Guia tecnologia del diseno by norma diploma

v ORGANIZACIÓN DEL BACHILLERATO INTERNACIONAL

PROGRAMA DEL DIPLOMA Tecnología del Diseño Primeros exámenes: 2004

Tecnología del Diseño Septiembre de 2003 Traducción de la guía publicada en febrero de 2001 bajo el título Design Technology

El uso del género masculino en esta publicación no tiene un propósito discriminatorio y se justifica únicamente como medio para hacer el texto más fluido. Se pretende que el español utilizado sea comprensible por todos los hablantes de esta lengua y no refleje una variante particular o regional de la misma. El departamento de traducción de la Organización del Bachillerato Internacional agradecerá los comentarios de los lectores sobre la versión española. Para hacerlos llegar, tenga a bien dirigirse al departamento de traducción por correo electrónico (translation@ibo.org), mencionando la referencia Feedback-Spa.

ÍNDICE PARTE 1

GENERALIDADES DEL GRUPO 4

INTRODUCCIÓN

MODELO CURRICULAR

OBJETIVOS GENERALES

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

VERBOS DE ACCIÓN

TECNOLOGÍA DE LA INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN (TIC)

EVALUACIÓN EXTERNA

EVALUACIÓN INTERNA

PROYECTO DEL GRUPO 4

TECNOLOGÍA DEL DISEÑO

PROYECTO DE DISEÑO

PARTE II

TECNOLOGÍA DEL DISEÑO

NATURALEZA DE LA ASIGNATURA

RESUMEN DEL PROGRAMA DE ESTUDIOS

TEMARIO

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROGRAMA DE ESTUDIOS Tronco común Temas adicionales del NS Opciones

56 85 105

GLOSARIO

183

REQUISITOS MATEMÁTICOS

196

PARTE 1 GENERALIDADES DEL GRUPO 4

INTRODUCCIÓN El Programa del Diploma del Bachillerato Internacional es un curso pre-universitario exigente, diseñado para responder a las necesidades de alumnos de secundaria altamente motivados, de edades comprendidas entre los 16 y los 19 años. El curso dura dos años y su amplio currículo prepara a los alumnos para que cumplan con los requisitos de sistemas educativos de distintos países. Su modelo no se basa en el de ninguno en particular, sino que integra los mejores elementos de muchos de ellos. Puede cursarse en inglés, francés y español. El currículo se presenta en forma de hexágono, con seis áreas académicas en torno al centro. Las asignaturas se estudian simultáneamente y los estudiantes tienen la oportunidad de acceder a las dos grandes áreas tradicionales del saber, las humanidades y las ciencias.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

INTRODUCCIÓN

Los alumnos aspirantes al Diploma deben seleccionar una asignatura de cada uno de los seis grupos de asignaturas. Por lo menos tres y no más de cuatro deben cursarse en el Nivel Superior (NS), y las demás en el Nivel Medio (NM). Se dedican 240 horas lectivas a los cursos de Nivel Superior y 150 a los de Nivel Medio. Al organizar los estudios de esta manera, se da a los estudiantes la posibilidad de explorar, en los dos años del programa, algunas disciplinas en profundidad y otras de modo más general. Este plan es el resultado de la búsqueda deliberada de un equilibrio entre la especialización precoz de ciertos sistemas nacionales y la universalidad preferida por otros. El sistema de elección de asignaturas está concebido de tal manera que permite al estudiante con inclinaciones científicas aprender una lengua extranjera, y al lingüista nato, familiarizarse con el trabajo de laboratorio. A la vez que se mantiene un equilibrio general, la flexibilidad de elegir asignaturas en el Nivel Superior permite al estudiante desarrollar áreas en las que está particularmente interesado y reunir los requisitos para el ingreso a la universidad . Además del estudio de las seis asignaturas, los alumnos aspirantes al Diploma han de cumplir con otros tres requisitos. La Teoría del Conocimiento (TdC) es un curso interdisciplinario concebido para desarrollar un enfoque coherente del aprendizaje, que no sólo trascienda y unifique las diferentes áreas académicas sino que además estimule la apreciación de otras perspectivas culturales. La Monografía, de unas 4000 palabras, ofrece a los estudiantes la oportunidad de investigar un tema de especial interés y les familiariza con la investigación independiente y el tipo de redacción que se espera de ellos en la universidad. La participación en el componente Creatividad, Acción y Servicio (CAS) del colegio anima a los estudiantes a tomar parte en actividades deportivas, artísticas y de servicio a la comunidad, a nivel regional, nacional e internacional.

Primeros exámenes: 2004

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MODELO CURRICULAR Todas las asignaturas del Grupo 4 (Biología, Química, Sistemas Medioambientales, Física y Tecnología del Diseño) tienen un modelo curricular común. (Existen algunas diferencias en este modelo para Tecnología del Diseño, debido al Proyecto de diseño, que es una característica única de esta asignatura. Cuando existen diferencias se indica con un doble asterisco **). En cada asignatura, tanto los estudiantes de Nivel Superior (NS) como los de Nivel Medio (NM) deben estudiar contenidos agrupados en un tronco común, el cual se ve complementado por el estudio de opciones. Además, los estudiantes del NS deben estudiar lo que se conoce como temas adicionales del Nivel Superior (TANS). En ambos niveles los alumnos deben cursar dos opciones elegidas por ellos. Existen tres tipos de opciones: las específicas del NM, las específicas del NS y las que pueden ser cursadas por los estudiantes de ambos niveles. Los colegios que deseen desarrollar una opción propia deberán previamente ponerse en contacto con IBCA. Este modelo curricular no se ha diseñado buscando favorecer la enseñanza conjunta de los estudiantes de NM y NS. IBO no favorece dicha modalidad de enseñanza dado que considera que no proporciona los mayores beneficios educacionales para cada nivel. Los estudiantes del NS deben dedicar 60 horas a las prácticas y trabajos de investigación; los del NM 40 horas **. En estos totales se incluyen entre 10 y 15 horas para el Proyecto del Grupo 4.

Grupo 4: modelo curricular para el NS ** NS

Total de horas de enseñanza

Teoría

240

180 Tronco común

Temas adicionales del NS (TANS)

Opciones

Evaluación interna

Trabajos prácticos

45–50

Proyecto del Grupo 4

10–15

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MODELO CURRICULAR

Grupo 4: modelo curricular para el NM ** NM

Total de horas de enseñanza

Teoría

150

110 Tronco común

Opciones

Evaluación interna

Trabajos prácticos

25–30

Proyecto del Grupo 4

10–15

Estructura del programa de estudios Nota: el orden en que se presenta el programa de estudios no representa el orden en el que debe impartirse.

La sección detallada del programa de estudios de las guías del Grupo 4 está estructurada de la misma manera para todas las asignaturas. Dicha estructura es la siguiente:

Temas y opciones Los temas siguen una numeración y las opciones se identifican mediante una letra mayúscula (p.ej. Tema 6: Ácidos nucleicos y proteínas; Opción C: Células y energía).

Subtemas Los subtemas están numerados y junto a ellos se indica el tiempo de enseñanza aproximado que se necesitará para cubrirlos (p.ej., 6.1 Estructura del ADN (1 h.)). El número de horas se ofrece sólo a título indicativo y no incluye el tiempo necesario para realizar las prácticas o trabajos de investigación.

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MODELO CURRICULAR

Enunciados de evaluación (E.E.) Los enunciados de evaluación también están numerados y expresan los resultados que se espera de los estudiantes al final de curso (p.ej., 6.1.1. Resuma las características de la estructura de los nucleosomas). Estos enunciados se han concebido para indicar a los examinadores los aspectos que podrán evaluar por medio de los exámenes escritos. Cada enunciado se clasifica dentro de los objetivos 1, 2 ó 3 (véase la página 7), de acuerdo con los verbos de acción empleados (véanse páginas 8 y 9). Mientras que los niveles de los objetivos aseguran el equilibrio del programa de estudios y tienen valor para los exámenes, los verbos de acción indican el grado de profundidad en el tratamiento de un aspecto que exige un enunciado de evaluación particular. Es importante que se informe a los estudiantes del significado de los verbos de acción dado que éstos se emplearán en las preguntas de examen.

Notas para el profesor Las notas que siguen a algunos enunciados de evaluación sirven como orientación adicional a los profesores.

Tema u opción

Subtema

Enunciado de evaluación

Notas para el el profesor

Objetivo

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OBJETIVOS GENERALES Mediante el estudio de las asignaturas del Grupo 4 los estudiantes deberán tomar conciencia de la forma en que los científicos trabajan y se comunican entre ellos. Aunque el “método científico” puede adoptar una gran variedad de formas, generalmente implica la formación, comprobación y modificación de hipótesis mediante observaciones y mediciones, bajo condiciones de experimentación controladas. La utilización del método científico, junto con la falsabilidad de las hipótesis científicas, son los aspectos que distinguen a las ciencias experimentales de otras disciplinas y lo que caracteriza a cada una de las asignaturas del Grupo 4. En este contexto, todos los cursos de Ciencias Experimentales del Programa del Diploma de IBO deberán tener como meta:

proporcionar oportunidades para el estudio científico y el desarrollo de la creatividad dentro de un contexto global que estimule y desafíe intelectualmente a los estudiantes

proporcionar un cuerpo de conocimientos, métodos y técnicas característicos de la ciencia y la tecnología

capacitar a los estudiantes para que apliquen y utilicen los conocimientos, métodos y técnicas característicos de la ciencia y la tecnología

desarrollar la capacidad de analizar, evaluar y sintetizar la información científica

generar una toma de conciencia sobre el valor y la necesidad de colaborar y comunicarse de manera eficaz en las actividades científicas

desarrollar habilidades de experimentación y de investigación científicas

desarrollar la competencia de los estudiantes en el uso de la tecnología de la información para aplicarla al estudio de la ciencia

aumentar la comprensión de las implicaciones morales, éticas, sociales, económicas y medioambientales del uso de la ciencia y la tecnología

desarrollar la apreciación de las posibilidades y limitaciones de la ciencia y los científicos

10.

fomentar la comprensión de las relaciones entre las distintas disciplinas científicas y la naturaleza abarcadora del método científico.

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OBJETIVOS ESPECÍFICOS Los objetivos específicos de todas las asignaturas del Grupo 4 reflejan aquellos aspectos de los objetivos generales que deben ser sometidos a evaluación. Siempre que resulte apropiado, la evaluación tendrá en cuenta aspectos medioambientales y tecnológicos e identificará los efectos sociales, morales y económicos de la ciencia. El propósito de todos los cursos de Ciencias Experimentales del Programa del Diploma de IBO es que los estudiantes alcancen los siguientes objetivos específicos: 1.

Demostrar que comprenden: a.

los hechos y conceptos científicos

las técnicas y los métodos científicos

la terminología científica

los métodos de presentación de la información científica.

Aplicar y emplear: a.

los hechos y conceptos científicos

las técnicas y los métodos científicos

la terminología científica para comunicar información de forma eficaz

los métodos apropiados de presentación de la información científica.

Construir, analizar y evaluar: a.

hipótesis, problemas de investigación y predicciones

técnicas y métodos científicos

explicaciones científicas.

Demostrar las aptitudes personales de cooperación, perseverancia y responsabilidad que les permitirán resolver problemas y realizar investigaciones científicas de forma eficaz.

Demostrar las técnicas de manipulación necesarias para llevar a cabo investigaciones científicas con precisión y bajo condiciones de seguridad.

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VERBOS DE ACCIÓN Los verbos de acción indican el grado de profundidad en el tratamiento de un aspecto que exige un enunciado de evaluación particular. Estos verbos se utilizan en las preguntas de examen y por lo tanto es importante que los estudiantes se familiaricen con sus definiciones.

Objetivo 1 Defina

Dé el significado exacto de una palabra o frase del modo más conciso posible.

Dibuje

Realice una representación gráfica mediante líneas de lápiz. Añada rótulos o encabezamientos al dibujo a menos que se le indique lo contrario.

Enumere

Escriba una lista de nombres u otro tipo de respuestas cortas sin ningún tipo de elaboración, separando claramente cada una de ellas.

Indique

Proporcione un nombre específico, un valor o cualquier otro tipo de respuesta breve. No es necesario aportar argumentos ni cálculos de apoyo.

Mida

Halle el valor de una cantidad.

Objetivo 2

Anote

Añada notas breves a un diagrama, dibujo o gráfico.

Aplique

Utilice una idea, ecuación, principio, teoría o ley en una situación nueva.

Calcule

Halle una respuesta sirviéndose de métodos matemáticos. Muestre sus operaciones a menos que se le indique lo contrario.

Compare

Indique las semejanzas y diferencias entre dos (o más) elementos refiriéndose constantemente a ambos (o a todos) en su respuesta. Las comparaciones se podrán hacer utilizando una tabla.

Describa

Dé una explicación detallada, incluyendo toda la información pertinente.

Distinga

Especifique las diferencias entre dos o más elementos distintos.

Estime

Halle el valor aproximado de una cantidad desconocida, basándose en la información suministrada y en sus conocimientos científicos.

Identifique

Encuentre una respuesta entre varias posibilidades.

Resuma

Dé una explicación breve o haga un resumen, incluyendo solamente la información esencial.

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VERBOS DE ACCIÓN

Objetivo 3 Analice

Interprete los datos para llegar a conclusiones.

Construya

Represente o elabore de forma gráfica.

Deduzca

Establezca una conclusión a partir de la información suministrada o manipule una ecuación matemática para obtener una nueva ecuación o resultado.

Determine

Encuentre la única respuesta posible.

Discuta

Dé una explicación incluyendo, si es posible, una serie de argumentos, valoraciones sobre la importancia relativa de diversos factores o comparaciones entre hipótesis alternativas.

Diseñe

Elabore un plan, un objeto, una simulación o un modelo.

Evalúe

Valore las implicaciones y limitaciones.

Explique

Dé una explicación clara que incluya las causas, razones o mecanismos.

Prediga

Dé un resultado esperado.

Resuelva

Obtenga una respuesta por medio de métodos algebraicos o numéricos.

Sugiera

Proponga una hipótesis o cualquier otra respuesta posible.

Nota de traducción: Somos conscientes de que al traducir los verbos de acción en los enunciados de evaluación la palabra utilizada no es siempre la más adecuada al contexto. Aunque hemos hecho lo posible por utilizar un español preciso y fluido, nuestra prioridad ha sido conservar la misma traducción en todos los casos para facilitar la referencia en los exámenes.

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TECNOLOGÍA DE LA INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN (TIC) El papel de los computadores en el desarrollo y aplicación del conocimiento científico está bien asentado. Los científicos realizan mediciones, manejan información y desarrollan ideas. Para ello necesitan procesar la información y comunicarla de forma eficaz.

Razones para el uso de computadores en las ciencias La capacidad de manejar la información es sin duda importante en la vida de las personas. Al emplear la TIC los estudiantes conseguirán ampliar sus posibilidades de aprender, comprenderán mejor cómo los científicos utilizan estas tecnologías para procesar información, y podrán prepararse para afrontar las situaciones en cambio constante de la realidad en que viven. Los computadores permiten a los estudiantes tener un papel más activo en el proceso de aprendizaje y en la investigación, al tiempo que suponen un valioso recurso para comprender los procesos científicos. El desarrollo de aptitudes en esta tecnología les permitirá explorar toda la riqueza de materiales didácticos disponibles y acceder a información con rapidez y facilidad, a la vez que les guiará hacia áreas que previamente sólo podían abordar mediante habilidades de rango superior. El computador también proporciona al profesor una mayor flexibilidad en el enfoque y presentación de los contenidos del curso. Por tanto, la creación de una “cultura TIC” en las aulas es una empresa importante para todos los colegios. Por las razones mencionadas, IBO ha incorporado un nuevo objetivo general relacionado con la TIC para el Grupo 4 (objetivo general 7: desarrollar la competencia de los estudiantes en el uso de la tecnología de la información para aplicarla al estudio de la ciencia).

Cuándo emplear el computador El empleo del computador debería complementar más que reemplazar al trabajo práctico. No obstante, los computadores pueden emplearse en áreas donde un enfoque práctico resulte inapropiado o limitado. Algunos ejemplos de lo anterior son la utilización de sensores para obtener datos durante intervalos de tiempo muy largos o muy cortos en procesos de registro de datos, o en experimentos que de otro modo no resultarían viables. Los programas de simulación pueden emplearse para ilustrar conceptos y modelos difícilmente demostrables en experimentos de laboratorio debido a que necesitan un equipo caro o materiales peligrosos o difíciles de encontrar. Los experimentos también pueden suponer destrezas aún no adquiridas por los estudiantes o que requieran un tiempo mayor del disponible.

Tipos de tecnologías disponibles Las tecnologías para el procesamiento de la información incluyen herramientas tales como procesadores de texto, hojas de cálculo, programas de bases de datos, sensores y programas de modelización.

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TECNOLOGÍA DE LA INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN (TIC)

Hojas de cálculo Estos programas tienen múltiples usos y pueden emplearse para generar tablas de resultados a partir de datos experimentales, para el tratamiento de datos, la clasificación y búsqueda de datos preexistentes, o la elaboración de gráficos. Quizás su uso más interesante sea en cálculos y modelos matemáticos.

Bases de datos Los científicos emplean los programas de bases de datos para manejar grandes cantidades de datos generados en experimentos o para utilizar datos de otros científicos. Las bases de datos pueden estar en disquetes y discos CD-ROM o bien descargarse de Internet. Los científicos utilizan su capacidad y experiencia para obtener, organizar y analizar datos, identificar modelos y localizar errores. Para apreciar el valor que las bases de datos tienen para la comunidad científica los estudiantes deberán familiarizarse con el uso de una base de datos y las funciones de almacenamiento, clasificación y volcado gráfico de los datos obtenidos.

Registro cronológico de datos Los sensores y tecnologías de control pueden auxiliar a los científicos en el seguimiento de cambios muy rápidos o muy lentos. El registro cronológico de datos presenta la ventaja de que el estudiante puede ver los datos registrados en tiempo real y por lo tanto centrarse en observar las tendencias y pautas que surgen de los datos, más que en el proceso de obtención de los mismos. Los sensores también son capaces de realizar mediciones más precisas y así permiten a los estudiantes llegar a resultados más seguros.

Software de simulación y modelización Existe una amplia gama de programas que permiten modelizar (entre otras cosas) la fotosíntesis, el control del azúcar en sangre, los equilibrios químicos, el sistema cardiovascular o fenómenos físicos tales como las interferencias y difracción de ondas. También se dispone de programas más generales que permiten a los estudiantes elaborar modelos de fenómenos tales como el movimiento y la gravedad, la pérdida de calor o la dinámica de poblaciones en un ecosistema. Algunos de estos programas se pueden obtener a través de Internet.

Internet, CD-ROMs, DVDs y programas multimedia La posibilidad de combinar la palabra hablada, la animación y el vídeo en estos productos multimedia supone una clara motivación y estímulo para sus usuarios. Los programas multimedia interactivos poseen un potencial considerable para vincular distintas maneras de representar y aprender y así facilitar la comprensión de los fenómenos científicos. Estos recursos proporcionan información que puede ser seleccionada o desestimada, y opciones de búsqueda que permiten rastrear el material a través de numerosas rutas que ilustran pautas y conexiones nuevas. Las funciones de visualización y diferenciación aumentan el valor del empleo de estos productos. La posibilidad que brindan a los estudiantes de representar por medios visuales, por ejemplo, los aspectos dinámicos de la teoría cinética o los movimientos de los electrones, les ayuda a imaginar situaciones y a aprender conceptos complejos. Todo ello complementa los métodos de enseñanza más tradicionales.

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TECNOLOGÍA DE LA INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN (TIC)

Procesadores de texto y programas gráficos El procesamiento de textos no consiste en un simple medio de escritura en formato electrónico. Este procedimiento permite mejorar la calidad del trabajo escrito desde la concepción inicial de las ideas, a través de su desarrollo y revisión, hasta llegar a la elaboración del texto final. Los programas de dibujo, escáners, cámaras digitales, cámaras de vídeo, programas de autoedición, textos multimedia y programas CAD/CAM también cumplen una función importante, particularmente en Tecnología del Diseño y quizás más ampliamente en el Proyecto del Grupo 4.

Internacionalismo La facilidad y uso generalizado del correo electrónico debería fomentar la comunicación entre profesores y alumnos, de un modo que emulara la red de conexiones que caracteriza a la comunidad científica internacional. El correo electrónico y las páginas web se podrían emplear para que los colegios de distintas partes del mundo colaboren en el Proyecto del Grupo 4, o en iniciativas de colaboración ya establecidas como los programas Ciencia a través del mundo o GLOBE (Aprendizaje y observaciones globales en beneficio del medio ambiente).

Dimensión ética y moral Esta dimensión del uso de la tecnología de la información y la comunicación no necesita ser explicitada en las asignaturas del Grupo 4 dado que los estudiantes se verán confrontados con ella a través de la Teoría del Conocimiento, y porque dicha dimensión también se hará presente en las experiencias cotidianas de los estudiantes dentro y fuera del colegio. En el quehacer cotidiano surgirán cuestiones tales como el plagio de monografías y ensayos, la existencia de “cortafuegos” para prevenir el acceso a ciertas páginas web, la piratería informática, el comportamiento antisocial en las redes locales y en Internet, el carácter confidencial de la información en las bases de datos, la relación entre la libertad de información y el acceso por suscripción a páginas web.

Forma de proceder Dado que los colegios del BI cuentan con recursos de hardware y software diversos, el uso de la TIC no será objeto de seguimiento o evaluación. Por esta razón, no se ha incorporado ningún objetivo específico en relación con la TIC para el Grupo 4. Sin embargo, resulta fundamental fomentar el empleo de estas tecnologías y destacar su importancia en todo currículo de ciencias moderno. (Un elemento de uso frecuente en algunos cursos de Matemáticas del Programa del Diploma del BI son las calculadoras de pantalla gráfica. Constituyen un dispositivo portátil de bajo coste para el registro de datos, la modelización y el trazado de gráficos.) La comunidad del BI puede ayudar a divulgar ideas y consejos a través de sus talleres y del Centro pedagógico en línea. Para obtener información los profesores deberán consultar: • las páginas del Centro pedagógico en línea, donde encontrarán recursos pedagógicos actualizados y direcciones de páginas web de interés, y podrán intercambiar experiencias y recursos con otros profesores del BI • las páginas web de organismos educativos nacionales e internacionales que fomenten la TIC • las páginas web de las principales empresas proveedoras de materiales y servicios pedagógicos y de software y hardware especializado en educación, muchos de las cuales operan actualmente a nivel internacional.

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EVALUACIÓN EXTERNA La evaluación externa consiste en tres pruebas escritas.

Prueba 1 La Prueba 1 consiste en preguntas de opción múltiple que examinan los conocimientos del tronco común y de los temas adicionales para el Nivel Superior (TANS) en el caso de los estudiantes del Nivel Superior (NS), y solamente del tronco común en el caso de los estudiantes del Nivel Medio (NM). Las preguntas se han concebido como problemas breves, con una o dos etapas de resolución, que cubren los objetivos específicos 1 y 2 (véase la página 7). No se descuentan puntos por respuestas incorrectas. No se permiten calculadoras, aunque los estudiantes deben ser capaces de realizar operaciones de cálculo sencillas.

Prueba 2 La Prueba 2 examina los conocimientos del tronco común y de los TANS en el caso de los estudiantes del NS, y solamente del tronco común en el caso de los estudiantes del NM. Las preguntas cubren los objetivos específicos 1, 2 y 3, y la prueba está dividida en dos secciones. En la sección A hay una pregunta que requiere el análisis por parte de los estudiantes de un conjunto de datos dados. El resto de la sección A está compuesto por preguntas de respuesta corta. La sección B propone cuatro preguntas a los estudiantes del NS ** (de las cuales deben elegir dos) y tres para los del NM (de las cuales deben elegir una). Son preguntas de respuesta larga que pueden implicar la redacción de un texto de varios párrafos, la resolución de un problema de cierta extensión o un trabajo profundo de análisis o evaluación. En esta prueba es necesario usar una calculadora.

Prueba 3 La Prueba 3 examina los conocimientos de las opciones y cubre los objetivos específicos 1, 2 y 3. Los estudiantes del NS deberán contestar varias preguntas de respuesta corta y una pregunta de respuesta larga para cada una de las dos opciones que han elegido. Los estudiantes del NM deben contestar varias preguntas de respuesta corta para cada una de las dos opciones cursadas. En esta prueba es necesario usar una calculadora. (En Biología, los estudiantes también deberán contestar una pregunta basada en datos para cada una de las dos opciones cursadas). En la página siguiente se resumen las especificaciones de evaluación para NS y NM. Existen algunas diferencias en los requisitos de evaluación externa de Tecnología del Diseño que surgen del Proyecto de diseño. Cuando existen diferencias se ha indicado con un doble asterisco **. Siempre que sea posible, los profesores deberán emplear y recomendar a los estudiantes el uso del Sistema Internacional de Unidades (unidades SI).

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EVALUACIÓN EXTERNA

Especificaciones de evaluación: Nivel Medio ** Componente Contribución Contribución Duración al total aproximada de (horas) objetivos específicos 1+2 3

Estructura y cobertura del programa de estudios

30 preguntas de opción múltiple sobre el tronco común

Prueba 1

20 %

Prueba 2

32 %

16 %

1¼

Sección A: una pregunta basada en datos y varias preguntas de respuesta corta sobre el tronco común (todas obligatorias) Sección B: una pregunta de respuesta larga sobre el tronco común (de tres a elegir)

Prueba 3

24 %

12 %

varias preguntas de respuesta corta sobre cada una de las opciones cursadas (todas obligatorias)

Especificaciones de evaluación: Nivel Superior ** Componente Contribución Contribución Duración al total aproximada de (horas) objetivos específicos 1+2 3

Estructura y cobertura del programa de estudios

Prueba 1

20 %

Prueba 2

36 %

18 %

2¼

Sección A: una pregunta basada en datos y varias preguntas de respuesta corta sobre el tronco común y los TANS (todas obligatorias) Sección B: dos preguntas de respuesta larga sobre el tronco común y los TANS (de cuatro a elegir)

Prueba 3

20 %

10 %

1¼

varias preguntas de respuesta corta y una pregunta de respuesta larga por cada una de las dos opciones cursadas (todas obligatorias)

40 preguntas de opción múltiple (aproximadamente 15 comunes con el NM más unas cinco preguntas sobre el tronco común y unas 20 sobre los TANS)

No se permiten calculadoras en la Prueba 1 del NM y del NS, aunque sí se requieren en las Pruebas 2 y 3 de ambos niveles, en las que están autorizadas calculadoras de pantalla gráfica programables.

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EVALUACIÓN INTERNA Generalidades Todas las asignaturas del Grupo 4 tienen los mismos requisitos de evaluación interna, con la excepción de Tecnología del Diseño, que presenta un elemento adicional. La evaluación interna, que representa el 24% de la evaluación final (un 36% en el caso de Tecnología del Diseño), consiste en un proyecto interdisciplinario que abarca una mezcla de trabajos de investigación a corto y largo plazo, (tales como prácticas y proyectos específicos de la asignatura) y, en el caso de Tecnología del Diseño, el Proyecto de diseño. Los trabajos de los estudiantes son evaluados por el profesor y moderados por IBO. La evaluación interna en ambos niveles se realiza en base a criterios de evaluación que contemplan niveles de logro comprendidos entre 0 y 3.

Fundamento del trabajo práctico Aunque los requisitos de evaluación interna se centran principalmente en la evaluación de habilidades prácticas, los distintos tipos de trabajos experimentales que un estudiante puede realizar sirven también para otros propósitos, tales como: •

ejemplificar, enseñar y reforzar los conceptos teóricos

•

valorar el carácter esencialmente práctico del trabajo científico

•

apreciar los beneficios y limitaciones de la metodología científica.

Por lo tanto, se justifica ampliamente el hecho de que los profesores realicen más trabajo experimental que el requerido para evaluación interna.

Plan de trabajos prácticos El plan de trabajos prácticos es el programa práctico planificado por el profesor. Su propósito es resumir todas las actividades de investigación llevadas a cabo por el estudiante. Los alumnos del NS y NM de la misma asignatura pueden llevar a cabo algunos trabajos iguales y, en el caso de que más de un grupo curse una asignatura y nivel, se pueden realizar trabajos en común.

Cobertura del programa de estudios El espectro de trabajos prácticos llevados a cabo deberá reflejar la amplitud y profundidad del programa de la asignatura en cada nivel, pero no es necesario realizar un trabajo para cada uno de los temas del programa. Sin embargo, todos los estudiantes deben participar en el Proyecto del Grupo 4, y lo ideal es que las actividades de evaluación interna incluyan contenidos del tronco común, de las opciones y, donde corresponda, de los TANS. No se especifica un mínimo de trabajos prácticos que se deberán realizar.

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EVALUACIÓN INTERNA

Elección de los trabajos prácticos Los profesores tienen libertad para diseñar sus propios planes de trabajos prácticos, de acuerdo con determinados requisitos. La elección se debe basar en: • las asignaturas, niveles y opciones estudiadas • las necesidades de los estudiantes • los recursos disponibles • los estilos de enseñanza. No es necesario que todos los trabajos formen parte del plan de trabajos prácticos, sin embargo dichos planes deben cumplir los requisitos del BI. Cada plan debe incluir por lo menos algunos ejercicios complejos que requieran un mayor compromiso conceptual de parte de los estudiantes. Un plan de trabajo compuesto totalmente por experimentos sencillos, como marcar casillas o ejercicios de completar tablas, no constituye una experiencia suficientemente amplia para los estudiantes. Se alienta a los profesores a que usen el Centro pedagógico en línea para que, a través de los foros de discusión, intercambien ideas acerca de posibles trabajos y añadan recursos a las secciones pertinentes de las guías de las asignaturas publicadas en línea.

Todo trabajo práctico (o parte de él) que se utilice para evaluar a los estudiantes deberá diseñarse para que corresponda a los criterios de evaluación pertinentes.

Flexibilidad El modelo de evaluación interna es lo suficientemente flexible como para permitir que se lleven a cabo una amplia gama de trabajos prácticos, incluyendo: • prácticas breves de laboratorio que se realicen en una o más lecciones, y prácticas a largo plazo o proyectos que se extiendan a lo largo de varias semanas • simulaciones por computador • ejercicios de recopilación de datos, incluyendo cuestionarios, pruebas con usuarios y encuestas • ejercicios de análisis de datos • trabajo general de laboratorio y de campo.

El Proyecto del Grupo 4 El Proyecto del Grupo 4 es una actividad interdisciplinaria en la que deben participar todos los estudiantes de Ciencias Experimentales del Programa del Diploma del BI. Se pretende que los estudiantes analicen un tema o problema que se pueda abordar desde la perspectiva de las diferentes disciplinas científicas que se imparten en el colegio. El ejercicio debe ser una experiencia integradora en la que se destaquen preferentemente los procesos que comprende la investigación científica más que los productos de dicha investigación. En la mayoría de los casos, los estudiantes de un colegio participarán en la investigación del mismo tema. En aquellos casos en los que existe un gran número de estudiantes, es posible dividirlos en grupos más pequeños en los que estén representadas cada una de las asignaturas de ciencias. Los grupos pueden investigar el mismo tema, o temas distintos, es decir, es posible que existan varios proyectos dentro del mismo colegio.

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EVALUACIÓN INTERNA

Tecnología del Diseño En Tecnología del Diseño todos los estudiantes deben realizar un proyecto de diseño además de varios trabajos prácticos y el proyecto del Grupo 4. Los estudiantes del NS deben dedicar 31 horas al proyecto de diseño, mientras que los del NM dedicarán 19 horas al mismo.

Documentación del trabajo práctico La información sobre el plan de trabajos prácticos de cada estudiante se debe registrar en el formulario 4/PSOW, incluido en la sección 4 del Vademécum. También es posible utilizar versiones en formato electrónico siempre que contengan toda la información necesaria. En Tecnología del Diseño, cada alumno deberá llevar un diario de trabajo en donde registrará la marcha de su proyecto de diseño y dará cuenta de manera informal de sus actividades de investigación.

Tiempo asignado a la evaluación interna Las horas recomendadas para la enseñanza del Programa del Diploma del BI son 240 horas en el NS y 150 horas en el NM. Los estudiantes deben dedicar 60 horas a las actividades prácticas en el NS y 40 horas en el NM (sin incluir el tiempo de redacción del trabajo). Este tiempo incluye unas 10 a 15 horas para el Proyecto del Grupo 4. En Tecnología del Diseño los estudiantes deben dedicar 81 horas a las actividades prácticas en el Nivel Superior y 55 horas en el Nivel Medio.

El tiempo dedicado a las actividades de evaluación interna debe estar distribuido a lo largo de la mayor parte del curso y no concentrado en unas pocas semanas a comienzos, mediados o finales del mismo. Si se ha continuado investigando después del vencimiento del plazo para el envío de trabajos al moderador, solamente 2 ó 3 horas de investigación extra podrán ser consideradas dentro del total de horas del programa práctico.

Orientación y autenticidad Todos los alumnos deberán estar familiarizados con los requisitos de la evaluación interna. Deberán tener claro que son completamente responsables de su propio trabajo. Es conveniente que los profesores les ayuden a desarrollar el sentido de responsabilidad sobre el propio aprendizaje para que se sientan autores orgullosos de su trabajo. Las respuestas del profesor a las preguntas de los alumnos sobre aspectos específicos de los trabajos prácticos deberán orientarlos hacia vías de búsqueda más productivas (cuando proceda), en lugar de dar una solución directa a la cuestión planteada. Cuando los trabajos prácticos se realicen fuera del aula los alumnos deberán, en la medida de lo posible, trabajar de forma independiente. Es preciso que los profesores se aseguren de que el trabajo enviado para moderación lo ha realizado el estudiante. En caso de duda, deberá controlar la autenticidad de una de las siguientes formas: • discusión con el alumno • pedir que el alumno explique los métodos utilizados en la investigación y resuma los resultados • pedir que el alumno repita la investigación.

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EVALUACIÓN INTERNA

Seguridad Aunque los profesores deberán ajustarse a las directrices nacionales o locales (las cuales pueden diferir entre los distintos países) en relación a este aspecto, se deberá prestar atención a la declaración de principios de ICASE, International Council of Associations for Science Education (Comisión de Seguridad del Consejo Internacional de Asociaciones de Educación Científica) cuya traducción se proporciona a continuación.

Comisión de Seguridad de ICASE Declaración de principios La Comisión de Seguridad de ICASE tiene como fin promover prácticas científicas estimulantes y de calidad, capaces de suscitar el interés de los estudiantes y motivar a los profesores, realizadas en un entorno de aprendizaje seguro y sin riesgos para la salud. [...] todos los individuos implicados en la educación científica (profesores, estudiantes, asistentes de laboratorio, supervisores y visitantes) tienen derecho a trabajar bajo las condiciones más seguras posibles en aulas y laboratorios de ciencias. Los directivos de los centros deberán realizar todo lo posible y razonable para proveer y mantener un entorno de aprendizaje seguro y sin riesgos para la salud, así como para establecer y exigir prácticas y métodos seguros en todo momento. Es necesario elaborar normas y reglamentos de seguridad y garantizar su cumplimiento para la protección de las personas que lleven a cabo actividades en las aulas y laboratorios de ciencias, o que desarrollen experiencias de campo. Cuando dichas condiciones de trabajo no sean lo suficientemente seguras, deberán proponerse actividades científicas alternativas. Es responsabilidad de todas y cada una de las personas involucradas en estas actividades el hacer de este compromiso con la seguridad y la salud algo permanente. Las recomendaciones que se hagan a este respecto deberán reconocer la necesidad de respetar el contexto local, las diferentes tradiciones educativas y culturales, las limitaciones económicas y los sistemas legales de los distintos países.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

EVALUACIÓN INTERNA

Criterios y aspectos Existen ocho criterios de evaluación que se deben emplear para evaluar el trabajo de los alumnos del NS y NM:

Planificación (a) – Pl (a)

Planificación (b) – Pl (b)

Obtención de datos – OD

Procesamiento y presentación de datos – PPD

Conclusión y evaluación – CE

Técnicas de manipulación – TM

Aptitudes personales (a) – AP (a)

Aptitudes personales (b) – AP (b)

Todo alumno debe ser evaluado al menos dos veces con relación a cada criterio. Las dos puntuaciones para cada criterio se sumarán para determinar la nota final (sobre un total de 48), del componente de evaluación interna. Posteriormente esta nota es transformada en IBCA para obtener el total sobre el 24%. Las regulaciones y procedimientos generales relativos a la evaluación interna pueden consultarse en el Vademécum. Cada uno de los criterios de evaluación puede ser desglosado en dos o tres aspectos, tal y como se recoge en las siguientes páginas. Las descripciones dadas sirven para indicar distintos niveles de logro de los requisitos de un aspecto concreto mediante las expresiones completamente (c) o parcialmente (p). También se indica el caso en el que no se han satisfecho los requisitos mediante la denominación no alcanzado (n).

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EVALUACIÓN INTERNA

Planificación (a) ASPECTOS NIVELES

Definición del tema o problema de investigación

Formulación de hipótesis o predicción

Selección de variables

Completamente Identifica un tema o

Relaciona la hipótesis o predicción directamente con el problema de investigación y lo explica (cuando procede, lo explica cuantitativamente) .

Selecciona las variables independientes y controladas pertinentes.

Parcialmente

Define el tema o problema de investigación, pero de manera poco clara o incompleta.

Formula la hipótesis o predicción pero no la explica.

Selecciona algunas variables pertinentes.

No alcanzado

No define el tema o problema de investigación o repite el objetivo general propuesto por el profesor.

No formula ninguna hipótesis o predicción.

No selecciona ninguna variable pertinente.

problema concreto de investigación.

Planificación (b) ASPECTOS NIVELES

Selección de equipo y materiales apropiados*

Diseño de un método para el control de variables

Diseño de un método de obtención de datos pertinentes y suficientes

Completamente Selecciona el equipo y los materiales apropiados.

Describe un método que permite el control de variables.

Describe un método que permite obtener datos pertinentes y suficientes.

Parcialmente

Parte del equipo o algunos materiales seleccionados son apropiados.

Describe un método que trata de controlar las variables.

Describe un método que permite obtener datos pertinentes pero no suficientes.

No alcanzado

No selecciona equipo ni materiales.

Describe un método que no permite controlar las variables.

Describe un método que no permite obtener datos pertinentes.

* Se aceptan diagramas adecuados.

Obtención de datos ASPECTOS NIVELES

Obtención y registro de datos brutos

Completamente Registra datos brutos (cualitativos o

Presenta datos brutos de forma clara, permitiendo una fácil interpretación.

Parcialmente

Registra algunos datos brutos apropiados.

Presenta datos brutos que no permiten una interpretación sencilla.

No alcanzado

No registra ningún dato bruto apropiado.

No presenta datos brutos o lo hace de modo que no se comprenden.

cuantitativos) apropiados, incluyendo unidades de medida y márgenes de incertidumbre cuando es necesario.

Organización y presentación de datos brutos

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EVALUACIÓN INTERNA

Procesamiento y presentación de datos ASPECTOS NIVELES

Procesamiento de datos brutos

Presentación de los datos procesados

Completamente Procesa los datos brutos correctamente.

Presenta los datos procesados apropiadamente, facilitando la interpretación y, si es necesario, toma en cuenta los errores e incertidumbres.

Parcialmente

Algunos datos brutos han sido procesados correctamente.

Presenta los datos procesados apropiadamente pero con algunas omisiones o errores.

No alcanzado

No se han procesado los datos brutos o se han cometido errores al procesarlos.

Presenta los datos procesados de forma inapropiada o incomprensible.

Conclusión y evaluación ASPECTOS Evaluación de procedimientos y resultados

Mejora de la investigación

Completamente Emite una conclusión

Evalúa los procedimientos y resultados, incluyendo las limitaciones, puntos débiles o errores.

Identifica los puntos débiles e indica propuestas realistas para mejorar la investigación.

Parcialmente

Enuncia una conclusión de una cierta validez.

Evalúa los procedimientos y resultados pero no menciona algunas limitaciones o errores obvios.

Sólo propone mejoras simplistas.

No alcanzado

Extrae una conclusión que interpreta erróneamente los resultados.

La evaluación es superficial o no pertinente.

Propone mejoras que no son realistas.

NIVELES

Extracción de conclusiones válida, basada en una correcta interpretación de los resultados, con una explicación y, cuando procede, compara los resultados con valores ya publicados.

Técnicas de manipulación ASPECTOS NIVELES

Uso de técnicas de forma segura

Seguimiento de instrucciones*

Completamente Es competente y metódico en el uso de

Sigue las instrucciones con precisión, y se adapta a nuevas circunstancias, buscando ayuda cuando la necesita.

Parcialmente

Requiere ayuda en el uso de una técnica de rutina. Trabaja de forma segura, necesitando indicaciones ocasionalmente.

Sigue las instrucciones pero necesita ayuda.

No alcanzado

No utiliza las técnicas o hace un mal uso del equipo, desatendiendo la seguridad.

No sigue las instrucciones o necesita supervisión constante.

las técnicas y el equipo, y presta atención a las cuestiones referentes a la seguridad.

* Las instrucciones se pueden dar de diferentes formas: oralmente, en protocolos de trabajo escritos, diagramas, fotografías, videos, organigramas, cintas de audio, modelos, programas informáticos, etc.

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EVALUACIÓN INTERNA

Aptitudes personales (a) ASPECTOS NIVELES

Trabajo en equipo*

Reconocimiento de la contribución de los demás

Intercambio e integración de ideas

Completamente Colabora con los demás

Aguarda, se preocupa por pedir los puntos de vista de los demás y los tiene en cuenta.

Intercambia ideas con otros, integrándolas en la tarea.

Parcialmente

Requiere orientación para poder colaborar con otros.

Reconoce algunos puntos de vista de los demás.

Intercambia ideas con los demás, pero precisa orientación para integrarlas en la tarea.

No alcanzado

No consigue trabajar con otros estudiantes.

Ignora los puntos de vista de los demás.

No hace ninguna contribución al grupo.

y reconoce sus necesidades para completar la tarea.

* Se define equipo como un grupo de dos o más estudiantes.

Aptitudes personales (b) ASPECTOS NIVELES

Motivación y perseverancia en la investigación científica

Manera ética de trabajar

Consideración del impacto medioambiental

Completamente Aborda la investigación

Presta una considerable atención a la autenticidad de datos e información, y a la forma de manipular los materiales (vivos o no).

Presta una considerable atención al impacto medioambiental de la investigación.

Parcialmente

Aborda la investigación con motivación propia o continúa hasta concluirla.

Presta cierta atención a la autenticidad de datos e información, y a la forma de manipular los materiales (vivos o no).

Presta cierta atención al impacto medioambiental de la investigación.

No alcanzado

Carece de perseverancia y motivación.

Presta poca atención a la autenticidad de datos e información, y a la forma de manipular los materiales (vivos o no).

Presta poca atención al impacto medioambiental de la investigación.

con motivación propia y continúa hasta concluirla.

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EVALUACIÓN INTERNA

Matrices de niveles de logro Al evaluar un trabajo con relación a un criterio en particular, se constata si los aspectos han sido alcanzados completamente, parcialmente o no se han alcanzado. Utilizando las matrices que se exponen a continuación es posible traducir estos niveles en valores numéricos 0, 1, 2 ó 3. El 0 representa el nivel de logro más bajo, mientras que el 3 representa el nivel de logro más alto.

Planificación (a), Planificación (b), Conclusión y evaluación, Aptitudes personales (a), Aptitudes personales (b) Las matrices de niveles de logro siguientes se refieren a los criterios Planificación (a), Planificación (b), Conclusión y evaluación, Aptitudes personales (a) y Aptitudes personales (b), los cuales comprenden tres aspectos. Nivel Completamente

3 9

Parcialmente

No alcanzado

9 Aspectos

Aspectos

Nivel Completamente

Parcialmente

No alcanzado

9 9

Aspectos

Obtención de datos, Procesamiento y presentación de datos, y Técnicas de manipulación La matriz siguiente se aplica a los criterios Obtención de datos, Procesamiento y presentación de datos, y Técnicas de manipulación, los cuales comprenden dos aspectos. Nivel Completamente

3 9

2 9

Parcialmente

9 9

No alcanzado

9 Aspectos

Aspectos

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9 9

Aspectos

EVALUACIÓN INTERNA

Orientación sobre los criterios Planificación (a) La mayoría de los experimentos o trabajos prácticos que se encuentran en los libros de texto no resultan generalmente apropiados para evaluar el criterio Planificación (a), a no ser que se modifiquen dichos experimentos. Resulta esencial dar a los estudiantes un problema de carácter abierto para investigar. Aunque el objetivo general de la investigación puede ser propuesto por el profesor, los estudiantes deberán ser capaces de identificar un tema o problema de investigación concreto. Por ejemplo, el profesor podría presentar el tema de investigación con la frase “Investiga los factores que afectan a X”. Los estudiantes deberán ser capaces de reconocer que ciertos factores influyen sobre X y definir claramente el propósito del experimento o identificar un tema de investigación concreto. A continuación, se debe formular una hipótesis o predicción a la luz de las variables independientes que se hayan seleccionado. Tal hipótesis debe incluir más de una observación esperada. Debe contener una relación entre dos o más variables o, por lo menos, un elemento de explicación racional para la observación esperada, cuya base puede investigar experimentalmente. Una formulación típica de hipótesis podría ser “Si se produce Y entonces ocurrirá Z”. Se deben mencionar otras variables capaces de afectar el resultado, aún en el caso de que no se las vaya a investigar específicamente. También se deberán seleccionar variables controladas.

Planificación (b) El estudiante debe diseñar un método realista y apropiado para el control de variables y la obtención de datos pertinentes en cantidad suficiente. Se debe describir cómo se ha preparado el experimento y las técnicas de medición utilizadas.

Obtención de datos La habilidad en la obtención de datos es importante para el registro exacto de los hechos observados y constituye un aspecto crítico de la investigación científica. La obtención de datos comprende todos los datos brutos cuantitativos y cualitativos, tales como columnas de resultados, observaciones escritas o dibujos de un espécimen. Los datos cualitativos se definen como aquellas observaciones realizadas con los sentidos, con mínima ayuda instrumental (color, cambios de estado, etc.), o estimaciones más o menos vagas (más caliente, más frío, etc.), mientras que los cuantitativos conllevan mediciones reales. Los trabajos prácticos deben brindar a los estudiantes la oportunidad de manejar un amplio espectro de observaciones y datos. Es importante que el plan de trabajos prácticos incluya: • • • • •

la obtención de datos cualitativos y cuantitativos diversos métodos o técnicas distintas variables (tiempo, masa, etc.) varias condiciones métodos específicos de la asignatura de obtención de datos.

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EVALUACIÓN INTERNA

Además: • el registro de datos debe realizarse con meticulosidad para que esto se traduzca en exactitud y precisión • se debe fomentar la utilización de tablas de obtención de datos • los métodos de obtención de datos y las técnicas de medición deben ser coherentes • las unidades de medida deben ser apropiadas para la tarea emprendida.

Procesamiento y presentación de datos El plan de trabajos prácticos deberá proponer un número tal de ejercicios que permitan emplear varios métodos de procesamiento de datos. Se debe inculcar a los alumnos el concepto de análisis de errores. Esto no quiere decir que se deba llevar a cabo el análisis de errores para cada trabajo, ni que dicho análisis deba superponerse al objetivo de la investigación. Los estudiantes deberán demostrar que son capaces de obtener datos brutos, transformarlos y presentarlos de una forma que permita evaluarlos. El procesamiento de los datos brutos puede incluir: •

tratamiento estadístico de los datos brutos (p.ej. obtener porcentajes o medias), con cálculos correctos y con precisión al nivel necesario para la evaluación

•

transformación de dibujos en diagramas

•

conversión de datos tabulados en gráficas

•

rotulación correcta de dibujos

•

realización de un plano a partir de medidas y observaciones en tierra

•

producción de un esquema o gráfico partiendo de un bosquejo o croquis (p.ej. proyección ortográfica o imágenes de secciones).

Los datos deben ser presentados de tal forma que se pueda seguir fácilmente el camino que lleva al resultado final. Las características que se deben tener en cuenta al presentar los datos son las siguientes: •

calidad de la presentación (p.ej. elección del formato, pulcritud)

•

elección de la presentación correcta (p.ej. dejar los datos en forma de tabla, convertirlos en un gráfico, convertirlos en un diagrama de flujo, etc.)

•

utilización de las convenciones científicas adecuadas en tablas, dibujos y gráficos

•

utilización de rótulos claros e inequívocos en dibujos, tablas o gráficos.

Conclusión y evaluación Una vez procesados y presentados los datos de forma adecuada, se pueden interpretar los resultados, extraer las conclusiones y evaluar el método seguido. Los estudiantes deberán: •

analizar y explicar los resultados de los experimentos y extraer sus conclusiones

•

evaluar los resultados.

El análisis podría incluir la comparación entre diferentes gráficos o la descripción de las tendencias que muestran los gráficos.

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EVALUACIÓN INTERNA

Los estudiantes también deberán evaluar el procedimiento adoptado y considerar específicamente: • los procesos • el uso del equipo • la organización del tiempo. Se deben proponer modificaciones para mejorar la investigación.

Técnicas de manipulación El grado de ayuda requerido para ensamblar el equipo, los procedimientos llevados a cabo de forma metódica o no, la capacidad de seguir instrucciones correctamente, y la utilización o no de técnicas seguras de trabajo son indicios de las habilidades manipulativas del estudiante.

Aptitudes personales (a) Trabajar en equipo implica que dos o más estudiantes cooperen en la realización de la tarea, mano a mano, con responsabilidad personal. El trabajo en equipo eficaz incluye el reconocimiento de las contribuciones de los demás; cada miembro del equipo espera que los otros miembros contribuyan. El producto final se debe considerar como un logro de cada uno de los miembros del equipo. Promover la participación activa de los demás no implica solamente el reconocimiento de dicha participación, sino también la incitación activa a la participación de los miembros más reacios o inseguros del grupo.

Aptitudes personales (b) Bajo este criterio se consideran aspectos como el plagio, la fidelidad de la obtención y el análisis de los datos. Es preciso que se mencionen exactamente las fuentes de los datos y se informe con fidelidad, aún en el caso de presentarse anomalías o cuando el experimento no diera los resultados esperados. La atención que se debe prestar al impacto medioambiental se puede demostrar de diversas formas: evitando el despilfarro, utilizando métodos adecuados de eliminación de residuos y minimizando el daño al medio ambiente local cuando se lleven a cabo experimentos.

Evaluación de una investigación Al evaluar el trabajo del estudiante es preciso tener en cuenta que: • se deben aplicar los mismos estándares para los estudiantes de ambos niveles (NS y NM) • el nivel 3 no implica unos resultados perfectos • sólo se pueden asignar números enteros, no se aceptan fracciones ni decimales. El trabajo que se evalúa debe haberlo realizado el estudiante. Por ejemplo, al trabajar el criterio Planificación (a), el estudiante deberá definir el problema, formular la hipótesis y seleccionar las variables; esta información no deberá ser suministrada por el profesor. Al trabajar con Obtención de datos, el estudiante debe decidir cómo obtener, registrar, organizar y presentar los datos brutos. El profesor no deberá, por ejemplo, especificar cómo se deben obtener los datos ni proporcionar una tabla en la que registrarlos. El principio se hace extensivo a todos los demás criterios. Para ilustrar el uso de las matrices de niveles de logro, considere el siguiente ejemplo. El trabajo de un estudiante se evalúa según el criterio Procesamiento y presentación de datos. El profesor considera que el primer aspecto, procesamiento de datos brutos se alcanzó completamente mientras que el segundo aspecto, presentación de los datos procesados sólo se alcanzó parcialmente. Utilizando la matriz de niveles de logro para Análisis de datos, esto se traduce en un nivel 2.

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PROYECTO DEL GRUPO 4 Proyecto del Grupo 4: resumen El Proyecto del Grupo 4 permite a los estudiantes valorar las implicaciones ambientales, sociales y éticas de la ciencia. Permite además comprender las limitaciones del estudio científico, por ejemplo, la escasez de datos adecuados o la falta de recursos, etc. El énfasis debe recaer sobre la cooperación interdisciplinaria y los procesos implicados en la investigación más que en los productos de la investigación misma. Se trata de una experiencia cooperativa en la que se comparten los conceptos y percepciones de las disciplinas del Grupo 4. Se pretende que los estudiantes analicen un tema o problema que se puede investigar desde cada una de las ciencias que se imparten el colegio. El tema puede tener carácter local, nacional o internacional.

Etapas del trabajo El tiempo asignado al Proyecto del Grupo 4 (10 a 15 horas), que forma parte de las horas lectivas dedicadas a la evaluación interna, se puede dividir en cuatro etapas: planificación, definición de actividades, acción y evaluación

Planificación Esta etapa es crucial para todo el proyecto y deberá tener una duración de 2 a 4 horas. •

Puede desarrollarse en una sesión única o en dos o tres más cortas.

•

Debe incluir una sesión de “brainstorming”, en la que participen todos los estudiantes de ciencias, se discuta el tema central y se compartan ideas e información.

•

El tema puede ser elegido por los estudiantes o por los profesores.

•

En el caso de que participe un gran número de estudiantes, puede ser recomendable que se constituya más de un grupo interdisciplinario.

Una vez el tema o asunto haya sido seleccionado, se deben definir con claridad las actividades que se llevarán a cabo antes de pasar a las etapas de acción y evaluación.

Definición de actividades Una estrategia puede ser que los estudiantes definan por sí mismos las tareas que emprenderán, individualmente o como miembros de los grupos, e investiguen los diversos aspectos que plantea el tema seleccionado. En el caso de haber concertado una reunión con otros colegios, puede resultar importante considerarla en este momento.

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PROYECTO DEL GRUPO 4

Acción Esta etapa debe durar entre 6 y 8 horas en total y puede llevarse a cabo a lo largo de una o dos semanas dentro del tiempo de clase programado. También se puede realizar en un día completo si, por ejemplo, el proyecto requiere trabajo de campo. •

Los estudiantes (de forma individual, en grupos de una sola asignatura o en grupos de distintas asignaturas), deben investigar el tema desde la perspectiva de las disciplinas científicas individuales.

•

Debe haber colaboración en la etapa de acción: se deben compartir los resultados de la investigación con los demás integrantes del proyecto. Este hecho puede dificultar la etapa de acción si se desarrolla durante las clases normales, pero es posible utilizar tablones de anuncios, bien físicos o electrónicos, para intercambiar información, o utilizar los períodos de tiempo en los que los estudiantes se reúnen, como por ejemplo, la hora de comer. Los estudiantes entusiastas no dudarán en compartir la información de manera informal.

•

Durante esta etapa, es importante prestar atención a las cuestiones de seguridad, éticas y medioambientales.

Evaluación de resultados Durante esta etapa, para la que se necesitarán probablemente entre 2 y 4 horas, el énfasis debe recaer en que los estudiantes compartan con sus compañeros los resultados de la investigación, tanto los éxitos como los fracasos. La forma de alcanzar este objetivo puede ser decidida por el profesor, los estudiantes o en forma conjunta. •

Una de las soluciones posibles puede ser dedicar una mañana, una tarde o las últimas horas de la tarde a un simposio en el que todos los estudiantes, de forma individual o en grupo, realicen breves exposiciones orales con la ayuda de un proyector, transparencias, pósters, vídeos, computadores, etc.

•

Otra opción puede ser que los resultados se presentaran de manera más informal, en una feria de ciencias en la que los estudiantes o grupos expongan resúmenes de sus actividades.

Al simposio o la feria de ciencias podrían asistir los padres, miembros del consejo escolar y la prensa. Este hecho puede ser especialmente pertinente cuando la investigación se refiere a un asunto de importancia local. Algunos de los hallazgos podrían repercutir sobre la interacción entre el colegio y su medio ambiente o la comunidad local. Además de la presentación, cada estudiante deberá acreditar su participación en el proyecto.

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PROYECTO DEL GRUPO 4

Preparación Uno de los aspectos importantes que se deben tener en cuenta al emprender el proyecto es el impacto que tendrá sobre la organización del colegio. La clave es la formulación de un plan de acción, por ejemplo en forma de cuestionario, que ayude a esbozar una estrategia para todas las actividades previstas. A continuación se sugieren preguntas para incluir en dicho cuestionario que se pueden adaptar a las necesidades de cada colegio. •

¿Cómo elegir un tema? Distribuyendo cuestionarios entre los estudiantes, discusiones con ellos o lista propuesta por el profesor.

•

¿Participarán profesores de otros departamentos que no sean de ciencias?

•

¿Se utilizará a personas ajenas al colegio como fuente de ideas para el proyecto? En caso de ser así, ¿cuál es su disponibilidad?

•

¿De qué métodos de comunicación se dispone para la coordinación de actividades, intercambio de datos y presentaciones conjuntas?

•

¿Cuándo deberá realizarse el proyecto y en cuánto tiempo?

•

¿Cuáles son las implicaciones en términos de recursos y de personal?

Estrategias Consideraciones generales Además de decidir en qué momento realizar el proyecto y cuáles son sus fechas de comienzo y finalización, los profesores deberán considerar una serie de factores al planificar el trabajo: •

si la forma de organizar el curso escolar es trimestral o semestral

•

el número de asignaturas de ciencias impartidas

•

el número de estudiantes del BI

•

si desean o no colaborar con otros colegios.

Cuando se analicen las ventajas y desventajas de las distintas opciones deben primar las necesidades de los estudiantes. Asegurar que el proyecto sea una experiencia de grupo, no restringida a una única ciencia del Grupo 4, puede acarrear problemas organizativos para algunos colegios. Cuando hay un número reducido de estudiantes, se ofrece sólo una ciencia u otros colegios del BI se encuentran a gran distancia, las opciones quedan limitadas. Los profesores deben tener en cuenta los factores específicos de su colegio y los aspectos generales establecidos en esta sección durante la planificación de sus estrategias.

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PROYECTO DEL GRUPO 4

Organización del tiempo No se cuenta con dos años completos para realizar el proyecto. •

El proyecto debe estar finalizado, a más tardar, 19 meses después de comenzado el período lectivo. Por consiguiente, considerando las etapas de planificación, sólo se dispone de 18 meses para llevarlo a cabo. En los casos en los que se complete el curso en un año, por ejemplo los alumnos anticipados del NM, el tiempo disponible será aún más limitado.

•

Se recomienda que antes de comenzar a trabajar en el proyecto, los estudiantes adquieran experiencia de trabajo en equipo.

•

Es muy importante que, antes de comenzar el proyecto, los estudiantes hayan alcanzado cierto grado de conocimiento y habilidades científicas y tengan experiencia en las técnicas experimentales.

Las 10 a 15 horas que recomienda IBO para dedicar al proyecto deben estar distribuidas a lo largo de varias semanas. Es necesario tener en cuenta la distribución de dichas horas al decidir el momento óptimo para llevarlo a cabo. Sin embargo, es posible que un grupo se dedique exclusivamente al Proyecto durante un período de tiempo, si se suspenden todas las demás actividades escolares.

Año 1 En el primer año, es posible que la experiencia y las habilidades de los estudiantes sean limitadas y no sea aconsejable comenzar el proyecto en este curso. Sin embargo, realizarlo en la parte final del primer año puede tener la ventaja de reducir la carga de trabajo a que se somete más tarde a los estudiantes. Esta estrategia proporciona tiempo para resolver problemas imprevistos.

Año 1–Año 2 Al finalizar el primer año podría comenzar la etapa de planificación, decidirse el tema y realizarse una discusión provisional en las asignaturas individuales. Los estudiantes podrían aprovechar el período de vacaciones para pensar cómo van a abordar el trabajo y estarían listos para comenzar el trabajo experimental al principio del segundo año.

Año 2 Retrasar el comienzo del proyecto hasta algún momento del segundo año, especialmente si se deja hasta demasiado tarde, aumenta la presión sobre los estudiantes de diversas formas: la distribución del tiempo es mucho más restringida que en los demás casos; la enfermedad de algún estudiante o problemas inesperados pueden crear dificultades adicionales. No obstante, empezar en el segundo año implica que estudiantes y profesores se conocen, y que probablemente se han acostumbrado a trabajar en equipo y tienen más experiencia en los aspectos pertinentes que durante el primer año.

Combinación de NS y NM En los casos en los que el proyecto sólo se pueda llevar a cabo cada dos años, se combinará a estudiantes principiantes del NS con estudiantes más experimentados de NM.

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PROYECTO DEL GRUPO 4

Estrategias generales 1.

Colaborar con otros colegios del BI a través de: •

el contacto directo con otros colegios de la localidad

•

correo, fax, teléfono, correo electrónico, videoconferencia.

Esto resulta particularmente útil para colegios pequeños o que imparten una sola asignatura de ciencias, o aquellos que tengan contactos ya establecidos de los que deseen beneficiarse, o contactos nuevos que quieran desarrollar. Cuando colegios de distintos países se comunican se refuerza la importancia del internacionalismo. 2.

Llevar a cabo el proyecto sólo cada dos años para que los estudiantes del primero y el segundo año puedan trabajar juntos en un grupo más grande, siempre teniendo en cuenta las restricciones horarias. (Quizás sólo necesario para colegios pequeños pero puede resultar difícil en términos de armonización de horarios.)

Fomentar la colaboración de los estudiantes del BI con estudiantes del mismo colegio que no cursan el BI y que puedan estar matriculados en cursos que responden a requisitos nacionales o de otros tipos. (Útil para colegios pequeños o para aquéllos donde se imparte sólo una asignatura de ciencias.)

Promover la participación de otros profesores o expertos procedentes de industrias, empresas, escuelas técnicas o universidades locales. (Útil para colegios pequeños o para aquellos distantes de otros colegios del BI.)

Colaborar con estudiantes de asignaturas del Grupo 3 como Geografía, Psicología o Economía. (Sólo de interés para colegios que no ofrecen el Programa del Diploma del BI completo.)

Elección del tema En la mayor parte de los casos los estudiantes de un colegio participan en la investigación del mismo tema. En aquellos casos en los que haya numerosos estudiantes, es posible dividirlos en grupos más pequeños, en los que cada grupo lleve a cabo su propio proyecto. Los estudiantes pueden elegir el tema o proponer posibles temas; a continuación los profesores decidirán cuál es el más viable según los recursos, la disponibilidad de personal, etc. Otra opción es que los profesores seleccionen el tema o propongan varios temas entre los cuales los alumnos deberán elegir.

Elección del estudiante Si los estudiantes eligen el tema por sí mismos es más probable que demuestren un mayor entusiasmo y lo sientan como algo propio. A continuación se resume una estrategia para que los alumnos seleccionen un tema, que incluye parte de la fase de planificación. En este momento, los profesores de la asignatura pueden aconsejar a los estudiantes sobre la viabilidad de los temas. •

Identificar los posibles temas por medio de un cuestionario o encuesta distribuido entre los alumnos.

•

Realizar una sesión inicial de “brainstorming” sobre posibles temas o cuestiones para investigar.

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PROYECTO DEL GRUPO 4

•

Discutir durante 10 minutos sobre los dos o tres temas que parezcan más interesantes.

•

Elegir un tema por consenso.

•

Examinar el tema. Los estudiantes de cada asignatura de ciencias escriben los aspectos que podrían ser abordados de acuerdo con las circunstancias locales, recursos, etc.

•

Cada grupo lee su lista y se hace una copia de todas las propuestas.

•

Los estudiantes de cada disciplina hacen una lista de los posibles trabajos prácticos que pueden llevar a cabo. A continuación, todos los estudiantes comentan los aspectos comunes entre los temas y las posibilidades de colaborar en la investigación.

Evaluación del proyecto El Proyecto del Grupo 4 forma parte de la experiencia práctica del estudiante y no contribuye en ningún porcentaje fijo a la evaluación interna. El colegio puede optar por: •

no evaluar el Proyecto

•

evaluar el Proyecto de acuerdo con los requisitos del sistema nacional o local de enseñanza

evaluar el Proyecto de acuerdo con uno o más de los criterios de la evaluación interna del Programa del Diploma del BI.

El Proyecto puede resultar adecuado para evaluar la gama completa de criterios, especialmente Planificación (a) y (b) y Aptitudes personales (a) y (b). Debido a la naturaleza diversa de las actividades asociadas con el Proyecto, puede resultar difícil para un solo profesor obtener una visión clara de la contribución individual de cada estudiante, en especial en cuanto a Planificación y Aptitudes personales. Es posible que sea necesario que los profesores intercambien observaciones y comentarios relacionados con el trabajo de sus alumnos. La evaluación del grupo, la evaluación realizada por otros estudiantes y la autoevaluación pueden ofrecer información adicional muy valiosa.

Participación La documentación de la participación del alumno en el Proyecto, que IBO exige como requisito para la moderación, puede tomar diversas formas. La muestra de moderación debe ir acompañada de una copia de las instrucciones escritas o un resumen de las instrucciones verbales que se dieron con relación al proyecto. La participación de cada estudiante se puede documentar de las siguientes maneras:

•

un texto escrito por el estudiante en el que comente su contribución individual

•

un impreso de autoevaluación

•

un impreso de la evaluación realizada por otros estudiantes

•

un informe individual de laboratorio o el informe del proyecto completo

•

trabajo en borrador o registro de datos obtenidos por el estudiante

•

fotografías, p.ej. el póster final realizado por el grupo.

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TECNOLOGÍA DEL DISEÑO El modelo curricular y de evaluación de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma difiere de los demás modelos para las asignaturas del Grupo 4 en varios aspectos importantes. Esto se debe a que el Proyecto de diseño es específico de esta asignatura. Dicho modelo se muestra a continuación, seguido de la información correspondiente sobre el Proyecto de diseño y la forma en que los profesores deben interpretar los criterios de evaluación comunes del Grupo 4 durante la evaluación interna del proyecto.

Modelo curricular y de evaluación

Modelo curricular: Nivel Medio NM

Total de horas de enseñanza

Teoría

150

95 Tronco común

Opciones

Evaluación interna

Trabajos prácticos

21–26

Proyecto de diseño

Proyecto del Grupo 4

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10–15

TECNOLOGÍA DEL DISEÑO

Modelo curricular: Nivel Superior NS

Total de horas de enseñanza

Teoría

240

159 Tronco común

Temas adicionales del NS (TANS)

Opciones

Evaluación interna

Trabajos prácticos

35–40

Proyecto de diseño

Proyecto del Grupo 4

10–15

Especificaciones de evaluación: Nivel Medio Componente Contribución Contribución Duración al total aproximada de (horas) objetivos específicos

1+2 Prueba 1

20 %

Prueba 2

24 %

12 %

Prueba 3

20 %

10 %

Evaluación interna Proyecto

Estructura y cobertura del programa de estudios

3 ¾

30 preguntas de opción múltiple sobre los temas del tronco común

12 %

Sección A: una pregunta basada en datos y varias preguntas de respuesta corta sobre los temas del tronco común (todas obligatorias) Sección B: una pregunta de respuesta larga sobre los temas del tronco común (de tres a elegir)

10 %

una pregunta basada en datos y varias preguntas de respuesta corta por cada una de las dos opciones cursadas (todas obligatorias)

24 %

a elección del profesor

12 %

a elección del alumno

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TECNOLOGÍA DEL DISEÑO

Especificaciones de evaluación: Nivel Superior Componente Contribución Contribución Duración al total aproximada de (horas) objetivos específicos

1+2 Prueba 1

20 %

Prueba 2

24 %

12 %

Prueba 3

20 %

10 %

Evaluación interna Proyecto

Estructura y cobertura del programa de estudios

3 1

40 preguntas de opción múltiple (aproximadamente 15 en común con el NM más unas cinco preguntas sobre los temas del tronco común y unas 20 sobre los TANS)

12 %

1¾

Sección A: una pregunta basada en datos y varias preguntas de respuesta corta sobre los temas del tronco común y los TANS (todas obligatorias) Sección B: una pregunta de respuesta larga sobre los temas del tronco común y los TANS (de tres a elegir)

10 %

1¼

varias preguntas de respuesta corta y una pregunta de respuesta larga por cada una de las dos opciones cursadas (todas obligatorias)

24 %

a elección del profesor

12 %

a elección del alumno

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PROYECTO DE DISEÑO Introducción La evaluación interna en Tecnología del Diseño representa el 36% de la calificación final y sus componentes son: •

el Proyecto del Grupo 4

•

una combinación de trabajos prácticos de corto o mediano plazo

•

el Proyecto de diseño.

La cantidad de horas recomendada para la enseñanza del Programa del Diploma del BI es de 240 horas en el NS y de 150 horas en el NM. Los estudiantes deben dedicar 81 horas a las actividades prácticas en el NS y 55 horas en el NM (sin incluir el tiempo de redacción de trabajos). Este tiempo incluye unas 10 a 15 horas para el Proyecto del Grupo 4. El Proyecto de diseño, que unifica todos los aspectos del curso, se basa en el tema 1 (Los diseñadores y el ciclo de diseño) y es un elemento obligatorio de la parte práctica en los trabajos y la evaluación. El programa de estudio del NS es más extenso que el del NM: se destinan 31 horas para el Proyecto de diseño en el NS y 19 horas en el NM. Por lo tanto, los alumnos del NS podrán adquirir más conocimientos y habilidades que los del NM y deberán demostrarlo a través de su Proyecto de diseño.

Cuaderno de trabajo Cada alumno debe tener un cuaderno de trabajo donde describirá el desarrollo de su proyecto de diseño y donde dará cuenta de manera informal de sus actividades de investigación durante ese período. El cuaderno de trabajo, que no se evalúa de manera formal, debe incluir: •

ideas de diseño

•

bosquejos

•

evaluaciones

•

anotaciones sobre reuniones e información obtenida

•

detalles de las decisiones tomadas durante el desarrollo del proyecto.

Las anotaciones deben realizarse en orden cronológico y por tanto no siempre constituirán una representación lógica del ciclo de diseño. El cuaderno de trabajo proporciona un registro que servirá de base para el informe del proyecto. Sirve para dar una idea a los profesores y moderadores de la continuidad o la irregularidad del desarrollo del proyecto a medida que el alumno avanza en el ciclo de diseño. Asimismo, constituye un registro personal de otras investigaciones realizadas, tales como prácticas de laboratorio y proyectos menores.

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PROYECTO DE DISEÑO

Informe del proyecto Todos los alumnos deben presentar un informe del proyecto donde se identifiquen las etapas clave del desarrollo del mismo. Este informe puede incluir datos en forma de textos, diagramas, fotografías, etc., y debe explicar el proceso que se llevó a cabo y las decisiones que se debieron tomar. Es recomendable que el informe se compile de forma paralela al cuaderno de trabajo a medida que el proyecto de diseño se va desarrollando, y que se revise y se complete al final del proyecto. En el informe se pueden hacer referencias a las páginas del cuaderno de trabajo para evitar repeticiones innecesarias.

Evaluación El proyecto de diseño se debe evaluar utilizando todos los criterios de evaluación interna de las asignaturas del Grupo 4, que son los siguientes: •

Planificación (a)

•

Planificación (b)

•

Obtención de datos

•

Presentación y procesamiento de datos

•

Conclusión y evaluación

•

Técnicas de manipulación

•

Aptitudes personales (a)

•

Aptitudes personales (b)

El proyecto forma parte de la evaluación interna, pero los elementos del ciclo de diseño se evalúan específicamente en el tema 1. En la siguiente sección se explica la aplicación de los criterios de evaluación del Grupo 4 al ciclo de diseño. La presentación de este diagrama no implica que se deban seguir los pasos de manera lineal: hay varias partes del ciclo que son iterativas (ver el subtema 1.1). Los criterios de evaluación son los mismos para el proyecto y para los trabajos prácticos. El Proyecto de diseño es donde convergen todos los aspectos del curso. El uso del ciclo de diseño en el enfoque de un problema es el tema en torno al cual gira el resto del curso. Allí es donde los alumnos emplean el conocimiento y las habilidades que adquirieron durante el curso para identificar y resolver un problema de diseño. Al encargarse ellos mismos del diseño, los alumnos comprenden mejor cuál es la tarea del diseñador.

Planificación (a) Los primeros dos aspectos corresponden a la parte (i) del ciclo de diseño: identificación del problema e instrucciones (ver E.E. 1.2.2 (i) y Fig. 1).

Aspecto 1

Definición del tema o problema de investigación

Consiste en la descripción de una situación particular denominada “contexto”, que generalmente presenta varios posibles problemas que el alumno deberá resolver.

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PROYECTO DE DISEÑO

Aspecto 2

Formulación de hipótesis o predicción

Consiste en la identificación de una necesidad u oportunidad, a partir de un análisis del contexto, y la formulación de las instrucciones. En las mismas se establece el problema y el resultado que se desea obtener (vea E.E. 1.1.1). Debe quedar claro cuál es la necesidad que busca satisfacer el proyecto y cuál es su importancia, y se debe tomar en cuenta su rentabilidad incluyendo los costos, el tiempo, la infraestructura necesaria y el alcance.

Aspecto 3

Selección de variables

Este aspecto corresponde a la parte (ii) del ciclo de diseño: investigación y especificaciones (vea E.E. 1.2.2 (ii) y Fig. 1). Las especificaciones deben explicarse en virtud de las instrucciones de diseño, y también deben explicarse las prioridades establecidas para la investigación y el desarrollo. Es necesario presentar una lista de especificaciones completa y fundamentada. Esta es la lista de requisitos que se utilizará para evaluar las ideas y el resultado final.

Obtención de datos Este criterio corresponde a la parte (iii) del ciclo de diseño: generación de ideas (vea E.E. 1.2.2 (iii) y Fig. 1).

Aspecto 1

Obtención y registro de datos brutos

Consiste en la obtención de datos pertinentes para la solución del problema. La información o los datos obtenidos deben tener relación con la especificación. Se debe utilizar una variedad de fuentes, incluyendo textos, referencias, publicaciones, trabajos prácticos, observaciones personales y posiblemente recursos de informática tales como CD-ROMs o de Internet. Las prioridades y estrategias empleadas para la recopilación y el registro de los datos deben ser claras.

Aspecto 2

Organización y presentación de datos brutos

Los datos presentados en forma de tablas, gráficas, fotografías, etc. forman una base para la generación de ideas. Estos datos deben representar una serie de soluciones posibles al problema de diseño. Los alumnos deben adquirir material de investigación que sirva de base a sus ideas y, a medida que se van generando soluciones, se requerirá más investigación. La eficacia de la investigación resultará evidente en la variedad de las soluciones. Por ejemplo, un proyecto de diseño con un prototipo utilizable como resultado probablemente requiera la investigación de diferentes materiales: los necesarios para la fabricación del prototipo y los necesarios si se fuera a producir a escala industrial. Esta es la etapa conceptual del ciclo de diseño, con ideas basadas en la investigación y analizadas en cuanto a su viabilidad en virtud de las especificaciones.

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PROYECTO DE DISEÑO

Procesamiento y presentación de datos Este criterio corresponde a la parte (iv) del ciclo de diseño: desarrollo de la solución seleccionada (vea E.E. 1.2.2 (iv) y Fig. 1).

Aspecto 1

Procesamiento de datos brutos

Los datos brutos deben procesarse para que constituyan una solución de diseño. Ello implica la realización de pruebas, experimentos y modelos (incluyendo dibujos y técnicas de diseño asistido por computador). Se debe identificar la mejor solución, la cual se debe explicar en relación con las instrucciones y las especificaciones de diseño.

Aspecto 2

Presentación de los datos procesados

Debe emplearse una variedad de técnicas de presentación para comunicar las etapas de desarrollo de la solución elegida, culminando con un diseño detallado. Los detalles deben ser suficientes como para poder llevar a cabo la solución. Se considerarán los materiales y las técnicas de fabricación. Las modificaciones que se realicen a las especificaciones del diseño deben presentarse en forma de “especificaciones finales”.

Planificación (b) Este criterio corresponde a la parte (v) del ciclo de diseño: planificación y realización de la solución seleccionada (vea E.E. 1.2.2 (v) y Fig. 1).

Aspecto 1 Selección de equipo y materiales apropiados* Se deben identificar los materiales y el equipo adecuados para los diversos aspectos de la etapa de realización del proceso de diseño. *Se aceptan diagramas adecuados.

Aspecto 2

Diseño de un método para el control de variables

Se debe preparar un plan de producción que muestre claramente la secuencia de operaciones que se realizarán para llevar a cabo el diseño. Deben presentarse estimaciones del tiempo destinado a cada operación.

Aspecto 3

Diseño de un método de obtención de datos pertinentes y suficientes

Teniendo en cuenta que con los trabajos de diseño que representan un desafío las cosas nunca salen como se espera, el plan debe tener la flexibilidad necesaria para adaptarse a ideas nuevas, y a los comentarios y el asesoramiento que se reciba. Las decisiones tomadas deben estar fundamentadas. Los alumnos deben presentar pruebas de la forma en que se desarrolló el diseño durante la etapa de realización. Dichas pruebas pueden consistir en dibujos, fotografías, diagramas y textos.

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PROYECTO DE DISEÑO

Conclusión y evaluación Este criterio corresponde a la parte (vi) del ciclo de diseño: prueba y evaluación de la solución seleccionada (vea E.E. 1.2.2 (vi) y Fig. 1).

Aspecto 1

Extracción de conclusiones

Debe considerarse el proceso de diseño globalmente y juzgarse la manera en que se manejó todo el proceso.

Aspecto 2

Evaluación de procedimientos y resultados

Se deben evaluar los procedimientos adoptados en cada una de las etapas del ciclo de diseño. El resultado debe evaluarse en virtud de las especificaciones y deben identificarse los puntos fuertes y débiles del mismo mediante técnicas cuantitativas y cualitativas, según corresponda. Las estrategias de evaluación, tanto subjetivas como objetivas, deben enunciarse con claridad.

Aspecto 3

Mejora de la investigación

Cuando corresponda, se debe recomendar la realización de cambios en los procedimientos. Habiendo recorrido el ciclo de diseño al menos una vez, los alumnos deben ser capaces de evaluar si las especificaciones originales resultan adecuadas y sugerir modificaciones si fuera necesario. Es posible emplear dibujos para mostrar cómo se puede mejorar o desarrollar más el diseño. Se debe presentar una variedad de diseños, especialmente cuando se evalúa la eficacia de un prototipo como base para la producción en mayor escala. Basándose en la evaluación de la solución elegida (tal como se realizó), se debe escribir una especificación de diseño que tome en cuenta los puntos débiles de la primera solución. Los dibujos deben ilustrar las modificaciones.

Técnicas de manipulación Aspecto 1

Uso de técnicas de forma segura

Varias técnicas serán adecuadas para la tarea. Los alumnos deben haber sido capaces de realizar juicios inteligentes acerca de los recursos para llevar a cabo la solución final. Los materiales, componentes y equipos deben manipularse en un nivel de eficiencia que permita la resolución del problema hasta una etapa que dé lugar a una evaluación adecuada.

Aspecto 2 Seguimiento de instrucciones* El nivel de guía necesario dependerá de la naturaleza del proyecto de diseño y la experiencia de los alumnos. Los temas de salud y seguridad se deben tener en cuenta debidamente en todo momento, con pruebas claras de ello en la documentación. *Las instrucciones se pueden dar de diferentes formas: oralmente, en protocolos de trabajo escritos, diagramas, fotografías, videos, organigramas, cintas de audio, modelos, programas informáticos, etc.

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PROYECTO DE DISEÑO

Aptitudes personales (a) Aspecto 1

Trabajo en equipo*

La mayoría de los proyectos de diseño serán realizados de forma individual pero será necesario el trabajo de equipo en varias etapas del proceso. *Se considera equipo a un grupo de dos o más personas.

Aspecto 2

Reconocimiento de la contribución de los demás

Los alumnos deberán cooperar con otras personas para establecer una “necesidad” cuando identifican un problema. El informe del proyecto debe mostrar cómo ha influido la aportación de otros en el diseño, en cada una de las etapas del proceso.

Aspecto 3

Intercambio e integración de ideas

Las instrucciones se pueden elaborar a través de consultas realizadas con un cliente en particular o como resultado de una investigación llevada a cabo con posibles clientes o usuarios. Con frecuencia se requiere la opinión de otras personas en las etapas de desarrollo del proyecto de diseño, y se debe procurar asesoramiento con relación a las técnicas que no se conocen bien. Los alumnos más capaces generalmente colaborarán con sus compañeros, intercambiarán ideas y se ayudarán mutuamente con las pruebas y los experimentos.

Aptitudes personales (b) Aspecto 1 Motivación y perseverancia en la investigación científica Los proyectos de diseño que plantean desafíos (pero son viables) rara vez se desarrollan sin dificultades y tal como se planificaron. Los alumnos deben ser perseverantes en la búsqueda de oportunidades para encontrar soluciones.

Aspecto 2

Manera ética de trabajar

Los alumnos deben reconocer que muchas compañías han desarrollado un código de ética de trabajo para el diseño y la fabricación de sus productos. Esto ha cobrado mayor importancia con el surgimiento del consumismo global. Las consideraciones éticas pueden resultar pertinentes en varias etapas del proceso de diseño e implican aspectos de la estética, los recursos, la obsolescencia, la calidad y el valor del producto.

Aspecto 3

Consideración del impacto medioambiental

Los alumnos deben aplicar algunos de los aspectos y principios que se tratan en el curso con relación a energía, recursos y el impacto de la tecnología del diseño sobre la sociedad y el medio ambiente.

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PROYECTO DE DISEÑO

El Proyecto de diseño como parte integral del curso El profesor no debe aislar el trabajo que se realiza para el proyecto de diseño de las otras partes del curso. De otro modo, los alumnos pueden considerar el proyecto como trabajo adicional que se debe realizar solamente a efectos de la evaluación y no para contribuir a la comprensión de la asignatura. Una de las funciones fundamentales que desempeña el profesor es la de guiar a los alumnos en la elección de un problema o tema adecuado. Las siguientes sugerencias podrán servir de ayuda para el adecuado enfoque del proyecto de diseño.

Asegúrese de que los alumnos conocen los criterios de evaluación y las partes del programa de estudios vinculadas al ciclo y al proyecto de diseño.

Establezca plazos claros para la selección del problema de diseño, la elaboración de las instrucciones y la entrega del proyecto final.

Identifique un problema que sea relativamente simple en el aspecto conceptual pero interesante y adecuado para el nivel de estudio.

Insista en que los alumnos consulten con usted para obtener la aprobación de los temas del proyecto. Ello le ayudará a asegurarse de que los proyectos son variados y adecuados.

Asegúrese de que los alumnos cuentan con recursos suficientes.

Insista en la adecuada presentación del proyecto y anime a los alumnos a utilizar imágenes, gráficas, fotografías, dibujos, tablas, etc., solamente si contribuye a una presentación más clara.

Asegúrese de que los alumnos tienen clara la relación entre el cuaderno de trabajo y el informe del proyecto.

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PARTE 2—TECNOLOGÍA DEL DISEÑO

NATURALEZA DE LA ASIGNATURA Diseñar se puede definir como “concebir un plan mental para algo”. Diseñar consiste en recopilar información sobre el estado actual del mundo que nos rodea, procesar dicha información y planificar algún tipo de intervención, ya sea mediante la modificación de lo que existe o la introducción de algún elemento nuevo. El diseñador no se interesa únicamente por el entorno material, sino también por las consideraciones políticas, sociales y económicas que afectan a las prioridades de las personas.

Objetivos del curso La asignatura de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI se basa en un modelo de aprendizaje que incorpora conocimiento, técnicas y principios de diseño en contextos de resolución de problemas, a la vez que maximiza el uso de recursos locales y fácilmente disponibles. No se presupone ninguna experiencia previa en diseño o tecnología del diseño. El objetivo que se persigue no es sólo la adquisición de conocimientos sobre diseño y tecnología, que pueden cambiar o quedar obsoletos. Se trata también de aprender a adaptarse a las nuevas experiencias y enfocar los problemas con las aptitudes adecuadas y las técnicas pertinentes para identificar los elementos importantes y, especialmente, desarrollar las soluciones óptimas. El ciclo de diseño es la parte central del curso y se espera que los estudiantes utilicen este proceso tanto en el trabajo práctico de investigación como en la teoría. Cada elemento del ciclo representa un aspecto de la tecnología del diseño que, cuando se visualiza de forma conjunta, constituye una aproximación holística. Por tanto, todos los elementos que se presentan deben verse únicamente en el contexto del proceso completo.

Tecnología del Diseño dentro del Grupo 4 (Ciencias Experimentales) La tecnología se basa en las leyes y propiedades de la naturaleza para crear nuevos productos y sistemas, al mismo tiempo que proporciona los medios para el desarrollo de nuevas técnicas y la adquisición de un conocimiento aún mayor sobre dichas leyes y propiedades. La tecnología del diseño se incluye entre las ciencias experimentales del Programa del Diploma debido a que los estudiantes necesitan estudiar los principios científicos para comprender los avances científicos realizados en la sociedad y para poder especular sobre lo que se podría lograr en el futuro. Se han tenido en cuenta los diez objetivos generales del Grupo 4 (especialmente los objetivos 2, 3 y 8) y se les ha prestado especial atención; asimismo, los objetivos de evaluación contemplan de lleno dichos objetivos. La gama de temas tratados en la asignatura se ha seleccionado para asegurar un equilibrio y captar el interés de todos los estudiantes, independientemente de su género y experiencia previa. Se incluyen opciones que puedan resultar atractivas para los estudiantes cuyos estudios futuros no se desarrollarán necesariamente en los campos de la ciencia y la tecnología o de la ingeniería. Asimismo, se ofrecen oportunidades para estudiar en detalle los temas de tecnología pertinentes para quienes piensen dedicarse al estudio de estas asignaturas en el futuro.

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NATURALEZA DE LA ASIGNATURA

El ciclo de diseño y el Grupo 4 El ciclo de diseño es el equivalente al método científico. Por lo tanto, se pone énfasis en el uso del ciclo de diseño para solucionar un problema mediante información científica y técnicas de producción. El trabajo práctico o de investigación se centra en las propiedades de los materiales, los mecanismos, los circuitos de control y las técnicas de producción, en tanto que se aplican a la construcción de un objeto o el desarrollo de aptitudes e ideas útiles para llevar a cabo un proyecto de este tipo.

La tecnología del diseño como complemento del arte La mayoría de los estudiantes tendrán poca o ninguna experiencia en cursos formales de tecnología al comienzo del Programa del Diploma del BI. Por este motivo, Tecnología del Diseño (NM) es especialmente adecuada para quienes no sean especialistas en ciencias. Puede utilizarse como puente entre las ciencias y el mundo de los diseños que nos rodea. Según Edwin Layton, puede verse como “un espectro, con ideas en un extremo, técnicas y objetos en el otro y con el diseño en el centro”. La tecnología del diseño se interesa por las necesidades de las personas y lo que éstas consideran importante. Le da la importancia debida a las cuestiones políticas y las necesidades y valores culturales, estéticos y artísticos. Además, en este curso se pone un mayor énfasis en las consideraciones medioambientales a través de un nuevo tema: el diseño ecológico (6). La asignatura está estrechamente relacionada con los problemas sociales, la toma de decisiones bien fundadas y la distinción entre información y desinformación en el ámbito de la tecnología. Se pretende estimular a los estudiantes para que estudien las tecnologías de las diferentes culturas y comprendan las fuerzas que han impulsado su desarrollo. El curso no trata únicamente sobre “alta tecnología” (compleja, industrializada y de producción masiva), sino también sobre cuán adecuadas resultan las diversas tecnologías para las distintas sociedades. La asignatura de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma se centra en el estudio de un buen diseño tecnológico, la aplicación de los criterios y el ejercicio de las responsabilidades en el uso de la tecnología, cómo reconocer las necesidades, cómo explorar demandas opuestas y cómo producir la solución óptima. La tecnología del diseño se halla a medio camino entre la ciencia y el arte, ya que debe la base del conocimiento a la primera y el énfasis en el talento creativo al segundo.

Tecnología del Diseño para el científico o el ingeniero Cuando los estudiantes tengan en mente seleccionar un curso de ciencias, ciencias aplicadas, tecnología o ingeniería en la universidad, el curso de Nivel Medio o de Nivel Superior podrá realizarse conjuntamente con otras asignaturas del Grupo 4. Tecnología del Diseño del Programa del Diploma proporciona a estos estudiantes la oportunidad de tratar problemas reales y sintetizar las soluciones adecuadas mediante los procesos realizados durante el curso, concretamente mediante la realización del proyecto.

Descripción general de la estructura del curso Los temas del tronco común proporcionan información y experiencias relacionadas con el diseño y el papel de los diseñadores. Al mismo tiempo, ofrecen detalles sobre los materiales y los procesos para que los estudiantes se familiaricen con la tarea de los investigadores a través de un trabajo de investigación y un proyecto.

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NATURALEZA DE LA ASIGNATURA

En los temas adicionales para el Nivel Superior (TANS) se proporcionan explicaciones y respuestas a las interrogantes que surgen a raíz del material del tronco común (algunos temas de química y de física aplicada). Además, amplían el contenido referente a tecnologías adecuadas y la fabricación y evaluación de productos finales. Todos los estudiantes deben realizar un proyecto de tecnología del diseño como parte integral de su evaluación interna, además de algunas investigaciones a corto plazo como complemento. El proyecto está diseñado para integrar los diversos aspectos del curso en un contexto de resolución de problemas. Proporciona a los estudiantes la oportunidad de utilizar sus habilidades y conocimiento en una situación lo suficientemente abierta, motivadora y real como para reunir todos los elementos del proceso de diseño en la búsqueda de una solución que cumpla con las especificaciones establecidas.

Posibles enfoques didácticos Es posible adoptar diferentes enfoques y el programa de estudios está escrito de una forma no preceptiva, de manera que las instalaciones y la ubicación de los colegios no sean el factor decisivo para una enseñanza eficaz del curso. Los procesos implicados en las actividades de Tecnología del Diseño suponen que los alumnos reflexionen de forma dinámica sobre los problemas que se estén resolviendo y las propuestas que se estén desarrollando (tests prácticos, dibujos y modelos) para la solución. Es un proceso dinámico de clarificación (reflexivo y activo) que implica pensamiento y acción. La asignatura requiere que los estudiantes realicen proyectos, trabajos prácticos, experimentos e investigaciones en el laboratorio, en el taller o en el aula. Es necesario que se realicen de forma práctica y que su enseñanza no se lleve a cabo únicamente mediante demostraciones. El curso prevé el tiempo necesario para posibilitar la integración de la teoría con trabajos prácticos e investigaciones en todos los temas. Sin embargo, no se ha especificado ni la duración ni la frecuencia de dichos ejercicios, de forma que los profesores puedan adaptar el curso a sus recursos humanos y físicos concretos. Los procesos implicados en el diseño y la resolución de problemas son complejos: las breves investigaciones prácticas que duran una o dos clases se pueden utilizar para ejemplificar aspectos del proceso, como complemento al proyecto. Para el proyecto no se estipula ningún período específico; sin embargo, es razonable considerar la posibilidad de realizarlo en el segundo año, cuando ya se haya cubierto el contenido suficiente del programa de estudios como para permitir que se utilicen las habilidades y el conocimiento necesarios. Es probable que, en muchos colegios, las opciones se impartan después de las otras unidades del curso, debido al conocimiento previo necesario de los temas del tronco común y de los temas adicionales en el caso del Nivel Superior (TANS). El curso se presta a que la enseñanza se realice en equipo: la docencia se puede compartir tanto con los profesores de arte y diseño como con los de ciencia y tecnología.

Requisitos de materiales El énfasis del curso se centra en el proceso y en el ciclo de diseño, no en el equipo y los materiales necesarios para la fabricación de objetos. La mayor parte del equipamiento y los insumos requeridos para este curso se pueden encontrar en cualquier laboratorio científico bien equipado. Los computadores y el acceso a Internet abren las puertas a nuevos recursos, ricos en materiales e importantes para la tecnología del diseño. Aquellos colegios que posean el equipamiento adecuado podrán optar por impartir la opción E: diseño, fabricación y producción asistidos por computador. Asimismo, los colegios que cumplan con los requisitos de higiene correspondientes pueden impartir la opción D: tecnología de los alimentos. Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

NATURALEZA DE LA ASIGNATURA

Terminología, unidades, presentación de datos y nomenclatura La terminología utilizada en los exámenes será la misma que la utilizada en los programas de estudio. La mayoría de los términos pertinentes, especialmente si son ambiguos, se definen en el glosario de términos técnicos o se explican mediante aclaraciones o notas adjuntas del profesor. En los cuestionarios se utilizarán las unidades del Sistema internacional (SI) y los alumnos deberán utilizar el mismo sistema en sus respuestas. Las unidades que se presenten en tablas y gráficos utilizarán el símbolo / para separar la cantidad física de las unidades del SI (por -2 -1 -1 ejemplo: energía liberada / kJ cm h y velocidad / m s ).

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RESUMEN DEL PROGRAMA DE ESTUDIOS El programa de estudios del curso de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma consta de tres partes: el tronco común, los temas adicionales del Nivel Superior (TANS) y las opciones. A continuación se presenta un resumen del programa de estudios.

Tronco común [65 h.] Horas de enseñanza

Tema 1

Los diseñadores y el ciclo de diseño

Responsabilidades del diseñador

Materiales

Procesos y técnicas de fabricación

Sistemas de producción

Tecnologías limpias y diseño ecológico

Temas adicionales del NS [49 h.] Horas de enseñanza

Tema 7

De la materia prima al producto final

Microestructuras y macroestructuras

Tecnologías apropiadas

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

RESUMEN DEL PROGRAMA DE ESTUDIOS

Opciones Horas de enseñanza

Opción NM A

De la materia prima al producto final

Microestructuras y macroestructuras

Tecnologías apropiadas

Opciones NM/NS D

Tecnología de los alimentos

Diseño, fabricación y producción asistidos por computador 15/22

Invención, innovación y diseño

15/22

Diseño y salud

15/22

Productos electrónicos

15/22

Los alumnos del NM deben estudiar dos opciones, a elegir entre las opciones A a H. La duración de cada opción es de 15 horas. Los alumnos del NS deben estudiar dos opciones, a elegir entre las opciones D a H. La duración de cada opción es de 22 horas.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

TEMARIO Tronco común [65 h.] Tema 1

Los diseñadores y el ciclo de diseño 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Tema 2

Responsabilidades del diseñador 2.1 2.2 2.3

Tema 3

Procesos y técnicas de fabricación Selección de materiales y técnicas

Sistemas de producción 5.1 5.2 5.3

Tema 6

Introducción y clasificación de los materiales Propiedades de los materiales Matriz de propiedades de materiales del BI

Procesos y técnicas de fabricación 4.1 4.2

Tema 5

Ergonomía Evaluación del producto El diseñador y la sociedad

Materiales 3.1 3.2 3.3

Tema 4

El proceso de diseño El modelo del ciclo de diseño (MCD) Aplicaciones del MCD Generación de ideas Comunicación del diseño

Los diseñadores y el ciclo del producto Escala de producción Consideraciones económicas

Tecnologías limpias y diseño ecológico 6.1 6.2 6.3 6.4

Tecnologías limpias Diseño ecológico Estrategias para el diseño ecológico Análisis del ciclo de vida útil

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

Horas de enseñanza

[15] 3 2 2 2 6

[11] 4 4 3

[6] 1 4 1

[8] 2 6

[9] 2 4 3

[16] 3 3 4 6

TEMARIO

Temas adicionales del NS [49 h.] Tema 7

De la materia prima al producto final 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5

Tema 8

Microestructuras y macroestructuras 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

Tema 9

Estructura de la materia Enlace Matriz de propiedades de enlaces del BI Propiedades de los metales y de las aleaciones Propiedades de termoplásticos y termoestables Propiedades de los materiales compuestos Módulo de Young: esfuerzo y deformación Fuerzas Resistencia y rigidez de las estructuras

Tecnologías apropiadas 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5

Madera Cerámica (vidrio) Metales Fibra textil y plástico Nuevos materiales

Recursos y reservas Tecnologías Explotación de fuentes de energía Explotación de recursos materiales Estrategias para un desarrollo sustentable

Horas de enseñanza

[15] 3 3 3 3 3

[19] 1 2 2 2 2 3 3 2 2

[15] 1 3 4 3 4

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

TEMARIO

Opciones NM Opción A

Horas de enseñanza

De la materia prima al producto final A.1 A.2 A.3 A.4 A.5

Opción B

Microestructuras y macroestructuras B.1 B.2 B.3 B.4 B.5 B.6 B.7

Opción C

Madera Cerámica (vidrio) Metales Fibra textil y plástico Nuevos materiales

Tecnologías apropiadas C.1 C.2 C.3 C.4 C.5

Recursos y reservas Tecnologías Explotación de fuentes de energía Explotación de recursos materiales Estrategias para un desarrollo sustentable

[15] 3 3 3 3 3

[15] 1 2 2 2 2 3 3

[15] 1 3 4 3 4

Opciones NM/NS Los alumnos del Nivel Medio estudian los temas comunes de estas opciones, mientras que los estudiantes del Nivel Superior estudian la opción completa (es decir, los temas comunes más los temas de ampliación).

Opción D

Tecnología de los alimentos Temas comunes (NM + NS) D.1 D.2 D.3 D.4 D.5

Alimentos y nutrición Los alimentos y las personas Degradación y conservación de alimentos Procesado de alimentos Etiquetado, embalaje y marca de fábrica

Ampliación (sólo NS) D.6 D.7 D.8

Seguridad alimentaria Estrategias globales en la producción de alimentos Estilo de vida e intoxicación alimentaria

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

Horas de enseñanza

[15] 3 3 3 3 3

[7] 2 3 2

TEMARIO

Opción E

Diseño, fabricación y producción asistidos por computador Temas comunes (NM + NS) E.1 E.2 E.3 E.4 E.5

Impacto del CAD en el proceso de diseño Impacto del CAD/CAM en los procesos de fabricación Impacto en la industria Impacto en el consumidor Producción masiva personalizada

Ampliación (sólo NS) E.6 E.7 E.8

Opción F

Sistemas de comunicación global Sistemas de producción global El fabricante global

F.1 F.2 F.3 F.4 F.5

Invención e innovación Invención La innovación llevada a la práctica: la bicicleta Mercados e innovación Invención, innovación y medio ambiente

Ampliación (sólo NS) F.6 F.7 F.8

El diseñador en el mercado global Estrategias globales para la innovación El consumidor global

3 4 4 2 2

[7] 2 3 2

[15] 2 4 4 3 2

[7] 2 3 2

Diseño y salud Temas comunes (NM + NS) G.1 G.2 G.3 G.4 G.5

Materiales para implantes de tejidos Injertos vasculares: estudio de un caso Gafas y lentes de contacto Audífonos Vehículos y salud

Ampliación (sólo NS) G.6 G.7 G.8

[15]

Invención, innovación y diseño Temas comunes (NM + NS)

Opción G

Horas de enseñanza

La salud en el mundo: estrategias Ergonomía en el lugar de trabajo Discapacidades físicas y mercado global

[15] 3 2 3 3 4

[7] 3 2 2

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

TEMARIO

Opción H

Productos electrónicos Temas comunes (NM + NS) H.1 H.2 H.3 H.4

Electricidad y circuitos electrónicos Construcción de circuitos electrónicos Sistemas de control Microprocesadores

Ampliación (sólo NS) H.5 H.6 H.7

Sistemas de comunicaciones Tarjetas inteligentes Impactos globales de las tecnologías convergentes

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

Horas de enseñanza

[15] 3 4 4 4

[7] 2 3 2

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL PROGRAMA DE ESTUDIOS Tema 1: Los diseñadores y el ciclo de diseño El ciclo de diseño es primordial para que el estudiante comprenda las actividades de diseño y para organizar su propio trabajo de investigación. Cada elemento del ciclo de diseño representa la forma en que los diseñadores progresan a través del proceso de diseño, en el cual la solución es cada vez más refinada a medida que se aumenta el nivel específico de detalle. Este tema se centra en las estrategias utilizadas por los diseñadores para llegar a la solución de un problema y en la naturaleza variada de las habilidades y conocimiento necesarios para realizar sus actividades satisfactoriamente.

E.E.

Obj.

1.1 El proceso de diseño (3 h.) 1.1.1

Defina instrucciones.

Las instrucciones de diseño son el punto de partida formal para el diseño de un nuevo producto y establecen lo que se espera que haga el producto. No proporcionan la solución para el diseño, sino que plantean el problema de diseño y establecen: • el objetivo del diseño (por ejemplo: un prototipo de trabajo que se va a evaluar en términos de su viabilidad para la producción en volumen) • el mercado al que va dirigido el producto (por ejemplo: los niños o los adultos con discapacidad) • las principales limitaciones dentro de las cuales debe llevarse a cabo (por ejemplo: debe cumplir con la nueva legislación, estar formado por menos componentes o tener un menor costo de fabricación) • los criterios mediante los cuales se puede lograr una buena propuesta de diseño (por ejemplo: el aumento en la relación calidad/precio o la rentabilidad de la fabricación).

1.1.2

Defina especificación.

El desarrollo de la especificación a partir de las instrucciones es un proceso evolutivo que se inicia con la generación de una especificación preliminar y culmina con la elaboración de una especificación de diseño del producto (EDP). La EDP establece y justifica límites más precisos para todos los requisitos de rendimiento. Esta especificación identifica las demandas (requisitos o características que se deben reunir) y los deseos (requisitos que se deberían cumplir si se prueba que son técnica o económicamente viables). En la especificación se incluye una lista completa de los criterios por los que se puede evaluar el diseño.

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E.E. 1.1.3

Obj. Explique el papel que desempeña el diseñador en el proceso de diseño.

El papel del diseñador varía en función de la complejidad del proceso y del resultado esperado.

1.1.4

Describa cómo los diseñadores interactúan con otros y cómo varía el énfasis del proceso de diseño en función de las necesidades del papel que desempeña el diseñador.

A menudo, los diseñadores trabajan como miembros de un equipo. Las prioridades pueden variar en función de la naturaleza de la actividad; por ejemplo, la información necesaria para un arquitecto puede ser diferente de la que necesita un ingeniero.

1.1.5

Describa de qué forma los diseñadores dependen del conocimiento en los ámbitos de la ciencia, la filosofía y la tecnología.

La ciencia explica cómo es el mundo. La filosofía se centra en los valores, la cultura, la política y la estética. En la tecnología se incluyen los materiales y las técnicas y procesos de fabricación.

1.1.6

Defina diseño incremental.

1.1.7

Defina diseño radical.

1.1.8

Explique en qué sentido el trabajo de diseño suele ser una combinación de pensamiento incremental y radical.

Por ejemplo, el uso de un nuevo material para un producto puede ser un salto radical, aunque dicho producto puede parecer muy similar a los productos anteriores. Por ejemplo: una raqueta de tenis fabricada en fibra de carbono es un avance radical, aunque la configuración y la forma sean similares a las de diseños anteriores.

1.2 El modelo del ciclo de diseño (MCD) (2 h.) 1.2.1

Indique que los diseñadores utilizan los modelos del ciclo de diseño para representar el proceso de diseño.

Se puede describir el diseño de varias formas y con distintos grados de complejidad; por ejemplo: el ciclo de diseño simple del BI (véase 1.2.2, Fig. 1) o el ciclo de diseño elaborado del BI (véase 1.3.3, Fig. 2). El proceso de diseño suele constar de fases sucesivas que forman un proceso sistemático y cíclico que, finalmente, permite encontrar una solución al problema.

1.2.2

Dibuje el ciclo de diseño simple del BI.

El ciclo de diseño simple del BI (véase Fig. 1) consta de las fases siguientes: (i) Identificación del problema e instrucciones Se describe el contexto del problema y se exponen las instrucciones de forma concisa. El problema de diseño inicial es un conjunto de limitaciones, requisitos y posibilidades. A partir de este conjunto, el diseñador tiene que elaborar un patrón coherente. En las instrucciones de diseño se exponen el resultado esperado y las principales restricciones dentro de las cuales debe llevarse a cabo su realización.

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E.E.

Obj. (ii) Investigación y especificaciones Para obtener la información, se identifican las fuentes de información y se desarrollan las estrategias. En las especificaciones se enumeran todos los aspectos detallados a los que debe ajustarse la solución final. Normalmente, es necesario que exista alguna interacción entre la fase de escritura de la especificación de diseño y la de generación de ideas, debido a que muchos detalles de las especificaciones dependerán del tipo de ideas. (iii) Generación de ideas El pensamiento divergente se utiliza para analizar las posibles formas de resolver un problema. El punto inicial para la generación de ideas debe ser la especificación del diseño. Las propuestas se deben evaluar tomando como base esta especificación y se usan pruebas de la investigación realizada para evaluar las ideas en función de su utilidad. Antes de seleccionar la solución más adecuada, se deben utilizar diversos enfoques y explorar y analizar diferentes posibilidades. (iv) Desarrollo de la solución seleccionada El concepto final se desarrolla considerando las necesidades opuestas del fabricante y del usuario, así como los requisitos de diseño, tal como se establecen en las especificaciones. Una propuesta completa se desarrolla en función de la investigación y de las ideas del diseñador. (v) Planificación y realización de la solución seleccionada En la planificación se incluyen factores tales como dibujos detallados (con un estilo pertinente para la tarea), listas de materiales y costos y un plan para la realización del diseño de forma eficiente. Es necesario identificar el nivel de habilidad y conocimiento adecuado para llegar al resultado final. Dicho nivel debe ajustarse a los recursos disponibles y a los plazos empleados. (vi) Prueba y evaluación de la solución seleccionada Se comprueba el resultado final y se evalúa en función de los requisitos establecidos en la especificación. Se plantean recomendaciones para posibles modificaciones en el diseño. En este momento, debe comenzar un proceso reiterativo. Todos los elementos del ciclo, desde (i) hasta (vi), contribuyen al proceso inherente a la tecnología de diseño y constituyen un enfoque holístico. Por tanto, los elementos que se presentan deben verse en el contexto del proceso completo. A través del curso de tecnología del diseño se hace hincapié en los principios del diseño dentro de un rango de contextos que se pretende ampliar a medida que el estudiante progrese en el curso. Como resultado, el estudiante adquirirá seguridad para la aplicación de dichos principios a la resolución de diversos problemas.

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E.E.

Obj. Fig. 1

Ciclo de diseño simple del BI Identificación del problema e instrucciones i

Prueba y evaluación de la solución seleccionada

ii Investigación y especificaciones

iii

Planificación y v realización de la solución seleccionada

Generación de ideas

iv Desarrollo de la solución seleccionada

1.2.3

Describa cada uno de los elementos del ciclo de diseño simple del BI.

1.2.4

Explique por qué este ciclo de diseño no es lineal y por qué es iterativo en la práctica.

El ciclo indica que el proceso es continuo. Normalmente, el diseñador considera necesario recorrer varias veces el ciclo siguiendo el procedimiento hasta que está satisfecho con las soluciones obtenidas (iteración). No es necesario modificar o volver a todas las fases de dicho ciclo.

1.2.5

Describa la superposición de los elementos del ciclo cuando se aplica holísticamente a una situación de diseño.

En la práctica es imposible separar las fases del proceso de diseño de una forma tan clara como la que se sugiere en el modelo.

1.2.6

Explique por qué puede variar la importancia de los elementos del modelo en función del contexto de diseño particular.

Según la naturaleza del problema, no todos los elementos del ciclo tienen la misma importancia en términos de complejidad y distribución de tiempo. Entre los puntos a tener en cuenta, se incluyen el costo, los recursos, las habilidades, el tiempo, la especificación de diseño original y la modificación del producto.

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E.E.

Obj.

1.3 Aplicaciones del MCD (2 h.) 1.3.1

Resuma tres limitaciones del ciclo de diseño simple del BI.

En el modelo se sugiere que una actividad se inicia sólo después de que la anterior haya finalizado. Sin embargo, cuando se considera el modelo en detalle, no está claro que el proceso se pueda generalizar a través de las diferentes orientaciones de diseño.

1.3.2

Compare el ciclo de diseño simple del BI con otras versiones más complejas utilizadas por los diseñadores profesionales. Haga referencia al ciclo de diseño elaborado del BI (véase Fig. 2).

Hay una gran variedad disponible de modelos más complejos que dividen los procesos en elementos más variados.

1.3.3

Explique por qué la versión simplificada del MCD se debe modificar para que represente adecuadamente la acción y la idea del diseño.

Se ha incluido el modelo más elaborado para resaltar que el diseño no es un proceso lineal. La evaluación, por ejemplo, tiene lugar en varias fases del proceso, no sólo al final. De igual forma, las ideas para las posibles soluciones no sólo se generan en la fase (iii): algunas buenas ideas pueden desarrollarse tan pronto como se identifique el problema, en la fase (i).

Fig. 2

Ciclo de diseño elaborado del BI

Investigación de mercados Proyecto "terminado"

Prueba y evaluación de la solución seleccionada

Identificación o clarificación de una necesidad u oportunidad i

Investigación de mercados

Prueba y evaluación

Ideas

PLAN

ii Análisis, investigación y especificación de requisitos

Prueba y evaluación

Investigación

COMUNICACIÓN v Realización de la solución seleccionada

Conocimiento y habilidades

iii

Generación de ideas y soluciones: modelo de toma de decisiones

iv Desarrollo de la solución seleccionada con diseño detallado

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E.E.

Obj.

1.4 Generación de ideas (2 h.) 1.4.1

Indique que los diseñadores utilizan varias técnicas para desarrollar ideas.

1.4.2

Defina descontento constructivo.

1.4.3

Describa la importancia del descontento constructivo para los diseñadores.

Con frecuencia, los diseñadores creativos no están satisfechos con lo que existe y desean mejorar la situación.

1.4.4

Defina adaptación.

Si un problema se enmarca en un contexto nuevo, se puede encontrar una solución mediante la búsqueda de situaciones similares procedentes de otro contexto y su posterior adaptación.

1.4.5

Describa la importancia de la adaptación para los diseñadores.

1.4.6

Defina analogía.

1.4.7

Describa la importancia de las analogías para los diseñadores.

Las analogías curiosas o extrañas ayudan a estimular la mente de diversas formas; considere los “ojos de buey” en los barcos o el sónar basado en las comunicaciones entre animales marinos.

1.4.8

Defina lluvia de ideas.

Los participantes utilizan las ideas de los demás para desencadenar las suyas, desarrollarlas y combinarlas para producir otras nuevas. No se aceptan críticas, ni siquiera a las ideas más ridículas.

1.4.9

Describa la importancia de la lluvia de ideas para los diseñadores.

1.4.10

Defina pensamiento divergente.

1.4.11

Defina pensamiento convergente.

1.4.12

Describa los elementos del MCD que reflejan el pensamiento convergente y el divergente.

El pensamiento convergente es analítico y se centra en la solución; por ejemplo, se utiliza en la fase de investigación y durante la evaluación. El pensamiento divergente es conceptual y se centra en el problema; por ejemplo, se utiliza en la fase de generación de ideas y durante el desarrollo.

1.4.13

Indique que el proceso de diseño es un equilibrio entre el pensamiento divergente y el convergente en diferentes fases del proceso y en diferentes contextos de diseño.

Los diseñadores deben ser innovadores (tienen que presentar ideas originales), aunque también deben trabajar siguiendo las instrucciones y proporcionar una solución comercializable. Contraste, por ejemplo, el diseño en la moda con el diseño en ingeniería.

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E.E.

Obj.

1.5 Comunicación del diseño (6 h.) 1.5.1

Compare las técnicas de dibujo en dos dimensiones (2D) y en tres dimensiones (3D).

Considere el objetivo de los dibujos y las técnicas.

1.5.2

Defina dibujo a mano alzada.

1.5.3

Explique la importancia del dibujo a mano alzada en 2D y 3D para los diseñadores.

Los diseñadores utilizan varios dibujos a mano alzada en las primeras fases del desarrollo de ideas para explorar la configuración y la forma (3D) y los detalles de construcción (2D).

1.5.4

Describa la importancia que tiene realizar anotaciones en los dibujos a mano alzada.

Las anotaciones explican el pensamiento subyacente a la imagen visual representada por el dibujo. Permiten al diseñador tener en cuenta las implicaciones de las ideas para un desarrollo posterior.

1.5.5

Defina dibujo ortográfico.

1.5.6

Explique el objetivo del dibujo ortográfico.

Un dibujo ortográfico muestra detalles y dimensiones; asimismo, se puede utilizar como dibujo de producción.

1.5.7

Identifique la fase del proceso de diseño en la que el dibujo ortográfico resulta pertinente.

Los dibujos ortográficos se producen en la fase de la solución final y se utilizan como dibujos de trabajo para la fase de realización.

1.5.8

Defina dibujo isométrico.

1.5.9

Explique el objetivo del dibujo isométrico.

Un dibujo isométrico representa la solución propuesta en 3D, mostrando la configuración y la forma.

1.5.10

Defina dibujo isométrico en explosión.

1.5.11

Explique el objetivo del dibujo isométrico en explosión.

El dibujo se "explota" para mostrar características concretas del interior del diseño.

1.5.12

Defina dibujo en perspectiva.

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E.E. 1.5.13

Obj. Explique el objetivo del dibujo en perspectiva.

Compare los dibujos en perspectiva con los dibujos isométricos. Los dibujos en perspectiva tienen en cuenta las disposiciones espaciales; por ejemplo, el escorzo, mientras que los dibujos isométricos se construyen a un ángulo determinado (60º con respecto de la horizontal).

1.5.14

Indique que los modelos son representaciones de la realidad.

1.5.15

Explique que un modelo representa características seleccionadas de un diseño.

1.5.16

Explique las diferencias entre modelos físicos y modelos matemáticos.

Los modelos físicos se realizan a partir de materias primas y se pueden manipular. Los modelos matemáticos utilizan símbolos y se pueden manipular numéricamente.

1.5.17

Resuma las ventajas y desventajas de los modelos físicos y matemáticos.

Considere las habilidades y el conocimiento necesarios y la participación de los clientes o los usuarios.

1.5.18

Defina algoritmo.

1.5.19

Defina un algoritmo para comunicar un proceso.

Es importante que la secuencia sea la correcta: entrada, salida y respuesta.

1.5.20

Dibuje un diagrama de flujo sencillo mediante símbolos.

Es importante utilizar correctamente los símbolos para representar las actividades.

proceso

Inicio/final

entrada/ salida

decisión

Conexiones de A hasta C

1.5.21

Analice un diagrama de flujo.

1.5.22

Describa tres ventajas del uso de modelos como parte del proceso de diseño.

Los diseñadores utilizan modelos con fines concretos; por ejemplo, los diseñadores de automóviles de prestigio pueden utilizar un modelo de arcilla de tamaño natural en la fase del concepto final del diseño. El tamaño natural proporciona una visión más realista del diseño esperado y la arcilla permite que la forma se pueda cambiar fácilmente.

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E.E. 1.5.23

Obj. Describa tres limitaciones del uso de modelos en el proceso de diseño.

Los diseñadores pueden hacer conjeturas sobre el grado de exactitud con que un modelo representa la realidad; por ejemplo, el modelo podría no funcionar como el producto final o estar hecho de un material distinto.

1.5.24

Defina diseño asistido por computador (CAD).

1.5.25

Indique dos ventajas y dos desventajas del uso del diseño asistido por computador (CAD) en lugar de los métodos tradicionales de dibujo.

Considere las habilidades necesarias, el almacenamiento, la complejidad y los estilos de los dibujos, en conexión con otros aspectos de la tecnología de la información y la comunicación, el tiempo, el costo y los objetivos del dibujo.

1.5.26

Explique por qué los diseñadores utilizan varias técnicas de dibujo y modelado para representar ideas.

Haga referencia al proceso de diseño y la forma en que los diseñadores se comunican, ya sea entre ellos o con otras personas.

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Tema 2: Responsabilidades del diseñador Al promover el cambio tecnológico, el diseñador está implicado en las consecuencias sociales del mismo. Dichas consecuencias suelen verse como efectos no esperados o no deseados que han surgido a partir de un nuevo producto, técnica o sistema. Este tema se centra en las responsabilidades del diseñador hacia el consumidor/usuario, el cliente o fabricante y la sociedad, y el modo en que estas responsabilidades pueden ocasionar conflictos en algunas ocasiones. Se debe establecer un entendimiento común del análisis y la evaluación del producto, a ser posible a través del estudio de un caso. De esa forma, los estudiantes podrán desarrollar y aplicar su propio análisis del producto (si es posible, a su propio proyecto de diseño). Debido a la amplia variedad de posibilidades en cuanto al énfasis y los métodos que pueden utilizarse, compartir experiencias sobre los análisis de los productos resultaría muy útil para los estudiantes. Es necesario que los estudiantes comprendan las restricciones y oportunidades existentes para la optimización de la explotación de recursos y las fuentes de energía renovable. El objetivo es lograr una toma de conciencia sobre la necesidad de conservar los recursos no renovables y satisfacer los requisitos humanos, medioambientales e industriales.

E.E.

Obj.

2.1 Ergonomía (4 h.) 2.1.1

Defina ergonomía.

2.1.2

Defina antropometría.

2.1.3

Defina rango de percentil.

2.1.4

Identifique contextos específicos de diseño en los que el diseñador utilizaría un rango de percentil de 5 a 95 o el percentil 50 y cómo dichos rangos se adecuan a un grupo concreto de usuarios.

Por ejemplo, las lavadoras y las cocinas se diseñan para el percentil 50, de forma que se sitúan a una altura estándar, independientemente de la marca. La ropa se fabrica en un rango de tamaños en función del rango de percentil 5 al 95 para un grupo concreto de usuarios.

2.1.5

Explique por qué los diseñadores utilizan el rango de percentil 5 al 95 en lugar del rango comprendido entre el percentil 1 y el 99.

En relación con la producción en volumen, la estandarización tiene un papel importante. Resulta poco rentable diseñar productos para personas cuyas tallas se encuentran fuera del rango comprendido entre el percentil 5 y el 95.

2.1.6

Explique los riesgos de utilizar el percentil 50 como base para diseñar productos para la persona "media".

El percentil 50 hace referencia a una dimensión concreta. Por ejemplo, una persona puede estar dentro de la media en altura, pero no en otras dimensiones.

2.1.7

Defina modelo 2D (manikin).

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E.E.

Obj.

2.1.8

Defina modelo 3D (ergonome).

2.1.9

Explique las razones por las que se usan modelos 2D (manikins) y modelos 3D (ergonomes) durante el diseño.

Los modelos 2D (manikins) se usan con dibujos ortográficos. Los modelos 3D (ergonomes) se usan con objetos para analizar la disposición espacial.

2.1.10

Resuma la importancia de los factores psicológicos (olfato, luz, sonido, sabor, textura y temperatura) en la ergonomía.

Las personas reaccionan de forma diferente a los estímulos sensoriales. Estos factores afectan a la eficiencia y la comodidad.

2.1.11

Describa la importancia de la tolerancia fisiológica, por ejemplo la fatiga y la comodidad, para la investigación ergonómica.

Es posible que resulte cómodo accionar los mandos de una máquina; sin embargo, si se usan constantemente, pueden causar fatiga e ineficiencia. El asiento de un automóvil puede resultar cómodo para trayectos cortos pero no para viajes largos.

2.1.12

Discuta las limitaciones de la recopilación de datos ergonómicos.

Incluya datos estáticos y dinámicos. Considere las dificultades para obtener datos exactos y fiables, especialmente en la obtención de dimensiones funcionales mediante la observación del comportamiento y de respuestas de los usuarios. Es necesario tener en cuenta los problemas que conlleva la recopilación de datos referentes a los aspectos de comodidad y cansancio.

2.2 Evaluación del producto (4 h.) 2.2.1

Defina rentabilidad.

2.2.2

Defina relación calidad/precio.

2.2.3

Resuma los criterios generales utilizados para evaluar productos.

Considere el rendimiento, la fiabilidad, la facilidad de uso, la seguridad, la estética, los materiales, la construcción y el costo.

2.2.4

Describa cómo se pueden utilizar los criterios que se explican en el punto 2.2.3 para evaluar la calidad de un producto.

Utilice ejemplos para aplicar los criterios.

2.2.5

Explique cómo varía la pertinencia de los criterios expuestos en el punto 2.2.3 en función del objetivo de la evaluación.

Por ejemplo, la seguridad en los automóviles es la consideración más importante cuando se realizan pruebas de choque.

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E.E. 2.2.6

Obj. Discuta cómo influyen los objetivos del evaluador en el objetivo de la evaluación.

2.2.1-2.2.2 El objetivo de la evaluación debe definirse claramente, ya que determina los criterios que se van a utilizar y la metodología para la recopilación de información. Los juicios de valor desempeñan un papel importante en el análisis del producto y varían en función del individuo, la época y las circunstancias. Los consumidores suelen valorar la seguridad, la disponibilidad, lo inusual, la estética y la relación calidad/precio, mientras que los diseñadores suelen considerar más importante la función, la fiabilidad y la facilidad de fabricación. Los diseñadores evalúan productos para analizar las soluciones existentes a diversos problemas de diseño o para generar ideas enfocadas al diseño de nuevos productos antes del desarrollo de las instrucciones de diseño. Los fabricantes evalúan productos en relación con la viabilidad de producción (por ejemplo, la rentabilidad).

2.2.7

Defina investigación bibliográfica.

2.2.8

Describa una ventaja y una desventaja de la investigación bibliográfica para la recopilación de datos.

Hay muchas fuentes de información disponibles, aunque quizá haya demasiados datos para revisar y se emplee demasiado tiempo para ello.

2.2.9

Evalúe la importancia de la tecnología de la información y la comunicación (TIC) para la investigación bibliográfica.

La TIC facilita el acceso a la información, por ejemplo a través de Internet, y permite enviar y recibir información. Elimina la necesidad de viajar para obtener información, aunque para ello es necesario tener acceso a un computador.

2.2.10

Defina prueba de usuarios.

2.2.11

Describa una ventaja y una desventaja del uso de pruebas de usuarios en la recopilación de datos ergonómicos.

El usuario no es un especialista; por tanto, las pruebas de usuarios son rentables y se pueden obtener con mayor facilidad. Sin embargo, los usuarios pueden realizar tareas de manera diferente a la esperada.

2.2.12

Defina opinión cualificada.

2.2.13

Describa una ventaja y una desventaja del uso de una opinión cualificada en la recopilación de datos ergonómicos.

Por ejemplo, se puede obtener conocimiento y asesoramiento profesional de un experto (en comparación con los datos obtenidos a través de las pruebas de usuarios). Sin embargo, el experto puede no ser imparcial y por otra parte puede resultar difícil encontrar expertos para la tarea.

2.2.14

Defina test de rendimiento.

Los datos obtenidos a partir de un test de rendimiento suelen ser más exactos que los obtenidos mediante pruebas de usuarios, aunque el experto no sea parcial en sus opiniones.

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E.E. 2.2.15

Obj. Describa una ventaja y una desventaja del uso de un test de rendimiento para la recopilación de datos.

La ventaja de un test de rendimiento radica en que proporciona datos acerca de cómo funcionará el producto, por ejemplo, en una prueba de choque de un automóvil, cuestión que no puede determinarse a partir de pruebas de usuarios. Las desventajas son que la realización de dicho test puede llevar mucho tiempo y tener un costo elevado.

2.2.16

Defina cuestionario a usuarios.

2.2.17

Describa una ventaja y una desventaja del uso de cuestionarios a usuarios para la recopilación de datos.

Es relativamente fácil y económico obtener datos, aunque son en gran medida cualitativos.

2.2.18

Compare los cuestionarios a usuarios y las pruebas de usuarios.

En los cuestionarios a usuarios, los datos se recopilan mediante la obtención de las respuestas a preguntas formuladas a los usuarios. Cuando se emplean pruebas de usuarios, los datos se recopilan mediante la observación del comportamiento de los usuarios y tienen una mayor base científica.

2.2.19

Resuma las estrategias más adecuadas en la recopilación de datos para evaluar un producto específico en función de los criterios establecidos.

Considere el objetivo de la evaluación y los parámetros dentro de los cuales trabaja el evaluador como, por ejemplo, los plazos.

2.3 El diseñador y la sociedad (3 h.) 2.3.1

Explique de qué modo la legislación puede imponer restricciones a los diseñadores.

Los diseñadores deben conocer las leyes que afectan a su función como, por ejemplo, las normas de seguridad. Deben tenerse en cuenta las disposiciones locales y nacionales.

2.3.2

Explique de qué modo afectan las consideraciones estéticas al diseño de productos y al medio construido.

El estilo suele ser el principal atractivo para lograr la venta de un producto; por ejemplo en el caso de los automóviles.

2.3.3

Resuma un ejemplo en el que la sociedad atribuya una responsabilidad social al trabajo del diseñador.

El cambio en los valores (por ejemplo, la actitud frente a los residuos o la contaminación) influye en las actividades de los diseñadores.

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E.E. 2.3.4

Obj. Discuta el conflicto al que se enfrenta un diseñador cuando intenta equilibrar la forma y la función.

En muchas ocasiones se producen conflictos entre las características estéticas y la funcionalidad, entre las características estéticas y las cuestiones de seguridad y entre las características estéticas y el costo o la relación calidad/precio. En el punto de venta, las consideraciones estéticas pueden tener una mayor importancia para el consumidor que las consideraciones funcionales.

2.3.5

Defina obsolescencia planificada.

2.3.6

Describa una ventaja y una desventaja de la obsolescencia planificada para el consumidor.

Ventajas: mayor posibilidad de elección, aumento en la innovación y más competencia. Desventajas: menor valor intrínseco de los productos y necesidad de sustituir los productos más frecuentemente.

2.3.7

Describa una ventaja y una desventaja de la obsolescencia planificada para el fabricante.

Aumento de la riqueza gracias a las ventas pero, a la vez, aumento de los requisitos de desarrollo e investigación.

2.3.8

Explique cómo la obsolescencia planificada influye en la especificación del diseño de un producto.

Considere los materiales y la construcción, la durabilidad y la facilidad de mantenimiento.

2.3.9

Defina moda.

2.3.10

Compare la influencia de la moda y la obsolescencia planificada en el ciclo del producto.

La obsolescencia planificada posee una escala de tiempo definida; la de la moda es menos previsible. Ambos conceptos pueden estar presentes en un diseño (por ejemplo, un determinado color puede estar de moda para los automóviles) aunque ello no afecta a los materiales o a la obsolescencia tecnológica.

2.3.11

Evalúe la influencia de la moda y de la obsolescencia planificada en relación con la calidad y el valor de un producto.

Determinar si los productos de marcas reconocidas poseen una mayor calidad que los de marcas que fabrican el mismo producto a precios inferiores. Considere también los valores de una sociedad en la que predomina el concepto de "usar y tirar".

2.3.12

Discuta las implicaciones de la moda y la obsolescencia planificada para la conservación de los recursos naturales, de los residuos y de la contaminación.

Considere la influencia de la moda y la obsolescencia planificada en el ciclo del producto, es decir, un ciclo más corto implica un mayor uso de las materias primas y la energía para obtener los materiales y para la fabricación y desecho de los mismos. Considere también los residuos y la contaminación en cada fase del ciclo.

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Tema 3: Materiales El objetivo de este tema es garantizar la comprensión de las relaciones entre la elección de materiales, los procesos de fabricación y los conceptos de los diseñadores. La tecnología del diseño está íntimamente relacionada con las propiedades del material y el modo en que se relacionan con los procesos de fabricación. El propósito de este tema es obtener una perspectiva general de esas relaciones, a la vez que se ponen de manifiesto las alternativas de que disponen los diseñadores.

E.E.

Obj.

3.1 Introducción y clasificación de los materiales (1 h.) 3.1.1

Indique que los materiales pueden clasificarse en grupos, de acuerdo con las semejanzas en sus microestructuras y propiedades.

3.1.2

Explique que se admiten varias clasificaciones, pero que ninguna de ellas es "perfecta".

Es conveniente ser capaces de clasificar los materiales en categorías (aunque de naturaleza bastante general) que tengan presente combinaciones típicas de sus propiedades.

3.1.3

Indique que, para este curso, los materiales se clasifican en los siguientes grupos: maderas, metales, cerámicas, plásticos, fibras textiles, alimentos y materiales compuestos (composites), y que algunos de esos grupos tienen subdivisiones.

En cada grupo puede haber subdivisiones, por ejemplo: maderas (madera natural o conglomerado), metales (ferrosos o no ferrosos), cerámicas (barro cocido, porcelana y cerámica de gres), plásticos (termoplásticos y termoestables), fibras textiles (naturales o sintéticas), alimentos (de origen vegetal o animal) y materiales compuestos (difíciles de clasificar debido a su variabilidad y continuo desarrollo). Nota: Los alimentos se incluyen en la matriz por su importancia como materiales de diseño y para que la matriz quede completa, aunque son tratados detalladamente en una opción.

3.2 Propiedades de los materiales (4 h.) Propiedades físicas 3.2.1

Defina las siguientes propiedades físicas: densidad, resistividad eléctrica, conductividad térmica, dilatación térmica y dureza.

3.2.2

Explique un contexto de diseño en el que cada una de las propiedades mencionadas en el punto 3.2.1 tenga especial importancia.

•

La densidad tiene gran importancia respecto del peso y el tamaño del producto (p. ej. para su portabilidad). La comida preparada se vende en términos de peso/volumen y ello exige una cierta consistencia. La resistividad eléctrica tiene gran importancia al seleccionar materiales concretos, tales como conductores o aislantes, para contextos de diseño específicos.

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E.E.

Obj. •

•

La conductividad térmica tiene gran importancia para el caso de objetos que vayan a ser calentados, tengan que conducir el calor o deban ser aislantes térmicos. La dilatación (dilatabilidad) térmica tiene gran importancia cuando se unen dos materiales diferentes, como en el caso de metales vidriados. Después, éstos pueden experimentar grandes cambios de temperatura mientras permanecen unidos. La dureza tiene gran importancia cuando se requiere resistencia a la penetración o al rayado. Las baldosas de cerámica para el piso son extremadamente duras y resistentes al rayado.

Propiedades mecánicas 3.2.3

Defina las siguientes propiedades mecánicas: resistencia a la tracción, rigidez, tenacidad y ductilidad.

3.2.4

Explique un contexto de diseño en el que cada una de las propiedades mencionadas en el punto 3.2.3 tenga especial importancia.

La resistencia a la tracción de cuerdas y cables tiene gran importancia para la seguridad en el alpinismo y en los ascensores. La rigidez tiene gran importancia cuando el mantenimiento de la forma es crucial para el comportamiento de un objeto, p. ej. el ala de un avión. La tenacidad tiene gran importancia cuando puedan tener lugar la abrasión y el cortado. La ductilidad tiene gran importancia cuando los metales son extrudidos (no confundirla con la maleabilidad: la capacidad de darles forma plásticamente).

Características estéticas 3.2.5

Resuma las siguientes características: gusto, olor, apariencia, textura y color.

3.2.6

Explique un contexto de diseño en el que cada una de las características mencionadas en el punto 3.2.5 tenga especial importancia.

3.2.5-3.2.6 Algunas de las propiedades resultan pertinentes para un solo grupo de materiales (p. ej. alimentos), mientras que otras pueden aplicarse a más de uno. Aunque estas propiedades estimulan los sentidos de las personas, las respuestas varían de un individuo a otro y resultan difíciles de cuantificar científicamente, a diferencia de las otras propiedades.

3.3 Matriz de propiedades de materiales del BI (1 h.) 3.3.1

Explique cómo pueden organizarse en una matriz de propiedades de materiales todos los grupos y subgrupos especificados en el punto 3.1.

3.3.1-3.3.2 La matriz se ha diseñado para dar una perspectiva general de la importancia relativa de las propiedades en cada grupo de materiales.

3.3.2

Explique los valores relativos de las propiedades en la matriz de propiedades de materiales del BI.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TRONCO COMÚN

Matriz de propiedades de materiales del BI Fibras textiles

Alimentos

baja

muy alta

alta

media

muy alta

muy baja

baja

media

baja

alta

muy baja

baja – muy alta

baja

media

media – muy alta

muy alta

baja – media

baja

Resistencia a la tracción

media

alta

baja

baja – media

media

baja – media

Rigidez

media

alta

muy alta

baja – media

muy baja

baja – media

alta

muy alta

muy baja

media

baja – media

Maderas

Metales

Cerámicas Plásticos

Densidad

baja

alta

media

Resistividad eléctrica

alta

muy baja

Conductividad térmica

baja

Dilatación térmica

Materiales compuestos*

Propiedades físicas

Dureza

Propiedades mecánicas

Tenacidad

* Los materiales compuestos (composites) se diseñan teniendo en mente propiedades específicas, de modo que no resulta apropiado generalizar sus propiedades en una tabla de este tipo.

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Tema 4: Procesos y técnicas de fabricación Los diseñadores necesitan comprender una serie de procesos y técnicas de fabricación para relacionarlos con su conocimiento de los materiales. Este tema no pretende abarcar todas las técnicas conocidas, sino que resume y ejemplifica los principales procesos y técnicas de fabricación. Es importante comprender cómo se relacionan entre sí los diferentes procesos en la fabricación de un producto. Normalmente, durante la fabricación, en primer lugar se da al material una forma rudimentaria, posteriormente una más precisa en las partes ya acabadas o los componentes y, finalmente, se ensamblan. Algunos productos o componentes se fabrican mediante un solo proceso, pero la mayoría requieren una combinación de procesos.

E.E.

Obj.

4.1 Procesos y técnicas de fabricación (2 h.) 4.1.1

Defina procesos de fabricación.

4.1.1-4.1.2 Un producto acabado puede necesitarse con alguna forma y tamaño determinados entre una infinidad de opciones, y hay muchas técnicas diferentes para producir el artículo final. Estas técnicas pueden clasificarse en tres grandes grupos: modelado, ensamblado y desbastado.

4.1.2

Defina técnica de fabricación.

4.1.3

Defina el proceso de modelado.

4.1.4

Explique la importancia del doblado, el moldeado, el vaciado y el tejido en el proceso de modelado.

Se requiere conocer la forma en que cada técnica modela un producto.

4.1.5

Defina el proceso de ensamblado.

4.1.6

Explique la importancia del uso de remaches, adhesivos, fundidos y cosidos en el proceso de ensamblado.

Se requiere conocer la forma en que se utiliza cada técnica en el ensamblado de materiales.

4.1.7

Defina el proceso de desbastado.

4.1.8

Explique la importancia del maquinado, el cortado y la abrasión en los procesos de desbastado.

Se requiere conocer la forma en que se emplea cada técnica para desbastar un producto.

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E.E.

Obj.

4.2 Selección de materiales y técnicas (6 h.) En la selección de materiales se toma en consideración el tratamiento económico y los requerimientos de servicio. El carácter satisfactorio de los productos se debe evaluar en términos de eficiencia y economía de la fabricación, así como en función del rendimiento del producto.

4.2.1

Defina moldeado por inyección.

4.2.2

Describa la técnica del moldeado por inyección.

Debe utilizarse un diagrama rotulado.

4.2.3

Discuta las ventajas y desventajas del moldeado por inyección.

Ventajas: no requiere acabado; volumen de producción; uso de moldes diferentes. Desventajas: los costos de montaje reducen su idoneidad para bajos volúmenes de producción; limitaciones al tamaño, forma, etc.

4.2.4

Identifique las propiedades más importantes que hacen que un material resulte apropiado para el moldeado por inyección.

Por ejemplo, la dilatabilidad térmica y la tenacidad.

4.2.5

Defina laminación.

4.2.6

Describa la técnica de laminación.

La descripción debe incluir el uso de un molde o una matriz, y un método de presionado.

4.2.7

Discuta las ventajas y desventajas de la laminación.

Ventajas: no requiere acabado; capacidad de proporcionar formas y superficies complejas; puede ser apropiado para grandes superficies, capacidad de combinar materiales diferentes. Desventajas: trabajo intensivo; puede requerir la fabricación de un molde; limitaciones en el pegado, el tamaño, la fijación , la forma y los ángulos de curvatura.

4.2.8

Identifique las propiedades más importantes que hacen que un material resulte apropiado para la laminación.

Por ejemplo, la tenacidad y la resistencia a la tracción.

4.2.9

Defina sinterización.

4.2.10

Describa la técnica de sinterización.

4.2.11

Discuta las ventajas y desventajas de la sinterización.

Ventajas: no requiere maquinado superficial en comparación con el fundido; apropiada para materiales con alto punto de fusión. Desventajas: altos requerimientos de energía; limitaciones en los tamaños y formas que pueden producirse y en los materiales que pueden utilizarse.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TRONCO COMÚN

E.E. 4.2.12

Obj. Identifique las propiedades más importantes que hacen que un material resulte apropiado para la sinterización.

Por ejemplo, la conductividad térmica y la dureza.

4.2.13

Defina extrusión.

4.2.14

Describa la técnica de extrusión.

Es esencial utilizar un diagrama rotulado.

4.2.15

Discuta las ventajas y desventajas (o limitaciones) de la extrusión.

Ventajas: no requiere acabado; volumen de producción; formas huecas. Desventajas: limitación en el tamaño, forma y detalle de los productos extruidos.

4.2.16

Identifique las propiedades más importantes que hacen que un material resulte apropiado para la extrusión.

Por ejemplo, la tenacidad y la durabilidad.

4.2.17

Defina cortado y maquinado.

4.2.18

Describa las técnicas de cortado y maquinado.

Relacione las técnicas con una amplia gama de materiales.

4.2.19

Discuta las ventajas, desventajas y limitaciones de las técnicas de cortado y maquinado.

Ventajas: versatilidad y flexibilidad; gama de materiales apropiados. Desventajas: requerimientos del montaje. Limitaciones: tamaño; procesos de ensamblado.

4.2.20

Identifique las propiedades más importantes que hacen que un material resulte apropiado para el cortado y el maquinado.

Por ejemplo, la tenacidad y la resistencia a la tracción.

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Tema 5: Sistemas de producción Este tema se centra en los aspectos comerciales del diseño y la fabricación: la gestión, los aspectos económicos y las políticas relacionadas a la asimilación de productos en el mercado. Se examina cómo la escala y el tipo de producción afectan a la naturaleza, la calidad y el costo de un producto.

E.E.

Obj.

5.1 Los diseñadores y el ciclo del producto (2 h.) 5.1.1

Defina ciclo del producto.

5.1.2

Discuta el papel que desempeña el diseñador en el ciclo del producto.

El diseño forma parte del ciclo del producto: cuando se genera una necesidad, se diseña un producto, se crea, se vende y finalmente queda obsoleto. Este ciclo se hace más complejo al agregarse la distribución y la venta, la contabilidad y la ingeniería de producción, todo lo cual influye en dicho ciclo. Aunque el diseñador es una parte integral del proceso, no es necesariamente el responsable de controlarlo (como sucede con el ciclo de diseño). El diseño y la fabricación asistidos por computador (CAD/CAM), en los que se diseña un prototipo mediante el uso de un computador personal, hacen confusa esta distinción.

5.1.3

Resuma el ciclo de vida del producto en términos de fases iniciales, avanzadas y finales del desarrollo.

En las primeras fases se pueden producir muchos cambios en el producto hasta que alcanza una fase avanzada, en la que ingresa al mercado, obtiene aceptación y se vende bien. En la fase final, la necesidad del producto comienza a decrecer y también su venta.

5.1.4

Resuma el ciclo de vida del bolígrafo y del cassette de audio en términos de fases avanzadas y finales de desarrollo.

El bolígrafo se encuentra en la fase avanzada, ya que aún se vende bien aunque el diseño no varíe considerablemente. El cassette se encuentra en la fase final, ya que ha sido sustituido por el disco compacto y el mini disco.

5.1.5

Compare el ciclo de diseño con el ciclo del producto.

Las diferencias deben resaltar que el proceso de diseño se centra en la creación de la solución adecuada para un problema y el ciclo del producto tiene que ver con la aplicación comercial de dicha solución.

5.2 Escala de producción (4 h.) 5.2.1

Defina producción única, producción por lotes y producción en gran escala.

Puede resultar útil tener una perspectiva histórica sobre la forma en que los métodos de producción artesanales se vieron sustituidos por la mecanización después de la Revolución Industrial, y por la automatización durante la Revolución Tecnológica de la segunda mitad del siglo XX.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TRONCO COMÚN

E.E. 5.2.2

Obj. Describa dos ventajas y dos desventajas de cada escala de producción.

Éstas pueden estar relacionadas con consideraciones económicas o sociales.

5.2.3

Explique en qué casos es más adecuado utilizar una u otra escala de producción.

Utilice un producto como ejemplo para explicar si una u otra escala de producción resulta adecuada, teniendo en cuenta las necesidades del consumidor y las condiciones del mercado.

5.2.4

Defina producción artesanal, mecanización, automatización y producción en cadena de montaje.

5.2.5

Describa por qué antes de la Revolución Industrial la mayoría de los productos se fabricaban mediante técnicas artesanales.

Haga referencia al desarrollo de habilidades, a los materiales y las fuentes de energía, a las ventas y la distribución y a la relación entre el artesano o diseñador y el cliente o consumidor.

5.2.6

Explique cómo la disponibilidad de nuevas fuentes de energía durante la Revolución Industrial condujo a la introducción de la mecanización.

Haga referencia a la energía hidráulica y las máquinas de vapor.

5.2.7

Explique cómo el desarrollo de los computadores y la tecnología de la información en la Revolución Tecnológica ha conducido a la introducción de la automatización.

Haga referencia también a la importancia de la electricidad en los procedimientos de cadenas de montaje.

5.2.8

Defina CAD/CAM (diseño y fabricación asistidos por computador) y CNC (control numérico computarizado).

5.2.9

Describa cómo CAD/CAM y CNC pueden contribuir al sistema de producción automatizada.

Observe el objetivo de cada uno cuando se utilizan conjuntamente o por separado como parte de un sistema mayor.

5.2.10

Defina robot.

5.2.11

Explique de qué forma los robots industriales ofrecen una mayor flexibilidad a los sistemas de producción automatizados.

Observe la posibilidad de reprogramar y cambiar los componentes físicos para modificar la actividad.

5.2.12

Describa un ejemplo de robot doméstico.

Puede ser una aspiradora o una cortadora de césped robóticas.

5.2.13

Defina vehículo guiado automáticamente (AGV).

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E.E. 5.2.14

Obj. Explique de qué modo los AGV contribuyen a un sistema de producción automatizada.

Dichos vehículos se coordinan con los demás aspectos del sistema para asegurar la máxima eficiencia mediante el transporte de componentes o productos terminados desde una parte de la fábrica a otra.

5.2.15

Indique dos ventajas y dos desventajas de la mecanización de un proceso de producción.

Considere el costo, la calidad del producto, las condiciones sociales, el trabajo, etc.

5.2.16

Indique dos ventajas y dos desventajas de la automatización de un sistema de producción.

Considere el costo, la flexibilidad, las técnicas, el efecto sobre la población activa, la calidad, la complejidad del producto y del proceso, el tipo de mercado, las tradiciones, la gestión de estructuras y la capacitación.

5.2.17

Discuta las ventajas y las desventajas de cada sistema desde el punto de vista del diseñador, del fabricante y del consumidor.

Considere otros grupos implicados.

5.2.18

Resuma un ejemplo de un producto fabricado mediante cada uno de los modos de producción. (Utilice ejemplos diferentes para cada caso.)

Considere las características del producto que lo hacen adecuado para cada método de producción.

5.3 Consideraciones económicas (3 h.) 5.3.1

Explique los factores que determinan el costo final de un producto.

Tenga en cuenta la escala de producción; la complejidad del producto, el material, los recursos y técnicas necesarias; el control de calidad; el tamaño y el peso del producto para su almacenamiento o distribución; el tipo de publicidad y marketing; los beneficios y los impuestos. Incluya los costos de disponibilidad y adquisición de materias primas, investigación y desarrollo, la mano de obra, los costos de fabricación, los costos de inversión, los gastos indirectos, la distribución y las ventas.

5.3.2

Defina costos fijos y costos variables.

5.3.3

Identifique los costos del punto 5.3.1 como fijos y variables.

5.3.4

Explique cómo los costos identificados en el punto 5.3.1 varían en proporción, en función del tipo de producto y del modo de producción.

Algunos costos son más importantes que otros. Por ejemplo: el costo de las materias primas y la mano de obra son una parte importante del costo final de una mesa de caoba fabricada artesanalmente, aunque para un componente plástico moldeado por inyección estos costos serían menores y el costo principal de la maquinaria sería más elevado. Los cálculos cuantitativos no son necesarios.

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Tema 6: Tecnologías limpias y diseño ecológico Este tema analiza el impacto de los procesos de fabricación y de los productos sobre el medio ambiente. Las tecnologías limpias han surgido como resultado de una mayor presión a favor de la protección medioambiental y son respaldadas por marcos legales. Los productos ecológicos se diseñan conforme a los principios del diseño ecológico y adoptan un enfoque de diseño del producto “desde su concepción hasta su eliminación”. Las estrategias para un diseño ecológico se basan en que los productos se puedan reparar, reutilizar o reciclar. El análisis del ciclo de vida útil ofrece un marco de evaluación del impacto medioambiental de un producto en cada etapa de su vida útil.

E.E.

Obj.

6.1 Tecnologías limpias (3 h.) 6.1.1

Defina tecnología limpia.

6.1.2

Resuma tres ejemplos de daños al medio natural causados por el uso de la tecnología.

Incluya entre dichos ejemplos: • cambios climáticos como resultado de la producción de gases que causan el efecto invernadero, tales como el dióxido de carbono liberado por la combustión de combustibles fósiles • el dióxido de sulfuro emitido por las centrales térmicas británicas y llevado por los vientos más allá del mar del Norte hasta Escandinavia, donde ocasiona la lluvia ácida que afecta a los bosques • la destrucción de la capa de ozono por la utilización de gases clorofluorocarbonados (CFC) como propelentes para aerosoles, refrigerantes y en la fabricación de espumas plásticas, lo que reduce la protección contra las radiaciones ultravioletas dañinas y aumenta la incidencia del cáncer de piel.

6.1.3

Indique que inicialmente estas tecnologías tenían como objetivo principal desarrollar procesos de fabricación más limpios.

Las tecnologías limpias surgieron como resultado de una mayor presión a favor de la protección medioambiental. Causan menos contaminación, generan menos residuos y logran un uso más eficiente de la energía y de los materiales. Las industrias pesadas (como las del hierro y el acero) consumen grandes cantidades de materia prima y energía, y son altamente contaminantes.

6.1.4

Resuma las razones para el uso de tecnologías limpias.

Incluya entre dichas razones: el logro de efectos positivos; la posibilidad de asegurar efectos neutros o minimizar los efectos negativos mediante la conservación de los recursos naturales; la posibilidad de reducir la contaminación, el consumo de energía, y el mal uso de la energía y los recursos.

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E.E. 6.1.5

Obj. Resuma que una respuesta inicial para la reducción de emisiones de contaminantes consiste en integrar tecnologías de depuración al final del proceso de fabricación.

La integración de tecnologías de depuración al final del proceso de fabricación se conoce como estrategia "end-of-pipe" (control de la contaminación).

6.1.6

Explique que los planteamientos más radicales requieren que se reconsidere todo el sistema en su conjunto, lo que podría implicar una modificación significativa del producto o del proceso, o podría dar como resultado tecnologías totalmente nuevas.

Por ejemplo, el desarrollo de un equipo de generación de energía basado en energías renovables.

6.1.7

Indique que la legislación en materia de depuración del proceso de fabricación ha servido como estímulo para el desarrollo de las tecnologías limpias.

6.1.8

Explique que la legislación en materia de la depuración del proceso de fabricación se basa en datos cuantitativos relativos a la contaminación y a los residuos producidos.

6.1.9

Explique que los niveles máximos fijados para la contaminación y los residuos resultan de acuerdos internacionales.

6.1.10

Explique que la legislación puede hacerse cumplir mediante controles que impliquen la recolección de datos cuantitativos.

6.1.11

Explique que se pueden imponer multas en caso de infracción de la legislación.

Ello introduce el concepto del pago de multas por parte del que contamina.

6.1.12

Explique que los planteamientos de los puntos 6.1.5 a 6.1.11 no son preventivos.

6.1.13

Explique que algunas grandes compañías se han percatado de que un uso más eficiente de la energía y de los materiales puede suponer importantes ahorros de dinero, por lo que han adoptado políticas medioambientales activas para evitarse problemas.

6.2 Diseño ecológico (3 h.) 6.2.1

Defina diseño ecológico.

El diseño ecológico implica la adopción de un planteamiento integral en el diseño de un producto, "desde la concepción hasta su eliminación", tomando en consideración los posibles efectos adversos del producto sobre el medio ambiente en todas las etapas del ciclo (diseño, producción, utilización, eliminación) y tratando de minimizar dichos efectos.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TRONCO COMÚN

E.E. 6.2.2

Obj. Resuma las razones para un diseño ecológico.

Al desarrollar las instrucciones del producto, formular la especificación de diseño del producto y elegir el material y el proceso de fabricación, se evalúa el posible impacto medioambiental del producto con el objetivo específico de reducir dicho impacto y minimizar el mismo a largo plazo.

6.2.3

Indique que el impulso del diseño ecológico se debe a la presión que ejerce el consumidor.

El público ha tomado conciencia de los aspectos medioambientales gracias a la atención dada por los medios de comunicación a aspectos tales como el efecto nocivo de los clorofluorohidrocarburos sobre la capa de ozono, la lluvia ácida en los bosques del norte de Europa y la catástrofe nuclear de Chernobyl. Como resultado de esta toma de conciencia, las corporaciones y los gobiernos reciben la presión que ejerce el público a través del poder adquisitivo y del poder de los votos.

6.2.4

Resuma los objetivos del diseño de productos ecológicos.

Dichos objetivos incluyen: • mejorar la eficiencia en el uso de materiales, energía y otros recursos • minimizar los daños o contaminación debidos a los materiales escogidos • reducir al mínimo cualquier daño a largo plazo causado por el uso del producto • asegurar que la vida útil prevista para el producto es la más apropiada en términos medioambientales y que el producto funciona eficazmente durante toda su vida útil • asumir por completo los efectos de la eliminación final del producto • asegurar que el embalaje, las instrucciones y la presentación general del producto favorecen un uso eficiente y respetuoso con el medio ambiente • minimizar perjuicios tales como ruidos u olores • analizar y minimizar posibles riesgos para la seguridad.

6.2.5

Explique el papel de la legislación en lo concerniente a la promoción de un diseño ecológico.

La conciencia suscitada sobre las cuestiones medioambientales está fomentando el desarrollo de más leyes en materia medioambiental en muchos países. Ello puede conducir a la imposición de multas a las compañías que no den muestras de una responsabilidad medioambiental. Muchas personas no se comportan de forma responsable a menos que se vean forzadas a hacerlo (la legislación obliga a ello). Un problema en relación con el reciclaje de plásticos es saber de qué tipo de plástico se trata. El etiquetado adecuado de los productos de plástico indicando el tipo concreto ayudaría a dar solución al problema.

6.2.6

Explique cómo puede realizarse una clasificación general de las personas según sus actitudes hacia los temas de índole ecológica.

Las actitudes de las personas con respecto a la problemática medioambiental varían ampliamente. Los ecologistas más combativos se manifiestan activamente ante cuestiones de índole medioambiental; los defensores de lo verde argumentan a favor de los temas medioambientales; los entusiastas de lo ecológico consumen productos respetuosos con el medio ambiente y los ecófobos o detractores de lo ecológico rechazan de plano que se atienda la protección medioambiental.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TRONCO COMÚN

E.E. 6.2.7

Obj. Explique cómo los sistemas de etiquetado pueden ayudar a los consumidores a comparar aspectos del consumo de energía y respecto del medio ambiente cuando adquieren productos.

6.3 Estrategias para el diseño ecológico (4 h.) 6.3.1

Describa cómo los diseñadores pueden modificar el impacto medioambiental de la producción, el uso y eliminación del producto mediante una consideración cuidadosa en la fase de diseño.

6.3.2

Indique que las estrategias para optimizar la utilización de recursos incluyen la reutilización, la reparación, el reciclado y el reacondicionamiento.

6.3.3

Indique que el término reutilizar puede referirse a la reutilización de un producto en el mismo contexto de uso o en un contexto diferente.

Por ejemplo, rellenar los cartuchos de toner de las fotocopiadoras y de tinta de las impresoras, diseñar computadoras de forma que se puedan mejorar las prestaciones de la CPU o usar envases de helados como cajas de juguetes.

6.3.4

Indique que "reparar" se refiere al diseño de un producto de forma que la facilidad de mantenimiento sea una consideración fundamental del diseño.

6.3.5

Indique que "reciclar" se refiere al diseño de productos de forma que, una vez obsoletos, los materiales puedan usarse para crear otro producto.

6.3.6

Enumere tres materiales específicos que puedan reciclarse de forma fácil y económica.

6.3.7

Explique situaciones en las que sea apropiado usar cada uno de estos materiales.

6.3.8

Resuma dos materiales específicos que no puedan reciclarse de forma sencilla y económica.

Algunos materiales son más fáciles y económicos de reciclar que otros, y algunos directamente no se pueden reciclar en la actualidad. Los diseñadores pueden fomentar el reciclado mediante la elección de los materiales adecuados. Una consideración de material específico sería, por ejemplo, cobre (y no simplemente metal), vidrio de sílice (y no simplemente vidrio), etc.

6.3.9

Discuta cómo se pueden aplicar las estrategias de reutilización, reparación y reciclado al diseño de productos, incluyendo el embalaje.

Por ejemplo en cámaras desechables, aspiradoras o neumáticos de vehículos.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TRONCO COMÚN

E.E.

Obj.

6.4 Análisis del ciclo de vida útil (6 h.) 6.4.1

Defina análisis del ciclo de vida útil.

6.4.2

Indique que el análisis del ciclo de vida útil proporciona un marco dentro del cual las tecnologías de producción limpia y el diseño ecológico puedan evaluarse de forma holística para un producto específico.

6.4.3

Indique que en el análisis del ciclo de vida útil se consideran las siguientes etapas: preproducción, producción, distribución (incluyendo embalaje), utilización y eliminación.

6.4.4

Indique que en el análisis del ciclo de vida útil las consideraciones medioambientales incluyen: agua, contaminación y degradación del suelo, contaminación atmosférica, emisión de ruidos, consumo energético, consumo de recursos naturales, efectos sobre los ecosistemas y contaminación de los mismos.

6.4.5

Explique cómo se pueden organizar las etapas de la vida útil del producto y las consideraciones medioambientales dentro de una matriz de evaluación de impacto medioambiental.

Matriz de evaluación del impacto medioambiental Preproducción Producción Distribución Utilización Eliminación Importancia del agua Contaminación y degradación del suelo Contaminación del aire Ruidos Consumo de recursos naturales Efectos sobre los ecosistemas

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TRONCO COMÚN

E.E.

Obj.

6.4.6

Analice el impacto medioambiental de refrigeradores, máquinas lavadoras y automóviles usando una matriz de impacto medioambiental.

6.4.7

Explique por qué los elementos de la matriz pueden diferir en importancia en función del contexto de diseño concreto.

Por ejemplo, en el caso de los refrigeradores y los vehículos, la mayor parte del consumo de energía tiene lugar en el uso más que en la fabricación.

6.4.8

Identifique las funciones y responsabilidades del diseñador, del fabricante y el usuario en cada etapa del ciclo de vida útil de un producto.

6.4.9

Describa un ejemplo de una situación en la que el análisis del ciclo de la vida útil identifique conflictos que tengan que resolverse mediante su priorización.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TANS

Tema 7: De la materia prima al producto final Esta opción considera la transformación de algunas materias primas importantes (madera, cerámica/vidrio, metal, fibra textil, plástico y nuevos materiales como las micoproteínas y los superconductores) en un producto final. Se investigan las diferentes maneras de tratar los materiales para asegurar su adecuación para aplicaciones concretas.

E.E.

Obj.

7.1 Madera (3 h.) 7.1.1

Resuma el hecho de que la madera puede clasificarse según las condiciones necesarias para el crecimiento de los árboles, es decir condiciones de zonas templadas y tropicales.

Se requiere un conocimiento general de la distribución geográfica de los recursos forestales en todo el mundo.

7.1.2

Resuma el hecho de que las coníferas se denominan árboles de madera blanda, crecen en regiones templadas y tienen características comunes.

Haga un reconocimiento de las características especificas de los árboles de madera blanda.

7.1.3

Resuma el hecho de que los árboles de hoja caduca se denominan árboles de madera dura, crecen tanto en regiones templadas como en tropicales y tienen características comunes.

Haga un reconocimiento de las características de los árboles de madera dura.

7.1.4

Discuta los problemas vinculados a la reforestación, incluyendo el tiempo de maduración, la erosión del suelo, el efecto invernadero y la extinción de especies.

Estos problemas deben tratarse en contextos locales, nacionales e internacionales.

7.1.5

Indique que la madera prensada y la contrachapada son ejemplos de maderas compuestas.

La madera prensada algunas veces se denomina aglomerado.

7.1.6

Compare las características de la madera prensada, la madera de pino y el contrachapado, haciendo referencia a su composición, dureza, resistencia a la tracción, resistencia a la humedad ambiental, así como a las propiedades estéticas de vetas, color y textura.

Se espera que los alumnos sean capaces de realizar bocetos, representando las secciones transversales de la estructura de los materiales.

7.1.7

Defina secado.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TANS

E.E. 7.1.8

Obj. Explique la necesidad de secar la madera dura natural.

Haga referencia al contenido de humedad de la madera explotable y a las consecuencias de la utilización de maderas secas o húmedas en la fabricación de productos.

7.1.9

Describa las razones para el tratado y acabado de la madera, incluyendo la reducción de los efectos nocivos del ataque por organismos y agentes químicos, el realce de las propiedades estéticas y la modificación de otras propiedades.

No se requiere un conocimiento de todos los tratamientos y acabados posibles; basta con entender los principios generales.

7.1.10

Explique tres diferencias en el tratado o el acabado de una mesa, según esté hecha con madera prensada o de pino, haciendo referencia a la durabilidad, la facilidad de mantenimiento y la estética.

Se supone que la madera prensada está chapada.

7.1.11

Identifique un tipo diferente de madera (no la madera prensada, ni la de pino) y explique cómo se procesa y acaba para adecuarla a la fabricación de un juguete para niños.

Justifique la selección de la madera para esta aplicación en relación con las características expuestas en el punto 7.1.6. Esto se refiere a los tres tipos de madera. Puede elegirse cualquier juguete, pero deben tenerse en cuenta las consideraciones sanitarias y de seguridad pertinentes.

7.2 Cerámica (vidrio) (3 h.) 7.2.1

Indique que el vidrio se compone principalmente de dióxido de silicio (SiO2), junto con algo de óxido de sodio (Na2O) y óxido de calcio (CaO), así como de pequeñas cantidades de otras sustancias químicas. Las materias primas son la arena (SiO2), la piedra caliza (CaCO3 para obtener CaO) y el carbonato sódico (Na2CO3 para obtener Na2O).

No se requiere conocer los nombres de las menas de los minerales, ni su localización geográfica.

7.2.2

Explique la necesidad de grandes cantidades de energía para la fabricación del vidrio, así como el hecho de que se añadan pedazos de vidrio a las materias primas para economizar el proceso.

Haga referencia al elevado punto de fusión de las materias primas y a la fortaleza de los enlaces químicos involucrados (son iónicos). El SiO2 tiene un punto de fusión de 2000 K. Se añade entre un 15% y un 30% de vidrio pulverizado a las materias primas lo que reduce la temperatura necesaria, la energía eléctrica utilizada y el tiempo requerido.

7.2.3

Explique las características del vidrio en cuanto a su fragilidad, transparencia, dureza, inercia química y propiedades estéticas.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: TANS

E.E. 7.2.4

Obj. Explique, refiriéndose al vidrio de sosa y al pirex, que se pueden determinar exactamente las características deseadas para el vidrio, alterando su composición.

La mayoría de los vidrios se componen de sílice (SiO2) mezclado con óxidos metálicos. Los productos de gran volumen (botellas, ventanas) se hacen de vidrio silíceo sódico-calizo. Este vidrio tiene una resistencia baja al "impacto térmico" y, para aumentarla, se dispone de vidrios borosilicatados (pirex), con 60-80% de SiO2, 10-25% de B2O3, 2-10% de Na2O y 1-4% de Al2O3.

7.2.5

Resuma las diferencias entre el vidrio endurecido y el vidrio laminado, haciendo referencia a su respuesta a la deflexión y al impacto.

El vidrio endurecido se obtiene calentando vidrio casi hasta el punto de fusión. Entonces se enfrían las superficies, mientras que el centro permanece caliente y plástico. Dicho vidrio estallará en pequeños fragmentos cuando se rompa (p. ej. parabrisas). El vidrio laminado tiene una fina capa de material entre las capas, normalmente plástico; ello previene el crecimiento de grietas, pudiéndose hacer a prueba de balas.

7.2.6

Explique cómo se modifica la composición y el acabado de un vidrio seleccionado, para adecuarlo a la fabricación de algún artículo decorativo.

Los alumnos deben seleccionar un tipo de vidrio apropiado.

7.3 Metales (3 h.) 7.3.1

Indique que el hierro es un elemento relativamente reactivo y que, por lo tanto, nunca se encuentra "libre". Indique, además, que el mineral de hierro (principalmente hematita: Fe2O3 con impurezas de SiO2) es relativamente abundante en la tierra y que, desde la Revolución Industrial, se ha obtenido hierro en los altos hornos utilizando como materias primas los minerales de hierro (Fe2O3), la piedra caliza (CaCO3) y el coque (C).

En Rusia, Brasil, Australia y China se encuentran ricos depósitos de mineral de hierro. La extracción del hierro a partir de su mena requiere de algunos procesos químicos, y de energía, para separarlo de su óxido (mena), y necesita un tratamiento para evitar su reacción con el aire (oxígeno y agua), y su reconversión a óxido. El coque es necesario para proporcionar la temperatura y las condiciones químicas adecuadas para reducir el hierro de la mena. La producción de coque a gran escala comenzó durante la Revolución Industrial. No se requieren detalles de la estructura de los altos hornos, ni de sus temperaturas concretas.

7.3.2

Resuma las reacciones químicas que se producen en un alto horno.

El monóxido de carbono (CO) obtenido del carbón (C) se utiliza para reducir el óxido de hierro a hierro metálico, por medio de la reacción: 3CO (g) + Fe2O3 (s) → 2Fe (1) + 3CO2 (g) El óxido de calcio (CaO) de la piedra caliza (CaCO3) se necesita para separar el dióxido de silicio (SiO2), una impureza, combinándose con él para formar la escoria (CaSiO3) por medio de las reacciones: CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g) CaO (s) + SiO2 (s) → CaSiO3 (l)

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E.E.

Obj. El hierro producido en altos hornos es una aleación llamada arrabio que, dado su alto contenido de carbón (más del 4%), es muy duro y frágil. El arrabio no se utiliza como material de ingeniería.

7.3.3

Indique que lo que condujo a la expansión de la ingeniería fue el hecho de que el hierro forjado tuviera un menor contenido de carbono y fuera menos quebradizo que el arrabio, pero con mayor resistencia a la tracción que éste.

El hierro forjado tiene un contenido menor de carbono (<0,03%) y se obtiene calentando, enrollando y laminando juntos planchones calientes. Esta aleación endurecida es mejor material de ingeniería que el arrabio.

7.3.4

Resuma el proceso de transformación del hierro en acero, relacionándolo con el uso de oxígeno para reducir el contenido de carbono mediante su reacción para formar dióxido de carbono.

El hierro se convierte en acero en un alto horno, donde el nivel de carbono en el hierro fundido se reduce insuflando oxígeno a través del metal líquido. El carbón forma dióxido de carbono que burbujea. El acero resultante tienen una mayor resistencia a la tracción, y es más duro, comparado con las aleaciones con alto contenido de carbono.

7.3.5

Describa el hierro como un metal extremadamente versátil ya que, alterando su composición, se pueden obtener exactamente las propiedades deseadas. Haga referencia al acero suave y al acero inoxidable.

7.3.6

Explique dos maneras de utilizar el acero suave (incluyendo las carrocerías) y el acero inoxidable (incluyendo cuchillos, tenedores, etc. ).

Las exigencias son fundamentalmente mecánicas: rigidez, resistencia, protección contra los efectos del clima y la corrosión, facilidad de fabricación y costo. Todo esto contribuye a su elección como materia prima para producir carrocerías. Se puede seleccionar cualquier otro uso para el acero suave. El acero inoxidable (con 18% de Cr y 8% de Ni) mantiene una buena resistencia a la corrosión y se utiliza en situaciones en las que el metal debe operar en un entorno húmedo, no pudiendo protegérsele fácilmente con acabados. Se puede seleccionar cualquier otro uso del acero inoxidable.

7.3.7

Explique por qué el acero debe tratarse o acabarse.

No se requieren detalles químicos del oxidado. Las aleaciones del hierro se corroen en presencia del oxígeno y el agua, formando óxidos porosos blandos que permiten que el proceso químico prosiga hasta la completa oxidación del hierro. Se protegen por medio de un material no poroso que se adhiere a la superficie para aislarla del oxígeno, del agua o de ambos.

7.3.8

Explique cómo se trata el acero suave en los dos ejemplos elegidos en el punto 7.3.6.

Entre las posibilidades se incluyen: galvanizado, pintado, revestido plástico, esmaltado vítreo y electrochapado.

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E.E. 7.3.9

Obj. Identifique otro tipo de acero (no acero suave) y describa cómo se procesa y acaba, para adecuarlo a una aplicación dada.

Entre las posibilidades se incluyen: el acero muy dúctil (pintado, esmaltado o revestido de cinc), el añadir cromo al acero para hacerlo inoxidable, y los acabados al martillo, con aluminio suspendido en un disolvente (utilizado con objetos fundidos).

7.4 Fibra textil y plástico (3 h.) 7.4.1

Describa el algodón y el nylon.

El algodón es una fibra natural, un polímero de la celulosa, obtenido del capullo de la planta del algodón, que crece en varias regiones subtropicales. Se requiere un conocimiento de la distribución geográfica del algodón. El nylon es una fibra de poliamida sintética, obtenido por la polimerización del ácido adípico y de una diamina. Los alumnos deberán ser capaces de dibujar un simple trazo en zig-zag para mostrar su comprensión de cómo la forma molecular da lugar a las propiedades. No se requiere detallar las estructuras del monómero o del polímero, ni de los enlaces químicos.

7.4.2

Explique cómo se convierten en hilos los capullos del algodón.

Limítelo a la recolección, el limpiado, el cardado y el hilado. No se pide el detalle de cada fase del proceso. Los diagramas de flujo pueden resultar apropiados.

7.4.3

Explique cómo se fabrican las hebras de nylon a partir del petróleo.

Limítelo a la mezcla de dos materias primas de manera controlada (cada una disuelta en un disolvente) y a la extrusión de las hebras.

7.4.4

Compare las características de los hilos de algodón y de nylon en lo que respecta a su absorbencia, resistencia, elasticidad y efecto de la temperatura.

El algodón es muy absorbente y aumenta en resistencia cuando se humedece porque aumenta el grado de alineación de los polímeros largos, lo que lleva al fortalecimiento de los enlaces. El algodón es relativamente inelástico, así que se arruga y se dobla fácilmente. Es un buen conductor del calor, de modo que éste le afecta poco y, cuando es expuesto a altas temperaturas, no se derrite sino que se carboniza.

7.4.5

Discuta las razones para tratar el algodón.

Haga referencia al realce de las propiedades estéticas, a la reducción de la inflamabilidad y a la necesidad de impermeabilización. Se requiere el estudio de los principios generales de tratamiento y acabado, pero no una detallada información química. El algodón es degradado, también, por los rayos ultravioletas, la humedad y la contaminación del aire. Ello se muestra como decoloración y posterior descomposición de la fibra. Asimismo, el algodón es susceptible de ser atacado por los microbios.

7.4.6

Explique que el nylon necesita poco tratamiento, dado que puede diseñarse con las características deseadas.

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E.E.

Obj.

7.4.7

Resuma que la confección de prendas de vestir es el principal uso del algodón y el nylon.

7.4.8

Explique cómo pueden incorporarse en un tejido compuesto el algodón, el nylon o el poliéster, y cómo la composición de éste determina sus características. Haga referencia a calcetines, pantalones cortos y prendas impermeables.

Se pide un conocimiento de cómo cambian las propiedades de los tejidos al fabricarlos mezclando las fibras para combinar sus características. Incluya también, cómo cambian las características de una tela según el modo en que se fabrica, por ejemplo al tejerla.

7.4.9

Identifique otra fibra textil diferente (además del algodón y el nylon) y explique cómo se trata y acaba, para adecuarla a la fabricación de una manta.

7.5 Nuevos materiales (3 h.) Micoproteína: un nuevo alimento 7.5.1

Indique que la micoproteína es un producto alimenticio, hecho de hongos que crecen en el trigo y en la pasta de papel usado, y que se recoge como una masa de filamentos (micelio).

El Quorn® es un ejemplo de ese material. La micoproteína se produce en un fermentador hermético, en ausencia de aire. Crece en la celulosa, o sobre ella, y otros hidrocarburos, estando controlados tanto el pH como la temperatura. No se piden otros detalles químicos o biológicos.

7.5.2

Describa las ventajas de la micoproteína mediante referencia a sus características físicas y nutritivas.

Incluya su capacidad para adoptar la forma de trozos gruesos (que pueden simular, por ejemplo, carne de vaca o pollo), su alto contenido de proteína y fibra, así como sus bajos niveles de sal y colesterol. La micoproteína es prácticamente insípida, pero se le puede añadir casi cualquier sabor antes o durante la cocción. No se requieren detalles sobre saborizantes.

7.5.3

Describa lo que se necesita para la fabricación comercialmente viable de la micoproteína.

Incluya: sustratos baratos (idealmente, materiales de desecho), es un alimento seguro, facilidad de ser tratada para transformarla en un producto alimenticio aceptable, sin efectos toxicológicos, no deja ningún residuo o contaminante de los sustratos.

7.5.4

Explique cómo puede diseñarse una gama de nuevos productos a partir de la micoproteína.

Se pueden proponer una gran variedad de casos. Por ejemplo, el producto Quorn®, obtenido de la fermentación, es una masa que se puede mezclar con un agente ligante (p. ej. clara del huevo) y con agentes saborizantes, para hacerla pasar después por una máquina y darle la forma requerida (p. ej. forma de muslo de pollo).

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E.E. 7.5.5

Obj. Discuta la importancia de la aceptación por parte del público para el éxito comercial de los alimentos nuevos.

La presentación y el sabor del alimento generan una primera impresión. La gente necesita comparar los alimentos nuevos con los que ya le son familiares. A menudo, los nuevos alimentos se introducen primero en la comida preelaborada y más tarde se dan a conocer como ingredientes separados, para incorporarlos en recetas.

Superconductores 7.5.6

Defina superconductor.

7.5.7

Explique que los superconductores son aleaciones cerámicas hechas de diversos óxidos metálicos, óxidos no metálicos y metales, y que están sinterizados, por lo que no necesitan ningún tratamiento o acabado.

No se piden especificaciones químicas, ni proporciones. El procedimiento permite cualquier acabado y forma que se desee.

7.5.8

Indique que la resistividad de los superconductores se aproxima casi a cero a temperaturas por debajo de 140 K, aproximadamente, debido a pares de electrones débilmente ligados, que pueden moverse libremente a esas temperaturas.

Por favor, advierta que el avance de la tecnología cambiará este valor hasta, quizás, la temperatura ambiente. Observe, además, que los superconductores son similares a los metales en términos de estructura y modo de conducción.

7.5.9

Explique las ventajas de poder producir materiales superconductores que operen a temperatura ambiente.

Discuta el hecho de que aunque los superconductores tienen actualmente un uso bastante limitado, se utilizan en exploraciones cerebrales RMN y trenes de levitación (remítase a revistas tecnológicas). Las ventajas incluyen el ahorro energético y la necesidad de menos materias primas, dado que los cables pueden ser más pequeños.

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Tema 8: Microestructuras y macroestructuras Se incluye el tema de microestructuras para proporcionar a los alumnos los conceptos utilizados en la explicación de las propiedades de los materiales. Estos conceptos capacitan también al diseñador para que, en un contexto de diseño dado, elija el tipo de microestructura necesaria. Ello permite al diseñador especificar un tipo de material y un tratamiento específico, tal como el recocido, el enfriamiento rápido o el cementado.

E.E.

Obj.

Estructura de la materia (1 h.) 8.1.1

Indique que toda la materia se compone de partículas.

8.1.2

Defina átomo, molécula e ión.

Los átomos son las partes más pequeñas en que pueden dividirse químicamente los elementos. Todos los átomos tienen la misma estructura básica.

8.1.3

Resuma enlace como una fuerza de atracción entre partículas.

8.1.4

Dibuje la posición de equilibrio de una partícula en un enlace, usando una curva general de energía potencial-separación .

8.1.5

Defina: elemento, compuesto, sustancia pura, mezcla, aleación y materiales compuestos (composites).

Los materiales compuestos (composites) se forman cuando dos o más materiales (de cualquier grupo de materiales) se combinan para obtener propiedades diferentes a las presentes en los materiales originales.

8.2 Enlace (2 h.) 8.2.1

Dibuje y describa un enlace iónico, un enlace covalente y un enlace metálico. •

•

En un enlace iónico, los iones con carga opuesta mantienen unido el retículo cristalino (p. ej. NaCl). A menudo, los iones pueden ser separados fácilmente en agua, pero los electrones permanecen ligados a sus respectivos iones en el interior del cristal. En un enlace covalente, los electrones externos de algunos átomos pueden llegar a estar lo bastante próximos como para superponerse y ser compartidos por los núcleos, formándose así un enlace covalente. No se necesita mencionar los enlaces sigma, pi, dobles o triples. El enlace metálico involucra a los electrones externos, pero éstos son más libres y pueden fluir a través de la estructura cristalina. El enlace se origina por causa de la atracción entre los núcleos atómicos metálicos, cargados positivamente, y la nube de electrones libres, cargada negativamente, y se extiende a lo largo de todo el retículo: “núcleos cargados positivamente en un mar de electrones”. No se piden las disposiciones específicas de los átomos metálicos en los cristales.

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E.E. 8.2.2

Obj. Indique que los tres enlaces enumerados en el punto 8.2.1 se denominan enlaces primarios y que su fortaleza relativa es iónico > metálico > covalente.

No se requieren detalles cuantitativos.

8.2.3

Resuma los enlaces secundarios como fuerzas de atracción débiles entre moléculas.

8.2.4

Explique el significado de estructura en red covalente (gigante), haciendo referencia al diamante y a la arena (SiO2).

En el diamante, cada carbono está unido por enlaces covalentes a otros cuatro átomos de carbono, en una disposición tetraédrica. Los carbonos de los vértices tienen átomos de hidrógeno ligados a ellos. En el caso de la arena (sílice, SiO2), la disposición también es tetraédrica. Ambos, arena y diamante, son muy duros.

8.2.5

Describa un cristal como una disposición regular de partículas (átomos, iones o moléculas).

No se piden detalles de los tipos de cristales.

8.2.6

Defina material amorfo y estructura en fibra. •

•

Los materiales amorfos no presentan estructuras regulares, ni siguen patrones cristalinos. Puede darse un orden de corto alcance, que involucra a los átomos del entorno más cercano. El aspecto general de los materiales amorfos es brillante y puede darse en cerámicas, polímeros y metales. Las fibras tienen una relación longitud/grosor de al menos 80, pero son, en general, mucho más largas. Las fibras textiles y los alimentos están hechos de polímeros.

8.2.7

Explique la fusión en términos de la conducta de las partículas y del enlace.

8.2.8

Explique la ebullición en términos de la conducta de las partículas y del enlace.

8.2.9

Discuta la importancia de que las sustancias puras se fundan a una temperatura fija, y que las mezclas se reblandezcan a lo largo de un intervalo de temperaturas antes de fundirse.

Es posible trabajar sobre los materiales en condiciones plásticas debido al intervalo de temperaturas a las que una mezcla se reblandece.

8.3 Matriz de propiedades de enlaces del BI (2 h.) 8.3.1

Explique cómo las propiedades especificadas en la matriz de propiedades de materiales del BI (véase el punto 3.3) pueden organizarse en una matriz de propiedades de enlaces.

8.3.2

Describa en la matriz de propiedades de enlaces del BI los valores relativos atribuidos a los materiales, en términos de los tipos de enlace.

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E.E.

Obj.

8.3.3

Analice los datos referidos a la matriz de propiedades de enlaces del BI.

8.3.4

Evalúe la importancia de la matriz de propiedades de enlaces del BI en un contexto de diseño dado.

Matriz de propiedades de enlaces del BI Iónico

Covalente sencillo

Red covalente

Metálico

alta

baja

muy baja

muy alta

Resistividad eléctrica

muy alta

alta

muy alta

muy baja

Conductividad térmica

muy baja

baja

muy baja

muy alta

Dilatación térmica

baja

muy baja

muy alta

Dureza

alta

muy baja

muy alta

baja-alta

muy baja

baja

muy alta

alta

Rigidez

alta

baja

muy alta

alta

Tenacidad

baja

media-alta

baja

muy alta

cerámica

plásticos alimentos

cerámica fibras textiles alimentos madera

metales

Propiedades químicas Solubilidad en agua Solubilidad en disolventes orgánicos

muy baja

Propiedades físicas

Propiedades mecánicas Resistencia a la tracción

Materiales Æ

8.4 Propiedades de los metales y de las aleaciones (2 h.) 8.4.1

Indique que los metales (puros o en aleación) existen en forma de cristales.

No se piden detalles de los tipos de cristales.

8.4.2

Dibuje y describa el significado de tamaño de grano.

8.4.3

Explique cómo se puede controlar y modificar el tamaño de grano por medio del ritmo de enfriado del metal fundido, o por tratamiento térmico después de la solidificación.

El recalentamiento de un metal o aleación sólido permite al material difundirse entre los granos del entorno cercano, cambiando la estructura del grano. Un enfriamiento lento permite que se formen granos mayores; un enfriamiento rápido proporciona granos pequeños. Pueden lograrse propiedades direccionales en la estructura, por enfriamiento selectivo de un área del sólido.

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E.E.

Obj.

8.4.4

Defina deformación plástica.

8.4.5

Explique con palabras y diagramas cómo se templan los metales después de haber sido deformados plásticamente.

Más allá del límite elástico, los metales y las aleaciones se endurecen cuando son deformados plásticamente. Véase el punto 8.7.4 para más detalles.

8.4.6

Describa con palabras y diagramas cómo aumenta la resistencia a la tracción de un metal al alearlo.

8.4.7

Explique con palabras y diagramas el efecto de alear sobre la maleabilidad y la ductilidad.

8.4.6-8.4.7 El hecho de que las aleaciones, en comparación con los metales puros, tengan mayor resistencia y dureza, y menor maleabilidad y ductilidad, es debido a la presencia de átomos "extraños", que interfieren en el movimiento de los átomos del cristal durante la deformación plástica.

8.4.8

Explique con palabras y diagramas cómo el movimiento de los electrones libres hace de los metales buenos conductores eléctricos y térmicos.

La explicación deberá hacer referencia a la movilidad del "mar" de electrones.

8.4.9

Evalúe la importancia del tipo de enlace y de la estructura sobre las propiedades de metales y aleaciones, en un contexto de diseño dado.

8.5 Propiedades de termoplásticos y termoestables (2 h.) 8.5.1

Dibuje y describa la estructura y tipo de enlace de un termoplástico.

Los termoplásticos son moléculas de cadena lineal, a veces con enlaces laterales entre ellas, pero con débiles enlaces secundarios entre las cadenas.

8.5.2

Explique el efecto de aplicar una carga a un termoplástico, haciendo referencia a la orientación de las cadenas.

La deformación tiene lugar de dos maneras: elástica, en la que las cadenas inicialmente enrolladas se estiran, y plástica, para cargas mayores, en la que se debilitan los enlaces secundarios, permitiendo que las cadenas moleculares se deslicen unas sobre otras. Tienen importancia la fluencia lenta y la normal. No se piden detalles cuantitativos.

8.5.3

Explique el efecto reversible de la temperatura sobre un termoplástico, haciendo referencia a la orientación de las cadenas.

El aumento de la temperatura produce una deformación plástica, véase el punto 8.5.2.

8.5.4

Dibuje y describa la estructura y el tipo de enlace de un termoestable.

Los termoestables se forman estableciendo enlaces primarios (covalentes), que forman fuertes enlaces cruzados entre cadenas de polímeros adyacentes. Ello proporciona a los termoestables una estructura rígida tridimensional.

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E.E. 8.5.5

Obj. Explique el efecto irreversible de la temperatura sobre un termoestable.

El calentamiento aumenta el número de enlaces cruzados permanentes y el plástico se endurece.

8.5.6

Discuta las propiedades y usos de dos termoplásticos, incluyendo el polipropileno.

8.5.7

Discuta las propiedades y usos de dos termoestables, incluyendo el poliuretano.

8.5.8

Discuta la importancia de las propiedades de los plásticos con vistas a su reciclado.

8.5.9

Evalúe la importancia de las propiedades de los termoplásticos y los termoestables en el diseño de un producto.

8.6 Propiedades de los materiales compuestos (3 h.) 8.6.1

Indique que los materiales compuestos (composites) son una combinación de dos o más materiales, que se unen para mejorar sus propiedades mecánicas, físicas, químicas o eléctricas.

No se pide recordar compuestos específicos (distintos a los mencionados en los puntos 8.6.2-8.6.6), ni detalles del enlace.

8.6.2

Describa la estructura de la madera como un material compuesto natural.

Fibras de celulosa en una matriz de lignina: la resistencia a la tensión es mayor a lo largo de la hebra (fibra) que en sentido transversal (matriz).

8.6.3

Discuta, resumiéndola, la evolución de los materiales compuestos sintéticos, haciendo referencias al adobe y cañas, el mortero, el papel maché, el hormigón armado, el plástico reforzado con vidrio (GRP), el plástico reforzado con carbono (CRP) y los superconductores de alta temperatura.

Enfatice los aspectos históricos. No se piden detalles del enlace, ni porcentajes de materiales.

8.6.4

Resuma la estructura de la fibra Kevlar® (aramida).

La fibra de aramida está compuesta de cadenas lineales de hidrocarburos cíclicos. Las cadenas de la aramida se comportan como barras rígidas y, durante el proceso de fabricación, son alineadas a lo largo de la fibra. Tienen una estructura de muy alta extensibilidad.

8.6.5

Resuma dos ejemplos en los que se utilicen fibras de Kevlar®: enrolladas en cuerdas y tejidas en telas (esteras).

Cuerdas: cuerdas ligeras, no extensibles, usadas en navegación. Telas: velas que mantienen su forma bajo gran tensión en los veleros de alta competición; estructuras de materiales compuestos (composites) con resina, p. ej. en los automóviles de carreras.

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E.E. 8.6.6

Obj. Explique por qué el Kevlar® resulta apropiado para estas aplicaciones, haciendo referencia a su resistencia a la tracción, elasticidad y resistencia al agua.

Las fibras de Kevlar® no absorben el agua, tienen una alta resistencia a la tracción y no se estiran.

8.6.7

Evalúe la importancia de las propiedades de los materiales compuestos (composites) en un contexto de diseño.

8.7 Módulo de Young: esfuerzo y deformación (3 h.) 8.7.1

Indique que el esfuerzo (carga) es la fuerza por cada unidad de área que actúa sobre un cuerpo o sistema.

La carga sobre un elemento de la estructura dividida entre su sección transversal se denomina "esfuerzo sobre el elemento".

8.7.2

Indique que la deformación es la razón entre el cambio en una dimensión y el valor original de dicha dimensión.

La deformación de un material es una medida del cambio relativo que experimenta su forma cuando es sometido a una carga. Es independiente del tamaño del elemento estructural.

8.7.3

Defina esfuerzo de ruptura.

8.7.4

Dibuje y describa una gráfica esfuerzo/deformación e identifique la región elástica, la región de flujo plástico y el esfuerzo máximo (UTS).

Para la mayoría de los materiales, la región elástica es una línea recta que cambia a curva (región plástica). No se piden detalles cuantitativos de materiales concretos.

8.7.5

Explique la importancia de la gráfica esfuerzo/deformación, identificada en el punto 8.7.4, en distintos contextos de diseño.

8.7.6

Resuma la importancia del esfuerzo de ruptura.

Es el esfuerzo en el punto de ruptura. Muchos materiales experimentan tanto deformación plástica como elástica.

8.7.7

Describa la diferencia entre las deformaciones elástica y plástica.

En la región rectilínea de la gráfica esfuerzo/deformación, los materiales se comportan elásticamente, es decir, si se suspende el esfuerzo sobre el material antes de que se rompa, la dilatación (deformación) se relaja y el material recupera su longitud inicial.

8.7.8

Defina módulo de Young.

La rigidez de un material se denomina "módulo elástico". En el caso de cargas de tracción o compresión, el módulo elástico se denomina "módulo de Young".

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E.E. 8.7.9

Obj. Calcule el módulo de Young de un material. Módulo de Young =

8.7.10

esfuerzo deformación

Explique cómo afecta el conocimiento del módulo de Young de un material a la selección de materiales para aplicaciones concretas.

Utilice un ejemplo en el que tenga importancia la rigidez de un material.

8.7.11

Evalúe la importancia del esfuerzo y de la deformación en un contexto de diseño.

8.8 Fuerzas (2 h.) 8.8.1

Resuma lo que se entiende por carga externa actuando sobre una estructura.

Se refiere a cargas que están en contacto físico.

8.8.2

Resuma el significado de carga del cuerpo.

Es una carga sin contacto físico, p. ej. el propio peso de una estructura.

8.8.3

Describa la diferencia entre peso y masa.

8.8.4

Indique las unidades de peso y de masa.

8.8.5

Resuma las relaciones entre cargas externas y fuerzas internas, así como el concepto de balance del equilibrio de fuerzas dentro de una estructura.

Describa cómo "funciona" una estructura, interpretando cómo las cargas externas originan fuerzas internas en los elementos estructurales. Una estructura estática está en equilibrio, pues en caso contrario se movería, es decir, las fuerzas que actúan sobre ella son de igual cuantía y tienen sentidos opuestos.

8.8.6

Resuma las diferencias entre fuerzas de tracción y fuerzas de compresión, y el modo en que afectan al equilibrio en el interior de una estructura.

Las fuerzas de tracción tienden a extender, o estirar un elemento de la estructura. Las cargas compresivas tienden a comprimir o acortar un elemento de la estructura. Las fuerzas de tracción y de compresión deben equilibrarse si la estructura se mantiene en equilibrio. Sólo es preciso considerar las fuerzas que sean paralelas o perpendiculares. No se necesitan conocimientos de trigonometría, ni descomposición cuantitativa de vectores en sus componentes.

8.8.7

Calcule el esfuerzo de tracción o compresión, dados los valores de la fuerza y el área.

fuerza Esfuerzo = área

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E.E. 8.8.8

Obj. Calcule una deformación por tracción o compresión, dados los valores de la dimensión original y del cambio en ella. Deformación =

8.8.9

cambio de longitud longitud original

Evalúe la importancia de las fuerzas en un contexto de diseño.

8.9 Resistencia y rigidez de las estructuras (2 h.) 8.9.1

Describa las relaciones entre deflexión y rigidez en las estructuras.

Si se aplica una carga externa a alguna parte de la estructura, esa parte se verá deflectada en alguna medida, dependiendo de la magnitud de la carga y de la rigidez de la estructura.

8.9.2

Calcule la rigidez de una estructura. Rigidez =

carga deflexión

8.9.3

Resuma lo que se entiende por "momento flexor", en relación con las estructuras.

8.9.4

Resuma lo que se entiende por "brazo del momento".

El producto carga × distancia al pivote se denomina "momento" respecto del pivote. La distancia entre la carga y el pivote se denomina "brazo del momento".

8.9.5

Explique la necesidad de un factor de seguridad en el diseño de estructuras.

Las estructuras se diseñan para soportar cargas mayores que las que se espera que soporten habitualmente.

8.9.6

Calcule el factor de seguridad de una estructura. Factor de seguridad =

8.9.7

carga prevista carga máxima normal

Aplique el concepto de factor de seguridad a otras áreas del diseño.

Un factor de seguridad es, simplemente, la razón entre el valor cuantitativo del diseño (factor) y el valor máximo que normalmente cabe esperar (p. ej. rigidez, volumen de un depósito de combustible, resistencia eléctrica, aceleración de un motor).

8.9.8

Evalúe la importancia del esfuerzo y de la rigidez en un contexto de diseño.

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Tema 9: Tecnologías apropiadas Los alumnos deben comprender las limitaciones y oportunidades que existen para optimizar la explotación de recursos y de fuentes de energía renovables. El objetivo general de este tema es promover la conciencia de la necesidad de conservar los recursos no renovables al tiempo que se satisfacen los requerimientos humanos, medioambientales e industriales.

E.E.

Obj.

9.1 Recursos y reservas (1 h.) 9.1.1

Indique que los recursos se pueden clasificar en renovables y no renovables.

9.1.2

Defina recursos renovables y recursos no renovables.

9.1.3

Describa la diferencia entre recurso y reserva.

9.1.4

Explique cómo el mercado, la tecnología y la disponibilidad determinan si se explota o no una reserva.

9.2 Tecnologías (3 h.) 9.2.1

Defina tecnología apropiada.

9.2.2

Enumere cuatro características de una tecnología apropiada.

Para explicar cuándo son apropiadas las tecnologías y los recursos, resulta útil responder una serie de preguntas. ¿Para qué es el producto? ¿Hay personas que lo necesiten o lo deseen? ¿Mejora la calidad de vida? ¿Quién obtiene beneficios y a quién perjudica esta tecnología? ¿Hay materias primas locales disponibles? ¿Hay disponibilidad de mano de obra local cualificada? ¿Se crean o se destruyen puestos de trabajo? ¿Se pueden permitir las personas su compra, uso y mantenimiento? ¿Qué recursos o combustibles se emplean? ¿Supone daños o mejoras para el medio ambiente? Características de las tecnologías apropiadas: bajo costo económico; uso de materiales disponibles localmente siempre que se pueda; creación de puestos de trabajo (empleando técnicas y mano de obra locales); utilizan fuentes de energía renovable descentralizadas; resultan comprensibles a las personas que las emplean (y por tanto sugieren ideas para innovaciones posteriores); son flexibles de forma que se pueden seguir usando o adaptarse a circunstancias cambiantes; y no suponen deterioros para la calidad de vida o el medio ambiente.

9.2.3

Describa un ejemplo de una tecnología apropiada.

Puede ser el uso de materiales locales como fuente de energía.

9.2.4

100

Defina tecnología alternativa.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: TANS

E.E. 9.2.5

Obj. Describa un ejemplo de una tecnología alternativa.

Puede ser el caso de las explotaciones de agricultura orgánica a pequeña escala frente a las técnicas de cultivo intensivo con elevado consumo de energía a gran escala.

9.2.6

Defina tecnología intermedia.

9.2.7

Describa un ejemplo de una tecnología intermedia.

Éste es un término relativo ya que, por ejemplo, en algunos países el arado tirado por bueyes es una tecnología intermedia (más sofisticado que el azadón tradicional) pero menos compleja que un tractor. En otros países el arado se consideraría tradicional.

9.3 Explotación de fuentes de energía (4 h.) 9.3.1

Resuma las fuentes de energía renovables.

Incluya las fuentes de energía eólica (viento), de las olas, solar, de la biomasa, hidroeléctrica, mareomotriz y geotérmica.

9.3.2

Resuma las fuentes de energía no renovables.

Incluya el carbón, petróleo, madera, gas y energía atómica.

9.3.3

Describa dos ventajas y dos desventajas del uso de fuentes de energía renovables.

Incluya los costos de inversión y de mantenimiento, las consecuencias sociales y políticas y los aspectos medioambientales.

9.3.4

Explique una situación en la que se hayan empleado con éxito fuentes de energía solar o eólica.

Haga referencia al mercado, a la tecnología y a la disponibilidad de la fuente de energía primaria.

9.3.5

Discuta las ventajas y desventajas del uso de fuentes de energía renovables en distintas partes del mundo.

Considere la continuidad del suministro, los costos de inversión, los costos de mantenimiento y el efecto del emplazamiento sobre el medio ambiente.

9.3.6

Indique que la disponibilidad de energía, la eficiencia de la conversión energética, los costos y el tipo de fuente de energía afectan a la elección del proceso de fabricación.

9.3.7

Explique cómo afecta cada uno de los factores enumerados en el punto 9.3.6 a la elección del proceso de fabricación.

Considere la ubicación de la planta de fabricación (acceso a materias primas y eliminación de residuos).

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

101

PROGRAMA DE ESTUDIOS: TANS

E.E. 9.3.8

Obj. Explique tres formas en que las consideraciones energéticas pueden influir sobre el diseño de un producto.

Considere las materias primas usadas, los planes de montaje, el número de componentes, el tipo de energía empleada, la energía utilizada en la producción, el uso y la eliminación del producto y el plazo de suministro.

9.4 Explotación de recursos materiales (3 h.) 9.4.1

Discuta los aspectos concernientes a la necesidad de conservar los recursos del planeta y los medios para lograrlo.

Incluya una referencia a: "países en desarrollo frente a países desarrollados"; recursos renovables/no renovables frente a consideraciones económicas; obsolescencia planificada frente a longevidad; estética frente a funcionalidad; y consideraciones culturales, de valores y de actitudes.

9.4.2

Discuta los aspectos que contribuyen a la viabilidad del reciclaje incluyendo los políticos, económicos, sociales, medioambientales y de conservación.

Los obstáculos al reciclaje incluyen la capacidad de fabricación, factores técnicos, economía, especificaciones del producto y resistencia del consumidor a usar productos a base de materiales de desecho. Utilizando el ejemplo del papel: lo que favorece el reciclaje es no emplear superficies satinadas que no pueden ser procesadas por máquinas o componentes plásticos, ya que encarecen el reciclaje. Se podrían reintroducir más materiales reciclados en la industria ya que el reciclado reduce la necesidad de obtener materias primas más puras. Una mayor cantidad de subsidios públicos ayudaría a persuadir a las empresas de que introdujeran materiales reciclados. Podría alentarse a los grandes fabricantes de papel a vender sus participaciones en los bosques para animarlos a usar materiales reciclables en las fábricas.

9.4.3

Discuta los aspectos éticos concernientes al desarrollo de una política sobre explotación de recursos.

Los alumnos deberían tratar de desarrollar su propia política colectiva como clase, además de considerar cualquier política nacional (o local).

9.5 Estrategias para un desarrollo sustentable (4 h.) 9.5.1

Defina desarrollo sustentable.

9.5.2

Indique que las conferencias mundiales (p. ej. la Cumbre sobre la Tierra realizada en Río de Janeiro en 1992) proporcionan una plataforma para el desarrollo de estrategias globales para un desarrollo sustentable.

9.5.3

Explique las principales propuestas que acordaron los participantes como parte de la Agenda 21 en la conferencia de Río.

Las propuestas fundamentales incluían la promoción de: un desarrollo sustentable de la energía; sistemas de transporte seguros y respetuosos con el medio ambiente; desarrollo industrial, agrícola y forestal sin impactos adversos sobre la atmósfera; desarrollo sustentable de los recursos y del uso de las tierras; patrones de consumo de energía y estilos de vida sustentables; y prevención de la destrucción del ozono estratosférico.

102

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: TANS

E.E. 9.5.4

Obj. Explique por qué el desarrollo sustentable requiere cambios en los sistemas industriales y sociales.

Por ejemplo, el desarrollo de un sistema de transporte sustentable probablemente requiera mucho más que un diseño ecológico de automóviles. También debería considerar el papel fundamental del transporte en la vida humana. Para lograr un cambio en los desplazamientos basados en automóviles privados, se requieren sistemas de transporte público adecuados y un aumento en el uso de medios respetuosos con el medio ambiente (como las bicicletas). Muchos de los desplazamientos están asociados al lugar de trabajo, por lo que la revolución en la forma de trabajo de las personas (p. ej. desde su casa en oficinas virtuales, mediante teletrabajo, en lugar de desplazarse a la oficina) supondría sustituir el desplazamiento por una comunicación a través de medios electrónicos.

9.5.5

Explique cómo el desarrollo sustentable requiere una estrecha cooperación entre fabricantes y gobierno.

9.5.6

Explique cómo una estrecha relación entre los fabricantes y el gobierno puede resultar difícil de lograr dado que las dos partes pueden tener perspectivas muy diferentes sobre la sustentabilidad y los plazos implicados.

9.5.7

Explique por qué es difícil para los gobiernos aprobar una legislación que cubra todos los aspectos de la sustentabilidad.

9.5.8

Explique cómo el cambio de las industrias pesadas con un elevado consumo de energía y producción en masa a las actividades comerciales basadas en la información y en servicios sectoriales reduce la dependencia de la energía y de los recursos materiales.

La economía del conocimiento se está convirtiendo progresivamente en un sinónimo de economía "ingrávida".

9.5.9

Explique cómo la anticipación de fuentes de contaminación y su eliminación en la fase de diseño puede conducir al ahorro de materias primas y permitir el tratamiento de residuos.

9.5.10

Explique cómo se pueden reducir los costos mediante la introducción de procesos de fabricación que usen la energía de modo más eficiente y con menos derroche de recursos.

9.5.11

Describa dos métodos por los cuales los fabricantes podrían reconsiderar una rentabilidad a corto plazo en favor de una sustentabilidad a largo plazo.

Por ejemplo, los fabricantes podrían: diseñar y manejar unidades de fabricación y servicio a la menor escala posible según resulte compatible con un uso eficiente de los recursos; emplear tecnologías que realcen las habilidades humanas y se ajusten a las capacidades de las poblaciones locales; y emplear procesos limpios que minimicen la contaminación y el derroche de recursos no renovables. La producción y el empleo no deberían deshumanizar a las personas. La naturaleza del proceso de producción debería ser tal que ayudara y liberara a los seres humanos más que simplemente mantenerlos, controlarlos o incluso dañarlos mental y físicamente. El proceso de producción debería ser controlado por los seres humanos en lugar de lo contrario. La producción debería tener como objetivo las normas técnicamente posibles más exigentes y el más alto nivel de eficiencia energética.

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103

PROGRAMA DE ESTUDIOS: TANS

E.E. 9.5.12

Obj. Explique cómo las actitudes del consumidor hacia los aspectos de la sustentabilidad han creado una situación de impulso del mercado.

Desde finales de la década de los 80, ha crecido el mercado de los consumidores "ecológicos", deseosos de productos respetuosos con el medio ambiente.

9.5.13

Explique cómo las características de un producto pueden ser compatibles con el desarrollo sustentable.

Un producto debería ser considerado por sus características a largo plazo más que a corto plazo. Debería ayudar y liberar a los seres humanos más que simplemente mantenerlos, controlarlos o dañarlos mental o físicamente. No debería requerir una destreza excepcional por parte del usuario y debería ser controlado por los seres humanos en lugar de lo contrario. El valor en el uso de un producto debería ser más importante que su valor de intercambio. Para los países en desarrollo deberían permitir la existencia de relaciones mutuas de no explotación con los países desarrollados. Un producto debería ser contemplado como parte de una cultura y como tal debería satisfacer los requerimientos culturales, históricos y de otro tipo de las personas que lo van a elaborar y las que lo van a utilizar. Los productos deberían ser diseñados para tener una prolongada durabilidad y ser fáciles de reparar. Deberían diseñarse previendo su desmontaje de forma que los materiales puedan ser reutilizados y reciclados. Los costos de inversión para los usuarios a lo largo del ciclo de vida útil del producto deberían ser lo más bajos posibles.

9.5.14

Explique cómo puede ser compatible la utilización de la energía con el desarrollo sustentable.

Incluya el uso de la energía en formas que minimicen el mal uso, optimicen la eficiencia de los sistemas completos y maximicen el uso sustentable de la energía renovable.

104

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES

Resumen de las opciones Opciones NM A

De la materia prima al producto final

Microestructuras y macroestructuras

Tecnologías apropiadas

Opciones NM/NS D

Tecnología de los alimentos

Diseño, fabricación y producción asistidos por computador

Invención, innovación y diseño

Diseño y salud

Productos electrónicos

Los alumnos del NM deberán estudiar dos opciones a elegir entre las opciones A a H. La duración de cada opción es de 15 horas. Los alumnos del NS deberán estudiar dos opciones a elegir entre las opciones D a H. La duración de cada opción es de 22 horas.

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105

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

Opción A: De la materia prima al producto final Esta opción considera la transformación de algunas materias primas importantes (madera, cerámica/vidrio, metal, fibra textil, plástico y nuevos materiales como las micoproteínas y los superconductores) en un producto final. Se investigan las diferentes maneras de tratar los materiales para asegurar su adecuación para aplicaciones concretas.

E.E.

Obj.

A.1 Madera (3 h.) A.1.1

Resuma el hecho de que la madera puede clasificarse según las condiciones necesarias para el crecimiento de los árboles, es decir condiciones de zonas templadas y tropicales.

Se requiere un conocimiento general de la distribución geográfica de los recursos forestales en todo el mundo.

A.1.2

Resuma el hecho de que las coníferas se denominan árboles de madera blanda, crecen en regiones templadas y tienen características comunes.

Haga un reconocimiento de las características especificas de los árboles de madera blanda.

A.1.3

Resuma el hecho de que los árboles de hoja caduca se denominan árboles de madera dura, crecen tanto en regiones templadas como en tropicales y tienen características comunes.

Haga un reconocimiento de las características de los árboles de madera dura.

A.1.4

Discuta los problemas vinculados a la reforestación, incluyendo el tiempo de maduración, la erosión del suelo, el efecto invernadero y la extinción de especies.

Estos problemas deben tratarse en contextos locales, nacionales e internacionales.

A.1.5

Indique que la madera prensada y la contrachapada son ejemplos de maderas compuestas.

La madera prensada algunas veces se denomina aglomerado.

A.1.6

Se espera que los alumnos sean capaces de realizar bocetos, representando las secciones transversales de la estructura de los materiales.

A.1.7

106

Defina secado.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. A.1.8

Obj. Explique la necesidad de secar la madera dura natural.

Haga referencia al contenido de humedad de la madera explotable y a las consecuencias de la utilización de maderas secas o húmedas en la fabricación de productos.

A.1.9

No se requiere un conocimiento de todos los tratamientos y acabados posibles; basta con entender los principios generales.

A.1.10

Explique tres diferencias en el tratado o el acabado de una mesa, según esté hecha con madera prensada o de pino, haciendo referencia a la durabilidad, la facilidad de mantenimiento y la estética.

Se supone que la madera prensada está chapada.

A.1.11

Identifique un tipo diferente de madera (no la madera prensada, ni la de pino) y explique cómo se procesa y acaba para adecuarla a la fabricación de un juguete para niños.

Justifique la selección de la madera para esta aplicación en relación con las características expuestas en el punto A.1.6. Esto se refiere a los tres tipos de madera. Puede elegirse cualquier juguete, pero deben tenerse en cuenta las consideraciones sanitarias y de seguridad pertinentes.

A.2 Cerámica (vidrio) (3 h.) A.2.1

No se requiere conocer los nombres de las menas de los minerales, ni su localización geográfica.

A.2.2

Explique la necesidad de grandes cantidades de energía para la fabricación del vidrio, así como el hecho de que se añadan pedazos de vidrio a las materias primas para economizar el proceso.

A.2.3

Explique las características del vidrio en cuanto a su fragilidad, transparencia, dureza, inercia química y propiedades estéticas.

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107

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. A.2.4

Obj. Explique, refiriéndose al vidrio de sosa y al pirex, que se pueden determinar exactamente las características deseadas para el vidrio, alterando su composición.

A.2.5

Resuma las diferencias entre el vidrio endurecido y el vidrio laminado, haciendo referencia a su respuesta a la deflexión y al impacto.

A.2.6

Explique cómo se modifica la composición y el acabado de un vidrio seleccionado, para adecuarlo a la fabricación de algún artículo decorativo.

Los alumnos deben seleccionar un tipo de vidrio apropiado.

A.3 Metales (3 h.) A.3.1

A.3.2

Resuma las reacciones químicas que se producen en un alto horno.

El monóxido de carbono (CO) obtenido del carbón (C) se utiliza para reducir el óxido de hierro a hierro metálico, por medio de la reacción: 3CO (g) + Fe2O3 (s) → 2Fe (l) + 3CO2 (g) El óxido de Calcio (CaO) de la piedra caliza (CaCO3) se necesita para separar el dióxido de silicio impuro (SiO2), una impureza, combinándose con él para formar la escoria (CaSiO3) por medio de las reacciones: CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g) CaO (s) + SiO2 (s) → CaSiO3 (l)

108

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E.

A.3.3

A.3.4

Resuma el proceso de transformación del hierro en acero, relacionándolo con el uso de oxígeno para reducir el contenido de carbono mediante su reacción para formar dióxido de carbono.

A.3.5

A.3.6

Explique dos maneras de utilizar el acero suave (incluyendo las carrocerías) y el acero inoxidable (incluyendo cuchillos, tenedores, etc.).

A.3.7

Explique por qué el acero debe tratarse o acabarse.

A.3.8

Explique cómo se trata el acero suave en los dos ejemplos elegidos en el punto A.3.6.

Entre las posibilidades se incluyen: galvanizado, pintado, revestido plástico, esmaltado vítreo y electrochapado.

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109

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. A.3.9

Obj. Identifique otro tipo de acero (no acero suave) y describa cómo se procesa y acaba, para adecuarlo a una aplicación dada.

A.4 Fibra textil y plástico (3 h.) A.4.1

Describa el algodón y el nylon.

A.4.2

Explique cómo se convierten en hilos los capullos del algodón.

Limítelo a la recolección, el limpiado, el cardado y el hilado. No se pide el detalle de cada fase del proceso. Los diagramas de flujo pueden resultar apropiados.

A.4.3

Explique cómo se fabrican las hebras de nylon a partir del petróleo.

Limítelo a la mezcla de dos materias primas de manera controlada (cada una disuelta en un disolvente) y a la extrusión de las hebras.

A.4.4

Compare las características de los hilos de algodón y de nylon en lo que respecta a su absorbencia, resistencia, elasticidad y efecto de la temperatura.

El algodón es muy absorbente y aumenta en resistencia cuando se humedece porque aumenta el grado de alineación de los polímeros largos, lo que lleva al fortalecimiento de los enlaces. alcanzando la resistencia de los nudos. El algodón es relativamente inelástico, así que se arruga y se dobla fácilmente. Es un buen conductor del calor, de modo que éste le afecta poco y, cuando es expuesto a altas temperaturas, no se derrite sino que se carboniza.

A.4.5

Discuta las razones para tratar el algodón.

110

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E.

Obj.

A.4.6

Explique que el nylon necesita poco tratamiento, dado que puede diseñarse con las características deseadas.

A.4.7

Resuma que la confección de prendas de vestir es el principal uso del algodón y el nylon.

A.4.8

Explique cómo pueden incorporarse en un tejido compuesto el algodón, el nylon o el poliéster pueden incorporarse en un tejido, y cómo la composición de éste determina sus características. Haga referencia a calcetines, pantalones cortos y prendas impermeables.

A.4.9

Identifique otra fibra textil diferente (además del algodón y el nylon) y explique cómo se trata y acaba, para adecuarla a la fabricación de una manta.

A.5 Nuevos materiales (3 h.) Micoproteína: un nuevo alimento A.5.1

Indique que la micoproteína es un producto alimenticio, hecho de hongos que crecen en el trigo y en la pasta de papel usado, y que se recoge como una masa de filamentos (micelio).

A.5.2

Describa las ventajas de la micoproteína mediante referencia a sus características físicas y nutritivas.

A.5.3

Describa lo que se necesita para la fabricación comercialmente viable de la micoproteína.

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111

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. A.5.4

Obj. Explique cómo puede diseñarse una gama de nuevos productos a partir de la micoproteína.

Se pueden proponer una gran variedad de casos. Por ejemplo, el producto Quorn® , obtenido de la fermentación, es una masa que se puede mezclar con un agente ligante (p. ej. clara del huevo) y con agentes saborizantes, para hacerla pasar después por una máquina y darle la forma requerida (p. ej. forma de muslo de pollo).

A.5.5

Discuta la importancia de la aceptación por parte del público para el éxito comercial de los alimentos nuevos.

Superconductores A.5.6

Defina superconductor.

A.5.7

No se piden especificaciones químicas, ni proporciones. El procedimiento permite cualquier acabado y forma que se desee.

A.5.8

A.5.9

Explique las ventajas de poder producir materiales superconductores que operen a temperatura ambiente.

Discuta el hecho de que aunque los superconductores tienen actualmente normalmente un uso bastante limitado, se utilizan en exploraciones cerebrales RMN y trenes de levitación (remítase a revistas tecnológicas). Las ventajas incluyen el ahorro energético y la necesidad de menos materias primas, dado que los cables pueden ser más pequeños.

112

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

Opción B: Microestructuras y macroestructuras Se incluye el tema de microestructuras para proporcionar a los alumnos los conceptos utilizados en la explicación de las propiedades de los materiales. Estos conceptos capacitan también al diseñador para que, en un contexto de diseño dado, elija el tipo de microestructura necesaria. Ello permite al diseñador especificar un tipo de material y un tratamiento específico, tal como el recocido, el enfriamiento rápido o el cementado.

E.E.

Obj.

B.1 Estructura de la materia (1 h.) B.1.1

Indique que toda la materia se compone de partículas.

B.1.2

Defina átomo, molécula e ión.

Los átomos son las partes más pequeñas en que pueden dividirse químicamente los elementos. Todos los átomos tienen la misma estructura básica.

B.1.3

Resuma enlace como una fuerza de atracción entre partículas.

B.1.4

Dibuje la posición de equilibrio de una partícula en un enlace, usando una curva general de energía potencial-separación.

B.1.5

Defina: elemento, compuesto, sustancia pura, mezcla, aleación y materiales compuestos (composites).

B.2 Enlace (2 h.) B.2.1

Dibuje y describa un enlace iónico, un enlace covalente y un enlace metálico. •

•

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

113

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. B.2.2

Obj. Indique que los tres enlaces enumerados en el punto B.2.1 se denominan enlaces primarios y que su fortaleza relativa es iónico > metálico > covalente.

No se requieren detalles cuantitativos.

B.2.3

Resuma los enlaces secundarios como fuerzas de atracción débiles entre moléculas.

B.2.4

Explique el significado de estructura en red covalente (gigante), haciendo referencia al diamante y a la arena (SiO2).

B.2.5

Describa un cristal como una disposición regular de partículas (átomos, iones o moléculas).

No se piden detalles de los tipos de cristales.

B.2.6

Defina material amorfo y estructura en fibra. •

•

B.2.7

Explique la fusión en términos de la conducta de las partículas y del enlace.

B.2.8

Explique la ebullición en términos de la conducta de las partículas y del enlace.

B.2.9

Discuta la importancia de que las sustancias puras se fundan a una temperatura fija, y que las mezclas se reblandezcan a lo largo de un intervalo de temperaturas antes de fundirse.

Es posible trabajar sobre los materiales en condiciones plásticas debido al intervalo de temperaturas a las que una mezcla se reblandece.

B.3 Matriz de propiedades de enlaces del BI (2 h.) B.3.1

Explique cómo las propiedades especificadas en la matriz de propiedades de materiales del BI (véase el punto 3.3) pueden organizarse en una matriz de propiedades de enlaces.

B.3.2

Describa en la matriz de propiedades de enlaces del BI los valores relativos atribuidos a los materiales, en términos de los tipos de enlace.

114

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E.

Obj.

B.3.3

Analice los datos referidos a la matriz de propiedades de enlaces del BI.

B.3.4

Evalúe la importancia de la matriz de propiedades de enlaces del BI en un contexto de diseño dado.

Matriz de propiedades de enlaces del BI Iónico

Covalente sencillo

Red covalente

Metálico

alta

baja

muy baja

muy alta

muy baja

Resistividad eléctrica

muy alta

alta

muy alta

muy baja

Conductividad térmica

muy baja

baja

muy baja

muy alta

Dilatación térmica

baja

muy baja

muy alta

Dureza

alta

muy baja

muy alta

baja – alta

muy baja

baja

muy alta

alta

Rigidez

alta

baja

muy alta

alta

Tenacidad

baja

media – alta

baja

muy alta

Materiales Æ

cerámica

plásticos alimentos

cerámica fibras textiles alimentos madera

metales

Propiedades químicas Solubilidad en agua Solubilidad en disolventes orgánicos

Propiedades físicas

Propiedades mecánicas Resistencia a la tracción

B.4 Propiedades de los metales y de las aleaciones (2 h.) B.4.1

Indique que los metales (puros o en aleación) existen en forma de cristales.

No se piden detalles de los tipos de cristales.

B.4.2

Dibuje y describa el significado de tamaño de grano.

B.4.3

Explique cómo se puede controlar y modificar el tamaño de grano por medio del ritmo de enfriado del metal fundido, o por tratamiento térmico después de la solidificación.

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115

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E.

Obj.

B.4.4

Defina deformación plástica.

B.4.5

Explique con palabras y diagramas cómo se templan los metales después de haber sido deformados plásticamente.

Más allá del la tensión en el límite elástico, los metales y las aleaciones se endurecen cuando son deformados plásticamente. Véase el punto B.7.4 para más detalles.

B.4.6

Describa con palabras y diagramas cómo aumenta la resistencia a la tracción de un metal al alearlo.

B.4.7

Explique con palabras y diagramas el efecto de alear sobre la maleabilidad y la ductilidad.

B.4.6–B.4.7 El hecho de que las aleaciones, en comparación con los metales puros, tengan mayor resistencia y dureza, y menor maleabilidad y ductilidad, es debido a la presencia de átomos “extraños”, que interfieren en el movimiento de los átomos del cristal durante la deformación plástica.

B.4.8

Explique con palabras y diagramas cómo el movimiento de los electrones libres hace de los metales buenos conductores eléctricos y térmicos.

La explicación deberá hacer referencia a la movilidad del “mar” de electrones.

B.4.9

Evalúe la importancia del tipo de enlace y de la estructura sobre las propiedades de metales y aleaciones, en un contexto de diseño dado.

B.5 Propiedades de termoplásticos y termoestables (2 h.) B.5.1

Dibuje y describa la estructura y tipo de enlace de un termoplástico.

Los termoplásticos son moléculas de cadena lineal, a veces con enlaces laterales entre ellas, pero con débiles enlaces secundarios entre las cadenas.

B.5.2

Explique el efecto de aplicar una carga a un termoplástico, haciendo referencia a la orientación de las cadenas.

B.5.3

Explique el efecto reversible de la temperatura sobre un termoplástico, haciendo referencia a la orientación de las cadenas.

El aumento de la temperatura produce una deformación plástica, véase el punto B.5.2.

B.5.4

Dibuje y describa la estructura y el tipo de enlace de un termoestable.

116

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. B.5.5

Obj. Explique el efecto irreversible de la temperatura sobre un termoestable.

El calentamiento aumenta el número de enlaces cruzados permanentes y el plástico se endurece.

B.5.6

Discuta las propiedades y usos de dos termoplásticos, incluyendo el polipropileno.

B.5.7

Discuta las propiedades y usos de dos termoestables, incluyendo el poliuretano.

B.5.8

Discuta la importancia de las propiedades de los plásticos con vistas a su reciclado.

B.5.9

Evalúe la importancia de las propiedades de los termoplásticos y los termoestables en el diseño de un producto.

B.6 Propiedades de los materiales compuestos (3 h.) B.6.1

Indique que los materiales compuestos (composites) son una combinación de dos o más materiales, que se unen para mejorar sus propiedades mecánicas, físicas, químicas o eléctricas.

No se pide recordar compuestos específicos (distintos a los mencionados en los puntos B.6.2 – B.6.6) ni detalles del enlace.

B.6.2

Describa la estructura de la madera como un material compuesto natural.

Fibras de celulosa en una matriz de lignina: la resistencia a la tensión es mayor a lo largo de la hebra (fibra) que en sentido transversal (matriz).

B.6.3

Enfatice los aspectos históricos. No se piden detalles del enlace, ni porcentajes de materiales.

B.6.4

Resuma la estructura de la fibra Kevlar® (aramida).

B.6.5

Resuma dos ejemplos en los que se utilicen fibras de Kevlar®: enrolladas en cuerdas y tejidas en telas (esteras).

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117

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. B.6.6

Obj. Explique por qué el Kevlar® resulta apropiado para estas aplicaciones, haciendo referencia a su resistencia a la tracción, elasticidad y resistencia al agua.

Las fibras de Kevlar® no absorben el agua, tienen una alta resistencia a la tracción y no se estiran.

B.6.7

Evalúe la importancia de las propiedades de los materiales compuestos (composites) en un contexto de diseño.

B.7 Módulo de Young: esfuerzo y deformación (3 h.) B.7.1

Indique que el esfuerzo (carga) es la fuerza por cada unidad de área que actúa sobre un cuerpo o sistema.

La carga sobre un elemento de la estructura dividida entre su sección transversal se denomina “esfuerzo sobre el elemento”.

B.7.2

Indique que la deformación es la razón entre el cambio en una dimensión y el valor original de dicha dimensión.

La deformación de un material es una medida del cambio relativo que experimenta su forma cuando es sometido a una carga. Es independiente del tamaño del elemento estructural.

B.7.3

Defina esfuerzo de ruptura.

B.7.4

Dibuje y describa una gráfica esfuerzo/deformación e identifique la región elástica, la región de flujo plástico y el esfuerzo máximo (UTS).

Para la mayoría de los materiales, la región elástica es una línea recta que cambia a curva (región plástica). No se piden detalles cuantitativos de materiales concretos.

B.7.5

Explique la importancia de la gráfica esfuerzo/deformación, identificada en el punto B.7.4 en distintos contextos de diseño.

B.7.6

Resuma la importancia del esfuerzo de ruptura.

Es el esfuerzo en el punto de ruptura. Muchos materiales experimentan tanto deformación plástica como elástica.

B.7.7

Describa la diferencia entre las deformaciones elástica y plástica.

B.7.8

Defina módulo de Young.

La rigidez de un material se denomina “módulo elástico”. En el caso de cargas de tracción o compresión, el módulo elástico se denomina “módulo de Young”.

118

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. B.7.9

Obj. Calcule el módulo de Young de un material.

esfuerzo Módulo de Young = deformación

B.7.10

Explique cómo afecta el conocimiento del módulo de Young de un material a la selección de materiales para aplicaciones concretas.

Utilice un ejemplo en el que tenga importancia la rigidez de un material.

B.7.11

Evalúe la importancia del esfuerzo y de la deformación en un contexto de diseño.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

119

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

Opción C: Tecnologías apropiadas Los alumnos deben comprender las limitaciones y oportunidades que existen para optimizar la explotación de recursos y de fuentes de energía renovables. El objetivo general de este tema es promover la conciencia de la necesidad de conservar los recursos no renovables al tiempo que se satisfacen los requerimientos humanos, medioambientales e industriales.

E.E.

Obj.

C.1 Recursos y reservas (1 h.) C.1.1

Indique que los recursos se pueden clasificar en renovables y no renovables.

C.1.2

Defina recursos renovables y recursos no renovables.

C.1.3

Describa la diferencia entre recurso y reserva.

C.1.4

Explique cómo el mercado, la tecnología y la disponibilidad determinan si se explota o no una reserva.

C.2 Tecnologías (3 h.) C.2.1

Defina tecnología apropiada.

C.2.2

Enumere cuatro características de una tecnología apropiada.

C.2.3

Describa un ejemplo de una tecnología apropiada.

Puede ser el uso de materiales locales como fuente de energía.

C.2.4

Defina tecnología alternativa.

C.2.5

Describa un ejemplo de una tecnología alternativa.

Puede ser el caso de las explotaciones de agricultura orgánica a pequeña escala frente a las técnicas de cultivo intensivo con elevado consumo de energía a gran escala.

120

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E.

Obj.

C.2.6

Defina tecnología intermedia.

C.2.7

Describa un ejemplo de una tecnología intermedia.

C.3 Explotación de fuentes de energía (4 h.) C.3.1

Resuma las fuentes de energía renovables.

Incluya las fuentes de energía eólica (viento), de las olas, solar, de la biomasa, hidroeléctrica, mareomotriz y geotérmica.

C.3.2

Resuma las fuentes de energía no renovables.

Incluya el carbón, petróleo, madera, gas y energía atómica.

C.3.3

Describa dos ventajas y dos desventajas del uso de fuentes de energía renovables.

Incluya los costos de inversión y de mantenimiento, las consecuencias sociales y políticas y los aspectos medioambientales.

C.3.4

Explique una situación en la que se hayan empleado con éxito fuentes de energía solar o eólica.

Haga referencia al mercado, a la tecnología y a la disponibilidad de la fuente de energía primaria.

C.3.5

Discuta las ventajas y desventajas del uso de fuentes de energía renovables en distintas partes del mundo.

Considere la continuidad del suministro, los costos de inversión, los costos de mantenimiento y el efecto del emplazamiento sobre el medio ambiente.

C.3.6

Indique que la disponibilidad de energía, la eficiencia de la conversión energética, los costos y el tipo de fuente de energía afectan a la elección del proceso de fabricación.

C.3.7

Explique cómo afecta cada uno de los factores enumerados en el punto C.3.6 a la elección del proceso de fabricación.

Considere la ubicación de la planta de fabricación (acceso a materias primas y eliminación de residuos).

C.3.8

Explique tres formas en que las consideraciones energéticas pueden influir sobre el diseño de un producto.

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121

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E.

Obj.

C.4 Explotación de recursos materiales (3 h.) C.4.1

Discuta los aspectos concernientes a la necesidad de conservar los recursos del planeta y los medios para lograrlo.

Incluya una referencia a: “países en desarrollo frente a países desarrollados”; recursos renovables/no renovables frente a consideraciones económicas; obsolescencia planificada frente a longevidad; estética frente a funcionalidad; y consideraciones culturales, de valores y de actitudes.

C.4.2

Discuta los aspectos que contribuyen a la viabilidad del reciclaje incluyendo los políticos, económicos, sociales, medioambientales y de conservación.

C.4.3

Discuta los aspectos éticos concernientes al desarrollo de una política sobre explotación de recursos.

Los alumnos deberían tratar de desarrollar su propia política colectiva como clase, además de considerar cualquier política nacional (o local).

C.5 Estrategias para un desarrollo sustentable (4 h.) C.5.1

Defina desarrollo sustentable.

C.5.2

C.5.3

Explique las principales propuestas que acordaron los participantes como parte de la Agenda 21 en la conferencia de Río.

122

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. C.5.4

Obj. Explique por qué el desarrollo sustentable requiere cambios en los sistemas industriales y sociales.

C.5.5

Explique cómo el desarrollo sustentable requiere una estrecha cooperación entre fabricantes y gobierno.

C.5.6

C.5.7

Explique por qué es difícil para los gobiernos aprobar una legislación que cubra todos los aspectos de la sustentabilidad.

C.5.8

La economía del conocimiento se está convirtiendo progresivamente en un sinónimo de economía “ingrávida”.

C.5.9

Explique cómo la anticipación de fuentes de contaminación y su eliminación en la fase de diseño puede conducir al ahorro de materias primas y permitir el tratamiento de residuos.

C.5.10

Explique cómo se pueden reducir los costos mediante la introducción de procesos de fabricación que usen la energía de modo más eficiente y con menos derroche de recursos.

C.5.11

Describa dos métodos por los cuales los fabricantes podrían reconsiderar una rentabilidad a corto plazo en favor de una sustentabilidad a largo plazo.

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123

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM

E.E. C.5.12

Obj. Explique cómo las actitudes del consumidor hacia los aspectos de la sustentabilidad han creado una situación de impulso del mercado.

Desde finales de la década de los 80, ha crecido el mercado de los consumidores “ecológicos”, deseosos de productos respetuosos con el medio ambiente.

C.5.13

Explique cómo las características de un producto pueden ser compatibles con el desarrollo sustentable.

C.5.14

Explique cómo puede ser compatible la utilización de la energía con el desarrollo sustentable.

Incluya el uso de la energía en formas que minimicen el mal uso, optimicen la eficiencia de los sistemas completos y maximicen el uso sustentable de la energía renovable.

124

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

Opción D: Tecnología de los alimentos Los alimentos son esenciales para la vida humana ya que aportan los nutrientes necesarios para mantener la salud. Garantizar la seguridad en la disponibilidad de los alimentos (el derecho básico de las personas a obtener los alimentos que necesitan) es quizás el mayor desafío que afronta la comunidad internacional. Lograr un aumento sustentable en la producción de alimentos requiere estrategias agrícolas globales que garanticen una variedad adecuada de productos alimenticios. Los especialistas en tecnología de los alimentos aplican diferentes técnicas de procesado para modificar las propiedades físico-químicas de los productos alimenticios, y producen una gran variedad de artículos alimentarios con propiedades de almacenamiento aptas para minimizar el deterioro y la degradación de los alimentos (una de las principales causas de que se desperdicien) y maximizar su plazo de conservación. Los alimentos ofrecen enormes posibilidades de diseño mediante la adaptación de sus características nutricionales, microbiológicas, gustativas y de almacenamiento para satisfacer las necesidades del consumidor global medio.

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

D.1 Alimentos y nutrición (3 h.) D.1.1

Defina esencial, deficiencia en micronutrientes y malnutrición.

D.1.2

Indique que los alimentos pueden considerarse compuestos por macronutrientes y micronutrientes. Los macronutrientes incluyen las proteínas, las grasas y los glúcidos, y los micronutrientes incluyen las vitaminas y los minerales.

•

Las grasas, proteínas y glúcidos se denominan macronutrientes, es decir, son nutrientes que se necesitan en grandes cantidades. La energía puede obtenerse del metabolismo de las grasas (37 kJ g-1), de los glúcidos (16 kJ g-1), de las proteínas (17 kJ g-1) o del alcohol (29 kJ g-1). Las proteínas están compuestas por aminoácidos, diferenciados entre esenciales y no esenciales. Las proteínas se consideran de alto valor biológico cuando contienen un equilibrio adecuado de aminoácidos esenciales. Los alimentos con proteína de alto valor biológico suelen ser de origen animal. Los alimentos vegetales a menudo carecen de uno o más aminoácidos esenciales. Sin embargo, complementando varios alimentos de origen vegetal entre sí se pueden evitar deficiencias de determinados aminoácidos. Las grasas no son esenciales per se, salvo en cuanto a la provisión de energía. Sin embargo, el cuerpo necesita determinados ácidos grasos poliinsaturados denominados ácidos grasos esenciales, y la grasa actúa como fuente de vitaminas liposolubles. Las vitaminas y los minerales se denominan micronutrientes. Las vitaminas se definen como sustancias orgánicas requeridas en muy pequeñas cantidades para mantener la salud. Las vitaminas se clasifican como liposolubles (A, D, E y K) e hidrosolubles (vitaminas B y vitamina C). La deficiencia de una determinada vitamina causa una enfermedad carencial específica, p. ej. la deficiencia de vitamina C causa escorbuto. Los minerales son compuestos inorgánicos derivados de los alimentos y se clasifican como minerales principales, p. ej. calcio e hierro, y elementos traza (oligoelementos) como el iodo y el cinc. No se requiere conocer enfermedades carenciales específicas.

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125

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. D.1.3

Temas comunes para NM y NS Indique que la fibra dietética es esencial para la salud humana.

Obj. 1

La fibra dietética consiste en glúcidos no asimilables (p. ej. polisacáridos como la celulosa) que no se pueden descomponer en su paso por el sistema digestivo. Las dietas con poco contenido de fibra se vinculan a varias enfermedades comunes en países desarrollados, p. ej. enfermedad diverticular del colon, estreñimiento y cáncer de intestino grueso.

D.1.4

Explique qué se entiende por dieta equilibrada y cómo se pueden emplear varios sistemas de grupos de alimentos para lograr una dieta equilibrada .

Una dieta equilibrada es aquella que proporciona una cantidad adecuada de energía, cantidades óptimas de proteína, almidón y grasas; cantidades adecuadas de ácidos grasos esenciales, vitaminas y minerales; y suficiente fibra dietética. Los términos adecuada, óptima y suficiente para un individuo varían con la edad, salud, talla, género y actividad. Los alimentos no son sustancias puras sino mezclas de diferentes nutrientes en proporciones variables. La leche es el alimento más completo y el que más se aproxima a los aportes óptimos globales de cada nutriente (no obstante, es deficiente en hierro y vitamina C). La clasificación de los alimentos en distintos sistemas de grupos ayuda a configurar una dieta equilibrada. Existe un sistema de tres grupos que clasifica los alimentos en: alimentos para el desarrollo del cuerpo (ricos en proteína), alimentos protectores (ricos en vitaminas) y alimentos calóricos (que aportan energía), facilitando el establecimiento de una dieta equilibrada. También existen sistemas más complejos. Por ejemplo, hay un sistema que clasifica los alimentos en seis grupos: cereales y alimentos ricos en almidón; frutas y vegetales; carne y productos alternativos; leche y derivados; azúcares y alimentos azucarados; grasas y aceites. En este caso, si se toman alimentos de cada uno de los primeros cuatro grupos y se limitan los alimentos de los dos últimos, se logra una dieta equilibrada. El sistema de semáforos es bueno para promover una alimentación sana de los niños: alimentos en rojo (parar y pensar – p. ej. azúcar, dulces, chocolate, pasteles, pastas, grasas), en amarillo (ir con precaución – p. ej. quesos grasos) y verde (continuar – p. ej. frutas frescas y ensaladas, pescado y mariscos, pollo y pavo, patatas). Una dieta equilibrada no es lo mismo que una dieta prudente que limita la ingesta de azúcar, grasas, colesterol, sal y alcohol al tiempo que maximiza la ingesta de fibra para tratar de evitar ciertas enfermedades vinculadas a las sociedades de consumo de los países desarrollados.

D.1.5

Explique cómo varían los requerimientos nutricionales y la elección de alimentos conforme aumenta la edad de la persona.

D.1.6

Discuta cómo la toma de conciencia en el cuidado de la salud afecta a la elección de alimentos con relación a las grasas (calidad y cantidad), fibra, azúcar y contenido de sal.

La toma de conciencia por parte del consumidor de los problemas de salud agudos y crónicos tiene un gran impacto sobre la cadena alimenticia, desde la producción hasta la elaboración y distribución de los alimentos. La comprensión de estos problemas y los efectos sobre la salud tiene una influencia considerable sobre los patrones de consumo de alimentos.

126

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. D.1.7

Temas comunes para NM y NS Resuma cinco propiedades estéticas/organolépticas de los alimentos.

Obj. 2

Éstas abarcan el efecto del impacto de los alimentos sobre el consumidor individual e incluyen: sabor, aroma, apariencia, textura (en frutas y vegetales, y en ciertos cereales y aperitivos tipo snacks).

D.1.8

Explique cómo las propiedades organolépticas de los alimentos son diseñadas para segmentos particulares del mercado, mediante referencia al pan y a los aperitivos (snacks).

Las propiedades organolépticas se modifican para asegurar que los productos se adaptan a determinados mercados. Por ejemplo, a los aperitivos (snacks) se les añade saborizantes para que resulten más atractivos para sectores particulares del mercado (niños frente a adultos). La textura también se modifica de acuerdo con la dentición del consumidor concreto, p. ej. productos homogeneizados para bebés.

D.2 Los alimentos y las personas (3 h.) D.2.1

Resuma cuatro factores culturales que afectan a la elección de los alimentos.

El adjetivo cultural se refiere a las creencias, comportamiento, idioma y estilo de vida (incluyendo costumbres, ceremonias y tradiciones) de un grupo determinado de personas. Dichos grupos se pueden definir mediante parámetros raciales, religiosos, socioeconómicos, éticos o del estilo de vida. Se podría mencionar la percepción pública del “riesgo” en relación con posibles enfermedades transmitidas por los alimentos (un ejemplo sería la alarma por la encefalopatía espongiforme bovina o mal de las vacas locas descubierto en 1996). Se puede investigar la importancia de la confianza pública y el papel de los gobiernos.

D.2.2

Discuta cómo afecta un factor cultural determinado a la elección de los alimentos, así como sus efectos sobre la salud.

D.2.3

Explique cómo un determinado factor referente al estilo de vida ha llevado a desarrollar nuevos productos alimenticios, tales como los aperitivos (snacks) y comidas precocinadas individuales.

Los factores referentes al estilo de vida (p. ej. situación laboral, actividades de ocio y tiempo libre, organización de la propia vida, toma de conciencia con relación a la salud) pueden conducir al desarrollo de nuevos productos alimenticios. Por ejemplo: comidas precocinadas individuales que pueden calentarse en microondas, alimentos tipo snacks (patatas fritas de bolsa tipo chips, barritas de golosinas), o alimentos para deportistas. Todos ellos pensados para diferentes nichos del mercado.

D.2.4

Explique cómo reúnen información los fabricantes de alimentos para el desarrollo de un nuevo helado, incluyendo la adquisición de datos y su recopilación, análisis y comparación con productos ya existentes.

Un producto se diseña inicialmente como un prototipo de prueba, determinándose parámetros clave tales como la textura y el sabor. A menudo se emplean jurados de degustación. Tras la confirmación de la

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127

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

especificación del producto, el producto debería pasar de una fase de prueba a una fase experimental planificada, de modo que se pueda elaborar una mayor cantidad de producto y llevar a cabo un análisis de mercado más amplio. Si los resultados son satisfactorios, la consecuencia podría dar como resultado una ampliación del programa hasta llegar a una fase plenamente industrial. En cada nivel de prueba se recaban datos (p. ej. a través de entrevistas y cuestionarios estructurados), que luego se analizan. Resulta particularmente importante la comparación con otros productos existentes.

D.2.5

Construya una especificación para un helado.

Incluya especificaciones tales como los contenidos nutritivos y energéticos, dimensiones, color, textura, facilidad y costo de elaboración, propiedades de almacenado y embalaje.

D.2.6

Evalúe los productos alimenticios con respecto a sus especificaciones.

D.3 Degradación y conservación de alimentos (3 h.) D.3.1

Defina degradación de un alimento.

D.3.2

Explique que la degradación de un alimento puede ser de origen físico, químico o microbiológico.

D.3.3

Indique que el daño físico a la capa protectora exterior del alimento durante la cosecha, procesado o distribución, aumenta la probabilidad de degradación química o microbiológica.

D.3.4

Explique que las dos causas principales de degradación química de los alimentos son la degradación enzimática y el enranciamiento.

D.3.5

Resuma los cambios que tienen lugar durante la degradación enzimática.

Muchos alimentos están compuestos por células intactas que contienen enzimas. Tras el sacrificio de animales o la cosecha de vegetales, las enzimas siguen activas. Ello a menudo suele ocasionar cambios deseables, tales como el acondicionado de la carne mientras cuelgan las canales, o la maduración de los frutos. Sin embargo, si un producto es almacenado durante demasiado tiempo, la actividad enzimática puede llegar a ser perjudicial, llegándose a su degradación. Las enzimas autolíticas (que se autodescomponen) hacen que los alimentos dejen de ser apetecibles. Al desintegrarse la naturaleza celular del alimento, se liberan a la superficie el agua y los nutrientes contenidos, surgiendo el riesgo de degradación microbiana. La degradación enzimática puede hacerse más lenta mediante la refrigeración y en algunos casos mediante la alteración del medio gaseoso circundante (la relación entre oxígeno y dióxido de carbono). No obstante, las reacciones no se detienen, por lo que en el caso de vegetales almacenados congelados durante largos períodos, se debe realizar el escaldado de éstos (es decir, inmersión en agua hirviendo) para desnaturalizar las enzimas.

128

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

D.3.6

Explique que las enzimas son responsables de algunas reacciones de coloración durante la preparación de los alimentos.

Obj. 3

La enzima polifenol oxidasa existente en frutas y hortalizas, tales como manzanas y patatas, oxida los compuestos fenólicos (p. ej. el aminoácido tirosina) para producir pigmentos pardos polimerizados. Esto es especialmente importante una vez que se ha producido el daño celular, por ejemplo en las superficies cortadas. En las células sin daños los compuestos fenólicos y la enzima permanecen separados, por lo que no se da dicho empardecimiento. Esta coloración parda se puede reducir durante la preparación de frutas y hortalizas mediante varios métodos: tratamiento térmico (para desnaturalizar las enzimas), como en la elaboración de jugos y purés de frutas o mediante el escaldado de frutas y hortalizas antes de congelarlas; para la preparación de patatas prepeladas se emplea dióxido de sulfuro gaseoso o disoluciones de metabisulfito de sodio. Con la ausencia de oxígeno en las superficies cortadas mediante la inmersión de los alimentos en agua, se puede prevenir el empardecimiento, aunque se puede producir una pérdida de las vitaminas hidrosolubles como la vitamina C. La modificación del pH, p. ej. empleando ácido cítrico procedente del jugo de limón, también puede prevenir dicho empardecimiento. El empardecimiento enzimático se favorece específicamente en la fermentación del té y del café manteniendo las hojas de té desecadas o los granos de café a 25°C.

D.3.7

Defina enranciamiento, conservante y antioxidante.

D.3.8

Describa tres tipos de enranciamiento y resuma cómo puede evitarse el enranciamiento.

•

D.3.9

Enranciamiento por absorción: se produce cuando se almacenan grasas o aceites cerca de sustancias químicas (p. ej. productos químicos de limpieza) o alimentos (p. ej. cebollas o caballa) con aromas intensos. Enranciamiento hidrolítico: causado por la descomposición en glicerol y ácidos grasos libres de triglicéridos producida en las grasas y aceites. Los ácidos grasos libres con una cadena de menos de 14 átomos de carbono pueden dar al alimento un desagradable sabor rancio, p. ej. en la crema de leche, en los frutos secos y en algunas galletas. Enranciamiento oxidativo: es el tipo más común de enranciamiento y se produce debido a la oxidación de los enlaces dobles presentes en los ácidos grasos insaturados de los triglicéridos y a la formación de aldehídos y acetonas que dan a la grasa un sabor a sebo. Para prevenir la oxidación, lo mejor es almacenar las grasas en recipientes no metálicos en condiciones frescas y de oscuridad. A menudo a los aceites se les añaden antioxidantes (p. ej. palmitato de ascorbilo) para evitar que se enrancien. Los aperitivos tipo snacks (p. ej. patatas fritas tipo chips) deberían almacenarse en condiciones frescas y de oscuridad para evitar un enranciamiento oxidativo.

Defina actividad acuosa (aw).

La actividad acuosa de un alimento no es lo mismo que su contenido hídrico. La mayoría de los alimentos tienen una actividad acuosa en un rango de valores entre 0,2 y 0,99. La actividad acuosa se refiere al grado de disponibilidad de agua existente en un alimento para sustentar el crecimiento microbiano. Los alimentos húmedos suelen tener una mayor actividad acuosa que los alimentos secos, aunque ello no siempre es así.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. D.3.10

Temas comunes para NM y NS Indique que la degradación microbiana puede ser causada por bacterias, mohos y levaduras.

Obj. 1

El crecimiento de bacterias, mohos o levaduras sobre los alimentos causa la presencia de viscosidad en la superficie, decoloraciones, descomposición y una posible producción de toxinas. El número y tipo de microorganismos en el alimento o sobre éste se conoce como carga microbiana. Los alimentos crudos generalmente tienen una mayor carga microbiana que los alimentos procesados o los cocinados. Los microorganismos presentes sobre el alimento producen enzimas extracelulares que descomponen el alimento en una forma de la que puede servirse el microorganismo para su crecimiento. Las cualidades del alimento se deterioran y la degradación resulta detectable. Las bacterias son los microorganismos más exigentes aunque también los de crecimiento más rápido, y su crecimiento puede evitarse disminuyendo el pH o la actividad acuosa. Los mohos son los microorganismos degradantes de alimentos menos exigentes, pero también con un crecimiento más lento; se trata de organismos aeróbicos que crecen sobre la superficie de alimentos como el pan y las frutas. Las levaduras toleran niveles bastante altos de azúcar y pueden deteriorar productos ricos en azúcares como las mermeladas (jaleas) y jarabes o siropes.

D.3.11

Explique los factores que influyen sobre la facilidad de la degradación microbiana.

Los alimentos tales como la leche y la carne se deterioran rápidamente, denominándose perecederos. Los que no se deterioran con rapidez (p. ej. azúcar y harina) se denominan no perecederos. Algunos alimentos semiperecederos (hortalizas de raíz y frutos) se sitúan entre los tipos anteriores y, si se almacenan adecuadamente, se pueden conservar durante muchos meses. Las propiedades de un alimento que influyen sobre la facilidad de deterioro del mismo incluyen el pH (los alimentos ácidos se deterioran con menor facilidad), aw (los alimentos secos o aquellos con azúcar añadida presentan un menor valor de aw y se deterioran con menor facilidad), contenido en nutrientes (los alimentos con mayor cantidad de nutrientes tienden a deteriorarse más rápidamente) y temperatura (los alimentos mantenidos a baja temperatura se deterioran más lentamente).

D.3.12

Explique que el objetivo de la conservación de alimentos es ampliar la duración de su período de conservación.

La prevención de la degradación microbiana se basa en tres principios: minimizar la contaminación de los alimentos, destruir o eliminar los microorganismos e impedir el crecimiento microbiano. • Minimizar la contaminación de los alimentos mediante normas higiénicas adecuadas o mediante el embalaje de los alimentos. • Destruir los microorganismos con calor mediante pasterización, cocción, enlatado o esterilización. La irradiación de los alimentos se puede emplear para destruir microorganismos. Éstos también pueden ser eliminados físicamente (p. ej. en la filtración de vinos y cervezas o suministros de agua, o bien, lavando los productos alimenticios). • Impedir el crecimiento microbiano mediante reducción de la temperatura, deshidratación, conservación química o control de la atmósfera en que está inmerso el alimento.

130

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

La reducción de la temperatura se puede lograr mediante el almacenamiento en bodegas para frutas y hortalizas de raíz, etc., refrigeración (1 – 4°C) para carne y leche, etc., y congelación (-6, -12, -18°C). La deshidratación se emplea porque los microorganismos pueden sobrevivir pero no crecer sin agua líquida libre, la cual puede dejar de encontrarse disponible para el crecimiento si se añade azúcar o sal. El contenido total de agua puede reducirse mediante deshidratación (por ejemplo, secado de leche mediante pulverización). La conservación química incluye el uso de dióxido de azufre para inhibir el crecimiento microbiano sobre vegetales procesados, nitratos y nitritos para curar la carne, ácidos orgánicos en refrescos y ácido acético en encurtidos. El control de la atmósfera en que está inmerso el alimento se logra almacenando el alimento en una atmósfera que contenga una proporción extra de dióxido de carbono para hacer más lento el ritmo de maduración y por consiguiente el deterioro.

D.3.13

Resuma cinco métodos de conservación de alimentos incluyendo congelación, irradiación, envasado al vacío y deshidratación.

Los diferentes métodos de conservación de alimentos incluyen: encurtido, cocción, refrigeración, envasado al vacío, congelación, deshidratación, enlatado, curado e irradiación. Es importante el efecto de cada método sobre el acceso de los microorganismos al alimento y su crecimiento sobre el mismo. Muchos métodos alteran la actividad acuosa de los alimentos y, por tanto, afectan al crecimiento microbiano.

D.3.14

Explique cómo afecta la conservación de los alimentos a las propiedades organolépticas de la fruta.

El método de procesado empleado para un determinado alimento afecta a las propiedades organolépticas del mismo. Por ejemplo, la congelación de la fruta afecta a la estructura celular y, por tanto, a la textura; la adición de azúcar para hacer conservas de frutas afecta al sabor.

D.3.15

Explique cómo afectan los métodos de procesado de alimentos a las propiedades nutricionales del pan.

El procesado de alimentos modifica las propiedades nutricionales de varias maneras. El refinado de los productos derivados de los cereales reduce su contenido de fibra dietética y puede afectar al contenido de vitaminas y de hierro. Los productos derivados de los cereales a menudo son enriquecidos con hierro y vitaminas para garantizar que el alimento procesado es equivalente nutricionalmente al producto sin procesar. No obstante, el procesado no siempre resulta perjudicial para el contenido nutricional del producto e incluso puede permitir una mayor utilización de los nutrientes.

D.4 Procesado de alimentos (3 h.) D.4.1

Defina procesado primario y procesado secundario.

D.4.2

Resuma cómo los granos de trigo son sometidos a un procesado primario para obtener harina y a un procesado secundario para elaborar pan.

Los diagramas de flujo resultan útiles para representar los procesos de producción de los alimentos.

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131

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

D.4.3

Explique tres factores que determinen una necesidad de procesado primario o secundario, o ambos.

Obj. 3

Dichos factores podrían incluir las propiedades de almacenaje, volumen, peso o consideraciones energéticas.

D.4.4

Defina aireación, coagulación de proteína y gelificación.

D.4.5

Explique cómo se han empleado los procesos de aireación, coagulación de proteína y gelificación para alterar las propiedades físicas y químicas del pan.

El pan es un alimento básico en la mayoría de las culturas y se usa como ejemplo. Se encuentra de formas muy variadas. La aireación altera su densidad. Para elaborar pan, se mezcla harina con agua lográndose la formación de una red extendida de gluten que contribuye a la naturaleza elástica de la masa. La levadura produce dióxido de carbono que aumenta la masa. La estructura básica final del pan se logra cocinándolo, lo que coagula la proteína y gelifica el almidón.

D.4.6

Explique los sistemas de control empleados en los procesos de elaboración de pan.

El procesado de alimentos a gran escala requiere un producto final constante que satisfaga una determinada especificación. Los procesos de producción se pueden dividir en tres etapas. • Entrada: ingreso de materias primas para su procesado. Control de la calidad de las materias primas para garantizar un punto de arranque constante para el procesado del alimento (se satisfacen determinados parámetros clave). • Proceso: procedimientos que convierten las materias primas en el producto final. • Salida: obtención del producto final. La calidad del producto final resulta determinada por todas las etapas de forma que cada etapa requiere un control de calidad.

D.4.7

Resuma la influencia de la escala de la producción sobre las propiedades organolépticas del pan.

El pan elaborado de forma artesanal suele ser más caro porque requiere más trabajo. Se produce a partir de materias primas (harina, agua, levadura y sal) más que de mezclas ya preparadas, se elabora a mano o con un mínimo uso de máquinas y generalmente carece de aditivos. La corteza suele ser más firme y la textura menos uniforme que en el pan de elaboración masiva. Los panaderos artesanos elaboran varios tipos de pan originales (tales como el pan de nueces o el de banana).

D.4.8

Explique cómo el procesado de los alimentos aumenta el valor de los productos alimenticios.

El valor de los productos de las explotaciones agrícolas aumenta con su limpieza y refrigeración, procesado, embalaje y distribución. Compare el costo de las patatas con el de las patatas fritas de bolsa (chips). Un agricultor vende patatas a un fabricante de productos alimenticios y dicho fabricante obtiene el beneficio. La mayor parte de los ingresos procede del procesado secundario.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

D.4.9

Explique cómo las cooperativas agrícolas locales y el procesado en el establecimiento mismo pueden aumentar la sustentabilidad de la explotación agraria.

Obj. 3

El procesado de los productos brutos de la explotación agrícola permite la obtención de productos listos para el consumo con un mayor valor, y proporciona a los agricultores la oportunidad de retener ingresos y de incrementar la sustentabilidad de la explotación. Los agricultores pueden retener así una mayor cuota de los ingresos generados por los alimentos. El procesado en pequeña escala tiende a insertarse en la comunidad local, creando empleos, distribuyendo productos de forma local y recirculando los ingresos en la economía local. No obstante, no pueden ignorarse los aspectos de transferencia de tecnología y otros costos de puesta en marcha.

D.5 Etiquetado, embalaje y marca de fábrica (3 h.) D.5.1

Resuma el propósito de las etiquetas en los productos alimenticios y la información suministrada en ellas.

Incluya el contenido nutricional, fecha límite de venta, información sobre conservación y uso, ingredientes, advertencias, volumen/peso, etc. Excluya los detalles promocionales. Sólo se requiere un tratamiento cualitativo.

D.5.2

Discuta el impacto y la efectividad de la legislación sobre el contenido de las etiquetas en productos alimenticios como medio para modificar la dieta .

Debido a aspectos culturales y costumbres, no resulta fácil cambiar la dieta de las personas. Las etiquetas pueden proporcionar información sobre el contenido de azúcar, fibra, grasa, etc., pero a menos que las personas decidan cambiar, las etiquetas no suelen tener mucha influencia. Las iniciativas estatales pueden fomentar las dietas bajas en grasas o ricas en fibra para prevenir las enfermedades cardíacas.

D.5.3

Resuma cómo afectan los diferentes materiales de embalaje a los alimentos, haciendo referencia al papel, plástico, vidrio y metal.

Estos materiales de embalaje comunes se pueden usar solos o combinados (dependiendo del producto alimenticio) y se seleccionan para minimizar la interacción con el alimento y la contaminación de éste. A veces el costo del material de embalaje supone una importante proporción del costo del producto final. También son importantes las consideraciones sobre el transporte, p. ej. los recipientes de plástico pesan menos que los de vidrio.

D.5.4

Explique el impacto de las decisiones concernientes a embalajes alternativos sobre el costo del producto y el medio ambiente.

Las alternativas de embalaje que usan materias primas no biodegradables y no reciclables consumen mucha energía para su producción, se usan una sola vez y causan grandes estragos en el medio ambiente. La modificación de cualquiera de estos elementos reduce los efectos negativos sobre el medio ambiente.

D.5.5

Resuma cómo se emplea el embalaje de los alimentos como instrumento de promoción para otros productos.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

133

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

D.5.6

Explique cómo contribuye el embalaje de los productos al desarrollo de las marcas.

D.5.7

Discuta el impacto global de los productos de marca (como Coca-Cola).

134

Obj.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

D.6 Seguridad alimentaria (2 h.) D.6.1

Defina inseguridad alimentaria, subnutrición, desnutrición, retraso del crecimiento, vulnerabilidad y emaciación.

D.6.2

Indique que la subnutrición y la desnutrición son distintas medidas empleadas para estimar el número de personas que sufren de hambre.

D.6.3

Explique cómo se calculan los índices de subnutrición y la desnutrición.

La subnutrición se estima a partir de datos existentes sobre el número de personas y la cantidad de alimentos disponibles para ellas. El método que se utiliza se describe en detalle en la Sexta encuesta alimentaria mundial (FAO, 1996). Se basa en el cálculo de la energía disponible a partir de la producción, comercio y reservas de alimentos a nivel local. A continuación se calculan los requerimientos energéticos medios mínimos para toda la población basados en los requerimientos energéticos de diferentes grupos por edades y géneros, y la proporción de población que cada grupo representa. El número total de calorías se divide entre el número de personas del país. La cifra se corrige usando un coeficiente de distribución que toma en cuenta la desigualdad de acceso a la tierra. La información se combina para reflejar la distribución de los suministros de alimentos dentro del país y se obtiene el porcentaje de población cuya ingesta de alimento queda por debajo de los requerimientos mínimos. Multiplicando por el tamaño de la población se obtiene el número de personas subnutridas. La desnutrición se determina a partir de datos acerca del peso, altura y edad de las personas. Las proporciones obtenidas de estas medidas indican el resultado de una ingesta inadecuada y también de condiciones de higiene y salud precarias que pueden evitar que las personas obtengan plenos beneficios nutricionales a partir de lo que comen.

D.6.4

Indique que el logro de la seguridad alimentaria significa que haya suficientes alimentos y suministros relativamente estables, y que las personas puedan acceder a los alimentos que necesitan.

D.6.5

Indique que aproximadamente 800 millones de personas en los países en vías de desarrollo y unos 34 millones de personas en los países desarrollados sufren de subnutrición crónica.

D.6.6

Explique la importancia de las estrategias locales, nacionales, internacionales y globales para combatir la inseguridad alimentaria.

D.6.7

Discuta los aspectos éticos implicados en el desarrollo de las políticas globales en materia de seguridad alimentaria.

D.6.8

Explique el papel que desempeña la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) en la lucha contra la inseguridad alimentaria.

La FAO organizó la Conferencia mundial sobre alimentación en noviembre de 1996 en Roma.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

135

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

D.6.9

Evalúe el trabajo de la FAO posterior a la Conferencia mundial sobre alimentación de 1996.

Obj. 3

La FAO publica informes anuales sobre el estado de la inseguridad alimentaria en el mundo. La publicación anual se basa en el programa de trabajo de la FAO para controlar y analizar la inseguridad alimentaria y el estado nutricional de la población mundial. La Conferencia mundial sobre alimentación dio instrucciones sobre el establecimiento de una iniciativa de Sistemas de Información y Cartografía en materia de inseguridad alimentaria y de vulnerabilidad (SICIAV) que aporten información. Dichos sistemas operan a nivel nacional y global.

D.7 Estrategias globales en la producción de alimentos (3 h.) D.7.1

Resuma cómo los conocimientos adecuados sobre genética permiten la reproducción selectiva y el aumento de los rendimientos.

La reproducción selectiva (como en el caso de los pollos) ha permitido el aumento del rendimiento y la calidad.

D.7.2

Evalúe el principio de las técnicas de agricultura intensiva en términos de su rendimiento y de los aspectos éticos.

Las técnicas de agricultura intensiva (con especies animales y vegetales) pueden asegurar rendimientos máximos con respecto a los insumos (input). La cría intensiva de aves de corral controla la salud de las gallinas y minimiza el movimiento para lograr la máxima producción de huevos o de carne, pero los aspectos éticos también son muy importantes.

D.7.3

Defina agricultura orgánica.

La Federación Internacional de Movimientos de Agricultura Orgánica (IFOAM, por sus siglas en inglés) fue fundada a comienzos de la década 1970-1980 y representa a 600 miembros e institutos asociados que trabajan en más de 100 países. Ésta define el término orgánico como referido al sistema agrícola concreto descrito en sus normas básicas. Existen otras definiciones importantes, como la del Departamento de Agricultura de EE.UU. y la de la Comisión del Codex Alimentarius.

D.7.4

Indique que en algunos países la palabra “orgánico” se encuentra legalmente protegida y que en ciertos casos se asocia cada vez más frecuentemente al concepto de agricultura sustentable.

D.7.5

Explique que el interés por la agricultura orgánica se debe a los problemas asociados a las prácticas agrícolas existentes que amenazan la seguridad alimentaria.

Estos problemas incluyen la degradación de la calidad del suelo, la contaminación del suelo, agua y alimentos con pesticidas y nitratos; efectos nocivos para la salud sobre los agricultores, jornaleros, familias de los agricultores y comunidades rurales; resistencia de las plagas a los pesticidas y dependencia de bienes (p. ej. insumos) ajenos a la explotación agrícola que pueden aumentar la dependencia de los créditos por parte de los agricultores menos pudientes, lo que a su vez reduce la seguridad alimentaria local y la independencia económica.

136

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

D.7.6

Resuma cómo se pueden lograr rendimientos aceptables en las explotaciones agrícolas que practican la agricultura orgánica.

Obj. 2

Se pueden emplear nuevas variedades de plantas que producen un mayor rendimiento para asegurar que las explotaciones agrícolas orgánicas obtengan resultados aceptables.

D.7.7

Defina organismos modificados genéticamente (OMG).

La definición norteamericana de organismo modificado genéticamente se refiere a las plantas y animales que contienen genes transferidos desde una especie a otra para obtener determinadas características.

D.7.8

Resuma los objetivos de la manipulación genética de alimentos.

Los objetivos principales de la manipulación genética son obtener productos con un mayor período de conservación y mejores propiedades nutricionales, y emplear menos insecticidas.

D.7.9

Resuma cómo se lleva a cabo la manipulación genética.

D.7.10

Resuma el uso de la manipulación genética para aumentar la producción de alimentos, usando como ejemplos los tomates y los cultivos Roundup Ready®.

Los tomates Flavr-Savr® ya están disponibles para su venta al público. Van madurando pero se mantienen firmes debido a que está bloqueado el gen que codifica la sobremaduración. Los cultivos Roundup Ready® sólo pueden cultivarse de forma eficaz usando grandes dosis de Roundup, un insecticida de la multinacional Monsanto.

D.7.11

Discuta los aspectos éticos implicados en el uso de organismos modificados genéticamente (OMG).

D.7.12

Discuta la aceptación por parte del público general de los alimentos procedentes de organismos modificados genéticamente.

D.8 Estilo de vida e intoxicación alimentaria (2 h.) D.8.1

Resuma cómo los viajes, los medios de comunicación y los factores relativos al estilo de vida han llevado a un aumento en el consumo de alimentos de otras culturas y al desarrollo de una cocina internacional.

De forma tradicional, los patrones de alimentación dependían de productos locales y se cocinaban recetas locales. Actualmente, los productos alimenticios tienen una distribución internacional y se combinan para cocinar platos de todo el mundo (p. ej. comida china, curry de India, pizza y platos de pasta italianos).

D.8.2

Explique cómo (irónicamente) muchos de los platos étnicos más populares consumidos en los países desarrollados eran tradicionalmente alimentos básicos.

El curry, por ejemplo, se ha hecho muy popular en los países desarrollados. Hay pocas ciudades del mundo donde no hayan restaurantes indios y chinos, en los que la comida es preparada por inmigrantes que usan sus habilidades culinarias para ganar dinero. No hay que subestimar el impacto de las cocinas india y china sobre los patrones de alimentación locales a través del consumo de comida “para llevar”.

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137

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

D.8.3

Explique cómo los factores relativos al estilo de vida en los países desarrollados hacen que más cantidad de gente coma fuera de su casa, lo que tiene como resultado un aumento del número de casos de intoxicación alimentaria.

D.8.4

Indique que las enfermedades transmitidas por los alimentos se denominan “enfermedades de transmisión alimentaria” y que éstas se dividen en dos categorías principales: infecciones transmitidas por los alimentos e intoxicaciones alimentarias.

En los países desarrollados, las intoxicaciones alimentarias suponen un riesgo bastante mayor que las infecciones transmitidas por los alimentos. Sin embargo, en el contexto del turismo mundial, las infecciones transmitidas por los alimentos también son importantes.

D.8.5

Indique que las infecciones transmitidas por los alimentos pueden ser causadas por varios tipos de organismos parásitos (tales como anélidos, protozoos, bacterias y virus) que usan el alimento para acceder al huésped (en este caso la persona).

Los parásitos no crecen en el alimento y sólo se requiere una pequeña cantidad para causar la enfermedad. Algunas de estas enfermedades pueden transmitirse a través de agua contaminada, directamente por animales o indirectamente por objetos infectados en lugares tales como los baños. Las infecciones por gusanos anélidos incluyen la tenia y las lombrices intestinales. La adecuada inspección de la carne en los mataderos y la aplicación de buenas normas de higiene reducen la incidencia de estas enfermedades. La disentería amebiana es causada por la infección de un protozoo.

D.8.6

Indique que las intoxicaciones alimentarias pueden ocurrir porque ciertos alimentos son tóxicos de forma natural o porque han sido contaminados por sustancias químicas tóxicas o por bacterias.

Ciertos hongos son tóxicos. La contaminación química tóxica se produce si los alimentos son cosechados demasiado pronto después de aplicarles pesticidas y otros productos químicos. La intoxicación de origen bacteriano es el tipo más importante de intoxicación alimentaria y causa el tipo más común de enfermedades transmitidas por alimentos en los países desarrollados.

D.8.7

Indique que hay dos categorías principales de intoxicación alimentaria de origen bacteriano: intoxicación alimentaria por bacterias infectivas e intoxicación alimentaria bacteriana por toxinas.

En las intoxicaciones alimentarias por bacterias infectivas, el alimento resulta infectado por ciertas bacterias (p. ej. Salmonella). Éstas crecen en el alimento (debido a un almacenamiento inadecuado) y cuando el mismo se consume siguen creciendo en el intestino de la persona. El crecimiento y muerte en el intestino causa los síntomas de la intoxicación alimentaria. La intoxicación alimentaria causada por toxinas se da cuando hay crecimiento de bacterias productoras de toxinas en el alimento (p. ej. Staphylococcus aureus). La intoxicación tiene lugar cuando se consumen alimentos que contienen toxinas.

138

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

D.8.8

Resuma los signos y síntomas de la intoxicación alimentaria.

D.8.9

Indique que la intoxicación alimentaria puede evitarse previniendo la contaminación de los alimentos por bacterias que producen toxinas y evitando el crecimiento de bacterias en los alimentos.

D.8.10

Defina higiene alimentaria.

D.8.11

Explique cómo una buena higiene personal puede ayudar a prevenir la contaminación de los alimentos con bacterias productoras de toxinas.

D.8.12

Explique cómo el diseño de las áreas de preparación de alimentos puede ayudar a prevenir la contaminación de los mismos por bacterias.

D.8.13

Indique que los alimentos que pueden permitir el crecimiento de bacterias productoras de toxinas se denominan “alimentos de alto riesgo” y que para prevenir el crecimiento de las bacterias, los alimentos de alto riesgo deben mantenerse calientes o refrigerados, pero nunca templados.

D.8.14

Resuma el intervalo de temperaturas de riesgo para el crecimiento de bacterias.

El intervalo de temperaturas de riesgo se encuentra entre 10°C y 63°C. Las bacterias que producen intoxicación alimentaria normalmente no pueden crecer por debajo de 10°C porque no hay suficiente calor y a esas temperaturas las bacterias no están activas. Por encima de 63°C, las bacterias son destruidas por el calor, aunque no así sus esporas.

D.8.15

Explique que la cocción es un importante medio para controlar el crecimiento de las bacterias.

Una cocción adecuada depende de cuatro consideraciones: temperatura de cocción suficientemente alta, tiempo suficiente de cocción, volumen del alimento sometido a cocción (los alimentos conducen el calor de forma deficiente, por lo que las piezas grandes requieren mayores tiempos de cocción que las pequeñas), y la temperatura inicial del alimento. Por ejemplo, algunos alimentos congelados, como las aves congeladas, pueden estar contaminados con Salmonella. Por eso, tienen que ser descongeladas antes de su cocción, pues en caso contrario la temperatura en el centro de la pieza no llegará a ser suficiente como para destruir cualquier bacteria presente.

D.8.16

Explique cómo influye la comprensión del problema de la intoxicación alimentaria en el diseño de comidas precocinadas individuales.

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139

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

Opción E: Diseño, fabricación y producción asistidos por computador En esta opción se busca que el alumno comprenda cómo las tecnologías basadas en los computadores han transformado la naturaleza del diseño y la fabricación de productos. Se analiza el efecto de la aplicación de estas tecnologías al trabajo del diseñador y del fabricante, así como las consecuencias asociadas para el consumidor. El desarrollo de tecnologías de CAD/CAM (diseño y fabricación asistidos por computador) ha producido cambios radicales en los procesos de producción y, por tanto, ha causado un replanteamiento fundamental de la relación entre el diseñador, el fabricante y el consumidor.

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

E.1 Impacto del CAD en el proceso de diseño (3 h.) E.1.1

Indique que existen varios paquetes de software CAD, cada uno de los cuales ofrece diferentes funciones y ventajas concretas .

Considere la variedad de paquetes de software disponibles para las diferentes aplicaciones de diseño; por ejemplo, para la arquitectura, en la que el paquete de software puede calcular los costos de edificación, o para la ingeniería y las aplicaciones de diseño de productos.

E.1.2

Discuta las ventajas y las desventajas de estos paquetes de software para los diseñadores.

E.1.3

Indique que existen varias técnicas diferentes de modelado por computador.

Los paquetes de hojas de cálculo se pueden utilizar para modelado numérico, técnicas de modelado en 2D y 3D y vistas en explosión.

E.1.4

Explique los criterios que permiten a que los diseñadores seleccionar las técnicas adecuadas de modelado por computador.

E.1.5

Defina animación y realidad virtual.

E.1.6

Compare la animación con la realidad virtual.

Considere las ventajas y desventajas de cada uno de estos conceptos en contextos de diseño concretos.

E.1.7

Describa un contexto de diseño en el que el uso de la realidad virtual ayude a conservar los recursos.

Considere el tiempo, los materiales, la energía y el costo.

E.1.8

Explicar la forma en que un sistema CAD puede utilizar varios dispositivos de entrada, incluidos el escáner, la cámara digital, la tableta digitalizadora y la cámara de video.

No se requiere conocer detalles sobre cómo funcionan estos dispositivos o cómo se comunican con el computador

E.1.9

140

Explique la forma en que un sistema CAD puede utilizar varios dispositivos de salida, incluidos la impresora y el trazador de gráficos.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

E.2 Impacto del CAD/CAM en los procesos de fabricación (4 h.) E.2.1

Explique cómo una máquina controlada numéricamente (NC) ayuda a la fabricación, en referencia a la calidad de producción, la reducción en la necesidad de operadores y la velocidad.

Utilice un ejemplo para ilustrar la mejora en comparación con prácticas anteriores.

E.2.2

Explique cómo una máquina con un computador controlado numéricamente (CNC) resulta aun de más ayuda en el proceso de fabricación.

Haga referencia a la mayor flexibilidad, a la capacidad de reprogramar y al control de varias máquinas.

E.2.3

Explique cómo se pueden combinar CAD y CNC para producir un sistema CAD/CAM.

Los gráficos producidos en un sistema CAD se traducen a un conjunto de coordenadas de programación que indican a las máquinas con CNC cómo fabricar el diseño que se muestra en la pantalla.

E.2.4

Resuma cómo las máquinas de coser, las de tejer y los telares pueden integrarse en un sistema CAD/CAM para crear productos textiles.

No se requieren detalles sobre baudios o código. Haga referencia al uso del escáner, a las capas, a la administración de materiales y a la interfaz.

E.2.5

Explique cómo los tornos, las fresadoras o las limadoras pueden integrarse en un sistema CAD/CAM para elaborar productos de metal, plástico o madera.

Haga referencia a la interfaz, a las coordenadas de los ejes X, Y, Z y a la administración de materiales.

E.2.6

Resuma cómo se integra un grabador en un sistema CAD/CAM para producir placas de circuitos impresos (PCB).

Haga referencia a las coordenadas de los ejes X e Y, a la interfaz, a la exactitud, al detalle y al tamaño.

E.2.7

Defina fabricación integrada por computador (CIM).

E.2.8

Resuma un ejemplo de sistema CIM.

E.2.9

Discuta las ventajas y desventajas del sistema CIM para los consumidores y los fabricantes.

Ventajas:

más opciones, posibilidad de diseñar con los requisitos propios, nivel de calidad más constante, productos más baratos, simplificación de la fabricación y la modificación de piezas, introducción aleatoria de piezas, menor plazo de

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

141

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

entrega, menos trabajo y residuos, mejor uso de la maquinaria, mejoras en el control de la calidad y la productividad, mayor sistematización, menos errores, menor cantidad de desechos y mayor calidad en el acabado. Desventajas: inversión y cantidad de personal inicial elevados, costo de capacitación, pérdida de puestos de trabajo y falta de individualidad.

E.3 Impacto en la industria (4 h.) E.3.1

Defina JIT (Just-in-time) y JIC (Just-in-case).

E.3.2

Explique las ventajas y las desventajas del modelo JIT para la fabricación.

Ventajas:

ahorro en el espacio de almacenamiento, aumento en la eficiencia, disminución en la inversión de capital, reducción del trabajo en progreso y menor número de artículos no vendidos. Desventajas: posibles interrupciones debidas a la no entrega de componentes externos e interrupciones en las comunicaciones, la distribución y el transporte.

E.3.3

Explique las ventajas y las desventajas del modelo JIC para la fabricación.

Ventajas:

“buffer” que permite la regulación, mercancías en existencias en caso de circunstancias imprevistas (por ejemplo, la no entrega de suministros) y rápidos cambios en la demanda. Desventajas: mercancías no vendidas, espacio necesario para almacenamiento e inversión de capital.

E.3.4

Discuta el impacto de CAD/CAM en las condiciones de trabajo y la mano de obra.

Incluya el número de empleados, las habilidades necesarias y la organización del lugar y del entorno de trabajo (salud y seguridad).

E.3.5

Discuta el impacto de CAD/CAM y los procesos asociados sobre el control de calidad.

E.3.6

Compare dos fabricantes que elaboren productos similares, uno de los cuales utilice CAD/CAM.

E.3.6–E.3.7 Ventajas de CAD/CAM: control de la calidad y nivel estable de la misma, menor número de errores, reducción de los residuos y mayor calidad en el acabado. Mayor variedad de opciones, posibilidad de diseñar con los requisitos propios, obtener un nivel más estable de la calidad y productos más baratos. Conjuntos de piezas de fácil fabricación y modificación. Introducción aleatoria de piezas, menor plazo de entrega, mejor uso de la maquinaria, menos trabajo, mejoras en la productividad, menos residuos, control de la calidad. Desventajas de CAD/CAM: inversión inicial elevada y capacitación de personal. Pérdida de empleos y falta de individualidad. Cambios en el número de empleados, las habilidades necesarias, la organización del lugar y el entorno de trabajo (salud y seguridad).

142

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

E.3.7

Defina patente y copyright.

E.3.8

Discuta las implicaciones de la fabricación computarizada en la violación de las leyes sobre copyright y patentes.

Incluya la facilidad para copiar y cambiar diseños.

E.3.9

Resuma el caso de un producto que se pueda fabricar mediante CAD/CAM o mediante un proceso más tradicional.

Por ejemplo, los muebles que se venden en módulos para armar y en kits de montaje en comparación con las técnicas tradicionales de fabricación de armarios, los juguetes infantiles, la producción de espaguetis y los productos comerciales.

E.3.10

Compare los dos procesos de fabricación para el producto seleccionado en el punto E.3.9.

Haga referencia a las técnicas utilizadas, la eficiencia de la producción, el control de calidad, la precisión y los residuos producidos, la posibilidad de cambiar el producto durante el proceso de fabricación, la variedad, la cantidad, la complejidad y la economía.

E.3.11

Evalúe el producto elaborado en el punto E.3.9 mediante los dos procesos de fabricación.

Haga referencia a la complejidad y coherencia del diseño, a la calidad y el costo.

E.4 Impacto en el consumidor (2 h.) E.4.1

Explique cómo las técnicas de CAD/CAM han mejorado el tipo y la gama de productos disponibles para el consumidor.

En la fabricación de muchos objetos comunes se necesita tal precisión que sería imposible producirlos sin CAD/CAM.

E.4.2

Discuta cómo CAD/CAM ha afectado a las opciones que tiene el consumidor.

Incluya paquetes de diseño interior para el modelado de ambientes anterior a la selección y realización; por ejemplo, los salones de venta donde se puede diseñar un equipamiento de cocina o los salones de exposición y venta de automóviles que permiten introducir opciones y preferencias de colores que se pasan directamente a la fase de fabricación.

E.4.3

Discuta cómo se puede diseñar el sistema CAD/CAM para tener en cuenta las necesidades de los consumidores individuales.

Incluya la cultura y la sociedad de consumo, obsolescencia, energía, necesidades del individuo, residuos, estilo de vida y reciclaje.

E.4.4

Discuta el impacto de CAD/CAM sobre el consumismo.

Haga referencia al reciclaje de residuos, la energía, las necesidades individuales y los aspectos culturales.

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143

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

E.5 Producción masiva personalizada (2 h.) E.5.1

Defina producción masiva personalizada.

E.5.2

Resuma cómo la producción masiva personalizada está transformando la relación entre el fabricante y el consumidor.

En la producción masiva personalizada, el fabricante crea productos en respuesta a las demandas del consumidor.

E.5.3

Discuta el impacto de la producción masiva personalizada sobre los sistemas de producción.

E.5.4

Discuta las ventajas y desventajas de la producción masiva personalizada para los fabricantes y los consumidores.

144

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

E.6 Sistemas de comunicación global (2 h.) E.6.1

Indique que hoy en día la información se ve como un producto aparte, manipulado por computadores y equipamiento relacionado.

E.6.2

Defina fibra óptica, señal analógica, señal digital, comunicación por satélite e Internet.

E.6.3

Resuma cómo la comunicación por fibra óptica puede transmitir grandes cantidades de información.

E.6.4

Compare la eficacia en la transferencia de información mediante fibra óptica y mediante cables de cobre.

E.6.5

Describa cómo la tecnología de fibra óptica permite una gran variedad de dispositivos de entrada y salida.

Por ejemplo, la videoconferencia, la televisión y los computadores.

E.6.6

Discuta las oportunidades que ofrece la tecnología de transmisión por fibra óptica a los sistemas de comunicación global.

E.6.7

Resuma cómo se transmite la información mediante los sistemas de satélites.

E.6.8

Describa las oportunidades que ofrece la tecnología de satélites para los sistemas de comunicación global.

Las señales cubren todo el planeta; la estandarización es realmente importante.

E.6.9

Compare las tecnologías de fibra óptica y satélites.

Considere la capacidad, la fiabilidad, la infraestructura, la velocidad, el costo, etc.

E.6.10

Explique de qué forma Internet puede resultar útil a los diseñadores en la investigación de mercados.

Los diseñadores pueden acceder a la información sin tener que llevar a cabo ellos mismos la investigación. Las opiniones de los expertos se pueden encontrar fácilmente.

E.6.11

Explique de qué forma Internet puede resultar útil a los diseñadores en el desarrollo del diseño.

Los diseñadores pueden mostrar a otros sus ideas y evaluar sus puntos de vista.

E.6.12

Discuta cómo afecta el uso de Internet a la protección del diseño.

Una vez que un diseño se ha transmitido a través de Internet, no es posible protegerlo mediante copyright o patente.

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145

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

E.7 Sistemas de producción global (3 h.) E.7.1

Defina sistema de fabricación flexible (FMS), diseño para fabricación (DfM), diseño para el desmontaje y producción ajustada.

E.7.2

Resuma los beneficios del FMS para los fabricantes.

Reduce el trabajo, acorta los plazos de entrega, mejora la productividad y la calidad y reduce los costos.

E.7.3

Indique que el DfM puede plantear limitaciones para las instrucciones de diseño y que se puede dividir según resulte conveniente en diseño para materiales, diseño para proceso y diseño para ensamblaje.

E.7.4

Explique el concepto de diseño para materiales.

Se refiere al diseño en relación con los materiales durante el procesamiento en lugar del diseño para la obtención de determinadas propiedades finales del producto definitivo.

E.7.5

Explique el concepto de diseño para proceso.

Se refiere al diseño para cumplir un proceso de fabricación existente como, por ejemplo, el moldeado mediante inyección.

E.7.6

Explique el concepto de diseño para ensamblaje.

Se refiere al diseño que tiene en cuenta el ensamblaje en varios niveles como, por ejemplo, componente a componente, piezas incluidas en subconjuntos y subconjuntos incluidos en productos completos.

E.7.7

Discuta tres estrategias que los diseñadores podrían utilizar para el DfM.

Entre estas estrategias se podría incluir la minimización del número de piezas, el uso de componentes estandarizados, el diseño de piezas multifuncionales o multiuso, el diseño de piezas para facilitar la fabricación, la disminución de la manipulación, el uso de subconjuntos o la minimización de la variedad de componentes.

E.7.8

Discuta dos estrategias que podrían utilizar los diseñadores en el diseño para el desmontaje.

Entre estas estrategias se podría incluir el diseño de componentes fabricados a partir de un material determinado, el uso de adhesivos que pierdan fácilmente sus propiedades cuando se recalientan y el diseño de componentes que encajen a presión en lugar de usar soldaduras o pegamento.

E.7.9

Compare la producción ajustada con la producción masiva.

La producción ajustada hace un menor uso de todo en comparación con la producción masiva: menor esfuerzo humano, menos espacio para la fabricación, menos tiempo de fabricación, menos defectos y menor espacio de almacenamiento de componentes y productos.

146

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. E.7.10

Ampliación (sólo NS) Describa las implicaciones de la producción ajustada para el personal.

Obj. 2

Toyota, el fabricante de automóviles, fue pionero en la producción ajustada en los años 50 para competir con compañías como Ford, que usaban el modelo de producción masiva. Los trabajadores deben tener habilidades profesionales, ser capaces de diagnosticar problemas, reparar equipamiento y llevar a cabo su propio control de calidad sin supervisión. Deben saber trabajar correctamente en equipo y asumir responsabilidades en su trabajo.

E.8 El fabricante global (2 h.) E.8.1

Resuma la importancia del modelo de producción ajustada para el fabricante global de automóviles.

La producción ajustada permitió a los fabricantes japoneses convertirse en los líderes mundiales; por ejemplo, Ford producía en masa en el año 1950 unos 7000 automóviles por día, mientras que Toyota sólo había producido 2685 en total después de 13 años de fabricación. En 1990, Toyota se convirtió en el tercer fabricante de automóviles en importancia en el orden mundial gracias al uso de la producción ajustada.

E.8.2

Explique por qué los fabricantes globales de occidente han tenido dificultades para adaptarse al modelo de producción ajustada.

Considere las restricciones de los métodos tradicionales de trabajo, la mentalidad de los trabajadores, la capacitación, los costos de la nueva maquinaria, el desafío de fabricar sin defectos y una gran variedad de productos e influencias culturales.

E.8.3

Defina compañía multinacional (transnacional).

E.8.4

Discuta dos razones del crecimiento de las compañías multinacionales.

Considere la movilidad del capital, es decir, el aumento de la inversión extranjera, la expansión del mercado internacional, los mercados mundiales (y la competencia), los mercados de fabricación mundial, la reducción de las fronteras comerciales, la publicidad, la rapidez de los sistemas de comunicación y el flujo internacional de dinero y personas.

E.8.5

Explique por qué las empresas internacionales establecen unidades de producción en diferentes partes del mundo.

Considere la distribución de productos, los acuerdos comerciales, los aranceles aduaneros y los incentivos de los gobiernos.

E.8.6

Discuta las ventajas y desventajas que tiene para los países el albergar las unidades de producción de las empresas internacionales.

Considere las tecnologías y los conocimientos importados, el empleo, la imagen, sus efectos en la economía nacional o local, la influencia de las compañías multinacionales y el efecto sobre el medio ambiente, la cultura y los métodos de trabajo.

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147

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

Opción F: Invención, innovación y diseño El ritmo del desarrollo tecnológico se acelera continuamente. Muchos inventos interesantes no llegan a convertirse en innovaciones debido a condiciones sociales, económicas y políticas desfavorables. Las innovaciones que tienen éxito pueden tener tanto efectos negativos como positivos. En esta opción se estudian las condiciones que permiten que una innovación sea exitosa y la influencia del diseño en el fomento de la innovación. También se analiza el papel que desempeñan los individuos en el ciclo de innovación y en las estrategias para la implantación de las innovaciones junto con el impacto de ellas sobre el consumismo y el medio ambiente.

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

F.1 Invención e innovación (2 h.) F.1.1

Defina invención e innovación.

F.1.2

Discuta la importancia de la ciencia para la invención.

La investigación científica descubre nuevas posibilidades para un producto o proceso.

F.1.3

Explique por qué la mayoría de invenciones no se convierten en innovaciones.

Considere la posibilidad de comercialización, el apoyo financiero, el marketing, la necesidad de la invención y el precio.

F.1.4

Resuma las fases de la innovación.

Desarrollo de una idea hasta la obtención de un producto viable, su producción, marketing y venta, seguido de un rediseño; este ciclo o espiral continúa.

F.1.5

Explique la importancia del diseño para la innovación.

Para conseguir una innovación continua (reinnovación), los productos y procesos se actualizan constantemente (se rediseñan) de modo que sean más viables comercialmente y se pueda ofrecer a los consumidores una mayor elección y productos mejorados.

F.1.6

Defina diseño dominante, difusión en el mercado, impulso del mercado (market pull) e impulso tecnológico (technology push).

F.1.7

Explique por qué resulta difícil determinar si el impulso del mercado o el impulso tecnológico actúan como estímulo en cuanto al diseño de nuevos productos.

Ambos elementos están presentes en muchas innovaciones exitosas. La explicación sólo se debería aplicar al origen de la idea o al momento en que parece que se generó dicha idea .

148

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

F.2 Invención (4 h.) F.2.1

Defina inventor solitario.

F.2.2

Discuta por qué cada vez es más difícil ser un inventor solitario exitoso.

Hoy en día, la mayoría de los productos son bastante complejos y dependen de técnicas pertenecientes a diversas disciplinas. A menudo, la inversión necesaria es excesiva para un individuo.

F.2.3

Explique por qué los inventores solitarios encuentran dificultades para trabajar en los departamentos de diseño de las grandes compañías.

Suelen estar acostumbrados a establecer sus propios objetivos, no a trabajar como miembros de un equipo. Pueden ser dogmáticos en su metodología y menos flexibles que los integrantes de un equipo.

F.2.4

Defina campeón de productos.

F.2.5

Compare al inventor solitario con el campeón de productos.

El inventor solitario puede carecer de la visión para los negocios necesaria para transformar la invención en innovación. El campeón de productos suele tener una personalidad energética y ejercer mucha influencia en la compañía. Es el más inteligente para promocionar la idea a través de todos los canales del negocio y, a menudo, puede pensar en los méritos de la invención de forma más objetiva.

F.2.6

Defina emprendedor.

F.2.7

Explique por qué los emprendedores pueden tener dificultades para obtener apoyo financiero para una invención.

La mayor parte de la gente que tiene dinero para invertir suele inclinarse por esperar hasta que esté claro si una invención va a tener éxito o no, antes de invertir: gran parte del trabajo de un emprendedor consiste en hacer que corran este riesgo.

F.2.8

Indique que Thomas Edison fue un ejemplo de inventor/emprendedor.

F.2.9

Resuma las fases en la invención de la bombilla eléctrica llevada a cabo por Edison.

Año 1878: nace la idea de una lámpara incandescente a partir de un nuevo tipo de generador que se había desarrollado para alimentar un pequeño sistema de arco eléctrico. Experimentó con materiales para el filamento con el objetivo de encontrar uno que produjera un brillo fuerte sin consumirse rápidamente. Año 1879: descubre el primer modelo (un hilo de algodón carbonizado doblado en forma de herradura y montado dentro de una bombilla de vidrio de vacío). Trabajó para perfeccionar el vacío, mejoró los generadores y los sistemas de distribución. Año 1880: primer uso a tamaño natural de la luz eléctrica en el buque a vapor Columbia. Año 1881: primera instalación comercial de un sistema completo de luz eléctrica (Hinds, Ketcham & Co, Nueva York).

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149

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. F.2.10

Temas comunes para NM y NS Explique por qué se considera a Edison un inventor/emprendedor.

Obj. 3

Su fama de inventor comercialmente exitoso fue tan grande que, unas semanas después de anunciar su intención de desarrollar la luz eléctrica, los inversionistas estaban deseosos de invertir.

F.2.11

Indique otro de los inventos de Edison.

Por ejemplo, el fonógrafo.

F.2.12

Indique un ejemplo de diseño incremental basado en la lámpara incandescente de Edison.

Puede ser la lámpara fluorescente o la lámpara halógena.

F.3 La innovación llevada a la práctica: la bicicleta (4 h.) No se espera que los alumnos conozcan todos los detalles históricos de la evolución de la bicicleta, pero sí que conozcan los principios científicos y los avances tecnológicos que fueron importantes para la creación de la invención original, así como las condiciones socioeconómicas que permitieron que se convirtiera en una innovación exitosa. Se debe prestar atención a la forma en que ha cambiado el diseño original, otorgando al producto un atractivo mayor al esperado inicialmente.

F.3.1

Discuta cómo las invenciones científicas influyeron en el desarrollo de la bicicleta (incluyendo las ruedas, los engranajes, los sistemas de frenos, la dirección y los sistemas de cadena).

Es necesario contar con un conocimiento básico de las invenciones científicas clave que sirvieron como base para avances tecnológicos posteriores. Dichas invenciones se crearon por el valor que tenían en sí mismas y no necesariamente vinculadas al producto que se estudia.

F.3.2

Discuta cómo los avances tecnológicos (en cuanto a materiales, procesos y sistemas de producción) fueron importantes para el desarrollo de la bicicleta.

Es necesario comprender cómo los avances tecnológicos proporcionan a los diseñadores la oportunidad de reorganizar componentes, inventar nuevas formas de montaje y utilizar nuevos materiales. Incluya neumáticos, armazones, suspensiones, aleaciones, fibras de carbono, técnicas de fabricación y de producción o automatización masivas.

F.3.3

Discuta la importancia de las necesidades sociales y económicas para el desarrollo de la bicicleta como innovación exitosa (incluyendo la ergonomía, la estética, las consideraciones medioambientales, la moda, la obsolescencia planificada, las influencias del estilo de vida y las consideraciones sobre la salud).

Sólo una pequeña parte de las invenciones se convierten en innovaciones, ya que el éxito depende de que las condiciones económicas y sociales sean exactamente las adecuadas. La creación de invenciones suele ser la parte menos cara del proceso de innovación; mucho más caro resulta, en cambio, el desarrollo de esas ideas en dispositivos o sistemas comercializables. En

150

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

raras ocasiones una innovación es, desde un primer momento, muy importante para la sociedad. Para que tenga un impacto significativo debe ser adoptada por un gran número de individuos y organizaciones. Aparte de las características de la propia innovación, también es importante la naturaleza del mercado en el que se vende. Muchas innovaciones fracasan debido a que son incompatibles con los valores y técnicas existentes y con experiencias anteriores de los posibles clientes.

F.4 Mercados e innovación (3 h.) F.4.1

Defina tecnófilo, tecnocauteloso y tecnófobo.

F.4.2

Explique por qué en términos generales las personas se pueden clasificar en función de sus reacciones ante el cambio tecnológico (haga referencia a los problemas morales o éticos, a la seguridad y la privacidad y a las circunstancias económicas).

Las reacciones de la gente ante el cambio tecnológico varían en función de sus valores y de las circunstancias personales. Es necesario tener en cuenta los efectos de primer y segundo orden; por ejemplo, la satisfacción personal de poseer un automóvil frente a las consideraciones sociales y medioambientales.

F.4.3

Discuta por qué las compañías suelen mostrar reticencias ante la innovación.

La investigación y el desarrollo son costosos. La innovación conlleva molestias y cambios y, por tanto, tiende a encontrar oposición en los individuos que forman parte de las organizaciones.

F.4.4

Defina estrategia corporativa.

F.4.5

Indique que las grandes compañías desarrollan algún tipo de estrategia corporativa para la innovación.

F.4.6

Discuta la estrategia corporativa denominada “pionera”.

El calificativo “pionera” indica la capacidad de adelantarse a la competencia mediante la introducción de un nuevo producto antes que ningún otro. Es la estrategia más arriesgada (costosa), aunque generalmente suele producir elevadas ganancias.

F.4.7

Discuta la estrategia corporativa denominada “imitadora”.

Esta estrategia tiene por objetivo desarrollar un producto similar al producto “pionero” tan pronto como sea posible. Se beneficia de la investigación y el desarrollo realizados por otros y, por tanto, es menos arriesgada; sin embargo, se basa en una sólida capacidad de desarrollo.

F.4.8

Discuta el caso del Walkman® de Sony como ejemplo de innovación “pionera”.

Incluya la importancia de la investigación y el desarrollo en una compañía que ya tenía éxito y estabilidad financiera, y de un presidente como Akio Morita que era un “campeón de productos”.

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151

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

F.4.9

Discuta el desarrollo de varias innovaciones “imitadoras” del estéreo de uso personal que surgieron tras la aparición del Walkman® de Sony en 1979.

Obj. 3

Compare el diseño de varios ejemplos con la innovación original y, a la vez, considere las ventajas y desventajas de las estrategias “pioneras” e “imitadoras”.

F.4.10

Describa dos ejemplos en los que se haya abusado de las innovaciones tecnológicas (uno podría ser la energía nuclear).

A veces, las innovaciones técnicas tienen aspectos negativos. La magnitud de los trastornos sociales y económicos que pueden ocasionar indica que sería prudente frenar el ritmo del cambio tecnológico, para así dar tiempo a la sociedad para ajustar y controlar el proceso cada vez más rápido de la competencia tecnológica.

F.5 Invención, innovación y medio ambiente (2 h.) F.5.1

Indique que la innovación tecnológica puede contribuir a la protección del medio ambiente mediante la sustitución de los procesos y productos dañinos por otros que sean más benignos.

F.5.2

Indique que algunas compañías han decidido adoptar políticas medioambientales activas y preventivas para evitar problemas y prever las normas y reglamentaciones que pudieran surgir en el futuro.

F.5.3

Explique los criterios implicados en las políticas medioambientales preventivas de las compañías.

Considere los factores medioambientales a partir de las instrucciones de diseño y las especificaciones, el análisis del ciclo de vida, los factores medioambientales considerados conjuntamente con otros factores (diseño, marketing, fabricación) y el equilibrio de los factores medioambientales frente al rendimiento, el costo y la apariencia.

152

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

F.6 El diseñador en el mercado global (2 h.) F.6.1

Explique el aumento en la importancia de la investigación de mercados para establecer las necesidades de diseño en el mercado global.

Con un mercado tan amplio, el riesgo de fracaso es elevado. Considere varias culturas y actitudes de diferentes partes del mundo.

F.6.2

Indique dos condiciones que tengan en cuenta la sustentabilidad de la innovación en una sociedad global.

Incluya la facilidad y rapidez en el transporte, la rapidez en los sistemas de comunicaciones o los acuerdos económicos y comerciales que permiten el flujo de capitales, personas y productos a escala internacional a través de las fronteras nacionales y sin impedimentos. Para permitir la sustentabilidad, estas condiciones deben aplicarse no sólo a cada proyecto individual, sino a todos los bienes y servicios producidos y consumidos por la población mundial.

F.6.3

Discuta el aumento en cuanto a las responsabilidades que tienen los diseñadores en el mercado global.

Las responsabilidades tienen una magnitud mucho mayor. Considere el medio ambiente, el control de calidad, la seguridad y las necesidades de las personas.

F.6.4

Explique cómo ha contribuido el desarrollo de las nuevas tecnologías al ritmo de la innovación.

Más investigación y más desarrollo conducen a más innovación; por ejemplo, más materiales y técnicas de fabricación.

F.6.5

Indique que a medida que aumenta el ritmo de innovación, disminuye el ciclo de vida del producto.

F.6.6

Discuta los problemas asociados al control de la innovación a escala global.

Incluya el cruce de fronteras, el control y el establecimiento de políticas de orden mundial, la diversidad cultural, la legislación y los valores, el poder de las grandes organizaciones y el costo inherente.

F.7 Estrategias globales para la innovación (3 h.) F.7.1

Indique que las compañías adoptan diversas estrategias para la innovación.

F.7.2

Defina penetración en el mercado, desarrollo del mercado, desarrollo del producto y diversificación.

F.7.3

Resuma un ejemplo de innovación diferente para cada una de las estrategias definidas en el punto F.7.2.

Puede ser la penetración en el mercado (publicidad de un producto existente), el desarrollo del mercado (el nylon se creó originalmente para los paracaídas), el desarrollo de productos (sustitución de controles mecánicos por microelectrónicos en productos domésticos) y la diversificación (diferentes tipos de enchufes eléctricos).

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153

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

F.7.4

Indique que la mayor parte de las compañías adoptan diferentes estrategias de innovación en momentos y circunstancias diferentes.

F.7.5

Defina sector de mercado y segmentación de mercado.

F.7.6

Discuta dos formas en que podría segmentarse el mercado.

Ingresos, grupo de edades, estilo de vida, ubicación geográfica, etc.

F.7.7

Defina diseño robusto y familia de diseño.

F.7.8

Explique un ejemplo de diseño robusto que haya evolucionado hasta convertirse en una familia de productos.

Puede ser el teléfono móvil o el estéreo de uso personal.

F.8 El consumidor global (2 h.) F.8.1

Indique que el consumidor global tiene acceso a una gama de productos cada vez más amplia.

F.8.2

Explique las circunstancias que permiten la afirmación del punto F.8.1.

Por ejemplo, las compras a través de Internet.

F.8.3

Discuta dos ventajas y dos desventajas de las compras globales para los consumidores.

Ventajas:

una mayor posibilidad de elección, más información sobre los productos, ausencia de una venta agresiva por parte del personal de ventas, productos más económicos y posibilidad de acceso a cualquier hora y cualquier día. Desventajas: dificultad para devolver productos, ausencia de un diálogo directo con el personal de ventas y plazos entre la realización del pedido y la entrega.

F.8.4

Resuma los efectos del consumismo global sobre la cultura nacional.

Incluya el declive de los centros comerciales y comercios locales, las influencias transculturales, la cultura global, el efecto sobre las tradiciones (por ejemplo, la compra en el mercado local) y la legislación global que ignora los valores culturales nacionales.

F.8.5

Discuta los problemas vinculados al consumismo global en los países desarrollados y en los países en vías de desarrollo.

Países desarrollados: el aumento de la riqueza, por ser los principales proveedores de productos y sistemas de comunicación, y de poder, con una influencia global y un aumento en la responsabilidad (por ejemplo, la sustentabilidad). Países en vías de desarrollo: sistemas de distribución, fiabilidad de las conexiones por computador, estabilidad política, dominio de la cultura occidental, impacto medioambiental, grandes expectativas de consumidores y reglamentación comercial.

154

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

F.8.6

Describa los beneficios de las compras globales para las personas con discapacidad.

Obj. 2

Incluya un mayor acceso a la información y los productos, la disminución en la necesidad de tener un cuidador que les ayude a hacer las compras, la ausencia de requisitos de transporte, la asistencia que prestan las comunicaciones y el mantenimiento del control de la situación, esto es, la ausencia de problemas en el acceso a los establecimientos comerciales.

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155

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

Opción G: Diseño y salud El cuerpo humano es un sistema en el cual la información ingresa a través de los estímulos recibidos por los órganos sensoriales (ojos, oídos, nariz, boca y piel), y es procesada por el cerebro para proporcionar algún tipo de orden de salida, por ejemplo, un movimiento. Algunos elementos de diseño pueden incrementar funciones naturales del cuerpo (p. ej. mediante tecnologías de ayuda óptica o auditiva) y mejorar la calidad de vida. Los continuos avances en la tecnología de los materiales proporcionan nuevas posibilidades para la realización de implantes de tejidos. El diseño y la fabricación asistidos por computador (CAD/CAM) y las nuevas tecnologías de los materiales han reducido el costo de las operaciones de sustitución del cristalino y han tenido una gran repercusión sobre la salud y el bienestar de las personas en los países en vías de desarrollo. En el orden global, no debería subestimarse la importancia de la escala de producción y el uso de Internet para dar respuesta a cuestiones relativas a las discapacidades. Los diseñadores han desempeñado un importante papel en la reducción de las emisiones producidas por los vehículos y el efecto de las mismas sobre el medio ambiente y la salud. Sin embargo, la investigación y el desarrollo requerido en el proceso de diseño son costosos y la existencia de una legislación adecuada es fundamental para convencer a los fabricantes de solucionar el problema de las emisiones de los vehículos, y para favorecer la evolución del automóvil eléctrico.

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

G.1 Materiales para implantes de tejidos (3 h.) G.1.1

Identifique estrategias alternativas en la producción de materiales para implantes. •

•

G.1.2

Para los autoimplantes se emplean tejidos tomados de una parte del cuerpo del paciente para ser implantados en otra parte (por ejemplo, se toma tejido óseo de la pelvis). La técnica implica dos operaciones: una para obtener el tejido de autoimplante y otra para injertarlo. La ventaja para el paciente es que dispone de células vivas compatibles en el área defectuosa. Sin embargo, la operación de obtención de tejido inicial puede causar dolores crónicos, pérdida de sangre, riesgo de infecciones y una hospitalización más prolongada. Para los aloinjertos se emplea material obtenido del cuerpo de otra persona o incluso de animales. Ello elimina los riesgos de la obtención de tejidos del propio paciente, aunque el tejido injertado podría no ser compatible con el tejido huésped y podría sufrir un rechazo. Se han autorizado injertos sintéticos alternativos. Entre ellos se emplea el material sintético para injerto de tejido óseo llamado Pro Osteon.

Resuma los avances en los implantes biomédicos para el cuerpo humano.

A comienzos de la década 1970-80, los únicos implantes biomédicos eran sustituciones de articulaciones. Las articulaciones artificiales estaban hechas a base de materiales no reactivos y normalmente eran combinaciones de metales y polímeros. La vida útil de una articulación artificial era de unos 10 años. En la actualidad, se emplean materiales

156

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

bioactivos que permiten respuestas biológicas específicas en la unión de los materiales y los tejidos, y proporcionan una base para el crecimiento de tejido nuevo. Idealmente, la base es reabsorbible y va desapareciendo conforme crece el tejido nuevo.

G.1.3

Enumere materiales comúnmente usados para los implantes en el cuerpo humano.

Comúnmente se emplean metales, polímeros, cerámicas y vidrios como materiales de implante.

G.1.4

Identifique aplicaciones para metales, polímeros, cerámicas y vidrios en los implantes de tejidos. •

• • •

•

Titanio, platino y aleaciones, por ejemplo: acero inoxidable para la esfera de la articulación que se emplea en prótesis de cadera. También compuestos intermetálicos (una mezcla con determinadas propiedades en una composición específica), por ejemplo: amalgama de plata-mercurio empleada como compuesto de relleno dental. Termoplásticos, por ejemplo: poliéster usado para reparar arterias dañadas. Termoendurecidos, por ejemplo: cianoacrilatos—superpegamentos usados como resinas dentales. Elastómeros (polímeros con algunas interconexiones de cadenas poco frecuentes) que no se funden ni disuelven pero que son blandos y extensibles, por ejemplo: siliconas para dar forma a las prótesis nasales y del oído. Metales cubiertos de cerámica usados en prótesis de caderas.

G.1.5

Defina biocompatibilidad.

G.1.6

Explique cómo se analiza la biocompatibilidad de los materiales de implante.

G.1.7

Resuma por qué los organismos reguladores, tales como la Food and Drugs Administration de los EE.UU., no autorizan materiales aislados pero sí dispositivos médicos fabricados con dichos materiales para fines específicos.

No existe una biocompatibilidad absoluta. Un material apropiado para una aplicación puede no resultar seguro para otra aplicación.

G.1.8

Explique cómo actúa el Pro Osteon como sustrato-base temporal para el nuevo crecimiento del hueso.

El Pro Osteon se obtiene tratando químicamente el coral y convirtiéndolo en hidroxiapatita, el mismo material que constituye el hueso humano. Su estructura porosa es muy similar a la del hueso humano y los poros siguen intactos tras el tratamiento químico, proporcionando una matriz a través de la cual puede crecer el nuevo tejido óseo. El Pro Osteon se vende listo para usar, se le puede dar forma para rellenar defectos en los huesos y su estructura imita a la estructura interna del hueso humano. En los primeros días de la implantación crecen los vasos sanguíneos en los poros de la hidroxiapatita, lo cual contribuye a la cicatrización del tejido. A diferencia de una placa ósea permanente o de una prótesis de cadera o de rodilla, el implante de hidroxiapatita es

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E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

diseñado para actuar de forma temporal mientras se regenera el hueso nuevo. El implante actúa como un enrejado temporal (aunque con frecuencia se contempla como algo permanente desde una perspectiva clínica, dado que resulta visible a los rayos X durante un período prolongado). Para mejorar la reabsorción, un tratamiento modificado del coral produce sólo una capa muy fina de hidroxiapatita en la que se cubre la superficie interna de los poros con carbonato cálcico. El grosor requerido de la capa de hidroxiapatita que estancaría la velocidad de reabsorción es sólo de aproximadamente 4 µm o de apenas la mitad del espesor de una célula.

G.2 Injertos vasculares: estudio de un caso (2 h.) G.2.1

Defina prótesis.

G.2.2

Resuma la importancia de las prótesis vasculares.

Debido al aumento del número de pacientes con enfermedades vasculares y la posibilidad de realizar un mejor diagnóstico, se ha visto incrementado el número de operaciones que requieren la sustitución de arterias. Actualmente se pueden sustituir fácilmente arterias de gran diámetro, aunque las arterias de pequeño diámetro representan un problema mayor. Se han empleado los autoinjertos (extracción y empleo de venas del propio paciente). El desarrollo de injertos vasculares sintéticos con las mismas propiedades físicas y químicas que las arterias verdaderas puede eliminar la necesidad de realizar autoinjertos, técnica que viene evolucionando desde mediados de la década 1950-1960. La investigación es multidisciplinaria e implica a cirujanos y especialistas en productos químicos y textiles.

G.2.3

Resuma los materiales usados en los injertos vasculares.

Los primeros intentos por reemplazar arterias con tubos plásticos rígidos fracasaron debido a las tensiones en la articulación entre la arteria y el injerto, que producían trombosis o hemorragias. Las estructuras textiles tejidas y las espumas plásticas, al ser más impermeables a la sangre y más flexibles y amoldables que los tubos plásticos rígidos, suscitaron gran interés en los años 50 y 60. Entonces se emplearon fibras elásticas, pero no ofrecían las propiedades físicas y químicas adecuadas. También se probó con tubos de plata parafinados. El primer injerto de nylon plegado se realizó a mediados de los años 50. Aunque todavía se emplea el nylon, se emplea con más frecuencia el poliéster debido a sus buenas propiedades mecánicas y químicas, y su baja absorción de humedad que le permite resistir bien un rápido deterioro. Para dar más elasticidad al tubo, se pueden entretejer hilos elastoméricos con el poliéster. Los tubos pueden ser tejidos, entretejidos o trenzados.

G.2.4

Resuma la especificación para el diseño de un injerto vascular de material textil.

Un injerto debe satisfacer los siguientes criterios funcionales y de ingeniería: 1. La superficie del injerto no debe facilitar la formación de coágulos de sangre. 2. El injerto debe incorporar elementos que aporten ductilidad y elasticidad. 3. El diseño del injerto debe asegurar una resistencia a la tensión prolongada.

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E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

4. El injerto debe ser biocompatible o tener la capacidad de permitir la cicatrización del tejido circundante. 5. El injerto debe ser fácil de manipular. 6. La producción del injerto debe ser de un volumen uniforme. 7. El injerto debe ser capaz de resistir un almacenamiento prolongado. 8. El injerto debe ser capaz de resistir esterilizaciones sucesivas. 9. El injerto debe estar disponible en distintos tamaños.

G.2.5

Explique los pasos que se deben seguir en la fabricación de una prótesis vascular de material textil.

Paso 1: Elección del polímero. El poliéster es el más empleado dada su disponibilidad y la amplia gama de densidades lineales existentes. El poliuretano es otro polímero empleado, especialmente por su elasticidad. Paso 2: Elección del tipo de hilo. Las prótesis comerciales contienen hilos de una hebra o de dos hebras, normalmente de sección circular. Sin embargo, se han usado hilos trilobulares, los cuales tienen una mayor superficie que facilita una precoagulación más rápida, aunque son más proclives a la fatiga y los daños mecánicos. Paso 3: Selección de una técnica de fabricación: tejido simple (weaving) o de punto (knitting). Tejido simple (weaving): Las prótesis comerciales originales eran tejidas así y este método se sigue usando ampliamente. El tejido es circular de forma que no hay costura y la arteria es más uniforme. Los tejidos sencillos así obtenidos son estables espacialmente, tienen una gran fuerza de contención de relleno y presentan una buena resistencia a la fatiga y una baja permeabilidad que reduce posibles hemorragias. No es una técnica adecuada para los injertos arteriales. Las prótesis de este tipo son más fuertes pero tienen una tendencia a deshilacharse en los extremos cortados. Además no son dúctiles y pueden resultar demasiado rígidas. Tejido de punto (knitting): Las prótesis con tejido de punto son más flexibles y dúctiles que las de tejido simple (weaving), y además más fáciles de suturar. Sin embargo, son muy porosas y tienen una elevada permeabilidad al agua. Para evitar esto, se realiza una precoagulación con la sangre del paciente antes de su implantación. Se ha desarrollado un tipo de prótesis con tejido de punto (prótesis de velour) que ayuda a mejorar la cicatrización. El tejido es más grueso y presenta más lazadas, por lo que las nuevas células se pueden adherir más fácilmente a las paredes. Las prótesis de este tipo son más eficaces para procedimientos de by-pass en la aorta abdominal y en las arterias perimetrales. No son adecuadas para reemplazar vasos sanguíneos de gran diámetro o en zonas sometidas a gran tensión, dada su débil estructura y una menor estabilidad espacial que las prótesis de tejido tipo malla. A veces experimentan una deformación radial permanente debido a la presión y al flujo sanguíneo, los cuales originan una falta de adecuación en diámetro entre la prótesis y la arteria donde se implantan. Para mejorar la permeabilidad de las estructuras, el tejido es encogido mediante agentes químicos esponjantes o tratamiento térmico. Este proceso se denomina compactación y generalmente permite una mejor cicatrización. Plegado (crimping): El plegado se puede utilizar como solución al problema del limitado estiramiento longitudinal de las prótesis vasculares. Reduce la tensión en la línea de sutura y minimiza las fluctuaciones locales de la presión sanguínea. El plegado utiliza el fijado por aplicación de calor y reduce la probabilidad de trombosis.

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159

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Temas comunes para NM y NS

G.2.6

Explique los avances en el diseño y la fabricación de prótesis vasculares de materiales textiles.

Obj. 3

Los avances incluyen la producción de una base de colágeno sobre un tubo de teflón (como el esqueleto de acero de un rascacielos); y la incubación de algunas células musculares lisas del paciente sobre la superestructura de colágeno para producir una arteria resistente a rechazos. Finalmente, el colágeno se disuelve, pero las células musculares de la nueva arteria se desarrollan y continúan multiplicándose y renovándose conforme al patrón estructural establecido. Las arterias tienen que resistir intensas presiones pulsantes, por lo que es necesario replicar la estructura estriada y la fortaleza perimetral de la arteria natural. Los modelos simulados por computador se emplean para optimizar el diseño y simular su fabricación. La modelización por computador sugiere que las arterias deberían presentar un mayor grosor de sus paredes en los extremos para facilitar su unión.

G.3 Gafas y lentes de contacto (3 h.) G.3.1

Defina hipermetropía y miopía.

G.3.2

Explique cómo se puede corregir la miopía en el ojo humano mediante las lentes de las gafas.

No se requiere estudiar en detalle la estructura del ojo; el único detalle que se debe conocer es que el globo ocular está demasiado alargado, por lo que los rayos procedentes de objetos distantes son enfocados delante de la retina y no pueden ser vistos con claridad. Sólo los objetos más cercanos pueden ser enfocados claramente. La corrección se realiza mediante una lente cóncava que “abre más” los rayos de forma que éstos puedan ser enfocados en la retina.

G.3.3

Explique cómo se puede corregir la hipermetropía con las lentes de las gafas.

El globo ocular está demasiado acortado como para que los rayos procedentes de objetos cercanos puedan ser enfocados detrás de la retina. Sólo se pueden enfocar los objetos distantes. La corrección se realiza mediante lentes convexas que hacen converger los rayos en la zona adecuada de la retina.

G.3.4

Explique por qué las personas con gafas se ven beneficiadas por el desarrollo de vidrios con un alto índice de refracción.

Las lentes pueden ser más finas, por lo que las gafas pesan menos y son más cómodas.

G.3.5

Resuma las ventajas de los revestimientos superficiales metálicos evaporados.

Incluya superficies más duras y protección frente a los rayos solares.

G.3.6

160

Compare los dos tipos principales de lentes de contacto (duras y blandas), incluyendo el material, el tamaño, la comodidad y el tiempo que se pueden tener puestas.

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E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

G.3.7

Discuta las ventajas e inconvenientes de las lentes de contacto diarias desechables, en comparación con los tipos utilizados anteriormente.

G.3.8

Discuta el impacto de las mejoras en la tecnología de los materiales sobre la disponibilidad de lentes de contacto para diversos defectos ópticos.

Ya se dispone de lentes de contacto para tratar el astigmatismo. Los avances en la tecnología de los materiales han permitido fabricar lentes más gruesas con una mayor permeabilidad y que permiten la difusión del oxígeno hasta la superficie ocular a través de la lente.

G.3.9

Evalúe los aspectos concernientes a la influencia que sobre las personas tienen los avances logrados en las lentes de las gafas y las lentes de contacto.

Considere el estilo de vida, seguridad, factores médicos, economía, factores cosméticos, moda, obsolescencia, medio ambiente y recursos naturales.

G.4 Audífonos (3 h.) G.4.1

Defina diseño centrado en el usuario.

G.4.2

Discuta los contextos de diseño en los cuales el diseño centrado en el usuario resulta particularmente aplicable.

Incluya posibles discapacidades y cuestiones concernientes al estilo de vida.

G.4.3

Resuma las principales etapas en el desarrollo de los audífonos.

G.4.4

Resuma el papel de los audiogramas en la representación gráfica de las deficiencias en la capacidad auditiva.

Un audiograma es una representación gráfica de los resultados de un test de capacidad auditiva. El eje ‘x’ de un audiograma representa tonos o frecuencias, medidos en Hertz o hercios (Hz). Los audiogramas abarcan frecuencias entre 125 Hz y 8000 Hz. Un sonido a 125 Hz representa una frecuencia muy baja. A 8000 Hz el sonido presenta un tono de alta frecuencia. Las frecuencias más importantes para el habla abarcan un intervalo de 500–3000 Hz. El eje ‘y’ del audiograma representa el volumen o intensidad, medible en decibelios (dB). En el diagrama se representa gráficamente el volumen requerido para escuchar cada frecuencia en cada oído. Se consideran normales los umbrales entre 0 y 25 dB; entre 24 y 25 dB indican una ligera pérdida de capacidad auditiva; entre 40 y 70 dB indican una pérdida moderada, entre 70 y 90 dB una pérdida severa y entre 90 y 110 dB una pérdida grave de la capacidad auditiva. En el audiograma se puede representar la frecuencia y el volumen del habla humana, pudiéndose determinar así la amplificación auditiva requerida para el audífono.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

161

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

G.4.5

Explique que un individuo podría tener una capacidad auditiva normal a algunas frecuencias y una pérdida severa de capacidad auditiva a otras frecuencias.

G.4.6

Indique que los problemas auditivos se agrupan según el tipo de daño del oído.

En la pérdida conductiva de la capacidad auditiva, las ondas sonoras son bloqueadas por daños u obstrucciones en el pabellón auditivo externo o en el oído medio: las voces y los sonidos pueden resultar apenas perceptibles o distorsionados. Las pérdidas conductivas se tratan médica o quirúrgicamente. La pérdida de tipo nervioso suele ir asociada a la edad debido a la reducción en la eficacia con la que el nervio auditivo transmite las señales desde el oído hasta el cerebro a causa de daños o de un funcionamiento inadecuado. Las pérdidas debidas a estas causas suponen el 80% de los problemas auditivos; se solucionan mediante audífonos.

G.4.7

Resuma la clasificación de los audífonos modernos en: retroauriculares, portátiles en gafas, endoaurales, intracanales, totalmente intracanales o microcanales. Éstos se eligen conforme a las necesidades de cada usuario y buscando adaptarse a su estilo de vida.

Los audífonos retroauriculares se colocan detrás de la oreja y los usuarios se benefician con el uso de micrófonos duales, útiles en situaciones de ruido ambiental. Los retroauriculares se suelen usar cuando hay pérdida severa de la capacidad auditiva. Muy pocas personas usan audífonos portátiles en las gafas, por lo que no se está investigando mucho en ese campo. Los endoaurales o intracanales se adaptan al canal auditivo de cada individuo. Los endoaurales ocupan por completo la depresión exterior (concha) de la oreja, con el instrumental contenido adaptado al canal auditivo. Los audífonos endoaurales pueden tener micrófonos duales. Los audífonos intracanales son más pequeños y generalmente ocupan el 50% de la concha. Éstos se insertan un poco más dentro del canal auditivo. Los

162

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

totalmente intracanales también se hacen a medida y se adaptan por completo al canal auditivo. Los audífonos microcanales son aún más pequeños y se insertan aún más dentro del canal auditivo. Tanto los completamente intracanales como los microcanales llevan un cordón de nylon unido para poder extraerlos del canal. Estos dos tipos de audífonos son los más populares. Dado que se insertan mucho más dentro del oído, proporcionan una mejor transmisión al usuario sin necesidad de más potencia. Una menor potencia resulta en una menor distorsión. La mayoría de los audífonos completamente intracanales carecen de mandos de volumen controlados por el usuario. Algunos presentan controles manuales o el volumen se puede ajustar mediante control remoto. Los audífonos retroauriculares son una buena elección si el usuario tiene alguna dificultad para manipular objetos pequeños, aunque resultan incómodos para las personas que usan gafas. Tanto los usuarios de audífonos endoaurales como los de intracanales tienen dificultades para usar un teléfono debido al acoplamiento sonoro que se produce cuando se mantiene algún objeto demasiado cerca del micrófono. No obstante, dado que los endoaurales y los intracanales son de mayor tamaño, éstos pueden disponer de circuitos de mayor potencia. Los completamente intracanales y los microcanales se pueden usar con un teléfono sin percibir acoplamientos sonoros.

G.4.8

Resuma que los audífonos que necesitan ajustarse al canal auditivo de cada persona vienen en un molde realizado a medida.

El molde cóncavo se realiza en una producción única. Los circuitos que se ajustan en su interior no se realizan a medida.

G.4.9

Discuta los aspectos de la obsolescencia planificada, reutilización, reparación y posibilidad de reciclaje en el contexto de los audífonos.

Incluya la reutilización de los moldes de los audífonos realizados a medida mediante la sustitución del circuito del audífono o la duración y la posibilidad de recargar las baterías.

G.4.10

Explique que los audífonos digitales son capaces de separar el sonido entrante en distintas bandas que pueden seleccionarse individualmente para su amplificación.

No se requiere estudiar los detalles del circuito. La amplificación puede adaptarse a la pérdida de capacidad auditiva de cada persona. Los audífonos utilizan circuitos integrados programables que se pueden programar para satisfacer las necesidades particulares del usuario.

G.5 Vehículos y salud (4 h.) G.5.1

Discuta el papel que desempeñan los automóviles en los países desarrollados.

Incluya las ventajas e inconvenientes, el papel del automóvil para las comunidades rurales, el papel del automóvil para permitir una independencia de los sistemas de transporte público y la libertad que proporciona. Las estrategias de venta explotan el estatus que implica la propiedad de determinados automóviles. Discuta también la motorización urbana (transportando a las personas al interior y al exterior de las ciudades) y las carreteras que destruyen el entorno rural.

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163

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

G.5.2

Indique que los automóviles plantean importantes amenazas para la salud humana.

Obj. 1

Por ejemplo, el aumento del tráfico motorizado conlleva un incremento de contaminación atmosférica, contaminación acústica y estrés por congestión del tráfico.

G.5.3

Enumere tres contaminantes presentes en los gases de escape de los vehículos.

G.5.4

Explique tres efectos de los gases de escape de los vehículos a motor.

Por ejemplo, calidad del aire, lluvia ácida, asma, disminución del pH, efecto invernadero, smog.

G.5.5

Explique el efecto de las partículas sobre la salud de las personas y el crecimiento de árboles y plantas en las ciudades.

Incluya la bronquitis, el asma y diferentes tipos de neumoconiosis.

G.5.6

Resuma la estructura y la función de un catalizador.

G.5.7

Resuma el desarrollo del diseño de catalizadores.

G.5.8

Discuta el papel que desempeña la legislación en el desarrollo del catalizador.

Considere el impacto de las normativas europeas y japonesas sobre el desarrollo del catalizador y el interés despertado por éste. La legislación sobre emisiones de vehículos ha aumentado la toma de conciencia del consumidor y ha generado una situación de impulso del mercado.

G.5.9

Evalúe el catalizador como medio para reducir la contaminación.

Considere la contaminación a nivel local, nacional e internacional.

G.5.10

Explique que, en términos de desarrollo sustentable, más que ser un caso de tecnología limpia el catalizador supone una solución en el punto de emisión (“end-of-pipe”) a la cuestión de la contaminación atmosférica generada por los vehículos a motor. Una solución basada en tecnologías limpias requeriría una reevaluación más fundamental de los vehículos a motor.

G.5.11

Explique el papel que desempeña la legislación en el fomento de la investigación y el desarrollo de los vehículos a motor.

Los costos de investigación y desarrollo son elevados. La legislación favorece que los principales fabricantes (multinacionales del automóvil) inviertan en investigación y desarrollo para satisfacer las normas más exigentes (p. ej. sobre emisiones de gases).

164

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. G.5.12

Temas comunes para NM y NS Discuta la evolución de los vehículos eléctricos.

Obj. 3

La investigación y el desarrollo requeridos para hacer realidad los vehículos eléctricos son muy costosos. Los gobiernos, mediante la legislación en materia de emisiones, seguirá aumentando la presión sobre los fabricantes de vehículos hasta que a éstos les resulte interesante invertir en la investigación y el desarrollo de vehículos eléctricos. Los aspectos pendientes de solución relativos a los vehículos eléctricos son la fuente de energía y la recarga o el reemplazo de las baterías, el aumento de la autonomía, el mayor peso del vehículo y su mayor costo (muy elevado). También hay implicaciones sobre su funcionamiento y rendimiento. Los vehículos se venden ofreciendo cifras sobre estos dos aspectos, por lo que para que un vehículo eléctrico se venda debería ofrecer cifras atractivas.

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165

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

G.6 La salud en el mundo: estrategias (3 h.) G.6.1

Indique que la pobreza es la mayor causa de muerte en todo el mundo y que causa enfermedad y muerte por la mayor probabilidad de vivir en un medio ambiente degradado.

G.6.2

Resuma la importancia de las intervenciones políticas dirigidas (p. ej. políticas de reforma agraria), la atención a las alcantarillas y sistemas de canalización de agua, y las iniciativas concertadas para tratar las enfermedades infecciosas y aumentar la esperanza de vida y la salud de las comunidades más pobres.

Un mayor ingreso generalmente significa más y mejores alimentos, vivienda, ropa y acceso a los servicios sanitarios. Las personas más adineradas tienden a recibir una mejor educación y por tanto pueden acceder a una mejor información acerca de las enfermedades y su prevención. Las acciones que afectan a la salud incluyen una mayor higiene, la vacunación de los menores como prevención frente a las enfermedades comunes o la aplicación de la rehidratación oral para tratar la diarrea. Las mejoras en la educación maternal están claramente asociadas a las mejoras en la salud familiar.

G.6.3

Explique la importancia de los combustibles no contaminantes y del diseño de cocinas mejoradas para reducir la contaminación del aire en las viviendas (uno de los cuatro problemas medioambientales más críticos en los países en desarrollo), y las implicaciones para la salud.

En los países en desarrollo, algunas personas dependen del combustible de biomasa para cocinar y obtener calor. Por eso, la contaminación en el interior de algunas viviendas en los países en desarrollo a veces es mayor que en las ciudades más contaminadas del mundo. Las mujeres y los niños generalmente están más expuestos que los hombres a la contaminación del aire de las viviendas por combustibles de biomasa, dado que muchas mujeres de los países en desarrollo pasan varias horas al día en el interior de la vivienda cocinando junto a un fuego sin salida de humos, a menudo con un niño amarrado a su espalda. La contaminación del aire de la vivienda debilita las defensas del cuerpo y puede afectar a los pulmones contribuyendo a infecciones respiratorias agudas, afecciones pulmonares crónicas, cáncer de pulmón, asma, bajo peso de los bebés al nacer y afecciones cardíacas.

G.6.4

Resuma los beneficios no relativos a la salud de la transición hacia el uso de combustibles menos contaminantes.

El tiempo dedicado anteriormente a la obtención de combustibles se puede emplear ahora en el cuidado de los hijos, tareas agrícolas y actividades generadoras de ingresos. También, el uso reducido de la leña implica una menor deforestación, menor erosión del suelo y menos pérdida de fertilidad del mismo.

G.6.5

166

Indique que las mejoras en el suministro de agua y servicios sanitarios, y la implementación de sistemas tecnológicos simples de bajo costo, pueden reducir la incidencia de enfermedades transmitidas a través del agua.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

G.6.6

Explique el papel de las políticas de precios en la mejora del suministro de agua.

Obj. 3

En muchas ciudades los menos adinerados pagan proporcionalmente más por menos agua. Las personas más adineradas a veces gastan cantidades excesivas de agua porque no se les cobra el precio total del agua que consumen. Una política de precios equitativa suministraría a todos los consumidores una cantidad básica de agua a bajo costo y cobraría un importe progresivamente mayor por toda cantidad de agua adicional.

G.6.7

Explique la importancia para la salud del control de los vectores de enfermedades.

Las enfermedades transmitidas por distintos vectores, tales como la malaria, la fiebre amarilla y la esquistosomiasis, causan un enorme sufrimiento en los países en vías de desarrollo. Las vacunas para prevenir estas enfermedades son la solución ideal, pero sin embargo, estas enfermedades no suelen estar entre las prioridades de las compañías farmacéuticas. Algunas enfermedades pueden ser controladas mediante mejoras en las viviendas, p. ej. sustituyendo los techos de hojas de palma por tejas, eliminando los escondrijos de los insectos que actúan como vectores de propagación de la enfermedad. Ello puede mejorar la ventilación y simultáneamente reducir la contaminación del aire de la vivienda. Las fosas sépticas y pozos de letrinas se pueden construir a prueba de mosquitos por un bajo costo con pequeñas esferas de poliestireno que flotan y evitan que las hembras de los mosquitos puedan poner sus huevos.

G.6.8

Explique cómo afecta la ceguera a la supervivencia en los países en vías de desarrollo.

En el Himalaya, la capacidad visual es tan crucial para la supervivencia que una persona ciega raramente vive más de tres años. La Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que en la actualidad hay más de 42 millones de personas ciegas, y las cataratas son la causa de aproximadamente la mitad de esos casos de ceguera.

G.6.9

Defina catarata.

G.6.10

Resuma la importancia de las campañas de educación pública para que las personas tomen conciencia de que una intervención quirúrgica simple puede restaurar la vista.

G.6.11

Resuma el papel de la implantación de lentes intraoculares en el tratamiento de cataratas.

G.6.12

Resuma la importancia del diseño y la fabricación asistidos por computador (CAD/CAM) en la producción de implantes de lentes intraoculares de bajo costo.

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167

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

G.7 Ergonomía en el lugar de trabajo (2 h.) G.7.1

Defina daños por estrés repetitivo (RSI).

G.7.2

Indique que los daños por estrés repetitivo son el resultado de un desequilibrio entre los requerimientos físicos de un trabajo y la capacidad física del cuerpo humano.

G.7.3

Explique cómo una consideración adecuada de la ergonomía puede prevenir los daños por estrés repetitivo.

G.7.4

Indique que las distintas ocupaciones están asociadas a daños por estrés repetitivo concretos.

Por ejemplo, el aumento del uso de los computadores y los teclados planos de teclas sensitivas han originado una serie de dolencias en manos, brazos y hombros. Los típicos daños por estrés repetitivo asociados al uso de computadores incluyen: síndrome del túnel carpo bilateral (los nervios que pasan por la muñeca quedan presionados por los músculos inflamados circundantes causando un hormigueo, adormecimiento y pérdida de sensación) y el síndrome de la parte superior del tórax (compresión de nervios y vasos sanguíneos en el cuello y hombros posiblemente causados por mantener los hombros hundidos o elevados, lo que produce dolores en la muñeca o en la mano o una falta de pulso en el brazo afectado, etc.). Levantar objetos pesados repetidamente también puede llegar a producir daños por estrés repetitivo.

G.7.5

Explique que los daños por estrés repetitivo son una importante causa del aumento en la proporción de las dolencias laborales.

Según el Departamento de Estadísticas Laborales de EE.UU., los daños por estrés repetitivo representaban el 14% de las dolencias laborales en 1978 y el 56% en 1990.

G.7.6

Explique que el dinero gastado en prevención de los daños por estrés repetitivo puede tener un excelente retorno de inversión mediante el aumento de la productividad, la reducción de las bajas por enfermedad y la reducción del movimiento de personal.

G.7.7

Explique las consideraciones ergonómicas asociadas al diseño de un puesto de trabajo de una oficina.

Por ejemplo, véase la norma británica 3.044 (British Standard 3044, Guía para los principios ergonómicos en el diseño y selección de mobiliario de oficina). Véase también la legislación nacional en materia de salud y seguridad para las regulaciones sobre pantallas de equipos informáticos.

168

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

G.8 Discapacidades físicas y mercado global (2 h.) G.8.1

Defina economía de escala.

G.8.2

Explique el impacto de la economía de escala sobre el costo y la disponibilidad de los productos.

G.8.3

Resuma que en el pasado el diseño para personas con discapacidades era un ejemplo de producción artesanal, ya que las personas con discapacidades eran consideradas como un grupo minoritario.

G.8.4

Indique que a nivel global, las personas discapacitadas representan un grupo de usuarios numeroso pero ampliamente distribuido que representa un desafío particular en relación con el diseño, el marketing y la distribución de productos.

G.8.5

Identifique los beneficios que proporcionan el mercado global e Internet para los diseñadores y fabricantes de productos para personas con discapacidades.

Internet ha hecho realidad el mercado global. A través de Internet los discapacitados pueden acceder a más productos y obtener un mejor rendimiento de su dinero. La posibilidad de comunicación con el diseñador y el fabricante puede resultar útil para el desarrollo del producto. Internet facilita todos los aspectos de la obtención de información, estudios de mercado, marketing y estrategias de distribución.

G.8.6

Explique los beneficios económicos que se obtienen al considerar los aspectos relativos a las personas con discapacidades en una etapa temprana del ciclo de diseño.

Por ejemplo, considere los aspectos relativos a los discapacitados en el diseño de proyectos de acceso a edificios públicos, trazado de las calles (rampas, etc.) y mobiliario urbano. Las consideraciones sobre discapacidades (p. ej. rutas de acceso, anchos de puertas, ascensores) no implican un mayor costo. Sin embargo, si no se consideran en el proyecto inicial, más tarde su adaptación en una etapa posterior sí puede resultar muy cara.

G.8.7

Explique cómo se podría usar el computador para mejorar la capacidad del habla de personas con discapacidades.

G.8.8

Discuta los beneficios de los avances tecnológicos que tienen un impacto directo positivo en las discapacidades que sufren algunas personas.

Por ejemplo, el uso de computadores para el control del entorno.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

Opción H: Productos electrónicos Los productos electrónicos canalizan la energía eléctrica para realizar tareas útiles. Esta opción permite a los estudiantes explorar cómo se diseñan los productos electrónicos. En el diseño de circuitos útiles para productos electrónicos, se utiliza un enfoque de sistemas. A medida que la tecnología electrónica se ha ido desarrollando, los componentes electrónicos se han hecho cada vez más pequeños: ahora los microprocesadores permiten que los tradicionales componentes de los circuitos electrónicos se impriman sobre un único chip de silicio para fabricar circuitos integrados. Los circuitos integrados programables son la clave de los productos electrónicos modernos. El control es un aspecto fundamental en los productos electrónicos. Los sistemas tradicionales de control emplean realimentación, aunque no son tan precisos como los de lógica difusa, de la que hoy día se hace amplio uso en toda una serie de productos electrónicos. El impacto de los sistemas de comunicación global tampoco puede subestimarse y esta opción examina cómo funcionan. Las tecnologías de tarjetas inteligentes están cada vez más generalizadas, con aplicaciones tan diversas como las tarjetas SIM para los teléfonos móviles, para permitir el acceso a edificios públicos y actuando como monedero electrónico. La convergencia de las tecnologías digitales plantea preguntas interesantes sobre el mantenimiento de la industria musical tradicional.

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

H.1 Electricidad y circuitos electrónicos (3 h.) H.1.1

Defina corriente eléctrica, diferencia de potencial, resistencia eléctrica y transductor.

H.1.2

Dibuje los símbolos y describa las funciones de los siguientes componentes electrónicos: diodo, resistor, termistor, potenciómetro, amp-op (amplificador operacional), batería, interruptores, lámpara, motor, amperímetro, voltímetro, LED (diodo electroluminoso), LDR (fotorresistor), termopar, micrófono, altavoz, timbre, célula fotovoltaica, condensador y toma de tierra.

H.1.3

Calcule la corriente y el voltaje a través de los resistores, en circuitos de resistores asociados en serie y en paralelo, utilizando la ley de Ohm.

H.1.4

Explique cómo pueden disponerse tanto los resistores, como otros dispositivos (p. ej. interruptores digitales, interruptores magnéticos de lengüeta, fotorresistores y termistores), para distribuir un voltaje en cierto número de voltajes menores requeridos por aplicaciones concretas.

H.1.5

Explique la diferencia entre una señal digital y otra analógica, así como el modo en que puede generarse una señal digital a partir de una analógica.

H.1.6

Describa un ejemplo de sensor de entrada digital.

170

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

H.1.7

Indique qué se entiende por lógica digital y por puerta lógica digital.

H.1.8

Indique que las puertas lógicas más corrientes son: NOT, AND, OR, EX-OR, NAND y NOR.

H.1.9

Indique los símbolos, tablas de verdad, expresiones algebraicas booleanas y una definición de cada una de las puertas lógicas enumeradas en el punto H.1.8.

(Nota: Deben utilizarse los símbolos estándar norteamericanos de las puertas, ya que están reconocidos mundialmente.)

H.1.10

Explique cómo puede utilizarse la lógica en los procesos de diseño.

H.1.11

Analice problemas de diseño y obtenga una solución que incluya un circuito con las puertas lógicas adecuadas.

H.2 Construcción de circuitos electrónicos (4 h.) H.2.1

Explique cómo puede aplicarse un enfoque de sistemas al diseño de circuitos electrónicos.

Los sistemas electrónicos pueden describirse en términos de diagramas de bloques. El diagrama de bloques más sencillo se basa en tres elementos: entrada (input), proceso y salida (output).

H.2.2

Defina amplificador, ganancia, memoria, pulso de reloj y registrador de desplazamiento.

H.2.3

Explique por qué el amp-op (amplificador operacional) es un dispositivo apropiado para proporcionar una señal digital en la salida, a partir de una o varias señales analógicas en la entrada.

H.2.4

Dibuje un circuito comparador y describa dos ejemplos donde se utilice un comparador (incluyendo la luz), y otros dos ejemplos donde se utilice un detector de umbral (incluyendo la temperatura).

Dichos detectores se preparan poniendo un valor fijo en una entrada. Investigue los comparadores y los detectores de umbral en circuitos prácticos, p. ej. umbral de temperatura, comparadores de luz.

H.2.5

Describa cómo operan los amp-op inversores y los amp-op no inversores, con la ayuda de diagramas de circuito.

H.2.6

Calcule la ganancia de los amp-op en circuitos prácticos, y los valores de los resistores en circuitos amp-op para obtener ganancias concretas.

H.2.7

Discuta un uso práctico de un circuito amp-op inversor, y de otro no inversor, en el diseño de un sistema electrónico.

H.2.8

Calcule la amplificación total de un sistema hecho de una combinación de elementos.

Guía de Tecnología del Diseño del Programa del Diploma del BI, septiembre de 2003

171

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

Obj.

H.2.9

Describa la función de un amplificador sumador, dibuje un diagrama de circuito que lo represente y calcule su salida.

H.2.10

Explique una situación práctica en la que se utilice un amplificador sumador.

H.2.11

Explique la necesidad de memoria en un sistema lógico.

La lógica secuencial proporciona una forma de memoria. Las salidas dependen del estado de las entradas y del orden en el que éstas cambian. Un sistema con memoria tiene dos estados estables, es decir, es un bi-estable. Hay varios tipos de bi-estables pero el tipo J-K es uno de los más versátiles.

H.2.12

Indique que el flip-flop tipo D, o cerrojo, es el tipo de memoria más simple: puede almacenar una sola señal digital.

Un flip-flop tipo D, o de datos, tiene una sola línea de entrada. Tras un pulso de reloj, sus salidas reflejan el estado de la línea de datos antes o durante dicho pulso. A veces, los flip-flop tipo D son llamados cerrojos porque cierran (o congelan) el estado de la línea en el instante en que tiene lugar el pulso de reloj.

H.2.13

Identifique un contador digital como un dispositivo que transforma un pulso de reloj en una secuencia binaria de números y, con la ayuda de un diagrama, describa el modo en que opera.

H.2.14

Indique qué se entiende por procesado en serie y por procesado en paralelo.

La información es almacenada en un registro construido con bi-estables. A menudo, los números binarios son almacenados de esta manera en los cálculos antes de transferirlos a la lógica combinatoria para procesarlos, como por ejemplo sumarlos. El flip-flop J-K, configurado para actuar como un bi-estable tipo D, se utiliza a menudo para ejecutar la función de un registro.

H.2.15

Describa un uso importante para un registrador de desplazamiento.

H.3 Sistemas de control (4 h.) H.3.1

Defina cibernética, realimentación, sistema de control y sistema de control de posiciones on–off.

H.3.2

Explique la diferencia entre control de bucle abierto y de bucle cerrado, así como un ejemplo de cada tipo de sistema.

H.3.3

Explique la diferencia entre realimentación positiva y negativa.

H.3.4

Indique un ejemplo de cada tipo de realimentación.

H.3.5

Explique la necesidad de una realimentación negativa en un sistema de control por bucle cerrado totalmente automatizado.

172

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Temas comunes para NM y NS

H.3.6

Describa cómo la realimentación electrónica se utiliza, frecuentemente, para controlar un dispositivo.

Obj. 2

Por ejemplo, la regulación de un sistema de calefacción o de aire acondicionado, o el control de un ascensor basado en las entradas desde sensores y botones que presionan las personas.

H.3.7

Indique que los sensores se utilizan frecuentemente para proporcionar realimentación electrónica.

H.3.8

Dibuje diagramas de bloques para representar un sistema de calefacción o de aire acondicionado.

H.3.9

Defina sobreamortiguamiento y subamortiguamiento.

H.3.10

Dibuje un diagrama que ilustre la importancia del amortiguamiento crítico en un servosistema de control de posición, e identifique el sobreamortiguamiento y el subamortiguamiento.

El amortiguamiento crítico es el más cercano posible al ideal. El sobreamortiguamiento tiene lugar cuando se utiliza rozamiento excesivo o una baja ganancia amplificadora. El subamortiguamiento tiene lugar cuando la carga tiene un gran momento de inercia, o hay una alta ganancia en amplificación, o bajo rozamiento, o una combinación de todas ellas. Los rebasamientos y las oscilaciones se originan porque la carga tiene inercia y no puede llevarse al reposo instantáneamente. El rozamiento en los sistemas significa que pequeñas señales de entrada no provocarán que el sistema se mueva. El motor reaccionará sólo cuando se alcanza un valor mínimo. El rango de señales para las cuáles no se origina movimiento se conoce como banda pasiva.

H.3.11

Defina lógica difusa.

H.3.12

Indique que la lógica difusa proporciona un modo sencillo de extraer conclusiones definitivas a partir de información vaga, ambigua o imprecisa, y que puede utilizarse en los sistemas de control y procesado de la información, obteniéndose un mejor control del rendimiento.

Los sistemas de control tradicionales buscan un punto medio entre tiempo de reacción y sobreimpulso. La lógica difusa utiliza reglas y funciones de pertenencia para lograr un control más preciso.

H.3.13

Explique que un controlador por lógica difusa funciona de forma similar a un sistema convencional: acepta un valor de entrada, realiza algunos cálculos y genera un valor de salida.

Un controlador por lógica difusa trabaja en tres etapas: fusificación, evaluación de cada regla y defusificación. Esto se denomina proceso de inferencia con reglas difusas. En la fusificación, un estricto valor de entrada se traduce en un valor difuso. En la evaluación de cada regla, se calculan los valores de verdad de las salidas difusas. En la defusificación, la salida difusa se traduce en un valor estricto.

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173

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. H.3.14

Obj.

Temas comunes para NM y NS Explique cómo se emplean términos sencillos para etiquetar los valores de entrada en la etapa de fusificación.

La primera etapa en el diseño de un controlador difuso es caracterizar el rango de valores para las variables de entrada y salida del controlador. (Refiérase al diagrama que figura debajo.) Términos tales como frío, fresco, templado y caliente actúan como etiquetas que se refieren a un conjunto de valores superpuestos. Estos valores, representados con formas triangulares, se denominan funciones de pertenencia. En este ejemplo, 23ºC se considera 60% templado y 20% caliente. Durante la etapa de fusificación, se introduce el valor estricto de 23ºC de temperatura y se traduce en los valores difusos de verdad. 23ºC se fusifica en templado con un valor de verdad de 0,6 (o del 60%) y en caliente con un valor de verdad de 0,2 (o del 20%). 23oC 1 FRÍO

FRESCO

TEMPLADO

CALIENTE

FRESCO

TEMPLADO

CALIENTE

0 1 0,6 FRÍO

0,2 0

0oC

10oC

15oC

25oC

35oC

Términos tales como cero, bajo, medio y alto se utilizan para describir las salidas, en este caso la velocidad de ventilación.

H.3.15

Explique cómo se utilizan sencillas reglas IF-THEN (SI-ENTONCES) para determinar el sistema de control.

El controlador de temperatura anterior puede definirse por medio de cuatro sencillas reglas IF-THEN: 1. SI la temperatura ES fría, ENTONCES la velocidad de ventilación SERÁ alta. 2. SI la temperatura ES fresca, ENTONCES la velocidad de ventilación SERÁ media. 3. SI la temperatura ES templada ENTONCES la velocidad de ventilación SERÁ baja. 4. SI la temperatura ES caliente ENTONCES la velocidad de ventilación SERÁ cero. En el interior del controlador, toda regulación de temperatura se basará en el modo en que la temperatura ambiente actual encaja dentro de esos rangos y en las reglas que describen la conducta del sistema. La salida del controlador variará continuamente para ajustar la velocidad de ventilación. Durante la etapa de evaluación de las reglas se calcula el conjunto de reglas y algunas de ellas pueden activarse. Para el caso de 23ºC, sólo se activarán las dos últimas de las cuatro reglas involucradas, templado y caliente. Concretamente, utilizando la tercera regla, la velocidad de ventilación será baja con valor de verdad 0,6. De modo similar, utilizando la cuarta regla, la velocidad de ventilación será cero con un valor de verdad de 0,2.

174

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. H.3.16

Temas comunes para NM y NS Explique cómo se calcula un valor de salida exacto en la etapa de defusificación.

Obj. 3

Durante la etapa de defusificación, las etiquetas de 60% (bajo) y 20% (cero) se combinan utilizando un método de cálculo denominado del centro de gravedad (CDG), para proporcionar una salida precisa.

H.3.17

Explique las ventajas de la lógica difusa.

Incluya rendimiento, simplicidad, costo inferior, productividad, reducción del tiempo de comercialización para aplicaciones comerciales.

H.3.18

Explique cómo puede usarse la lógica difusa para controlar el ciclo de lavado de una lavadora.

H.4 Microprocesadores (4 h.) H.4.1

Identifique los dos materiales semiconductores más importantes y resuma el efecto de añadir impurezas (dopado).

Considere el efecto del dopado para producir semiconductores tipo n y tipo p.

H.4.2

Identifique un diodo semiconductor como un dispositivo con dos terminales que permite el paso de corriente eléctrica en una sola dirección, y un transistor como un dispositivo semiconductor con tres terminales.

Las tres terminales se denominan base, emisor y colector.

H.4.3

Explique que un diodo electroluminoso (LED) es un tipo especial de diodo, así como el modo en que se utilizan los LED en los circuitos interruptores digitales.

No se piden detalles del funcionamiento de un LED, pero los estudiantes deberían comprender que se necesita un resistor de protección.

H.4.4

Indique que un circuito integrado (CI) es un circuito complejo hecho de componentes fabricados sobre una única oblea de silicio (chip de silicio).

H.4.5

Resuma el proceso que se utiliza para producir circuitos integrados.

H.4.6

Defina sistema programable.

H.4.7

Indique que un microprocesador es un circuito integrado multitarea programable (CIP), capaz de realizar una amplia gama de funciones.

H.4.8

Explique que en muchos dispositivos electrónicos digitales es un microprocesador el que gobierna la central que controla las operaciones.

Por ejemplo, una lavadora o una calculadora.

H.4.9

Indique que un bus es una conexión que transporta información dentro de un sistema microelectrónico.

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175

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E. H.4.10

Temas comunes para NM y NS Describa el diagrama de bloques simplificado de un circuito integrado (CI) microprocesador.

Obj. 2

Se requiere una comprensión del papel que desempeña cada elemento, junto con una apreciación de que cada bloque es, él mismo, un circuito digital complejo. No se requieren detalles del circuito.

H.4.11

Identifique un espectro amplio de dispositivos electrónicos que puedan incorporar microprocesadores.

Algunos ejemplos que se pueden considerar son: calculadoras, lavadoras, hornos microondas, controladores de semáforos y máquinas de juego. Los sistemas deberán analizarse por medio de diagramas de bloques e identificarse las entradas y salidas, con el microprocesador como elemento de control central. No se requieren detalles del circuito.

H.4.12

Indique que un sistema integrado de control digital integrado en el hardware utiliza circuitos lógicos digitales para llevar a cabo una operación de control.

Esta operación está determinada por el circuito y no puede cambiarse sin cambiar el sistema de circuitos.

H.4.13

Explique las ventajas e inconvenientes de los sistemas programables controlados por software, en comparación con los sistemas integrados en el hardware.

H.4.14

Explique cómo se utilizan los microprocesadores en la unidad de programación central (CPU) de un ordenador personal.

Utilice un diagrama de bloque como aproximación.

H.4.15

Explique cómo los circuitos integrados programables (CIPs) son capaces de ayudar a la realización de un diseño proporcionando unidades de control para los productos electrónicos.

H.4.16

Discuta el impacto social de la miniaturización de los productos electrónicos.

176

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

H.5 Sistemas de comunicaciones (2 h.) H.5.1

Explique los avances más significativos en los sistemas de comunicación de masas.

Incluya a Osgood y Wheatstone, Morse, el teléfono de Alexander Graham Bell, la fibra óptica, etc.

H.5.2

Defina telecomunicaciones.

H.5.3

Explique cómo se envían las señales eléctricas que representan información desde un lugar (por ejemplo, un micrófono, una cámara de televisión o un computador) a otro por medio de cables fijos o su transmisión como ondas electromagnéticas a través del aire.

H.5.4

Indique que la modulación es el proceso de codificar una señal mediante una onda portadora, de manera que se pueda transmitir de forma efectiva, y que la demodulación es el proceso de decodificar una señal después de su transmisión.

H.5.5

Identifique el medio de propagación como el canal a través del cual se envía una señal.

H.5.6

Describa un diagrama de bloques genérico para un sistema de comunicaciones que incluya el origen de la información, el modulador, el emisor, el medio de propagación, el receptor, el demodulador y el destinatario de la información.

H.5.7

Explique cómo la multiplexación permite que se envíen varias señales de información a través del mismo canal de comunicación.

H.5.8

Evalúe diversos sistemas de comunicaciones con relación al diagrama de bloques genérico.

Por ejemplo, la emisión de radio, teléfono y televisión y el sistema de comunicación por radio.

H.5.9

Explique que la información se puede almacenar, transmitir y recibir en forma analógica o digital y que un sistema puede incluir ambos tipos de señales.

H.5.10

Discuta los beneficios de los sistemas digitales de almacenamiento, transmisión y procesamiento de información en comparación con los sistemas analógicos.

Incluya una mayor capacidad de almacenamiento, una mejora en la flexibilidad gracias a la interconexión de sistemas digitales diferentes, señales definidas con mayor claridad, transmisiones más rápidas y una gama más amplia.

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177

PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

H.6 Tarjetas inteligentes (3 h.) H.6.1

Defina tarjeta inteligente.

H.6.2

Indique que existen dos tipos de tarjetas inteligentes, en función de los procesos de lectura y escritura: tarjetas inteligentes con contactos y tarjetas inteligente sin contactos.

•

H.6.3

Para realizar el proceso de lectura, las tarjetas inteligentes con contactos deben insertarse en un lector de tarjetas inteligentes. En la parte frontal tienen una pequeña placa dorada de aproximadamente 1,2 mm de diámetro, en lugar de una cinta magnética en la parte posterior, como las tarjetas de crédito. Al insertarla en un lector, la placa entra en contacto con los conectores eléctricos que leen y escriben datos en el chip. Para el proceso de lectura, las tarjetas inteligentes sin contactos deben pasarse cerca de una antena. Funcionan mediante inducción en lugar de a través de uno de los contactos. Las tarjetas inteligentes sin contactos parecen tarjetas de crédito; la única diferencia es que poseen un microchip electrónico y una antena en su interior. Estos componentes permiten que la tarjeta se comunique con una unidad de antena o un acoplador sin que se produzca ningún contacto físico. También existen tarjetas combinadas, que son una mezcla de las dos anteriores.

Explique que las tarjetas inteligentes sin contactos son la solución ideal para aplicaciones como las utilizadas para transacciones rápidas y “etiquetas” de información.

Por ejemplo, las transacciones en el transporte público deben procesarse rápidamente; las “etiquetas” pueden almacenar información en botellas de gas, automóviles, etc.

H.6.4

Indique que, según su funcionamiento, las tarjetas inteligentes se pueden clasificar en dos grupos: las que poseen capacidad de procesamiento incorporada y las que no la poseen (tarjetas de memoria).

H.6.5

Indique que las tarjetas de memoria no tienen una capacidad de procesamiento sofisticada y no pueden administrar archivos de forma dinámica.

Hay tres tipos principales de tarjetas de memoria: Tarjetas de memoria comunes Estas tarjetas sólo almacenan datos, no tienen capacidad para procesarlos. Tienen un menor costo por bit para memoria de usuario; deben considerarse como discos flexibles de tamaño variable que no poseen mecanismo de bloqueo. Estas tarjetas no pueden identificarse a sí mismas en el lector; por tanto, el sistema central debe reconocer el tipo de tarjeta que se inserta en el lector. Tarjetas de memoria protegida o segmentada Estas tarjetas poseen lógica incorporada para controlar el acceso a la memoria de dichas tarjetas. Denominadas a veces tarjetas de memoria inteligentes, estos dispositivos se pueden configurar para proteger contra escritura todos o alguno de los arrays de la memoria. Algunas de estas tarjetas se pueden configurar para restringir el acceso tanto para lectura

178

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E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

como para escritura. Para ello, se suele utilizar un sistema de claves o de contraseñas. Las tarjetas de memoria segmentada se pueden dividir en secciones lógicas para obtener la funcionalidad múltiple planificada. Tarjetas de memoria con valor almacenado Estas tarjetas están diseñadas con el objetivo concreto de almacenar valores o identificadores, y pueden ser desechables o recargables. En muchas tarjetas de este tipo se incorporan medidas de seguridad permanentes en la fase de fabricación. Entre estas medidas se encuentran las contraseñas y la inclusión de lógica codificada por hardware en el chip por parte del fabricante. Los arrays de memoria de estos dispositivos están configurados como decrementos o contadores. La memoria restante para otras funciones es muy pequeña o inexistente. En aplicaciones sencillas como, por ejemplo, una tarjeta telefónica, el chip tiene 60 o 12 celdas de memoria: una para cada unidad telefónica. La celda de memoria se vacía cada vez que se utiliza una unidad telefónica. Cuando se han utilizado todas las unidades de memoria, la tarjeta deja de funcionar y debe desecharse. Este proceso se invierte en el caso de las tarjetas recargables.

H.6.6

Explique que en las tarjetas inteligentes la lectura y la escritura se realizan mediante un lector o un terminal.

En la industria se han adoptado las siguientes definiciones: el término “lector” se utiliza para describir una unidad que se conecta con un computador personal para la mayoría de sus requisitos de procesamiento, mientras que un “terminal” es un dispositivo con capacidad de procesamiento independiente. Los dispositivos lectores se presentan en varias formas y con distintas capacidades. La forma más fácil de describir un lector es según cómo se conecta con un computador personal. Los lectores de tarjetas inteligentes están disponibles con interfaz para puertos serie RS232 y USB, ranuras PCMCIA y discos flexibles, para puertos paralelos, puertos y teclados IRDA de infrarrojos y lectores con conexión al teclado (denominados “wedge readers”). Otra diferencia entre los tipos de lectores es la presencia o ausencia de “inteligencia” o funciones incorporadas. Existen diferencias notables, tanto en precio como en rendimiento, entre un lector inteligente de tipo industrial, compatible con una gran variedad de protocolos de tarjeta, y un lector de tarjetas personal estilo WinCard que sólo funciona con tarjetas de microprocesadores y realiza todo el procesamiento de datos en el computador personal. También hay una gran variedad de terminales. Muchas unidades poseen sus propios sistemas operativos y herramientas de desarrollo. Normalmente, admiten otras funciones, como la lectura de bandas magnéticas, funciones de módem e impresión de transacciones.

H.6.7

Explique la importancia de las normas internacionales para las tarjetas inteligentes.

Las normas para las tarjetas inteligentes determinan las propiedades físicas y las características de comunicación del chip incorporado, y se recopilan en la norma ISO 7816. La interoperabilidad de las tarjetas de sistemas abiertos puede aplicarse en varios niveles: la propia tarjeta, sus terminales de acceso (lectores), las redes y los sistemas propios de los emisores. Para que ello sea posible, es necesario ajustarse a las siguientes normas internacionales: ISO, CEN, iniciativas industriales como EMV, Open Card Framework y especificaciones PC/SC. Todas estas organizaciones contribuyen de forma activa a la normalización de las tarjetas inteligentes.

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E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

La norma ISO 7816 es el estándar internacional para las tarjetas inteligentes que utilizan contactos eléctricos. Está divida en seis partes: algunas se han completado y otras están en fase preliminar. En la primera parte se hace referencia a las características físicas, su resistencia a la electricidad estática, la radiación electromagnética y la tensión mecánica. También describe la ubicación física de la banda magnética de una tarjeta inteligente y del área de grabación. En la segunda parte se describen las dimensiones y la ubicación de los contactos. En la tercera parte se define el voltaje y los requisitos actuales para los contactos eléctricos. En la cuarta parte se establece un conjunto de comandos para que la CPU procese el acceso, la seguridad y la transmisión de los datos de la tarjeta, incluidos comandos para leer, escribir y actualizar registros. En la quinta parte se establecen estándares para los identificadores de aplicación (AID). Estos identificadores poseen dos partes: la primera es exclusiva del fabricante; la segunda es un campo de longitud variable que se puede utilizar para identificar aplicaciones específicas. En la sexta parte se explican los detalles del transporte físico de los datos de transacción y de los dispositivos, así como la respuesta a los protocolos de trasmisión y la función “restablecer” (reset).

H.6.8

Resuma que las tarjetas inteligentes se utilizan para varias aplicaciones diferentes, tales como teléfonos celulares, funciones de tarjetas de crédito y monederos electrónicos.

H.6.9

Explique que las funciones de las tarjetas inteligentes se pueden incorporar a otros objetos de uso cotidiano como, por ejemplo, llaveros, relojes y pendientes.

H.6.10

Explique cómo se pueden programar varias aplicaciones en la misma tarjeta.

Las tarjetas inteligentes multifunción asignan secciones independientes de la memoria a funciones o aplicaciones específicas. La tarjeta posee un chip microcontrolador o microprocesador que administra la asignación de memoria y el acceso a los archivos. Este tipo de chip es similar a los que se encuentran dentro de todos los computadores personales que, cuando se implantan en una tarjeta inteligente, gestionan los datos en estructuras de ficheros organizados a través de un sistema operativo de tarjeta (COS). A diferencia de otros sistemas operativos, este software controla el acceso a la memoria de usuario de la tarjeta. Esta capacidad permite que varias funciones o aplicaciones diferentes residan en la tarjeta, lo cual posibilita que las empresas comercialicen y mantengan una variedad de “productos” a través de estas tarjetas. Un ejemplo es una tarjeta de débito que también permite acceder a un edificio en un campus universitario.

H.6.11

Discuta los beneficios de las tarjetas inteligentes multifunción para los usuarios.

Las tarjetas multifunción benefician al emisor, permitiéndole comercializar sus productos y servicios a través de lo más novedoso en tecnología de transacción. Concretamente, la tecnología permite actualizaciones de la información sin la sustitución de las tarjetas emitidas, lo que simplifica enormemente la realización de cambios en los programas y reduce los costos. Para los usuarios, la multifunción significa una mayor comodidad y seguridad, mediante la concentración de varias tarjetas en unas pocas que ofrecen múltiples funciones.

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PROGRAMA DE ESTUDIOS: OPCIONES NM/NS

E.E.

Ampliación (sólo NS)

Obj.

H.7 Impactos globales de las tecnologías convergentes (2 h.) H.7.1

Defina tecnología convergente.

H.7.2

Indique que la clave para la convergencia de tecnologías es la tecnología digital.

H.7.3

Explique las tecnologías que convergen en la telefonía móvil.

En un primer momento, los teléfonos móviles sólo utilizaban tecnología de microondas. Hoy en día incorporan calculadora, cronómetro, reloj con alarma y muchas otras funciones. Pueden conectarse a computadores portátiles para permitir el uso de fax, correo electrónico e Internet.

H.7.4

Explique la importancia de los estándares en el desarrollo de los teléfonos móviles y otras tecnologías.

Considere el retraso inicial causado por la construcción de los transmisores y para que los teléfonos móviles se pudieran utilizar en todas partes. El estudio del caso de los teléfonos móviles en Estados Unidos resalta la importancia de la adopción de estándares: las redes de telecomunicación europeas estaban disponibles mucho antes que las redes norteamericanas. El caso de los sistemas VHS y Beta-max de los reproductores de video es otro ejemplo de la importancia de los estándares.

H.7.5

Explique los beneficios de los teléfonos móviles para los usuarios y los proveedores.

Incluya las comunicaciones mundiales que eliminan las barreras sociales y técnicas. Cuanto más práctico sea el teléfono más se utilizará y más dinero ganarán los proveedores.

H.7.6

Resuma los beneficios para el usuario de las tecnologías convergentes para los productos electrónicos.

Entre los beneficios se incluyen la posibilidad de elaborar los productos en tamaños muy pequeños, de utilizar el auricular de un modelo en otro, mayor elegancia, menor cantidad de artículos, mayor uniformidad de diseño en toda la gama de productos.

H.7.7

Resuma los beneficios que tienen para el fabricante las tecnologías convergentes para productos electrónicos.

Entre estos beneficios se incluyen la reducción de materiales, la lealtad al producto, una mayor gama para el diseñador y un mercado más amplio y en el que la distribución resulte más económica (menor tamaño, peso, etc.).

H.7.8

Describa cómo la tecnología MP3 permite a los usuarios descargar música de Internet.

El tamaño de los archivos de música y gráficos ha sido tradicionalmente muy grande. La tecnología MP3 permite la compresión de archivos de música para obtener archivos de muy poco tamaño. Además, permite la descarga de archivos de música de Internet y su posterior grabación en reproductores portátiles de MP3.

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E.E. H.7.9

Ampliación (sólo NS) Resuma los beneficios que tiene la tecnología MP3 para los usuarios.

Obj. 2

Incluya el acceso del usuario a música de todo el mundo, el hecho de que no hay que esperar a que se importe la música (algo que puede no suceder con los gustos minoritarios) y una gran calidad de reproducción (próxima a la del CD). Los sitios de Internet permiten el acceso a una biblioteca global de música; los usuarios pueden crear sus propias recopilaciones a su gusto.

H.7.10

Discuta las implicaciones que tiene la descarga de música de Internet para la industria musical tradicional.

Incluya los problemas de los estudios de grabación y la sustentabilidad de la industria musical tradicional.

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GLOSARIO actividad acuosa (aw )

Agua presente en los alimentos que no está ligada a las moléculas del alimento, y que puede servir de sustrato para el crecimiento de bacterias, levaduras y hongos. El término actividad acuosa (designado por aw) se refiere a este agua no ligada y se mide mediante una escala de 0 (completamente seco) a 1,0 (sólo agua).

adaptación

Proceso mediante el cual la tecnología o solución para un problema existente en cualquier ámbito se utiliza para crear una nueva idea para una solución en otro.

agricultura orgánica

Sistema agrícola en el que se emplean técnicas y productos orgánicos y en el que se excluye el uso de productos químicos sintéticos (p. ej. fertilizantes y pesticidas).

aireación

Incorporación de gas a un producto alimenticio. Puede tratarse de aire, frecuentemente introducido mediante batido, o dióxido de carbono introducido a presión, p. ej. en el agua gasificada o por la acción de las levaduras (en pan, etc.).

aleación

Mezcla que contiene al menos un metal. Puede ser una mezcla de metales o una mezcla de metales y no metales.

algoritmo

Secuencia de instrucciones que describen un conjunto de acciones.

amplificador

Dispositivo electrónico cuyo valor de salida es función del valor de entrada.

análisis del ciclo de vida útil

Evaluación del efecto que un producto tiene sobre el medio ambiente, desde su concepción hasta su eliminación.

analogía

Uso de una situación similar para encontrar soluciones. Por ejemplo: un sistema de ultrasonidos para cámaras basado en la forma de orientación utilizada por los murciélagos en la oscuridad.

animación

Unión de pantallas gráficas de forma que simulen movimiento o procesos.

antioxidante

Aditivo alimentario que se oxida muy fácilmente y que evita la oxidación de las sustancias químicas presentes en el alimento.

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GLOSARIO

antropometría

Aspecto de la ergonomía que se ocupa de las medidas del cuerpo, particularmente del tamaño, la fuerza y la capacidad física.

astigmatismo

Incapacidad del ojo para ver claramente a causa de su forma.

átomo

La parte más pequeña de un elemento que puede existir químicamente.

automatización

Proceso de producción en volumen en el cual se utilizan máquinas controladas por computador.

biocompatibilidad

Capacidad de un objeto (p. ej. una prótesis) de ser introducido en el cuerpo humano sin que se produzcan efectos nocivos o tóxicos sobre los tejidos vivos.

campeón de productos

Individuo influyente, que normalmente trabaja en una organización, que revela un entusiasmo por una idea o invención concreta y la “defiende” dentro de dicha organización.

catarata

Opacidad del cristalino del ojo.

cibernética

Adquisición, procesado y comunicación de información, así como su uso en el control del comportamiento de sistemas naturales y fabricados.

ciclo del producto (ciclo de vida del producto )

Hace referencia a la introducción, desarrollo, madurez y decadencia de un producto, así como de su patrón general de producción y rentabilidad.

circuito comparador

Amplificador operacional (amp-op) configurado para comparar dos o más señales de entrada y proporcionar una señal de salida que sea función de la comparación.

coagulación de proteína

Exposición de una proteína a la acción enzimática, produciéndose cambios irreversibles que reducen la solubilidad y modifican las características ópticas, p. ej. la acción de la renina sobre la caseína en el caso del queso.

compañía multinacional

Compañía que no sólo comercia a escala internacional, sino que tiene capacidad de fabricación en varios países.

compuesto

Sustancia formada por la combinación de elementos en proporciones fijas. El enlace puede ser iónico o covalente.

computador controlado Sistema de control numérico en el cual se utiliza un computador dedicado con un programa almacenado para numéricamente (computer numerically controlled: CNC ) realizar alguna o todas las funciones básicas de control numérico.

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GLOSARIO

comunicación por satélite

Telecomunicación por la cual se transmiten ondas de radio desde una parte del mundo a un satélite ubicado en el espacio, que amplifica la señal y la retransmite a un receptor situado en otra parte del mundo.

conductividad térmica

Medida de la rapidez con la que conduce el calor un bloque de material, cuando a su través se establece una diferencia de temperaturas dada.

conservante

Aditivo que evita la degradación microbiana de los alimentos.

Jurídicamente, derecho a ser el único productor (o vendedor) de un libro, obra, película, diseño, etc.

corriente eléctrica

Flujo de electrones que atraviesan un punto dado de un circuito, medido en amperios (A).

cortado y maquinado

Cortado y acabado de un material para darle forma, utilizando máquinas.

costos fijos

Costos que se deben pagar antes de que comience la producción (por ejemplo, la maquinaria), y que no varían en función del nivel de producción.

costos variables

Costos que varían en función de la producción; por ejemplo, el combustible o las materias primas.

cuestionario a usuarios

Obtención de respuestas de los usuarios de un producto.

daño por estrés repetitivo (repetitive stress injury: RSI )

Dolencia de una determinada parte del sistema musculo-esquelético, producida por una acumulación diaria gradual de pequeñas tensiones como resultado de movimientos repetitivos o posturas mantenidas por un período prolongado.

deficiencia de micronutrientes

Carencia de vitaminas y minerales esenciales como resultado de una ingesta de alimento desequilibrada y por problemas específicos de absorción.

deformación plástica

Deformación permanente de un sólido sometido a esfuerzo.

degradación de un alimento

Proceso por el que un alimento deja de ser apto para su consumo.

densidad

Masa por cada unidad de volumen de un material.

desarrollo del mercado

Búsqueda de nuevas aplicaciones para productos existentes que permiten abrir nuevos mercados.

desarrollo del producto

Creación de productos nuevos, modificados o actualizados, destinados principalmente a los clientes existentes de una compañía.

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185

GLOSARIO

desarrollo sustentable

Desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la posibilidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades.

desbastado

Proceso por el que se utilizan herramientas manuales y máquinas para fabricar materiales, eliminando los residuos.

descontento constructivo

Análisis de una situación en la que se podría obtener beneficios del rediseño, y el establecimiento de una estrategia para mejorar dicha situación.

desnutrición

Resultado de un bajo nivel de ingesta y absorción deficiente del alimento consumido de forma prolongada. Sus manifestaciones incluyen: emaciación, retraso del crecimiento o peso anormalmente bajo, capacidad cognitiva reducida, estado deficiente de salud y baja productividad.

dibujo a mano alzada

Representación espontánea de ideas en papel sin el uso de elementos técnicos.

dibujo en perspectiva

Dibujo tridimensional que representa de forma realista un objeto mediante puntos de desvanecimiento (normalmente imaginarios) y escorzos.

dibujo isométrico

Representación tridimensional de un objeto dibujado con el plano horizontal a un ángulo de 30º del plano vertical.

dibujo isométrico en explosión

Dibujo isométrico de un objeto, formado por más de un componente, que representa cómo se unen las piezas.

dibujo ortográfico

Serie de vistas planas de un objeto en las que se muestra tal cual es en forma y tamaño.

diferencia de potencial

Diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos (medida en voltios).

difusión en el mercado

Aceptación (y venta) generalizada de un producto.

dilatación térmica (dilatabilidad )

Medida del grado en que aumentan las dimensiones de un objeto al ser calentado, que puede ser el aumento en la longitud, el área o el volumen. La dilatabilidad puede medirse como el incremento relativo en las dimensiones por cada Kelvin que aumente la temperatura.

diseño asistido por computador (computer-aided-design: CAD )

Proceso de diseño asistido mediante el uso de computadores.

diseño centrado en el usuario

Metodología de diseño en la que los diseñadores no se basan en un conocimiento tácito sobre el usuario o un grupo de usuarios, sino que se sirven de los usuarios mismos como recurso para aumentar dicho conocimiento.

186

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GLOSARIO

diseño dominante

Diseño que contiene las características implícitas de un producto reconocidas como esenciales tanto por los fabricantes como por los compradores.

diseño ecológico

Diseño que toma en cuenta el impacto medioambiental del producto durante todo su ciclo de vida.

diseño incremental

Pequeños cambios en el diseño de un producto que parecen triviales, pero cuyo efecto acumulativo después de un período largo puede llegar a ser importante.

diseño para el desmontaje

Diseño de un producto para que, en el momento en que se vuelva obsoleto, se pueda desmontar fácil y económicamente y para que sus componentes puedan reutilizarse o repararse y los materiales puedan ser reciclados.

diseño para fabricación (design for manufacturing: DfM )

Tipo de diseño en el cual la capacidad de fabricación existente es el factor dominante. Los diseñadores diseñan específicamente para obtener el uso óptimo de esta capacidad.

diseño radical

Diseño en el que se crea un producto completamente nuevo de forma diferente. Para ello, se vuelve a los orígenes de un problema y se reflexiona sobre la búsqueda de una solución.

diseño robusto

Diseño flexible que se puede adaptar a requisitos técnicos y de mercado cambiantes.

diversificación

Estrategia mediante la cual una compañía no sólo desarrolla productos nuevos sino que los vende a nuevos clientes o compañías.

ductilidad

Capacidad de un material de permitir su estiramiento o extrusión para adoptar forma de alambre u otra configuración alargada.

dureza

Resistencia que ofrece un material a la penetración o al rayado.

economía de escala

Ahorros en costos que se dan cuando en una producción a gran escala, se equilibran los costos fijos mediante costos variables, lo cual resulta en un mejor precio por unidad.

elemento

Sustancia que no se puede descomponer en otras sustancias más simples.

emaciación

Bajo peso para la altura corporal, que por lo general es el resultado de una pérdida de peso debida a un período reciente de inanición o enfermedad severa.

emprendedor

Persona comprometida con el desarrollo de un nuevo producto o proceso, y preparada para proporcionar o persuadir a otros para que proporcionen la financiación necesaria para convertir la invención en innovación.

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187

GLOSARIO

enranciamiento

Sabor u olor desagradable causado por la descomposición de aceites o grasas.

ensamblado

Montaje de dos o más componentes o materiales en un conjunto.

ergonomía

Aplicación de la información científica vinculada a la relación de los seres humanos con el diseño de objetos, sistemas y entornos.

esencial

Compuesto que no puede producir el cuerpo y debe provenir de la dieta ingerida, p. ej. vitaminas, ácidos grasos esenciales y aminoácidos esenciales.

especificación

Conjunto de límites precisos para todos los requisitos de rendimiento para el diseño de un producto.

estrategia corporativa

Metas y objetivos de una compañía a largo plazo y la forma de conseguirlos mediante la asignación de recursos.

estructura de fibra

La estructura de fibra se emplea para describir la elongación de los cristales en un metal trabajado en frío, o cualquier tipo de material filamentoso a partir del cual se fabrican hilos y tejidos mediante hilado, tejido de punto, enlazado o en productos alimenticios, cualquier material/molécula filamentoso.

extrusión

Proceso por el que se fuerza a un material a atravesar un troquel de una forma determinada, para producir una varilla o tubo de material, p. ej. alambre o pasta.

fabricación asistida por computador (computer aided manufacturing: CAM )

Proceso de fabricación asistido mediante el uso de computadores.

fabricación integrada por computador (computer integrated manufacturing: CIM )

Integración total de CAD, CNC, robótica, planificación de procesos, control de calidad y manipulación de materiales asistidos por computador. En un sistema CIM desarrollado completamente, se interconecta un sistema CAD con sistemas de fabricación controlados por computador, entre los que se puede incluir máquinas CNC, robots y componentes para la manipulación de materiales. Todos los componentes del sistema comparten la misma base de datos y tienen acceso instantáneo a la misma.

familia de diseño

Evolución de un diseño en una variedad de productos que resultan atractivos para una amplia gama de clientes.

fibra óptica

Cable que puede transmitir enormes cantidades de información digital a muy alta velocidad, y en ambas direcciones, por medio de ondas luminosas.

ganancia

Razón entre el voltaje de salida de un amplificador y su voltaje de entrada.

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GLOSARIO

gelificación

Formación de un gel empleando gelatina o mediante un tratamiento térmico de almidón y agua para quebrar los gránulos de almidón (p. ej. elaboración de cremas).

higiene alimentaria

Todos los aspectos de procesado, preparación, almacenamiento, cocción y servicio del alimento para garantizar que su consumo es seguro.

hipermetropía

Defecto de la visión causado por el cristalino del ojo en el que se perciben mal los objetos distantes debido a que el punto focal se encuentra por detrás de la retina.

impulso del mercado

Estímulo inicial para el desarrollo de un nuevo producto que es generado por una demanda procedente del mercado.

impulso tecnológico

Situación en la que el ímpetu inicial para un diseño nuevo surge a partir del desarrollo tecnológico.

innovación

Proceso que consiste en introducir una invención en el mercado y lograr que tenga éxito.

inseguridad alimentaria

Bajos niveles de ingesta de alimentos que pueden ser transitorios (como resultado de una crisis), estacionales o crónicos (cuando sucede de forma recurrente).

instrucciones

Punto de inicio formal para el diseño de un producto. Aclaración sobre lo que se espera que sea y haga un nuevo producto. Indicaciones que recibe el diseñador por parte de un cliente para iniciar un proyecto.

Internet

Red global que conecta millones de computadores.

invención

Proceso de descubrimiento de un principio. Avance técnico en un campo concreto, que a menudo da como resultado un producto novedoso.

inventor solitario

Persona que trabaja fuera o dentro de una organización, comprometida con la invención de un producto novedoso y que, a menudo, se aísla absorto en ideas que pueden conllevar cambios y que pueden generar resistencia en otras personas.

investigación bibliográfica

Uso de informes de consumidores y artículos de periódicos para seguir el desarrollo histórico. Entre las fuentes de información útiles se incluyen el CD-ROM (por ejemplo, enciclopedias o periódicos) y otros materiales más específicos, revistas especializadas e información de los fabricantes.

ión

Átomo o molécula cargados positiva o negativamente, debido a la pérdida o ganancia de electrones por parte de un átomo o átomos.

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GLOSARIO

Just-in-case (por si acaso: JIC )

Modelo comercial en el cual una compañía mantiene un pequeño stock de componentes (o artículos completos) poco frecuentes o un componente cuya fabricación requiere mucho tiempo, en caso de un pedido de urgencia.

Just-in-time (justo a tiempo: JIT )

Modelo comercial en el cual una compañía no asigna espacio para el almacenamiento de componentes o artículos completos, sino que los solicita o fabrica cuando es necesario. No se necesitan grandes áreas de almacenamiento y no se fabrican los artículos hasta que no se reciben pedidos.

laminación

Construcción de una lámina gruesa de material a partir de láminas delgadas unidas con adhesivos.

límite elástico

Esfuerzo en el que comienza la deformación plástica.

lluvia de ideas

Generación de ideas divergentes por parte de un grupo de personas para intentar resolver un problema. Las ideas pueden ser aleatorias. No se admiten críticas. La evaluación de dichas ideas se realiza en una fase posterior.

lógica difusa

Serie de algoritmos o modelos ponderados que se programan en un computador para simular el pensamiento humano.

malnutrición

Estado fisiológico anormal causado por carencias, excesos o desequilibrios en la ingesta de alimentos o en la absorción del alimento consumido.

material amorfo

Sólido no cristalino.

material compuesto (composite )

Mezcla compuesta de dos o más sustancias (o materiales) con una de ellas actuando como matriz o aglutinante.

mecanización

Proceso de producción en volumen en el cual se utilizan máquinas controladas por humanos.

memoria

Dispositivo digital de almacenamiento.

mezcla

Sustancia formada por dos o más sustancias que pueden ser separadas por medios físicos, es decir, no enlazadas químicamente.

miopía

Defecto de la visión a causa del cual se perciben mal los objetos cercanos, debido a que el cristalino del ojo hace que el punto focal se encuentre por delante de la retina.

moda

Estilo o tendencia.

modelado

Proceso por medio del cual los materiales adquieren forma usando técnicas particulares.

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GLOSARIO

modelado por inyección

Introducción de plástico fundido a presión en un molde que después se enfría rápidamente, permitiendo que el objeto formado se desprenda del molde.

modelo 2D (manikin )

Modelo antropométrico en dos dimensiones, basado en un percentil concreto, que se utiliza con dibujos de la misma escala para analizar la relación entre el tamaño de un objeto y las personas.

modelo 3D (ergonome )

Modelo tridimensional a escala y basado en un percentil concreto, que posee piezas móviles. Se utiliza para establecer consideraciones ergonómicas espaciales entre las personas y los productos o entornos.

módulo de Young

Rigidez de un material.

molécula

Dos o más átomos unidos entre sí, normalmente por enlaces covalentes.

obsolescencia planificada

Acto consciente para asegurar un mercado continuo o que los factores de seguridad y las nuevas tecnologías se puedan incorporar a las versiones posteriores de un producto.

opinión cualificada

Conocimiento y habilidades de un experto en los cuales se basa el funcionamiento de un producto.

organismo modificado genéticamente

Planta o animal en el que el DNA ha sido modificado mediante la inserción de material genético procedente de otra fuente. La manipulación genética se utiliza frecuentemente en los cultivos agrícolas para mejorar la resistencia a herbicidas o para incorporar pesticidas a los cultivos.

patente

Acuerdo legal para otorgar a alguien el derecho de producir o vender una nueva invención durante un número determinado de años.

penetración en el mercado

Aumento de las ventas a clientes existentes o búsqueda de nuevos clientes para los productos existentes.

pensamiento convergente

Capacidad de analizar información con el objetivo de seleccionar una respuesta de entre varias alternativas.

pensamiento divergente

Uso de la capacidad creativa con el fin de producir una amplia variedad de soluciones para un problema.

procesado primario

Conversión de un cultivo en un producto primario susceptible de un consumo directo o indirecto (p. ej. la harina).

procesado secundario

Conversión de un producto intermedio en un producto alimenticio.

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GLOSARIO

proceso de fabricación

Término general que se refiere al proceso de elaboración de productos. Abarca diversas técnicas.

producción ajustada

Forma de producción que combina las ventajas de la producción artesanal y las de la producción masiva, evitando los elevados costos de la primera y la falta de flexibilidad de la segunda. Los productores que hacen uso de ella emplean equipos de trabajadores que utilizan diversas técnicas en todos los niveles de la organización; además, utilizan máquinas automatizadas flexibles para la producción en volumen y ofrecen gran variedad de productos.

producción artesanal

Proceso de producción en pequeña escala basado principalmente en habilidades manuales.

producción en cadena de montaje

Producción masiva mediante una línea de flujo basada en la posibilidad de intercambiar piezas, el preprocesamiento de materiales, la estandarización y la división del trabajo.

producción en volumen

Producción en flujo continuo y a gran escala.

producción masiva personalizada

Complejo sistema CIM que fabrica productos a partir de pedidos de clientes individuales. Se obtienen los beneficios de la economía de escala tanto si se fabrica un solo artículo como si se fabrican miles.

producción por lotes

Producción en volúmenes limitados (número establecido de elementos que se van a producir).

producción única

Producción de un artículo individual (a menudo fabricado artesanalmente) o prototipo para una producción en mayor escala.

prótesis

Dispositivo o pieza artificial que reemplaza a una extremidad, pieza dental u otra parte del cuerpo, perdida o disfuncional.

prueba de usuarios

Observación y análisis de los comentarios realizados por personas que han utilizado un producto concreto.

pulso de reloj

Señal eléctrica consistente en una serie de pulsos regularmente espaciados en el tiempo.

rango de percentil

Proporción de una población que se encuentra dentro o por debajo de un valor dado.

realidad virtual

Medios a través de los cuales se puede interactuar de forma casi natural con una simulación de una situación real en una pantalla.

realimentación

Propiedad de un sistema de control de bucle cerrado que permite comparar la salida con la entrada, de modo que pueda realizarse una acción de control apropiada.

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GLOSARIO

recursos no renovables

Recursos cuya reposición mediante procesos naturales conlleva un período bastante largo (posiblemente superior a lo que dura la vida de una persona).

recursos renovables

Recursos que se reponen en un breve período y de forma natural.

registro de desplazamiento

Dispositivo que guarda una cadena de bits que, al darse una orden, pueden ser desplazados un lugar a la derecha o a la izquierda.

relación calidad/precio

Concepto que tiene en cuenta la relación entre lo que vale algo (por ejemplo, un producto) y el dinero que se paga por ello.

rentabilidad

Forma más eficiente de diseñar y fabricar un producto desde el punto de vista del fabricante.

resistencia a la tracción

Capacidad de un material para resitir fuerzas de tracción.

resistencia eléctrica

Razón entre la diferencia de potencial a que está sometido un conductor y la corriente que fluye a su través. Propiedad de un material por la que obstruye el flujo de la corriente eléctrica a través suyo, disipando la energía en otra forma, como la calorífica.

resistividad eléctrica

Medida de la capacidad de un material para conducir la electricidad. Un material con baja resistividad es un buen conductor de la electricidad.

retraso del crecimiento

Baja estatura para la edad, como consecuencia de uno o varios episodios pasados de desnutrición.

robot

Dispositivo mecánico controlado por computador que puede llevar a cabo tareas parecidas a las que realizan los seres humanos.

secado

Proceso de secado de la madera, después de tratarla.

sector de mercado

Forma genérica de clasificar los tipos de mercado a los que apunta una empresa.

segmentación de mercado

División de los mercados en pequeños segmentos en los que los compradores poseen características y gustos similares.

señal analógica

Señal que puede cambiar de manera continua para representar una propiedad física. Existe una relación matemática entre el cambio de la propiedad física y el cambio de la señal.

señal digital

Señal codificada; la más simple es la binaria. Frecuentemente las señales se transforman de señales analógicas en valores discretos (alto/bajo o encendido/apagado).

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GLOSARIO

sinterización

Fusión de partículas sólidas por medio de calor y presión, sin que lleguen a licuarse por completo.

sistema de control

Sistema que controla el funcionamiento de una máquina o un proceso de fabricación.

sistema de control con posiciones on–off

Sistema electromecánico de control sencillo que presenta dos estados: on y off.

sistema de fabricación flexible (flexible manufacturing system: FMS )

Cualquier sistema de fabricación controlado por computador que puede ocuparse de varios productos diferentes, y que ofrece a los usuarios la posibilidad de obtener los beneficios de las economías de escala en una producción por lotes reducida. Equipamiento para la fabricación que puede cambiar automáticamente los instrumentos y el software utilizados.

sistema programable

Sistema que puede programarse para llevar a cabo un conjunto de acciones concretas.

sobreamortiguamiento

Realimentación negativa en exceso, de modo que el tiempo de respuesta es grande, como en un servomecanismo.

subamortiguamiento

Realimentación negativa insuficiente que conduce sobreimpulsos y oscilaciones en un servomecanismo.

subnutrición

Inseguridad alimentaria crónica en la que la ingesta de alimento resulta insuficiente para satisfacer los requerimientos energéticos básicos de forma prolongada.

superconductor

Material compuesto (composite) con la especial propiedad de tener resistencia casi nula a muy bajas temperaturas.

sustancia pura

Sustancia hecha exclusivamente de un elemento o compuesto.

tarjeta inteligente

Pequeño dispositivo electrónico (del tamaño de una tarjeta de crédito) dotado de memoria electrónica y que, frecuentemente, tiene incorporado un circuito integrado.

técnica de fabricación

Término de fabricación específico, a veces relacionado con un grupo de materiales determinado.

tecnocauteloso

Persona que necesita sentirse muy convencida antes de aceptar el cambio tecnológico.

tecnófilo

Persona que acoge inmediatamente un cambio tecnológico.

tecnófobo

Persona que se resiste a todo cambio tecnológico.

tecnología alternativa

Tecnología que implica nuevos tipos de equipamiento o de formas organizativas y que representa una alternativa viable a las tecnologías predominantes actualmente.

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GLOSARIO

tecnología apropiada

Tecnología que resulta adecuada para el contexto en el que se aplica. Las tecnologías apropiadas tienen costos de inversión bajos, emplean materiales locales siempre que sea posible, generan puestos de trabajo aprovechando las habilidades y mano de obra locales, utilizan fuentes de energía renovables y descentralizadas, resultan comprensibles para las personas que las emplean, son flexibles y no dañan la calidad de vida ni el medio ambiente.

tecnología convergente

Combinación de medios (audio, texto, video, datos e imágenes) mediante su conversión en formato digital, lo cual permite abrir nuevas vías de comunicación.

tecnología intermedia

Término relativo que designa un estado intermedio entre la tecnología tradicional y la tecnología moderna.

tecnología limpia

Tecnología de fabricación o producción que emplea menos recursos y causa menos daños al medio ambiente (reduciendo la explotación de recursos naturales, minimizando los residuos y previniendo la contaminación) que otras opciones frente a las cuales resulta económicamente competitiva.

tejido

Proceso de acarreo de un hilo continuo a través de un conjunto de hilos dispuestos longitudinalmente, para formar un tejido entrelazado.

telecomunicaciones

Toda forma de transmisión de datos, desde voz hasta video.

tenacidad

Capacidad de un material para resistir la propagación de fracturas.

test de rendimiento

Comentarios realizados por los usuarios y registrados por los mismos.

transductor

Dispositivo que convierte una señal no eléctrica en señal eléctrica, o viceversa.

vehículo guiado automáticamente (automatic guided vehicle: AGV )

Vehículo robot que se mueve por un “piso”, guiado mediante líneas pintadas, rayos infrarrojos o cables ubicados por debajo de la superficie.

vulnerabilidad

Presencia de factores que ponen a la población en riesgo de padecer inseguridad alimentaria o malnutrición.

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REQUISITOS MATEMÁTICOS No se espera que los alumnos recuerden ninguna ecuación: todas las ecuaciones se proporcionarán en el cuestionario de examen. No obstante, los alumnos deberán ser capaces de utilizar correctamente las técnicas que se enumeran a continuación: •

realizar las operaciones aritméticas básicas y comprender o reconocer las formas geométricas básicas

•

llevar a cabo aproximaciones y cálculos sencillos en el contexto adecuado, que impliquen el uso de promedios (medias), decimales, fracciones, porcentajes, proporciones, aproximaciones, recíprocas y escalas

•

tomar en cuenta la exactitud en la realización de los cálculos, llevándolos a cabo de forma tal que las cifras significativas no se pierdan innecesariamente ni se incluyan injustificadamente

•

expresar fracciones en forma de porcentaje y viceversa

•

reconocer y utilizar expresiones en notación estándar y decimal

•

emplear logaritmos decimales, potencias, raíces, recíprocas, proporciones directas e inversas

•

resolver ecuaciones algebraicas sencillas, dada la fórmula correcta

•

comprender el significado de las notaciones y los símbolos matemáticos comunes, y utilizar dichas notaciones y símbolos

•

representar e interpretar datos de frecuencia en forma de diagramas de barras, gráficas de columnas e histogramas, e interpretar gráficas circulares y nomogramas

•

seleccionar escalas y ejes adecuados, trazar e interpretar gráficas con dos variables que muestren relaciones lineales y no lineales

•

trazar e interpretar diagramas de dispersión para identificar una correlación entre dos variables y apreciar que la existencia de una correlación no establece por sí misma una relación causal

•

seleccionar las variables y escalas adecuadas para trazar una gráfica, y particularmente para obtener una gráfica cuya ecuación sea y = mx + c.

•

determinar e interpretar pendientes e intersecciones de gráficas lineales, y extrapolar gráficas.

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