PROPUESTA DIDÁCTICA
ES O
4TECNOLOGÍA
M. P. Blázquez, I. Hoyos, J. Santos, J. L. López
PRESENTACIÓN
LAS CLAVES DEL PROYECTO
MATERIAL PARA EL ALUMNADO
MATERIAL PARA EL PROFESORADO
PROYECTO DIGITAL
UNIDADES
1. DISEÑO DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS
2. FABRICACIÓN DE PRODUCTOS TECNOLÓGICOS 33
3. ELECTRÓNICA ANALÓGICA
4. ELECTRÓNICA DIGITAL
Fabricación de productos tecnológicos 2
Situación de aprendizaje
Motivación
APERTURA DE LA UNIDAD
Activación
Exploración
Estructuración
En esta situación de aprendizaje, continuaremos con la fabricación de nuestro robot seguidor de la luz. En la anterior unidad, se definieron las claves para diseñar el aspecto y las medidas de este vehículo, atendiendo especialmente a la forma en que resuelve el problema planteado. En este momento, nos centraremos en los materiales y procesos de fabricación que exige, atendiendo a diferentes criterios de selección y estudiando las ventajas e inconvenientes de cada opción.
Para profundizar en este objetivo, se plantea una situación de aprendizaje en la que el alumnado debe analizar las opciones con las que cuenta, argumentar qué criterios utiliza para priorizar unas frente a otras y, finalmente, procederá a fabricar el chasis del robot.
Aplicación
SECCIONES ESPECIALES
Conclusión
DESARROLLO DE LA UNIDAD
Evaluación
CIERRE DE LA UNIDAD
MATERIAL DEL PROFESORADO
En primer lugar, se tendrá que elegir qué materiales y componentes se van a emplear. Por un lado, se tiene que conseguir un dispositivo con apariencia sólida. Por otro, tiene que ser un sistema funcional, es decir, que cumpla su propósito. Finalmente, hay que tratar de alojar de forma óptima todos sus componentes mecánicos y electrónicos, tratando de buscar la armonía en el ensamble de los componentes.
El resultado final será una estructura sobre la que situar, en la siguiente unidad, el circuito eléctrico, los motores y la alimentación.
La metodología será siempre participativa y cooperativa, incorporando el entorno digital como medio de refuerzo, información y comunicación de todo el proceso.
Esta situación de aprendizaje, además, pretende favorecer la reflexión sobre la imposibilidad de consumir materias primas de manera indefinida, así como sobre la importancia de hacer un uso eficiente, sostenible y responsable tanto de ellas como de sus técnicas de fabricación.
Este hecho hace que sea un buen momento para centrar la atención en las competencias y en los saberes asociados a la fabricación creativa y sostenible de productos tecnológicos. Esta conexión permitirá interrelacionar los elementos del currículo con actividades, tareas competenciales y con la construcción del chasis de un vehículo robótico.
Podemos relacionar la situación de aprendizaje con el Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) 9, Industria, innovación e infraestructura, ya que, a través de las actividades, consejos y estrategias que se proponen en la secuencia didáctica de la unidad, se contribuye a promover el uso sostenible y responsable de los procesos industriales y los recursos.
En cada apartado, la sección «En situación» presenta un texto breve y motivador que permite al alumnado conectar directamente el contenido del apartado con el contexto inicial y el producto final propuesto, facilitando el seguimiento del hilo conductor de la situación de aprendizaje.
1 La tecnología y los procesos
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
Los contenidos de este epígrafe se presentan en el contexto de la terna ciencia, técnica y tecnología. Si bien tienen una relación mutua íntima, se destaca la complementariedad entre los conceptos, de forma que se abarca el desarrollo de los conocimientos teóricos, los procedimientos para establecer una vía de practicidad y el empleo de estos conocimientos y procedimientos para la resolución de problemas que la sociedad pueda encontrar o plantearse como horizontes de progreso.
A través de estas explicaciones, se puede dar por entendido el papel de la tecnología en la sociedad como generador de objetos y sistemas, tanto nuevos como actualizados a partir de otros existentes previamente. Esta actualización proporciona una evolución en los sistemas que se determina a través del concepto de ciclo de vida, sobre el que hay que hacer hincapié. Junto con este concepto se analizan diversos factores que proporcionan la actualización de los sistemas y objetos tecnológicos.
Tras estos planteamientos propios de la base teórica, se exponen conceptos que inciden en cómo el mundo industrial ha afrontado la fabricación de objetos y la organización de la producción, presentándose conceptos como la normalización industrial y el control de calidad. Si miramos la parte de atrás de un iPhone, podemos leer: «Designed by Apple in California, Assembled in China».
En un mundo globalizado, donde la producción de objetos y elementos está distribuida, sería casi imposible la integración de esos elementos o su utilización en mercados diferentes del original, si no existiesen ciertas reglas comunes a todos ellos que aseguren su compatibilidad. Así nacen las normas, vigentes para prácticamente todo el universo industrial, y las organizaciones de normalización y control, encargadas de la creación de estas normas y de la realización de los controles de calidad necesarios del producto final.
De este modo, pantallas, procesadores, carcasas o baterías fabricados en China pueden integrarse en un aparato mundialmente utilizado con idénticas características.
Actividad competencial: Cambios en un objeto tecnológico
Con esta actividad competencial se aborda la competencia específica 6, analizar procesos tecnológicos, teniendo en cuenta su impacto en la sociedad y el entorno, aplicando criterios de sostenibilidad y accesibilidad para hacer un uso ético y ecosocialmente responsable de la tecnología. Esta actividad de investigación permitirá al alumnado ahondar en las diferentes formas que han tomado objetos cotidianos a lo largo de la historia. Algunos ejemplos pueden ser:
• Los medios de escritura: pluma de ave, pluma estilográfica o bolígrafo.
• Vehículos de transporte: carros tirados por animales, vehículos con motor a explosión, vehículos eléctricos, etc.
• Utensilios para beber hechos inicialmente de madera, de barro o de vidrio y actualmente de plástico.
Como estos, se pueden enumerar muchos más ejemplos.
SOLUCIONES
1 Línea de tiempo. Esta actividad tiene por objeto que el alumnado individualmente o en grupo recupere información cronológica sobre la evolución de un determinado objeto o sistema de entre los propuestos. El docente puede sugerir sitios donde buscar o evaluar si la información obtenida es correcta.
2 La aguja de coser tiene su origen en la época prehistórica, cuando se empleaban trozos finos de hueso y espinas de pescado para atravesar pieles y unirlas entre sí mediante agujeros. Con posterioridad, el descubrimiento de materiales metálicos, como el hierro o el bronce, permitió elaborar agujas más resistentes; y ya en épocas recientes, con el desarrollo de la industria, se crearon máquinas que fabricaban las agujas con una amplia gama de tamaños y formas. Algunos de los problemas que resolvió su invención fueron la unión de materiales, la creación de prendas y, en general, el desarrollo de la moda y, como consecuencia, de la sociedad. Los conocimientos necesarios para llevar a cabo esta progresiva invención fueron la observación de la naturaleza, el uso y dominio del fuego, el conocimiento de los materiales y, en todo momento, el desarrollo de habilidades manuales para crear el objeto.
3 La invención de la imprenta de tipos móviles por Johannes Gutenberg, a mediados del siglo xv, fue un hito que transformó de forma significativa la sociedad y la cultura, ya que resolvió varios problemas de aquella época. El primero fue la producción masiva de textos, ya que hasta entonces solo se creaban copias de libros a mano. Además, dio lugar a la difusión del conocimiento, haciendo más barata la adquisición de libros y, por tanto, más accesible a las clases
sociales que no pertenecían a la élite. Con posterioridad se ha observado que las consecuencias de la invención de la imprenta han traído consigo el acercamiento entre culturas.
Los conocimientos teóricos y prácticos necesarios fueron la metalurgia para construir la máquina, la tipografía que constituía el sistema de tipos móviles e intercambiables, el conocimiento en la aplicación de tintas, el diseño de prensas para trasferir la tinta a la página de forma uniforme y la profundización en la tecnología de elaboración del papel. Con esta invención, Gutenberg demostró una gran capacidad de innovación y emprendimiento, al dar origen a un complejo proceso de producción y comercialización de libros impresos.
4 Buscando en internet estas referencias encontramos:
• DIN 318: tornillo de alas.
• DIN 911: llaves Allen CrV Cromo Vanadio.
• DIN 7487 E: brocas de tres puntas para madera.
• DIN 127: arandela Grower
5
• Sistemas de gestión de calidad: ISO 9000.
• Sistemas de gestión de medioambiente: ISO 14000.
• Sistemas de gestión de la seguridad de la cadena de suministro: ISO 28000.
• Sistemas de gestión de la seguridad de la información: ISO 27001.
6 Asamblea de ideas. Tal y como se describe en la página 31, la normalización es el proceso de elaboración y mejora de normas y de su aplicación en los procesos productivos, de modo que se permita la utilización de elementos o procesos que puedan haber sido ejecutados de manera independiente. Persigue la coherencia de los productos fabricados de distintas procedencias para que puedan ser utilizados en un mismo proceso industrial. Por ejemplo, el uso de un único modelo de cable USB permite la reutilización de cargadores entre cualquier marca y modelo de teléfono o cualquier otro dispositivo móvil como navegadores, ordenadores, relojes, cámaras, etc.
7 Las desventajas y los inconvenientes. A partir de datos de fuentes como Greenpeace, WWF y el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), la comparativa de los materiales sería:
Material
Emisiones de GEI (kg CO2/kg de material) Ventajas Desventajas
• Reciclable de forma ilimitada.
• Material pesado y frágil.
Vidrio 1-2
• Se trata de una barrera natural al exterior.
• Proporciona imagen de calidad.
• Material ligero y versátil.
• Coste de producción bajo.
Plástico 1-3
Aluminio 15-20
• Ligero, reciclable infinitamente, barrera a la luz y al oxígeno.
• Tiene un consumo energético elevado en la producción inicial.
• Material no siempre reciclable.
• Persistencia a la biodegradabilidad en el medioambiente.
• Producción a partir de combustibles fósiles con el consiguiente proceso contaminante.
• Ensamblador, Código máquina.
2 Las revoluciones industriales y la producción
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
Este epígrafe aporta una revisión de las diferentes épocas históricas conocidas como las revoluciones industriales, en las que el desarrollo tecnológico ha sido fundamental a la hora de establecer la organización social. Se puede observar que, en cada caso, la invención de un sistema ha sido el detonante de la aparición de una serie de cambios que han afectado a aspectos sociales, económicos y tecnológicos en igual medida.
Por ejemplo, un hecho tecnológico como la aparición de la máquina de vapor, y un hecho social, la Revolución francesa, produjeron un gran salto para la humanidad. Por primera vez, algunas máquinas podían realizar el trabajo que hasta ese momento únicamente animales y personas podían ejecutar y, así, aparecen nuevas clases sociales más reivindicativas y centradas en el bienestar y la igualdad. En relación con la introducción de maquinaria en las fábricas, se puede citar una de las máquinas emblemáticas de la primera revolución industrial, la Spinning Jenny, una hiladora multibobina que permitía a un solo operario trabajar con ocho o más carretes a la vez. Esta máquina, junto con el telar mecánico, redujo enormemente la necesidad de mano de obra en la industria textil.
Si algo destaca a partir de la segunda revolución industrial, es que el concepto de comunicación se revoluciona, tanto para la población como para las mercancías y para la información. Podemos iniciar la exposición de estos apartados con una pregunta: ¿cómo sería nuestra sociedad sin las comunicaciones como las conocemos en la actualidad?
Otro protagonista de la historia, cuyo nombre puede ser recordado y tratado en esta época, sería Alfred Nobel (1833-1896). La dinamita que inventó tuvo muchos usos en la minería, la construcción y la ingeniería, pero también fue fundamental en la guerra moderna, hasta la llegada de las armas nucleares. Esto señaló a Nobel como el autor de terribles instrumentos de guerra y le creó cierto complejo de culpa por el mal causado. A su muerte, dejó toda su fortuna a una fundación creada para otorgar unos premios anuales en cinco áreas: Paz, Literatura, Física, Química y Medicina. Estos galardones se han convertido en el honor máximo que se puede alcanzar en estos campos, actualmente conocidos como Premios Nobel.
3 Estrategias de selección de materiales
SOLUCIONES
8 a) Acero: elasticidad: 50 GPa - densidad: 6000 kg/m3
b) Madera de balsa: elasticidad: 200 GPa - densidad: 140 kg/m3
c) Polietileno: elasticidad: 1 GPa - densidad: 2000 kg/m3
d) Espuma de poliuretano: elasticidad: 0,1 GPa - densidad:100 kg/m3
e) Cristal: elasticidad: 50 GPa - densidad: 2000 kg/m3
9 Una de las mejores opciones sería el acero inoxidable, aunque también podrían emplearse algunas aleaciones de oro, platino o tungsteno.
10 En este caso, algunos candidatos podrían ser polímeros como el polietileno de alta densidad (HDPE), el polipropileno (PP), el policarbonato o el nylon, aunque también se pueden identificar algunos metales no ferrosos ligeros, como las aleaciones de aluminio.
11 El alumnado copiará el diagrama en su cuaderno sin las indicaciones interiores y podrán escribir en su interior las soluciones que vayan encontrando. Por ejemplo, en la definición de la necesidad tecnológica incluirán qué características ha de tener el material para el chasis del vehículo, para posteriormente incluir en la identificación de la familia de materiales los metales u otros materiales composites. Si eligen, por ejemplo, aluminio, tendrán que evaluar si cumple con las características técnicas, de sostenibilidad, etc. La revisión de todo el diagrama les permitirá corregir alguna situación cuya evaluación sea negativa.
12 De la misma forma que en la actividad anterior, y partiendo de la característica principal de capacidad de aislamiento térmico, el alumnado tendrá que determinar qué materiales emplear, como espumas de plásticos, lana mineral o madera.
4 Las técnicas de fabricación
SOLUCIONES
13 Línea de tiempo. La solución a esta actividad puede ser suficiente con la inclusión de cuatro o cinco hitos. Por ejemplo:
• 1955 - El Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) crea el primer sistema gráfico de diseño SAGE (Semi Automatic Ground Environment) por encargo de la Fuerza Aérea del ejército de Estados Unidos.
• 1962 - Ivan E. Sutherlande desarrolla el primer sistema CAD, proponiendo un sistema de lápiz óptico con el que realizar diseños virtuales.
• 1963 - Se desarrolla y distribuye el sistema CAD Sketchpad. El software, a partir de un dibujo de líneas, podía representar una parte observable y mantenía en la memoria los trazados de las líneas ocultas, dando el aspecto de figura en tres dimensiones. Utilizaba una base de datos para guardar longitudes de trazados y coordenadas. Se trataba de un sistema muy potente pero limitado por el pobre equipamiento gráfico de los ordenadores de la época.
• 1966 - El ingeniero Pierre Bézier, de la Escuela Técnica de Arts et Métiers ParisTech, crea un sistema CAD que denomina UNISURF, capaz de proporcionar un medio gráfico para representar objetos tridimensionales utilizando dos dimensiones.
• 1979 - El consorcio de las empresas NIST, Boeing y General Electric crean IGES (Initial Graphics Exchange Standard), un estándar de intercambio de datos para sistemas CAD.
• 1980 - La empresa española Investrónica crea un software de desarrollo CAD y CAM enfocado a la industria textil y de la confección.
14 El alumnado encontrará diversos líquidos. Entre ellos, la taladrina, que consiste en una mezcla de aceite industrial y agua para poder rebajar la temperatura del contacto entre la herramienta y la pieza cuando se realizan trabajos de arranque de viruta.
15 Línea de tiempo. Respuesta libre. Pueden encontrar información en páginas como: https://blog.structuralia.com/historia-de-la-imprension-3d
16 Se puede encontrar otras técnicas en páginas como: https://es.wikipedia.org/wiki/Impresion_3D
Es probable que el alumnado hable de fotopolimerización por luz ultravioleta, fotopolimerización por absorción de fotones o impresión con hielo.
17 Puede ampliar la información en páginas como: https://es.wikipedia.org/wiki/Estereolitografía
• Ventajas: rapidez, buen acabado superficial, dureza (se pueden mecanizar), las piezas se pueden emplear como moldes para otros plásticos inyectados.
• Inconvenientes: dimensiones limitadas de los objetos producidos, algunas resinas empleadas con esta tecnología son frágiles y poco flexibles, objetos sensibles a humedad y temperatura ambientales (hay procesos posteriores que mejoran esas características), alto coste de las resinas fotoendurecibles.
18 El principal objetivo de este ejercicio es que el alumnado lea la información que aporta la ESA y pueda reordenarla, de forma que responda directamente a las preguntas propuestas, lo que implica un esfuerzo de análisis de textos y síntesis de los mismos en el proceso de búsqueda de información.
STEAM Power
STEAM Power es una sección pensada para reforzar y ampliar los contenidos de cada unidad a través de la lectura, pilar fundamental del aprendizaje en todas las materias. Los textos propuestos presentan uno o varios perfiles científicos relacionado con lo estudiado en la unidad, un centro de investigación y una profesión vinculada también a los contenidos. El hilo conductor de la sección son las power skills que necesitamos poner en juego en los distintos ámbitos de la actividad científica. Conocer el modo concreto en que estas habilidades han contribuido a hacer avanzar el conocimiento y cómo se utilizan en cada profesión motivará al alumnado para intentar desarrollarlas y tomar conciencia de su importancia.
• Protagonistas: Lore Harp y Carole Ely
El objetivo de este apartado es acercar a los estudiantes algunas de las figuras científicas más relevantes de la historia relacionadas con los contenidos que han estudiado en la unidad, tanto por sus contribuciones profesionales como por las power skills (habilidades) que desplegaron a lo largo de su carrera. En este caso, hemos elegido a Lore Harp y Carole Ely, dos mujeres visionarias que fundaron Vector Graphics en la década de 1970. Ambas lograron destacar en un mercado dominado por los hombres gracias a sus diseños de ordenadores accesibles e intuitivos. Entre las habilidades que más destacaron en su trabajo están la empatía, la capacidad de trabajar bajo presión y el aprendizaje continuo, que les ayudaron a sentar las bases para entornos de trabajo más humanizados.
Propuesta de actividad
Antes de la lectura
• Reflexionar en grupo sobre cómo era el acceso a la tecnología en la década de 1970 y cómo ha cambiado hasta hoy.
• Comentar qué características hacen que un dispositivo tecnológico resulte accesible y fácil de usar.
Durante la lectura
• Identificar las estrategias utilizadas por Lore Harp y Carole Ely para hacer que sus productos fueran éxitos comerciales.
• Anotar las power skills que demostraron en su trayectoria y reflexionar sobre cómo las desarrollaron.
Después de la lectura
• Investigar el impacto de la democratización de la tecnología en la vida cotidiana y presentar ejemplos de mejoras en sectores como la educación o la salud debidas a la innovación tecnológica.
• Analizar la influencia del trabajo de Lore y Carole en la democratización del uso de los ordenadores personales.
Mi profesión, ingeniero de fabricación
El objetivo de este apartado es familiarizar a los escolares con una profesión ligada a los contenidos de la unidad y resaltar las habilidades necesarias para ejercerla. Con ello, estamos contribuyendo a la orientación profesional del alumnado, tal y como exige el marco legal vigente para este nivel educativo. En este caso, hemos elegido a Fabián, un ingeniero de fabricación que trabaja diseñando soluciones para producir bienes de alta calidad a precios razonables. Entre las power skills que destacan en su profesión se encuentran la capacidad de adaptación, el pensamiento crítico y la comunicación efectiva.
Propuesta de actividad
Antes de la lectura
• Preguntar al alumnado qué elementos considera esenciales para que un producto resulte útil y asequible.
• Reflexionar sobre qué herramientas podrían ayudar a mejorar la fabricación de productos tecnológicos en su comunidad.
Durante la lectura
• Anotar las tareas clave que realiza Fabián en su trabajo diario.
• Identificar las power skills que utiliza y su impacto en la producción sostenible.
Después de la lectura
• Relacionar las tareas de Fabián con los conceptos de sostenibilidad y tecnología estudiados
la unidad.
• Diseñar en grupo un proceso de fabricación para un producto imaginario, aplicando las habilidades mencionadas.
Un mando para la consola – Orientaciones metodológicas para realizar la actividad Esta actividad permitirá al alumnado aplicar las habilidades y conocimientos aprendidos en la unidad para resolver un problema práctico. Diseñarán un mando de consola ergonómico y atractivo, considerando criterios de eficiencia y funcionalidad.
Fase inicial:
• Investigación grupal sobre qué hace que un mando de consola resulte cómodo y fácil de usar.
• Realizar un listado de las características clave que debería tener el diseño.
Fase de diseño:
• Dibujar un boceto inicial del mando, definiendo dimensiones y materiales.
• Crear un modelo a escala utilizando materiales reciclados (cartón, plástico, etc.).
Presentación:
• Explicar en clase el proceso seguido y justificar las decisiones tomadas en el diseño. Objetivos de la actividad:
• Fomentar la creatividad y el pensamiento crítico.
• Aplicar conocimientos de diseño técnico y funcionalidad.
• Desarrollar habilidades de trabajo en equipo y comunicación.
Porfolio
SOLUCIONES
La tecnología y los productos
1 Consecuencias y resultados.
• Dominio del fuego: mejoras en la alimentación.
• Aparición del lenguaje: mejora en la comunicación entre seres humanos.
• Aprovechamiento de las pieles y huesos de animales cazados: vestimenta y protección contra el frío e inclemencias del tiempo.
• Utilización de arcilla y barro: utensilios para conservar y manipular los alimentos.
2 ¿Qué te hace decir eso? Es una afirmación muy directa y sencilla que el alumnado habrá de analizar y responder en función de sus conocimientos adquiridos en esta unidad.
3 Estos pueden ser:
• Factor de actualización tecnológico: televisiones CRT a televisores de pantalla plana.
• Factor de actualización productivo: introducción de máquinas automáticas y robots para la fabricación.
• Factor de actualización funcional: relojes inteligentes para la monitorización de parámetros biométricos.
• Factor de actualización de usabilidad: red de sensores en vehículos para asistencia a la conducción.
• Factor de actualización de sostenibilidad: cambio de materiales en la elaboración de pajitas de beber, desde pajitas de plástico a pajitas de cartón.
4 Espejo. El transistor es un pequeño dispositivo que transfiere señales eléctricas a través de una resistencia. Entre las ventajas de los transistores sobre las válvulas de vacío se encuentran: su menor tamaño, no necesitan tiempo de calentamiento, no presentan riesgo de rotura, consumen mucha menos energía y son más rápidos y fiables. Además, el descubrimiento del transistor permitió los avances hacia la construcción de los circuitos integrados utilizados hoy día en cualquier dispositivo electrónico.
Origen: https://www.tecnologiahechapalabra.com/tecnologia/genesis/historia-del-transistor/
5 El proceso de fabricación de vigas de acero consta de varias etapas:
1. Extracción de materias primas por minería del hierro y otros minerales, así como la extracción de carbón o gas natural para la producción de energía.
2. Producción de arrabio en los altos hornos.
3. Conversión del arrabio en acero para eliminar impurezas.
4. Laminación para formar las vigas.
5. Acabado y tratamiento de protección de la corrosión y otros trabajos.
6. Transporte de las vigas de acero desde la planta de producción hasta el lugar de construcción.
De estas etapas, la de producción de arrabio es la que genera mayor impacto ambiental, porque los altos hornos son grandes emisores de GEI y otros contaminantes, es el proceso que más energía necesita para fundir el mineral y es el que mayor cantidad de residuos (escoria y otros sólidos) genera.
Algunas mejoras que pueden tenerse en cuenta para reducir el impacto ambiental pasan por optimizar los procesos de producción, aumentando la eficiencia energética, emplear sistemas de captura y almacenamiento de carbono, el uso de combustibles más limpios y hacer más eficientes los procesos de combustión en los altos hornos.
Otras mejoras que afrontan la acumulación de residuos sólidos consisten en el empleo de chatarra de acero para fabricar nuevo acero o en la investigación de nuevos materiales que sustituyan al acero que provoquen menor impacto ambiental.
Las revoluciones industriales
6 Línea del tiempo. Si el alumnado hace una línea similar a esta, las edades se pueden distribuir de esta forma:
7 Cadena de secuencias. El alumnado puede utilizar el siguiente diagrama desde el que generar una explicación de los elementos y funcionamiento de la máquina de vapor.
presión
Corredera
8 La máquina de vapor se utilizó como medio para proporcionar movimiento en todo tipo de máquinas de fabricación de piezas y objetos. Algunas de las aplicaciones que encontrarán en su búsqueda se basará en el uso de la máquina de vapor para impulsar los mecanismos de los telares en la producción textil, el movimiento del eje de bombas de agua o estaciones de bombeo de líquidos, y como medio de locomoción en trasportes como el ferrocarril o los barcos.
9 Nikola Tesla, director técnico y científico de la empresa Westinghouse Electric, implementó la corriente alterna como sistema de generación, consumo y transporte de la energía eléctrica. Este sistema resultaba más sencillo y barato en su producción y transporte que el sistema de corriente continua, propuesto por Thomas A. Edison, propietario de la empresa General Electric. Desarrolló las máquinas de corriente alterna, es decir, el generador de corriente alterna y la máquina de inducción o motor de inducción, así como los transformadores que permitieron distribuir la energía eléctrica en alto voltaje, reduciendo las pérdidas de transporte de energía.
10 Asamblea de ideas. El acero, al ser una aleación del hierro con cierto contenido en carbono, ha sido utilizado por la humanidad desde hace miles de años para la creación de armas, como espadas, flechas, y otro tipo de armamento manual. Lo que se consiguió en la segunda revolución industrial es un tipo de acero con un contenido específico en carbono y otros elementos químicos que optimizaba su resistencia frente a la tracción, la compresión y la flexión, a fin de ser utilizados en la construcción de estructuras de edificios y rascacielos. Así, el acero era conocido desde épocas antiguas, pero la invención del horno Martin-Siemens y los métodos de afino del acero permitieron desarrollar este metal para su empleo en la construcción de estructuras para edificios y en la fabricación de trenes y barcos. Hoy en día, su uso está mundialmente extendido y es uno de los principales materiales utilizados por nuestra sociedad.
Válvula de seguridad
Movimiento de la corredera
Giro continuo
Energía calórica
Flujo de vapor a
Flujo de agua fría
Flujo de retorno
Condensador Pistón
Volante de inercia
Biela-manivela
Agua
Manómetro Caldera Vapor
11 a) Dirección de la cadena de suministro: era de la producción masiva personalizada.
b) Programación lineal: era de la producción masiva.
c) Especialización del trabajo: inicios de la Revolución Industrial.
d) Manufactura ágil: era de la producción masiva personalizada.
e) Estudios de movimientos y tiempos: era de la gestión científica.
f) Técnicas Just-in-Time: era de la calidad.
g) Planificación de requisitos materiales (MRP): era de la producción masiva.
h) Análisis de procesos: era de la gestión científica.
i) Diseño asistido por ordenador (CAD): era de la calidad.
Criterios de selección de materiales
10 La madera de roble se caracteriza por tener una densidad aproximada a 700 kg/m3, una dureza alta, un tipo de grano grueso y visible y un color marrón con significancia de vetas. Entre sus propiedades medioambientales destacan su carácter renovable, a la que se le puede aplicar una producción sostenible, siendo un buen medio de almacenamiento de carbono atmosférico. Su ubicación en el diagrama de Ashby se encuentra en el área de los materiales naturales y por su densidad y módulo de Young se encontraría entre los polímeros y los metales ligeros.
El cobre se caracteriza por tener una densidad aproximada de 8,960 kg/m3, una alta conductividad térmica y eléctrica, una estructura cristalina cúbica centrada en las caras y un color rojizo característico. Entre sus propiedades medioambientales destaca su reciclabilidad casi infinita sin pérdida de calidad, lo que lo convierte en un material sostenible. Su ubicación en el diagrama de Ashby se encuentra en el área de los metales y aleaciones, y por su densidad y módulo de Young se sitúa entre los metales de transición y algunas aleaciones ligeras.
11 Como origen de los componentes de una botella de plástico de aceite de oliva, estos se derivan del petróleo para crear el plástico. Con mayor precisión, una botella de plástico está hecha de PET (polietilentereftalato). Además, la botella llevará incorporada una etiqueta de papel, plástico o combinación de ambos y del adhesivo para pegarla.
El periodo de vida útil de una botella de plástico de aceite de oliva es relativamente corto y depende de factores como el uso, el reciclado y el ambiente en el que se use y su capacidad de degradación.
El reciclado de botellas de plástico es un proceso que implica varias etapas, que se inician con la captación o recolección que posteriormente deriva en una etapa de clasificación. El material es triturado, lavado y fundido, transformándose en pellets de plástico, que se distribuirán para la fabricación de nuevos productos plásticos.
Las técnicas de fabricación
12 Se entiende el término automatización como el desarrollo de los sistemas productivos en los que la intervención del ser humano es mínima.
13 Entre las ventajas que se obtienen de la integración CAD-CAM, las principales son que estos sistemas optimizan el uso de una gran variedad de equipos de producción que han de usarse en diferentes etapas de la fabricación de piezas, como por ejemplo una máquina de remoción por fresado, un equipo de rectificado y un equipo de inspección que trabajen de forma coordinada. Además, contribuye al aumento de la productividad de los trabajos de mecanización y a la planificación de la fabricación por automatización en planta.
14 En ambos casos, los sistemas CAD permiten diseñar las piezas que lo componen, sus dimensiones y su posicionamiento. El envase consta de una única pieza, por lo que solo habrá un diseño. En el caso de la bicicleta, esta dispone de múltiples piezas que habrán de diseñarse por separado y, luego, de forma integrada en el plano de ensamble.
Los sistemas CAE incluyen datos especiales sobre los materiales. Por ejemplo, en el caso del envase, el software de ingeniería definirá la temperatura de fusión del plástico para su moldeo. La bicicleta necesita diferentes materiales, así que los sistemas CAE incluirán las propiedades físicas y mecánicas de cada uno de ellos.
Los sistemas CAM incluyen el programa para que la máquina moldeadora maneje la materia prima de plástico y realice de forma automática la acción de moldeo a la temperatura debida. En el caso de la bicicleta, los sistemas CAM proporcionarán los movimientos de las diferentes máquinas-herramienta para cada una de las piezas y los datos para los sistemas de transporte de cada clase de pieza para su ensamble a lo largo de la línea de producción.
15 Según se indica en el texto, «es frecuente que durante el proceso de impresión se creen estructuras de soporte que impidan el derrumbe o la deformación de la pieza. Estas estructuras
se retiran con facilidad al acabar la impresión y antes de someter la pieza a un proceso de curado que endurecerá el material».
16 Una fresadora es una máquina herramienta que utiliza una herramienta rotativa, llamada fresa. Mediante la fresa, se corta, mecaniza y se da forma a diversos materiales, principalmente metales. La pieza que se pretende mecanizar ha de estar sujeta mientras la fresa gira a alta velocidad y, mediante volantes que permiten posicionar la fresa, se elimina el material de forma controlada. Por ello, este tipo de máquinas se denominan herramientas de remoción. Se pueden realizar muchas operaciones de corte, como perfilados rectos, curvos y en superficie. Las piezas más habituales que se pueden fabricar mediante una fresadora son piezas mecánicas para automóviles, maquinaria industrial, moldes, herramientas o componentes electrónicos.
ACTÚA
Como conclusión del trabajo realizado en la unidad, proponemos la fabricación del chasis del vehículo robótico buscador de luz.
Por grupos o de manera individual, el alumnado deberá recuperar el diseño que elaboró en la unidad anterior y descomponerlo en diferentes piezas. Para cada una de ellas, y siguiendo lo aprendido, se realizará un análisis con el que elegir los materiales y las técnicas de fabricación más adecuadas. Entre las más adecuadas, se encuentran:
• A partir del diseño 3D, imprimir las piezas en plástico utilizando una impresora 3D. De entre todas las alternativas existentes, los materiales plásticos óptimos son el PLA (ácido poliláctico) y la resina ABS. Para escoger esta opción, el centro debe contar con una impresora 3D y el material de impresión suficiente. Para las tres piezas se seguirá el mismo proceso:
– Recuperación del diseño original e inclusión de detalles en plataformas como Tinkercad, FreeCad, etc., habituales en los trabajos de tecnología.
– Conversión del diseño en formato STL.
– Uso del laminador (Cura, Slic3r, etc.) para generar el archivo GCODE que la impresora admita, indicando todos los parámetros habituales en la impresión 3D, como temperatura del filamento, velocidad de la boquilla, tipo de plástico, temperatura de la cama, etc.
– Impresión de las piezas. Es recomendable imprimir cada una de las tres piezas por separado, utilizando diferentes archivos.
• Las piezas diseñadas también pueden fabricarse en madera. Resulta una solución económica para la pieza frontal y el bastidor, que son piezas planas que pueden cortarse y conformarse en madera de calabó (contrachapado). Es un material ligero y el trabajo de corte y aserrado es relativamente fácil utilizando una sierra de marquetería. El problema surge si, para la cubierta, se pretende conformar una pieza curva.
• Por último, se puede optar por emplear metales, como el latón o el aluminio. Esta solución puede resultar fácil de trabajar, pero se requieren herramientas de corte de metal. El aluminio se puede cortar de forma similar a la madera, si se emplean piezas de poco espesor. Además, para realizar piezas curvas se necesitan máquinas específicas para curvar metal. El resultado puede ser de muy buen acabado, pero el peso es significativamente mayor que las otras dos opciones. Finalmente, se puede organizar una pequeña presentación donde los estudiantes compartirán sus diseños, discutirán sus procesos de diseño y presentarán los resultados obtenidos. Esto permite una reflexión final sobre lo aprendido y la oportunidad de recibir retroalimentación constructiva sobre sus proyectos.
ANOTACIONES
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