metal de construcción, probamos el tanque en diferentes condiciones de temperatura. Luego, a una temperatura constante, probamos varios metales de construcción. Los ingenieros deben usar su experiencia para determinar qué puntos de falla existen en un prototipo y qué variables necesitan pruebas. En este escenario, sabemos que la resistencia del metal y la relación entre la presión y la temperatura fueron relevantes para los puntos de falla y son variables importantes.

Cómo evitar los sesgos

Para realizar una prueba justa, es esencial evitar los sesgos. Queremos construir un tanque para contener melaza que sea resistente y seguro, y queremos hacerlo al costo más razonable posible. Tal vez nuestro padre trabaja para una empresa que fabrica un determinado tipo de metal y tenemos acciones de esa empresa. Es posible que estemos sesgados en esta situación y mostremos un fuerte deseo de usar el metal de nuestro padre para construir el tanque, por lo que probamos ese metal e ignoramos otros metales que son más baratos y pueden hacer el trabajo igual de bien. En ese caso, nuestro sesgo nos costará más fabricar el tanque.

Características de una buena prueba justa

Las pruebas justas son importantes porque nos ayudan a llegar al aspecto de “así es como realmente funciona” de cualquier situación de diseño. Con una buena prueba justa, podemos averiguar cómo responderá nuestro diseño a las condiciones del mundo real a las que estará expuesto con anticipación. Crear una prueba justa verdaderamente buena requiere más que solo conocimiento. También requiere perspicacia, imaginación y una mente abierta. En nuestro problema del tanque de melaza, puede resultar evidente que controlar la temperatura del tanque puede ser difícil debido al clima cálido repentino. Un evaluador con conocimiento de sistemas digitales automatizados puede reconocer que este problema podría resolverse agregando una válvula de liberación de presión de emergencia automatizada para mantener la presión del tanque a un nivel seguro.

La prueba debe ser repetible

Una prueba justa siempre debe ser repetible. Por ejemplo, al utilizar nuestros modelos a escala del tanque de melaza, las pruebas de las variables independientes deben repetirse muchas veces y deben ser realizadas por diferentes evaluadores para garantizar resultados confiables. La confiabilidad se refiere al grado en que los resultados de la prueba pueden reproducirse cuando la prueba se realiza en las mismas condiciones.

Evitar errores

Para realizar una prueba justa, se debe prestar atención a todos los detalles relevantes. En nuestro ejemplo del tanque, el evaluador llenará los modelos a escala con melaza para probar las variables independientes de temperatura y tipo de metal de construcción. Sin embargo, el evaluador debe asegurarse de que todos los modelos del tanque estén llenos con la misma cantidad de melaza, o podemos terminar con otro problema relacionado con el volumen de melaza en el tanque que confunda los datos.

Resumen de la lección

La prueba justa, o informe de inspección del primer artículo, es la parte final del proceso de diseño de ingeniería. El ingeniero define el problema, genera soluciones, desarrolla un prototipo o modelo y luego realiza la prueba justa para ver qué es necesario cambiar.

Para garantizar su eficacia, es necesario tener en cuenta todos los componentes principales de una prueba imparcial, entre ellos:

  • Comparación de resultados: se puede utilizar un grupo de control, que no se verá influenciado por las variables independientes de la prueba.
  • Variables de control: Las variables independientes deben probarse una a la vez.
  • Evitar sesgos: Se deben evitar los sesgos personales.

Una prueba justa y eficaz debe ser repetible y evitar errores teniendo en cuenta todos los detalles relevantes. La fiabilidad se refiere al grado en que los resultados de la prueba se pueden reproducir cuando la prueba se realiza en las mismas condiciones.

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