2.

Discipline ingegneristiche

In questa voce si passano in rassegna le principali discipline ingegneristiche.

1.

Ingegneria aeronautica e aerospaziale

L'ingegneria aeronautica si occupa della progettazione, fabbricazione, manutenzione, nonché del collaudo e dell'uso di aeromobili, sia a scopo civile che militare. Si avvale dei princìpi dell'aerodinamica e della conoscenza delle tecniche di progettazione di motori aeronautici, sistemi di navigazione aerea e comunicazione.

L'ingegneria aerospaziale riguarda invece il volo dei veicoli nello spazio, ovvero oltre l'atmosfera terrestre, e comprende lo studio e la realizzazione di motori a razzo, satelliti artificiali e veicoli spaziali per l'esplorazione dello spazio interplanetario.

2.

Ingegneria chimica

L'ingegneria chimica si occupa di progettazione, costruzione e gestione di stabilimenti industriali i cui processi di produzione siano basati prevalentemente su reazioni chimiche.

Data la grande varietà dei procedimenti e dei materiali coinvolti, i problemi di ingegneria chimica vengono generalmente suddivisi in base al tipo di trattamento principale, quali possono essere, ad esempio, la macinazione o la polverizzazione delle sostanze solide. È compito dell'ingegnere chimico individuare e specificare il progetto che soddisferà meglio le particolari esigenze della produzione, nonché le attrezzature più appropriate. Con il progresso tecnologico, aumenta il numero dei processi utilizzati nel settore, ma restano della massima importanza la distillazione, la cristallizazione, la filtrazione e l'estrazione con solvente.

3.

Ingegneria civile

L'ingegneria civile è forse la più vasta delle discipline ingegneristiche. Si occupa della creazione, dell'incremento e della protezione degli spazi pubblici, e della progettazione di infrastrutture per gli insediamenti urbani, l'industria e i trasporti, quali sono edifici, strade, ponti, canali, linee ferroviarie, aeroporti, sistemi di approvvigionamento idrico, dighe, porti, banchine, acquedotti, gallerie. L'ingegnere civile deve possedere una conoscenza approfondita di tutti i tipi di rilevamento topografico, delle proprietà e delle caratteristiche meccaniche dei materiali da costruzione, della meccanica delle strutture e dei terreni, nonché dell'idraulica e della meccanica dei fluidi. L'ingegneria civile si suddivide in vari rami, di cui i principali sono l'ingegneria delle costruzioni, l'ingegneria dei trasporti, l'ingegneria idraulica e l'ingegneria navale.

4.

Ingegneria elettrotecnica ed elettronica

Questo ramo dell'ingegneria è il più vasto e diversificato, poiché si occupa dello sviluppo, della progettazione, della produzione e dell'applicazione di sistemi e dispositivi che utilizzano energia elettrica. Fra questi i più importanti sono macchine e apparecchi elettrici, circuiti elettronici, sistemi di controllo, computer, dispositivi a superconduttore o a stato solido, sistemi diagnostici per la medicina, sistemi di robotica, tecniche laser e radar e sistemi a fibre ottiche. I campi di applicazione dell'ingegneria elettrotecnica ed elettronica possono essere raggruppati in quattro rami principali: elettrotecnica e macchine elettriche; elettronica; sistemi di comunicazione e sistemi di controllo; informatica.

4.1.

Energia elettrica e macchine elettriche

L'ingegneria elettrotecnica si occupa della progettazione e del funzionamento di impianti per produrre, trasmettere e distribuire energia elettrica. A partire dalla fine degli anni Settanta, in quest'ambito sono stati realizzati importanti progressi: oggi si è in grado di trasmettere energia elettrica ad altissima tensione sia in corrente continua (DC) sia in alternata (AC), limitando notevolmente le perdite di energia. Un altro progresso decisivo è rappresentato dalla possibilità di controllare in tempo reale la produzione, la trasmissione e la distribuzione di energia elettrica, utilizzando sistemi computerizzati per analizzare i dati di ritorno, inviati dalla rete elettrica alla centrale, in modo da ottimizzare l'efficienza del sistema durante il funzionamento.

4.2.

Elettronica

L'ingegneria elettronica si occupa della ricerca, della progettazione, dell'integrazione e dell'applicazione di circuiti e dispositivi per la trasmissione e l'elaborazione dell'informazione. Grazie all'elettronica il volume di informazioni che oggi vengono generate, trasmesse e memorizzate non ha precedenti nella storia dell'umanità, e tutto suggerisce che l'impressionante espansione di questo settore continuerà nei prossimi anni allo stesso ritmo. Gli ingegneri elettronici progettano circuiti destinati a eseguire determinate funzioni, come l'amplificazione dei segnali elettronici o la modulazione e la demodulazione di segnali radio. Prima degli anni Sessanta, i circuiti consistevano in componenti elettronici distinti (resistori, condensatori, potenziometri, spire, valvole termoioniche ecc.) assemblati su un telaio e collegati da fili. Con la rivoluzione elettronica degli anni Settanta e Ottanta si sono imposti i microcircuiti integrati su piastrina (chip) di silicio o di altro materiale semiconduttore. I complessi procedimenti di fabbricazione di queste piastrine richiedono l'impiego di avanzate tecnologie, come la litografia a fascio elettronico. Attualmente l'attività di ricerca è indirizzata verso la realizzazione di piastrine di dimensione sempre minore, di componenti sempre più rapidi e di circuiti integrati tridimensionali.

4.3.

Sistemi di comunicazioni e sistemi di controllo

L'ingegneria dei sistemi di comunicazione si occupa di tutti i mezzi di comunicazione a segnali elettrici: un esempio tipico è quello della progettazione di un impianto telefonico, nel quale, partendo dal significato fondamentale della comunicazione, si arriva alla realizzazione di un sistema di trasmissione e ricezione delle informazioni. Nella progettazione dei sistemi di comunicazione, gli ingegneri si servono di vari strumenti della matematica avanzata, quali l'analisi di Fourier, l'algebra lineare e la teoria delle matrici, le variabili complesse, le equazioni differenziali e la teoria della probabilità.

I sistemi di controllo di cui si occupa l'ingegneria possono essere relativamente semplici, come quelli che azionano un ascensore, ma anche estremamente sofisticati, come quelli che consentono il viaggio di un veicolo spaziale. Sistemi di controllo automatico sono ampiamente utilizzati su navi e aerei, nei sistemi d'arma (ad esempio, per la ricerca del bersaglio e per il controllo del tiro), nelle reti di trasmissione e distribuzione dell'energia, negli impianti di produzione automatizzati e in robotica. Importanti traguardi nel campo dei sistemi di comunicazione e in quello dei sistemi di controllo sono stati la sostituzione dei sistemi analogici con quelli digitali, meno soggetti ai disturbi elettrici, e lo sviluppo delle fibre ottiche, che offrono il vantaggio di essere estremamente leggere, poco costose e possono trasmettere una grande quantità di informazioni.

4.4.

Informatica

Quasi del tutto sconosciuta ancora pochi decenni or sono, l'ingegneria informatica è attualmente una disciplina in rapida espansione, che si occupa della progettazione e della realizzazione dei dispositivi di memoria e delle unità di elaborazione centrali e periferiche. Attualmente, i principali ambiti di ricerca del settore sono rappresentati dalla progettazione di circuiti integrati a VLSI (acronimo dell'inglese Very Large Scale Integration, ossia a grandissima scala di integrazione) e di nuove architetture per computer. Informatica e ingegneria informatica sono due discipline molto affini, tuttavia il compito di rendere i computer più 'intelligenti', creando sofisticati programmi o sviluppando linguaggi macchina di livello più elevato, viene considerato di competenza dell'informatica. Una delle tendenze più attuali dell'ingegneria informatica invece è la microminiaturizzazione (vedi Nanotecnologia). Usando le tecniche di VLSI, gli ingegneri continuano a lavorare per comprimere quantità sempre più grandi di elementi di circuito su chip di dimensioni sempre più ridotte: per definizione, un microprocessore a VLSI contiene oltre 5000 (e fino a 300.000) transistor per centimetro quadrato. Un'altra tendenza attuale è l'incremento della velocità di calcolo dei computer mediante l'impiego di processori in parallelo e di materiali superconduttori.

5.

Ingegneria mineraria

L'ingegneria mineraria comprende le attività relative alla scoperta e all'esplorazione di giacimenti di minerali, il finanziamento, la costruzione, lo sviluppo e la gestione delle miniere, nonché l'estrazione, la lavorazione, la depurazione e la commercializzazione di minerali grezzi e prodotti minerali (vedi Industria mineraria). Si avvale delle conoscenze di geologia, mineralogia, paleontologia, geofisica e sismologia.

6.

Ingegneria meccanica

Gli ingegneri meccanici progettano, sperimentano, costruiscono e azionano macchine di ogni tipo; lavorano inoltre su un grande numero di prodotti industriali e su molti tipi di strutture. L'ingegneria meccanica si avvale pertanto dei principi della meccanica, dell'idraulica, della termodinamica, nonché di studi di metallurgia e delle tecniche di progettazione di macchine. Alcuni ingegneri meccanici si specializzano in particolari tipi di macchine, ad esempio le pompe o le turbine a vapore. L'ingegnere non si limita a progettare le macchine necessarie per fabbricare determinati prodotti, ma studia anche i prodotti stessi, in base a criteri sia di economia sia di efficienza. Un tipico esempio della complessità della moderna ingegneria meccanica è la progettazione di un'automobile: occorre infatti progettare non solo il motore, ma anche tutti gli altri componenti del veicolo, come lo sterzo, il sistema frenante, le luci esterne e interne, gli organi di trasmissione e la carrozzeria, compresi particolari come le serrature delle portiere e l'imbottitura dei sedili.

7.

Ingegneria navale

L'ingegneria navale si occupa del progetto e della costruzione di navi e imbarcazioni. All'ingegnere navale spetta il compito di progettare e mettere a punto i sistemi meccanici ed elettrici di propulsione, in relazione alle caratteristiche richieste e agli impieghi cui l'imbarcazione o la nave è adibita.

8.

Ingegneria nucleare

L'ingegneria nucleare si occupa della progettazione e della costruzione di reattori nucleari e delle possibilità di sfruttare reazioni nucleari controllate per applicazioni pratiche, ad esempio per la produzione di corrente elettrica oppure per i sistemi di propulsione. Oltre che del progetto di un reattore nucleare, l'ingegnere nucleare si occupa dello sviluppo di materiali speciali, in grado di tollerare le condizioni estreme che si verificano all'interno dei reattori, ovvero le elevate temperature e gli intensi bombardamenti di particelle nucleari. È inoltre compito dell'ingegnere nucleare lo sviluppo di metodi che garantiscano un'adeguata protezione dalle radiazioni nocive e di tecniche per l'immagazzinamento dei materiali radioattivi e per lo smaltimento delle scorie.

9.

Antinfortunistica

Alcuni ingegneri si specializzano nella prevenzione degli incidenti sul lavoro, ovvero nella messa a punto di tecniche e procedure per tutelare i lavoratori che svolgono mansioni pericolose. Essi collaborano alla progettazione di macchinari e strutture, ponendo attenzione alla riduzione massima della probabilità che si verifichino incidenti. Nel progettare una macchina, il tecnico della sicurezza si preoccuperà, ad esempio, di eliminare ogni possibilità di un contatto accidentale delle parti mobili con l'operatore e di installare interruttori di arresto automatico in caso di incidente. Nella progettazione di strade, invece, si pone particolare attenzione alle condizioni di viabilità, in modo da evitare i pericoli quali le curve brusche e gli incroci ciechi, spesso causa di incidenti.

10.

Ingegneria sanitaria

Questo ramo dell'ingegneria civile si occupa principalmente degli impianti idraulici di fornitura dell'acqua potabile ed eventualmente di quelli di depurazione; sono di pertinenza dell'ingegneria sanitaria anche lo studio di strutture destinate allo smaltimento dei rifiuti e al recupero delle loro parti riciclabili, i sistemi di controllo dell'inquinamento dell'aria, delle acque e del suolo, l'igiene industriale, compreso il controllo della luminosità, dei rumori, delle vibrazioni e dei materiali tossici utilizzati nei luoghi di lavoro. In generale è oggetto dell'ingegneria sanitaria tutto ciò che riguarda il controllo dei fattori ambientali che incidono sulla salute delle persone. I metodi usati per la fornitura di acqua potabile e per il trattamento dei liquami e di altri rifiuti sono illustrati alle voci relative.