Tecnologías para mejorar la productividad

La primera máquina de vapor de Newcomen tenía una eficiencia de aproximadamente el 0,5%, que John Smeaton mejoró hasta superar ligeramente el 1% antes de las mejoras de Watt , que aumentaron la eficiencia térmica al 2%. En 1900, consumía 7 libras de carbón por kWh.

La generación eléctrica fue el sector con mayor crecimiento de productividad en los EE. UU. a principios del siglo XX. Después del cambio de siglo, las grandes centrales con calderas de alta presión y turbinas de vapor eficientes reemplazaron a las máquinas de vapor alternativas y para 1960 se necesitaban 0,9 lb de carbón por kW-h. Contando las mejoras en la minería y el transporte, la mejora total fue en un factor mayor de 10. ^{[ 22 ]} Las turbinas de vapor actuales tienen eficiencias en el rango del 40 %. ^{[ 13 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} La mayor parte de la electricidad hoy en día se produce en centrales térmicas que utilizan turbinas de vapor.

Las máquinas de Newcomen y Watt funcionaban cerca de la presión atmosférica y utilizaban dicha presión, en forma de vacío causado por la condensación del vapor, para realizar trabajo. Las máquinas de mayor presión eran lo suficientemente ligeras y eficientes como para propulsar barcos y locomotoras. En la década de 1870 se desarrollaron máquinas de expansión múltiple (de varias etapas) que, por primera vez, fueron lo suficientemente eficientes como para permitir que los barcos transportaran más carga que carbón, lo que propició un gran aumento del comercio internacional. ^{[ 26 ]}

El primer buque diésel importante fue el MS Selandia, botado en 1912. Para 1950, un tercio de la flota mercante utilizaba motores diésel. ^{[ 27 ]} Hoy en día, el motor principal más eficiente es el motor diésel marino de dos tiempos desarrollado en la década de 1920, que actualmente alcanza potencias superiores a los 100 000 caballos de fuerza con una eficiencia térmica del 50 %. ^{[ 28 ]}

Las locomotoras de vapor, que consumían hasta el 20% de la producción de carbón de Estados Unidos, fueron sustituidas por locomotoras diésel después de la Segunda Guerra Mundial, lo que supuso un gran ahorro de energía y redujo la mano de obra necesaria para el manejo del carbón, el agua de las calderas y el mantenimiento mecánico.

Las mejoras en la eficiencia de las máquinas de vapor provocaron un gran aumento en el número de máquinas de vapor y en la cantidad de carbón utilizado, como señaló William Stanley Jevons en su obra The Coal Question . Esto se conoce como la paradoja de Jevons .

El consumo de electricidad y el crecimiento económico están fuertemente correlacionados. ^{[ 29 ]} El consumo eléctrico per cápita se correlaciona casi perfectamente con el desarrollo económico. ^{[ 30 ]} La electrificación fue la primera tecnología que permitió la transmisión de energía a larga distancia con pérdidas mínimas de energía . ^{[ 20 ]} Los motores eléctricos eliminaron los ejes de transmisión para distribuir energía y aumentaron drásticamente la productividad de las fábricas. Las centrales eléctricas centrales muy grandes crearon economías de escala y fueron mucho más eficientes en la producción de energía que las máquinas de vapor alternativas. ^{[ 12 ] [ 29 ] [ 20 ] [ 25 ] [ 31 ]} Los motores eléctricos redujeron enormemente el costo de capital de la energía en comparación con las máquinas de vapor. ^{[ 25 ]}

Las principales formas de transmisión de energía preeléctrica eran los ejes de transmisión , las redes hidráulicas y los sistemas neumáticos y de cable. Los ejes de transmisión eran la forma común de transmisión de energía en las fábricas desde las primeras máquinas de vapor industriales hasta la electrificación de las fábricas. Los ejes de transmisión limitaban la disposición de las fábricas y sufrían grandes pérdidas de energía. ^{[ 20 ]} La energía hidráulica comenzó a utilizarse a mediados del siglo XIX. Se utilizó ampliamente en el proceso Bessemer y para grúas en puertos, especialmente en el Reino Unido. Londres y algunas otras ciudades contaban con servicios hidráulicos que proporcionaban agua a presión para uso industrial en una amplia zona. ^{[ 20 ]}

La energía neumática comenzó a utilizarse en la industria, la minería y la construcción de túneles en el último cuarto del siglo XIX. Entre las aplicaciones comunes se incluían perforadoras de roca y martillos neumáticos. ^{[ 20 ]} Los cables de acero soportados por grandes ruedas acanaladas podían transmitir energía con bajas pérdidas a distancias de varios kilómetros. Los sistemas de cables de acero aparecieron poco antes de la electrificación. ^{[ 20 ]}

La recuperación de calor para procesos industriales se utilizó por primera vez ampliamente como aire caliente en altos hornos para hacer arrabio en 1828. Más tarde, la reutilización de calor incluyó el proceso Siemens-Martin que se utilizó primero para hacer vidrio y luego para acero con el horno de hogar abierto . Hoy en día, el calor se reutiliza en muchas industrias básicas como la química, la refinación de petróleo y la pulpa y el papel, utilizando una variedad de métodos como intercambiadores de calor en muchos procesos. ^{[ 32 ]} Los evaporadores de múltiple efecto utilizan vapor de un efecto de alta temperatura para evaporar un fluido de ebullición de menor temperatura. En la recuperación de productos químicos de pulpa kraft, el licor negro usado se puede evaporar cinco o seis veces reutilizando el vapor de un efecto para hervir el licor en el efecto anterior. La cogeneración es un proceso que utiliza vapor a alta presión para generar electricidad y luego utiliza el vapor resultante a baja presión para calefacción de procesos o edificios.

Los procesos industriales han experimentado numerosas mejoras menores que, en conjunto, han supuesto reducciones significativas en el consumo de energía por unidad de producción.

La reducción de la fricción fue una de las principales razones del éxito de los ferrocarriles en comparación con los vagones. Esto se demostró en 1805 en Croydon, Reino Unido, en un tranvía de madera revestido con planchas de hierro.

“Un buen caballo en una carretera de peaje común puede tirar de dos mil libras, o una tonelada. Se invitó a un grupo de caballeros a presenciar el experimento, para que la superioridad de la nueva carretera quedara demostrada visualmente. Se cargaron doce vagones con piedras, hasta que cada uno pesó tres toneladas, y se engancharon entre sí. Luego se enganchó un caballo, que arrastró los vagones con facilidad, seis millas en dos horas, deteniéndose cuatro veces para demostrar que tenía la potencia de arranque, además de la fuerza para arrastrar su gran carga.” ^{[ 33 ]}

Una mejor lubricación, como la que proporcionan los aceites derivados del petróleo, redujo las pérdidas por fricción en molinos y fábricas. ^{[ 34 ]} Los cojinetes antifricción se desarrollaron utilizando aceros aleados y técnicas de mecanizado de precisión disponibles en el último cuarto del siglo XIX. Los cojinetes antifricción se usaban ampliamente en bicicletas hacia la década de 1880. Los cojinetes comenzaron a usarse en ejes de transmisión en las décadas anteriores a la electrificación de las fábricas, y fueron los ejes sin cojinetes los principales responsables de sus elevadas pérdidas de potencia, que solían ser del 25 al 30 % y, a menudo, hasta del 50 %. ^{[ 20 ]}

Las luces eléctricas eran mucho más eficientes que las de gas o petróleo y no generaban humo, gases ni tanto calor. La luz eléctrica prolongaba la jornada laboral, lo que aumentaba la productividad de fábricas, negocios y hogares. Además, no representaba un gran riesgo de incendio como las luces de gas o petróleo. ^{[ 35 ]}

La eficiencia de las luces eléctricas ha mejorado continuamente desde las primeras lámparas incandescentes hasta las lámparas de filamento de tungsteno. ^{[ 36 ]} La lámpara fluorescente , que se comercializó a finales de la década de 1930, es mucho más eficiente que la iluminación incandescente. Los diodos emisores de luz o LED son altamente eficientes y de larga duración. ^{[ 37 ]}

Los caminos sin pavimentar eran extremadamente lentos, costosos para el transporte y peligrosos. ^{[ 39 ]} En el siglo XVIII, la grava estratificada comenzó a utilizarse cada vez más, y el macadán de tres capas se empezó a usar a principios del siglo XIX. Estos caminos tenían una ligera elevación para evacuar el agua y contaban con cunetas de drenaje a los lados. ^{[ 39 ]} La capa superior de piedras se trituraba con el tiempo y alisaba la superficie. Las capas inferiores eran de piedras pequeñas que permitían un buen drenaje. ^{[ 39 ]} Es importante destacar que ofrecían menos resistencia a las ruedas de los carros y a los cascos y patas de los caballos, que no se hundían en el barro. Los caminos de tablones también comenzaron a usarse en los EE. UU. entre las décadas de 1810 y 1820. Los caminos mejorados eran costosos, y aunque redujeron el costo del transporte terrestre a la mitad o más, pronto fueron superados por los ferrocarriles como la principal infraestructura de transporte. ^{[ 39 ]}

Los veleros podían transportar mercancías a lo largo de más de 3000 millas por el mismo coste que 30 millas en carreta. ^{[ 40 ]} Un caballo que podía tirar de una carreta de una tonelada podía tirar de una barcaza de 30 toneladas. Durante la Revolución Industrial inglesa o la Primera Revolución Industrial, el suministro de carbón a los hornos de Manchester era difícil debido a la escasez de carreteras y al elevado coste del transporte en carreta. Sin embargo, se sabía que las barcazas de canal eran viables, como demostró la construcción del Canal de Bridgewater , inaugurado en 1761, que transportaba carbón desde Worsley hasta Manchester. El éxito del Canal de Bridgewater desató una fiebre por la construcción de canales que se prolongó hasta la aparición de los ferrocarriles en la década de 1830. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

Los ferrocarriles redujeron enormemente el costo del transporte terrestre. Se estima que en 1890 el costo del flete en carreta era de 24,5 centavos de dólar por tonelada-milla, frente a 0,875 centavos de dólar por tonelada-milla por ferrocarril, lo que representa una disminución del 96%. ^{[ 41 ]}

Los tranvías eléctricos ( trolebuses o vagones de tranvía) se encontraban en la fase final de la construcción del ferrocarril desde finales de la década de 1890 y las dos primeras décadas del siglo XX. Los tranvías fueron pronto reemplazados por autobuses y automóviles después de 1920. ^{[ 42 ]}

Las carreteras con vehículos de combustión interna completaron la mecanización del transporte terrestre. Con la aparición de los camiones alrededor de 1920, el costo del transporte de productos agrícolas al mercado o a las estaciones de ferrocarril se redujo considerablemente. El transporte motorizado por carretera también redujo los inventarios.

El alto crecimiento de la productividad en los EE. UU. durante la década de 1930 se debió en gran parte al programa de construcción de carreteras de esa década. ^{[ 43 ]}

Los oleoductos son el medio de transporte más eficiente energéticamente. ^{[ 38 ]} Los oleoductos de hierro y acero comenzaron a utilizarse durante la última parte del siglo XIX, pero no se convirtieron en una infraestructura importante hasta el siglo XX. ^{[ 39 ] [ 44 ]} Las bombas centrífugas y los compresores centrífugos son medios eficientes para bombear líquidos y gas natural.

La sembradora es un dispositivo mecánico para espaciar y plantar semillas a la profundidad adecuada. Se originó en la antigua China antes del siglo I a. C. Ahorrar semillas era de suma importancia en una época en que los rendimientos se medían en términos de semillas cosechadas por semilla plantada, que generalmente oscilaba entre 3 y 5. La sembradora también ahorraba mano de obra para la siembra. Lo más importante es que la sembradora permitía cultivar en hileras, lo que reducía la competencia entre las plantas y aumentaba los rendimientos. Fue reinventada en la Europa del siglo XVI a partir de descripciones orales y dibujos rudimentarios traídos de China. ^{[ 6 ]} Jethro Tull patentó una versión en 1700; sin embargo, era costosa y poco fiable. Las sembradoras fiables aparecieron a mediados del siglo XIX. ^{[ 45 ]}

Desde los inicios de la agricultura, la trilla se realizaba a mano con un mayal , lo que requería mucho esfuerzo. La trilladora (c. 1794) simplificó la operación y permitió utilizar la fuerza animal. En la década de 1860, las trilladoras se generalizaron y, finalmente, desplazaron hasta una cuarta parte de la mano de obra agrícola. ^{[ 46 ]} En Europa, muchos de los trabajadores desplazados fueron llevados al borde de la inanición.

Antes de c. 1790, un trabajador podía cosechar 1/4 de acre por día con una guadaña . ^{[ 26 ]} A principios del siglo XIX se introdujo la cuna de grano , lo que aumentó significativamente la productividad del trabajo manual. Se estimó que cada segadora tirada por caballos de Cyrus McCormick (Ptd. 1834) liberó a cinco hombres para el servicio militar en la Guerra Civil de los Estados Unidos. ^{[ 47 ]} Para 1890, dos hombres y dos caballos podían cortar, rastrillar y atar 20 acres de trigo por día. ^{[ 26 ]} En la década de 1880, la segadora y la trilladora se combinaron en la cosechadora combinada . Estas máquinas requerían grandes equipos de caballos o mulas para ser tiradas. Durante todo el siglo XIX, la producción por hora de trabajo para producir trigo aumentó en aproximadamente un 500% y para el maíz en aproximadamente un 250%. ^{[ 19 ]}

La maquinaria agrícola y los mayores rendimientos de los cultivos redujeron el trabajo necesario para producir 100 bushels de maíz de 35 a 40 horas en 1900 a 2 horas 45 minutos en 1999. ^{[ 48 ]} La conversión de la mecanización agrícola a la energía de combustión interna comenzó después de 1915. La población de caballos comenzó a disminuir en la década de 1920 después de la conversión de la agricultura y el transporte a la combustión interna. ^{[ 49 ]} Además de ahorrar mano de obra, esto liberó mucha tierra que antes se utilizaba para mantener animales de tiro.

Los años de mayor venta de tractores en los EE. UU. fueron los años 50. ^{[ 49 ]} Hubo un gran aumento en la potencia de la maquinaria agrícola en los años 50.

Los dispositivos mecánicos más importantes antes de la Revolución Industrial fueron los molinos de agua y de viento. Las ruedas hidráulicas datan de la época romana y los molinos de viento, de una época algo posterior. La energía hidráulica y eólica se utilizó inicialmente para moler grano y convertirlo en harina, pero posteriormente se adaptó para accionar martillos demoledores que trituraban trapos para convertirlos en pulpa para la fabricación de papel y para triturar mineral. Justo antes de la Revolución Industrial, la energía hidráulica se aplicó a los fuelles para la fundición de hierro en Europa. (En la antigua China se utilizaban fuelles hidráulicos). La energía eólica e hidráulica también se empleaba en los aserraderos. ^{[ 38 ]} La tecnología de construcción de molinos y relojes mecánicos fue fundamental para el desarrollo de las máquinas de la Revolución Industrial. ^{[ 50 ]}

La rueca fue un invento medieval que aumentó la productividad de la fabricación de hilo en más de diez veces. Uno de los primeros avances que precedieron a la Revolución Industrial fue el telar (de alrededor de 1589). Más adelante, durante la Revolución Industrial, surgió la lanzadera volante , un dispositivo sencillo que duplicó la productividad del tejido. El hilado había sido un factor limitante en la fabricación de telas, ya que se necesitaban 10 hilanderos que usaran la rueca para abastecer a un solo tejedor. Con la máquina de hilar Jenny, un hilandero podía hilar ocho hilos a la vez. La máquina de hilar hidráulica (Ptd. 1768) adaptó la energía hidráulica al hilado, pero solo podía hilar un hilo a la vez. La máquina de hilar hidráulica era fácil de operar y se podían ubicar varias en un mismo edificio. La máquina de hilar Mule (1779) permitió hilar una gran cantidad de hilos con una sola máquina que utilizaba energía hidráulica. Un cambio en las preferencias de los consumidores por el algodón, coincidiendo con el aumento de la producción textil, dio lugar a la invención de la desmotadora de algodón (Ptd. 1794). La energía de vapor acabó utilizándose como complemento del agua durante la Revolución Industrial, y ambas se emplearon hasta la electrificación. En Ayres (1989) se puede encontrar un gráfico de la productividad de las tecnologías de hilado, junto con muchos otros datos relacionados con este artículo. ^{[ 51 ]}

Con una desmotadora de algodón (1792), en un día un hombre podía quitar las semillas de tanto algodón de tierras altas como antes le habría llevado a una mujer dos meses procesarlo a razón de una libra por día usando una desmotadora de rodillos. ^{[ 52 ] [ 53 ]}

Un ejemplo temprano de un gran aumento de productividad gracias a máquinas de propósito especial son las fábricas de bloques de Portsmouth , alrededor de 1803. Con estas máquinas, 10 hombres podían producir tantos bloques como 110 artesanos expertos. ^{[ 38 ]}

En la década de 1830, varias tecnologías confluyeron para propiciar un cambio importante en la construcción de edificios de madera. La sierra circular (1777), las máquinas de clavado (1794) y la máquina de vapor permitieron producir de manera eficiente piezas delgadas de madera, como las de 2"×4", que luego se clavaban entre sí en lo que se conoció como entramado ligero (1832). Este fue el comienzo del declive del antiguo método de construcción de entramados de madera con uniones de madera. ^{[ 54 ]}

Tras la mecanización en la industria textil, se produjo la mecanización de la industria del calzado. ^{[ 55 ]}

La máquina de coser , inventada y mejorada a principios del siglo XIX y producida en grandes cantidades hacia la década de 1870, aumentó la productividad en más del 500 %. ^{[ 56 ]} La máquina de coser fue una herramienta de productividad importante para la producción mecanizada de calzado.

Con la amplia disponibilidad de máquinas herramienta, las mejoras en las máquinas de vapor y el transporte económico que proporcionaban los ferrocarriles, la industria de la maquinaria se convirtió en el sector más grande (por beneficio añadido) de la economía estadounidense en el último cuarto del siglo XIX, lo que dio lugar a una economía industrial. ^{[ 57 ]}

La primera máquina de soplado de botellas de vidrio de éxito comercial se introdujo en 1905. ^{[ 58 ]} La máquina, operada por un equipo de dos personas que trabajaban turnos de 12 horas, podía producir 17 280 botellas en 24 horas, en comparación con las 2880 botellas que fabricaba un equipo de seis hombres y muchachos que trabajaban en un taller durante un día. El costo de fabricar botellas con la máquina era de 10 a 12 centavos por gruesa, en comparación con los 1,80 dólares por gruesa que cobraban los sopladores de vidrio manuales y sus ayudantes.

Las máquinas herramienta , que cortan, rectifican y dan forma a las piezas metálicas, fueron otra importante innovación mecánica de la Revolución Industrial. Antes de las máquinas herramienta, la fabricación de piezas de precisión, un requisito esencial para muchas máquinas y piezas intercambiables , resultaba prohibitivamente cara . Históricamente, las máquinas herramienta más importantes son el torno de roscar , la fresadora y la cepilladora (para trabajar metales) , que comenzaron a utilizarse entre 1800 y 1840. ^{[ 52 ]} Sin embargo, alrededor de 1900, la combinación de pequeños motores eléctricos, aceros especiales y nuevos materiales de corte y rectificado permitió la producción en masa de piezas de acero mediante máquinas herramienta. ^{[ 17 ]} La producción del Ford Modelo T requirió 32 000 máquinas herramienta. ^{[ 47 ]}

La manufactura moderna comenzó alrededor de 1900, cuando las máquinas, con la ayuda de energía eléctrica, hidráulica y neumática, comenzaron a reemplazar los métodos manuales en la industria. ^{[ 59 ]} Un ejemplo temprano es la máquina automática de soplado de botellas de vidrio Owens , que redujo la mano de obra en la fabricación de botellas en más del 80 %. ^{[ 60 ]}

Las grandes máquinas mineras, como las excavadoras de vapor, aparecieron a mediados del siglo XIX, pero su uso se limitaba a las vías férreas hasta la introducción generalizada de la vía continua y los neumáticos a finales del siglo XIX y principios del XX. Hasta entonces, gran parte del trabajo minero se realizaba principalmente con taladros neumáticos, martillos neumáticos, picos y palas. ^{[ 61 ]}

Las máquinas de socavación de vetas de carbón aparecieron alrededor de 1890 y se utilizaban para el 75 % de la producción de carbón en 1934. La carga de carbón todavía se realizaba manualmente con palas alrededor de 1930, pero las máquinas mecánicas de recogida y carga comenzaban a utilizarse. ^{[ 59 ]} El uso de la máquina perforadora de carbón mejoró la productividad de la minería subterránea de carbón en un factor de tres entre 1949 y 1969. ^{[ 62 ]}

Actualmente se está produciendo una transición desde métodos de minería más intensivos en mano de obra hacia una mayor mecanización e incluso minería automatizada . ^{[ 63 ]}

Antes del sistema fabril , gran parte de la producción se realizaba en el hogar, como el hilado y el tejido, y era para el consumo doméstico. ^{[ 68 ] [ 69 ]} Esto se debía en parte a la falta de infraestructuras de transporte, especialmente en Estados Unidos. ^{[ 70 ]}

La división del trabajo se practicaba en la antigüedad, pero se especializó cada vez más durante la Revolución Industrial, de modo que, en lugar de que un zapatero cortara el cuero como parte del proceso de fabricación de un zapato, un trabajador se dedicaba exclusivamente a cortar el cuero. ^{[ 21 ] [ 55 ]} En el famoso ejemplo de Adam Smith sobre una fábrica de alfileres, los trabajadores que realizaban una sola tarea eran mucho más productivos que un artesano que fabricaba un alfiler completo.

Desde antes de la Revolución Industrial y durante la misma, gran parte del trabajo se subcontrataba mediante el sistema de trabajo a domicilio (también llamado sistema doméstico), en el que el trabajo se realizaba en el hogar. Este trabajo incluía hilar, tejer, cortar cuero y, con menos frecuencia, artículos especializados como piezas de armas de fuego. Los comerciantes capitalistas o los maestros artesanos solían proporcionar los materiales y recoger las piezas, que se convertían en productos terminados en un taller central. ^{[ 47 ] [ 21 ] [ 55 ]}

Durante la Revolución Industrial, gran parte de la producción se realizaba en talleres, que generalmente se ubicaban en la parte trasera o superior del mismo edificio donde se vendían los productos terminados. Estos talleres utilizaban herramientas y, a veces, maquinaria sencilla, que solía ser accionada manualmente o por animales. El maestro artesano, el capataz o el comerciante capitalista supervisaban el trabajo y mantenían la calidad. Los talleres crecieron en tamaño, pero fueron desplazados por el sistema fabril a principios del siglo XIX. Bajo este sistema , los capitalistas contrataban a los trabajadores, proporcionaban los edificios, la maquinaria y los suministros, y gestionaban la venta de los productos terminados. ^{[ 47 ]}

Los cambios en los procesos de trabajo tradicionales, realizados tras analizar el trabajo y sistematizarlo, incrementaron considerablemente la productividad del trabajo y del capital. Esto representó la transición del sistema europeo de artesanía, donde un artesano elaboraba una pieza completa, al sistema estadounidense de fabricación, que utilizaba máquinas y herramientas especiales para producir piezas con precisión y hacerlas intercambiables . El proceso tardó décadas en perfeccionarse y tuvo un alto costo, ya que las piezas intercambiables eran más caras inicialmente. La intercambiabilidad de las piezas se lograba mediante el uso de fijaciones para sujetar y alinear con precisión las piezas que se mecanizaban, plantillas para guiar las máquinas herramienta y calibres para medir las dimensiones críticas de las piezas terminadas. ^{[ 47 ]}

Otros procesos de trabajo implicaban minimizar el número de pasos en la realización de tareas individuales, como la colocación de ladrillos, mediante la realización de estudios de tiempo y movimiento para determinar el mejor método. Este sistema se conoce como taylorismo , en honor a Frederick Winslow Taylor, el desarrollador más conocido de este método, también conocido como administración científica por su obra Los principios de la administración científica . ^{[ 71 ]}

La estandarización y la intercambiabilidad se consideran las principales razones de la excepcionalidad de EE. UU. ^{[ 72 ]} La estandarización fue parte del cambio a piezas intercambiables , pero también fue facilitada por la industria ferroviaria y los bienes producidos en masa . ^{[ 47 ] [ 73 ]} La estandarización del ancho de vía y los estándares para vagones de ferrocarril permitieron la interconexión de ferrocarriles. El tiempo ferroviario formalizó las zonas horarias. Los estándares industriales incluyeron tamaños y roscas de tornillos y, posteriormente, estándares eléctricos. Los estándares para contenedores de envío se adoptaron de manera informal a finales de la década de 1960 y se adoptaron formalmente alrededor de 1970. ^{[ 66 ]} Hoy en día existen numerosos estándares técnicos . Los estándares comerciales incluyen cosas como tamaños de camas. Los estándares arquitectónicos cubren numerosas dimensiones, incluidas escaleras, puertas, alturas de mostradores y otros diseños para hacer que los edificios sean seguros, funcionales y, en algunos casos, permitan cierto grado de intercambiabilidad.

La electrificación permitió la colocación de maquinaria, como máquinas herramienta, en una disposición sistemática a lo largo del flujo de trabajo. La electrificación fue una forma práctica de motorizar las cintas transportadoras para transferir piezas y conjuntos a los trabajadores, lo que constituyó un paso clave hacia la producción en masa y la cadena de montaje . ^{[ 20 ]}

La administración de empresas, que incluye prácticas de gestión y sistemas contables, es otra forma importante de prácticas laborales. A medida que el tamaño de las empresas creció en la segunda mitad del siglo XIX, comenzaron a organizarse por departamentos y a ser gestionadas por gerentes profesionales, en lugar de ser dirigidas por propietarios únicos o socios. ^{[ 74 ]}

La administración de empresas tal como la conocemos fue desarrollada por los ferrocarriles, que tenían que gestionar trenes, vagones, equipos, personal y mercancías en grandes territorios. ^{[ 74 ]}

La empresa moderna (EM) es la organización y gestión de empresas, especialmente las de gran tamaño. ^{[ 75 ]} Las EM emplean a profesionales que utilizan técnicas basadas en el conocimiento en áreas como ingeniería, investigación y desarrollo, tecnología de la información, administración de empresas, finanzas y contabilidad. Las EM suelen beneficiarse de las economías de escala.

“Antes de la contabilidad ferroviaria, éramos topos excavando en la oscuridad.” ^{[ 76 ]} Andrew Carnegie

La producción continua es un método mediante el cual un proceso opera sin interrupción durante largos períodos, incluso años. La producción continua se originó con los altos hornos en la antigüedad y se popularizó con los procesos mecanizados tras la invención de la máquina de papel Fourdrinier durante la Revolución Industrial, que inspiró el laminado continuo. ^{[ 77 ]} Su uso se generalizó en las industrias químicas y de refinación de petróleo a finales del siglo XIX y principios del XX. Posteriormente, se aplicó a la colada continua de flejes de acero y otros metales.

Las primeras máquinas de vapor no proporcionaban una potencia constante para muchas aplicaciones continuas, desde el hilado de algodón hasta las laminadoras, lo que limitaba su fuente de energía al agua. Los avances en máquinas de vapor, como la máquina de vapor Corliss , y el desarrollo de la teoría de control permitieron alcanzar velocidades de motor más constantes, lo que hizo que la energía de vapor fuera útil para tareas delicadas como el hilado de algodón. Los motores de corriente alterna, que funcionan a velocidad constante incluso con variaciones de carga, resultaron idóneos para este tipo de procesos.

El proceso de fabricación de hierro fundido se conocía en China antes del siglo III d. C. ^{[ 81 ]} La producción de hierro fundido llegó a Europa en el siglo XIV y a Gran Bretaña alrededor de 1500. El hierro fundido era útil para la fundición de ollas y otros utensilios, pero era demasiado quebradizo para la fabricación de la mayoría de las herramientas. Sin embargo, el hierro fundido tenía una temperatura de fusión más baja que el hierro forjado y era mucho más fácil de fabricar con tecnología primitiva. ^{[ 82 ]} El hierro forjado era el material utilizado para fabricar muchos artículos de ferretería, herramientas y otros utensilios. Antes de que el hierro fundido se fabricara en Europa, el hierro forjado se fabricaba en pequeños lotes mediante el proceso de refinación , que nunca se utilizó en China. ^{[ 81 ]} El hierro forjado podía fabricarse a partir de hierro fundido de forma más económica que mediante una refinación.

El proceso económico para fabricar hierro forjado de buena calidad era el pudelado , que se generalizó después de 1800. ^{[ 83 ]} El pudelado consistía en remover el hierro fundido hasta que pequeños grumos se descarburaran lo suficiente como para formar grumos de hierro forjado caliente que luego se retiraban y se martillaban para darles forma. El pudelado era extremadamente laborioso. Se utilizó hasta la introducción de los procesos Bessemer y de hogar abierto a mediados y finales del siglo XIX, respectivamente. ^{[ 21 ]}

El acero ampollado se fabricaba a partir de hierro forjado mediante el proceso de cementación , envolviéndolo en carbón vegetal y calentándolo durante varios días . Este acero ampollado se calentaba y martillaba con hierro forjado para obtener acero de corte, utilizado para herramientas como tijeras, cuchillos y hachas. El acero de corte presentaba una calidad irregular, por lo que se necesitaba un proceso mejor para la fabricación de muelles de reloj, un artículo de lujo muy popular en el siglo XVIII. El proceso exitoso fue el acero de crisol , que se obtenía fundiendo hierro forjado y acero ampollado en un crisol. ^{[ 21 ] [ 28 ]}

La producción de acero y otros metales se vio obstaculizada por la dificultad de alcanzar temperaturas suficientemente altas para la fusión. La comprensión de principios termodinámicos como la recuperación del calor de los gases de combustión mediante el precalentamiento del aire de combustión, conocido como aire caliente , resultó en una mayor eficiencia energética y temperaturas más elevadas. El aire de combustión precalentado se utilizó en la producción de hierro y en el horno de hogar abierto . En 1780, antes de la introducción del aire caliente en 1829, se requería siete veces más coque que el peso del arrabio producido. ^{[ 84 ]} El quintal de coque por tonelada corta de arrabio era de 35 en 1900, disminuyendo a 13 en 1950. Para 1970, los altos hornos más eficientes utilizaban 10 quintales de coque por tonelada corta de arrabio. ^{[ 27 ]}

El acero tiene una resistencia mucho mayor que el hierro forjado y permitió la construcción de puentes de gran envergadura, edificios de gran altura, automóviles y otros elementos. El acero también se utilizó para fabricar elementos de fijación roscados (tornillos, tuercas, pernos), clavos, alambre y otros artículos de ferretería de calidad superior. Los rieles de acero duraban más de 10 veces más que los de hierro forjado . ^{[ 85 ]}

Los procesos Bessemer y de horno de hogar abierto eran mucho más eficientes que el proceso de pudelación, ya que utilizaban el carbono del arrabio como fuente de calor. Los procesos Bessemer (patentado en 1855) y Siemens-Martin (hacia 1865) redujeron considerablemente el coste del acero . A finales del siglo XIX, el proceso básico de Gilchirst-Thomas había reducido los costes de producción en un 90 % en comparación con el proceso de pudelación de mediados de siglo.

Hoy en día, existe una variedad de aceros aleados con propiedades superiores para aplicaciones especiales como automóviles, tuberías y brocas. Los aceros de alta velocidad o aceros para herramientas, cuyo desarrollo comenzó a finales del siglo XIX, permitieron que las máquinas herramienta cortaran acero a velocidades mucho mayores. ^{[ 86 ]} El acero de alta velocidad e incluso materiales más duros fueron un componente esencial de la producción en masa de automóviles. ^{[ 87 ]}

Algunos de los materiales especiales más importantes son las palas de las turbinas de vapor y de gas , que deben soportar esfuerzos mecánicos extremos y altas temperaturas. ^{[ 28 ]}

El tamaño de los altos hornos aumentó enormemente durante el siglo XX, gracias a innovaciones como la recuperación adicional de calor y el carbón pulverizado, que sustituyeron al coque y aumentaron la eficiencia energética. ^{[ 88 ]}

El acero Bessemer se volvía quebradizo con el tiempo debido a la introducción de nitrógeno al inyectar aire. ^{[ 89 ]} El proceso Bessemer también estaba restringido a ciertos minerales (hematita con bajo contenido de fosfato). A finales del siglo XIX, el proceso Bessemer fue reemplazado por el horno de hogar abierto (OHF). Después de la Segunda Guerra Mundial, el OHF fue reemplazado por el horno de oxígeno básico (BOF), que utilizaba oxígeno en lugar de aire y requería entre 35 y 40 minutos para producir un lote de acero, en comparación con las 8 a 9 horas del OHF. El BOF también era más eficiente energéticamente. ^{[ 88 ]}

Para 1913, el 80% del acero se fabricaba a partir de arrabio fundido directamente del alto horno, eliminando el paso de fundir los "pigs" (lingotes) y volver a fundirlos. ^{[ 59 ]}

El laminador continuo de banda ancha, desarrollado por ARMCO en 1928, fue el desarrollo más importante en la industria siderúrgica durante el período de entreguerras. ^{[ 90 ]} El laminado continuo de banda ancha comenzaba con un lingote grueso y tosco. Producía una lámina más lisa con un espesor más uniforme, que era mejor para el estampado y proporcionaba una superficie pintada de buena calidad. Era bueno para el acero de carrocerías de automóviles y electrodomésticos. Utilizaba solo una fracción de la mano de obra del proceso discontinuo y era más seguro porque no requería manipulación continua. El laminado continuo fue posible gracias a un control de velocidad de sección mejorado .

Después de 1950, la colada continua contribuyó a la productividad de la transformación del acero en perfiles estructurales al eliminar el paso intermitente de fabricar planchas, palanquillas (de sección cuadrada) o lingotes (rectangulares) que luego generalmente debían recalentarse antes de laminarlos. ^{[ 24 ]} La colada de planchones delgados, introducida en 1989, redujo la mano de obra a menos de una hora por tonelada. La colada continua de planchones delgados y el BOF fueron los dos avances de productividad más importantes en la producción de acero del siglo XX. ^{[ 91 ]}

Como resultado de estas innovaciones, entre 1920 y 2000 los requisitos de mano de obra en la industria siderúrgica disminuyeron en un factor de 1000, de más de 3 horas de trabajo por tonelada a tan solo 0,003. ^{[ 24 ]}

Los compuestos de sodio, como el carbonato, el bicarbonato y el hidróxido, son productos químicos industriales importantes que se utilizan en la fabricación de productos esenciales como el vidrio y el jabón. Hasta la invención del proceso Leblanc en 1791, el carbonato de sodio se obtenía, a un alto costo, a partir de las cenizas de algas marinas y de la planta barilla . El proceso Leblanc fue reemplazado por el proceso Solvay a partir de la década de 1860. Con la amplia disponibilidad de electricidad a bajo costo, se produce mucho sodio junto con cloro mediante procesos electroquímicos. ^{[ 21 ]}

El cemento es el aglutinante del hormigón , uno de los materiales de construcción más utilizados en la actualidad debido a su bajo costo, versatilidad y durabilidad. El cemento Portland , inventado entre 1824 y 1825, se obtiene mediante la calcinación de piedra caliza y otros minerales naturales en un horno . ^{[ 92 ]} Un gran avance fue el perfeccionamiento de los hornos rotatorios de cemento en la década de 1890, método que aún se utiliza hoy en día. ^{[ 93 ]} El hormigón armado, apto para estructuras, comenzó a utilizarse a principios del siglo XX. ^{[ 94 ]}

El papel se fabricaba hoja por hoja a mano hasta el desarrollo de la máquina de papel Fourdrinier (c. 1801), que producía una hoja continua. La fabricación de papel se vio gravemente limitada por el suministro de trapos de algodón y lino desde la invención de la imprenta hasta el desarrollo de la pulpa de madera (c. 1850) en respuesta a la escasez de trapos. ^{[ 4 ]} El proceso de sulfito para la fabricación de pulpa de madera comenzó a funcionar en Suecia en 1874. El papel fabricado con pulpa de sulfito tenía propiedades de resistencia superiores a las de la pulpa de madera molida utilizada anteriormente (c. 1840). ^{[ 95 ]} El proceso de pulpado kraft (que significa " fuerte" en sueco ) se comercializó en la década de 1930. Los productos químicos de pulpado se recuperan y se reciclan internamente en el proceso kraft, lo que también ahorra energía y reduce la contaminación. ^{[ 95 ] [ 96 ]} El cartón kraft es el material con el que se fabrican las capas exteriores de las cajas de cartón corrugado. Hasta que estuvieron disponibles las cajas de cartón corrugado Kraft, el embalaje consistía en cajas de papel y cartón de baja calidad, junto con cajas y cajones de madera. Las cajas de cartón corrugado requieren mucha menos mano de obra para su fabricación que las cajas de madera y ofrecen una buena protección a su contenido. ^{[ 95 ]} Los contenedores de envío reducen la necesidad de embalaje. ^{[ 66 ]}

El caucho vulcanizado hizo posible el neumático, lo que a su vez permitió el desarrollo de los vehículos de carretera y todoterreno tal como los conocemos. El caucho sintético cobró importancia durante la Segunda Guerra Mundial, cuando se interrumpió el suministro de caucho natural.

El caucho inspiró una clase de productos químicos conocidos como elastómeros , algunos de los cuales se utilizan solos o en mezclas con caucho y otros compuestos para sellos y juntas, parachoques amortiguadores y una variedad de otras aplicaciones.

Los plásticos se pueden utilizar a bajo costo para fabricar artículos de uso diario y han reducido significativamente el costo de una variedad de productos, incluidos envases, contenedores, piezas y tuberías domésticas.

La fibra óptica comenzó a reemplazar el cable de cobre en la red telefónica durante la década de 1980. Las fibras ópticas tienen un diámetro muy pequeño, lo que permite agruparlas en un cable o conducto. Además, la fibra óptica es un medio de transmisión de señales energéticamente eficiente.

La exploración sísmica , iniciada en la década de 1920, utiliza ondas sonoras reflejadas para cartografiar la geología del subsuelo y así localizar posibles yacimientos de petróleo. Esto supuso una gran mejora respecto a los métodos anteriores, que dependían principalmente de la suerte y de un buen conocimiento de la geología, aunque la suerte siguió siendo importante en varios descubrimientos importantes. La perforación rotatoria era una forma más rápida y eficiente de perforar pozos de petróleo y agua. Se popularizó tras su uso en el descubrimiento inicial del yacimiento del este de Texas en 1930.

Se desarrollaron numerosos materiales duros nuevos para filos de corte, como en el mecanizado. El acero Mushet , desarrollado en 1868, fue precursor del acero de alta velocidad , desarrollado por un equipo liderado por Fredrick Winslow Taylor en Bethlehem Steel Company alrededor de 1900. ^{[ 71 ]} El acero de alta velocidad conservaba su dureza incluso al rojo vivo. Posteriormente surgieron varias aleaciones modernas.

De 1935 a 1955, las velocidades de corte de mecanizado aumentaron de 120 a 200  pies/min a 1000  pies/min debido a los filos de corte más duros, lo que provocó que los costos de mecanizado cayeran en un 75%. ^{[ 97 ]}

Uno de los nuevos materiales duros más importantes para el corte es el carburo de tungsteno .

La desmaterialización es la reducción del uso de materiales en la fabricación, la construcción, el embalaje u otros usos. En Estados Unidos, la cantidad de materias primas por unidad de producción ha disminuido aproximadamente un 60 % desde 1900. En Japón, la reducción ha sido del 40 % desde 1973. ^{[ 98 ]}

La desmaterialización es posible gracias a la sustitución por mejores materiales y a la ingeniería para reducir el peso manteniendo la función. Ejemplos modernos son los envases de plástico para bebidas que reemplazan al vidrio y al cartón, el plástico retráctil utilizado en el envío y los materiales de embalaje de plástico ligeros. La desmaterialización se ha estado produciendo en la industria siderúrgica estadounidense, donde el pico de consumo se produjo en 1973, tanto en términos absolutos como per cápita. ^{[ 88 ]} Al mismo tiempo, el consumo de acero per cápita creció a nivel mundial mediante la subcontratación de la fabricación a países en desarrollo. ^{[ 99 ]} El PIB mundial acumulado o la riqueza ha crecido en proporción directa al consumo de energía desde 1970, mientras que la paradoja de Jevons postula que la mejora de la eficiencia conduce a un mayor consumo de energía. ^{[ 100 ] [ 101 ]} El acceso a la energía a nivel mundial limita la desmaterialización. ^{[ 102 ]}

El telégrafo apareció a principios de la era del ferrocarril y los ferrocarriles solían instalar líneas telegráficas a lo largo de sus rutas para comunicarse con los trenes. ^{[ 103 ]}

Los teletipos aparecieron en 1910 ^{[ 104 ]} y habían reemplazado entre el 80 y el 90% de los operadores de código Morse para 1929. Se estima que un teletipista reemplazó a 15 operadores de código Morse. ^{[ 59 ]}

El uso inicial del teléfono se centró principalmente en los negocios. El costo mensual del servicio representaba aproximadamente un tercio del salario promedio de un trabajador. ^{[ 24 ]} El teléfono, junto con los camiones y las nuevas redes de carreteras, permitió a las empresas reducir drásticamente sus inventarios durante la década de 1920. ^{[ 51 ]}

Las llamadas telefónicas eran atendidas por operadores que utilizaban centrales telefónicas hasta que se introdujo la centralita automática en 1892. En 1929, el 31,9% del sistema Bell era automático. ^{[ 59 ]}

La conmutación telefónica automática originalmente utilizaba interruptores electromecánicos controlados por dispositivos de tubos de vacío, que consumían una gran cantidad de electricidad. El volumen de llamadas creció tan rápidamente que se temió que el sistema telefónico consumiera toda la producción de electricidad, lo que impulsó a Bell Labs a comenzar la investigación sobre el transistor . ^{[ 105 ]}

Tras la Segunda Guerra Mundial, la transmisión por microondas comenzó a utilizarse para la telefonía de larga distancia y para la transmisión de programas de televisión a las emisoras locales para su retransmisión.

La difusión de la telefonía a los hogares alcanzó su madurez con la llegada de las comunicaciones por fibra óptica a finales de la década de 1970. La fibra óptica aumentó considerablemente la capacidad de transmisión de información respecto a los cables de cobre anteriores y redujo aún más el coste de las comunicaciones de larga distancia. ^{[ 106 ]}

Los satélites de comunicaciones comenzaron a utilizarse en la década de 1960 y hoy en día transportan una variedad de información, incluidos datos de transacciones con tarjetas de crédito, radio, televisión y llamadas telefónicas. ^{[ 103 ]} El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) funciona con señales de satélites.

Las máquinas de fax (abreviatura de facsímil) de diversos tipos existían desde principios del siglo XX, pero su uso se generalizó a partir de mediados de la década de 1970.

El procesamiento eléctrico de datos en sus inicios se realizaba mediante tarjetas perforadas que pasaban por máquinas tabuladoras . Los orificios de las tarjetas permitían el contacto eléctrico para incrementar contadores electrónicos. Las máquinas tabuladoras pertenecían a la categoría de equipos de registro unitario , mediante los cuales el flujo de tarjetas perforadas se organizaba en una secuencia programada para permitir un procesamiento de datos sofisticado. Los equipos de registro unitario se utilizaban ampliamente antes de la introducción de las computadoras.

La utilidad de las máquinas tabuladoras quedó demostrada al compilar el censo estadounidense de 1890, lo que permitió procesarlo en menos de un año y con un gran ahorro de mano de obra en comparación con los 13 años estimados por el método manual anterior. ^{[ 113 ]}

Las primeras computadoras digitales eran más productivas que las máquinas tabuladoras, pero no por mucho. Las primeras computadoras utilizaban miles de tubos de vacío (válvulas termoiónicas) que consumían mucha electricidad y requerían reemplazo constante. En la década de 1950, los tubos de vacío fueron reemplazados por transistores , que eran mucho más confiables y consumían relativamente poca electricidad. En la década de 1960, se podían fabricar miles de transistores y otros componentes electrónicos en una oblea de silicio semiconductora como circuitos integrados , que se utilizan universalmente en las computadoras actuales.

Hasta la década de 1980, los ordenadores utilizaban cintas de papel y tarjetas perforadas para la entrada de datos y la programación, cuando todavía era común recibir las facturas mensuales de servicios públicos impresas en una tarjeta perforada que se devolvía junto con el pago del cliente.

En 1973, IBM introdujo terminales de punto de venta (TPV) en los que las cajas registradoras electrónicas estaban conectadas en red al ordenador central de la tienda. En la década de 1980 se añadieron lectores de códigos de barras . Estas tecnologías automatizaron la gestión de inventario. Wal-Mart fue uno de los primeros en adoptar los TPV. La Oficina de Estadísticas Laborales estimó que los escáneres de códigos de barras en las cajas aumentaron la velocidad de cobro en un 30 % y redujeron los requisitos laborales de cajeros y empaquetadores entre un 10 % y un 15 %. ^{[ 114 ]}

El almacenamiento de datos se organizó mejor tras el desarrollo del software de bases de datos relacionales , que permitió almacenar los datos en diferentes tablas. Por ejemplo, una aerolínea hipotética podría tener numerosas tablas como: aviones, empleados, contratistas de mantenimiento, proveedores de catering, vuelos, aeropuertos, pagos, billetes, etc., cada una con un conjunto más reducido de información específica que la que contendría un archivo plano, como una hoja de cálculo. Estas tablas están relacionadas por campos de datos comunes llamados claves , creando lo que se conoce como modelo relacional . Los datos se pueden recuperar en diversas configuraciones específicas mediante una consulta , sin necesidad de acceder a toda la tabla. Esto, por ejemplo, facilita encontrar la asignación de asiento de un pasajero por diversos medios, como el número de billete o el nombre, y proporciona únicamente la información consultada . SQL es un lenguaje de consulta estándar consolidado.

Desde mediados de la década de 1990, las páginas web interactivas han permitido a los usuarios acceder a diversos servidores a través de Internet para realizar transacciones de comercio electrónico, como compras en línea , pago de facturas, compraventa de acciones, gestión de cuentas bancarias y renovación de matrículas de vehículos. Esta es la forma definitiva de automatización de la gestión administrativa, ya que la información de las transacciones se transfiere directamente a la base de datos.

Las computadoras también aumentaron enormemente la productividad del sector de las comunicaciones, especialmente en áreas como la eliminación de operadores telefónicos. En ingeniería, las computadoras reemplazaron el dibujo manual con CAD , con un aumento promedio del 500 % en la producción de un dibujante. ^{[ 17 ]} Se desarrolló software para cálculos utilizados en el diseño de circuitos electrónicos, análisis de esfuerzos, balances de calor y materiales. Se ha desarrollado software de simulación de procesos tanto para simulación en estado estacionario como dinámica, esta última capaz de brindar al usuario una experiencia muy similar a la operación de un proceso real como una refinería o una fábrica de papel, lo que permite al usuario optimizar el proceso o experimentar con modificaciones del proceso.

Los cajeros automáticos (ATM) se popularizaron en las últimas décadas y las cajas de autopago en los comercios aparecieron en la década de 1990.

El sistema de reservas aéreas y la banca son áreas donde los ordenadores son prácticamente esenciales. Los sistemas militares modernos también dependen de ellos.

En 1959, la refinería de Port Arthur de Texaco se convirtió en la primera planta química en utilizar el control digital de procesos. ^{[ 114 ]}

Los ordenadores no revolucionaron la fabricación porque la automatización, en forma de sistemas de control , ya existía desde hacía décadas, aunque sí permitieron un control más sofisticado, lo que condujo a una mejor calidad del producto y a la optimización de los procesos.