Operación mundo: Tecnología y Digitalización 2 ESO (ENT)

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1

2

Introducción a la tecnología 8

SITUACIÓN

Nuestra relación con el planeta

Producción y consumo responsables

La tecnología y el dibujo

3

Diseño técnico 28

Energía sostenible

La producción responsable

Materiales técnicos.

Madera y metales 48

Industria, innovación e infraestructuras

Ciudades y comunidades sostenibles

Producción y consumo responsables

4 Estructuras 80

5 Electricidad 100

6

Hardware y redes informáticas 126

7

Ofimática básica 152

8 Internet 178

9

Introducción a la programación 198

Estructuras por doquier

Energía sostenible

Producción y consumo responsables

La producción sostenible de electricidad

Energía sostenible

Un mundo controlado por ordenador

Energía sostenible

Ciudades y comunidades sostenibles

La comunicación digital

Reducción de las desigualdades

El mundo hiperconectado

Industria, innovación e infraestructuras

Las máquinas programables

Industria, innovación e infraestructuras

• La humanidad avanza con la tecnología

• Consecuencias de la actividad tecnológica

• El impacto en el medioambiente

• Introducción al diseño técnico

• Instrumentos de dibujo técnico

• Vistas y perspectivas de un objeto

• Los materiales y sus propiedades

• La madera

• ¿Qué uso le damos a la madera?

• Herramientas para el trabajo con madera

• ¿Qué es y para qué sirve una estructura?

• Las fuerzas

• Componentes estructurales

• El circuito eléctrico

• Los generadores eléctricos y la corriente

• Los receptores eléctricos

• Elementos de control y protección

• Simbología eléctrica

• La resistencia y la potencia eléctrica

• Componentes de un ordenador

• La unidad central de proceso

• Procesadores de texto

• Presentaciones electrónicas con PowerPoint

• ¿Qué es internet?

• El funcionamiento de internet

• La web y el protocolo HTTP

• Ventajas y riesgos de internet

• El lenguaje de los ordenadores

• Programando con Scratch

• Introducción a la robótica

¿Qué vamos a aprender?
DE APRENDIZAJE • ODS SABERES BÁSICOS PÁGINA

• Proceso de resolución de problemas tecnológicos

• El aula taller y los trabajos de tecnología

• El papel en el diseño técnico

• Elaboración de bocetos y croquis

• Gráficos digitales

• Los metales

• Metales férricos y no férricos

• Herramientas para trabajar con metales

• El trabajo con los metales

• Protagonista: Emilio Herrera

• Profesión: Inventora

• C. de investigación: EDAR de Nerja

• Protagonista: Cai Lun

• Profesión: Ingeniera de diseño

• Centro de investigación: Grupo de Ing. Gráfica, Diseño Industrial y SIG

• Protagonista: Stephanie Kwolek

• Profesión: Técnico de laboratorio de materiales

• Centro de investigación: Instituto de Ciencia de Materiales

• Construimos un regalo personalizado

• En busca del tesoro perdido

• Fabricamos una silla plegable usando materiales reutilizados

APRENDER Hacien�: Diseñad y construid vuestro juego de ajedrez

• Protagonista: Shigueru Ban

• Tipos de estructuras

• Perfiles

• Disposición de receptores en un circuito

• La placa protoboard

• El simulador de circuitos de Tinkercad

• Las fuentes de energía

• El código de eficiencia energética

• Los periféricos

• Descubriendo las redes informáticas

POWER SKILLS! APRENDER Hacien�

• Presentaciones electrónicas con Genially

• Presentaciones electrónicas con Canva

• El correo electrónico

• La red de las personas

• Internet de las cosas y la nube

• Legislación y seguridad en la red

• Arquitectura de un robot

• Sistemas de control

• Programación de robots con micro:bit

• Profesión: Diseñadora de sistemas mecánicos

• Centro de investigación: Centro de Ingeniería e Innovación Aeroespacial

• Protagonista: Amory Bloch Lovins

• Profesión: Ingeniera en eficiencia energética

• Centro de investigación: BlueSolar Technologies

• Protagonista: Jean E. Sammet

• Profesión: Diseñador de chips

• Centro de investigación: Grupo Morse

• Construimos una estructura para un aerogenerador

• Producimos energía eléctrica con un aerogenerador

• Compra inteligente de componentes y periféricos

: Cambia la configuración de seguridad de tu rúter

• Protagonista: Sidney L. Pressey

• Profesión: Diseñadora instruccional multimedia

• Centro de investigación: Centro de estudios avanzados en TIC

• Protagonista: Carol Shaw

• Profesión: Diseñador de videojuegos

• Centro de investigación: Instituto DASCI

• Protagonista: Teresa de Pedro

• Profesión: Prof. de robótica educativa

• Centro de investigación: Space Robotics LAB

POWER SKILLS! ! SKILL SKILLS APRENDER Hacien�: Monta y programa un robot siguelíneas

• Preparamos un festival de cine por la igualdad

• Publicamos una página web para compartir nuestros proyectos

• Construimos y programamos un entrenador de reflejos

POWER
SKILL SKILLS
SKILLS! !
STEAM POWER PORFOLIO POWER SKILLS! ! SKILL SKILLS

APERTURA DE LA UNIDAD

El texto y la imagen de estas páginas te plantean una situación de aprendizaje cercana a tu entorno, que te motivará a adentrarte en la unidad.

Reflexiona a través de las preguntas de «¿Tú qué piensas?» sobre el texto y ¡Actúa! aceptando el reto de realizar el producto final.

Conoce los saberes básicos que te ayudarán a llevar a cabo el producto final.

La situación de aprendizaje contribuye al cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

DESARROLLO DE LA UNIDAD

Explora y aprende los saberes básicos con textos claros y bien organizados y acompañados por numerosas ilustraciones y fotografías.

Las prácticas guiadas y los ejercicios resueltos te ayudarán a comprender mejor los conceptos y a adquirir las competencias específicas.

Los iconos incluidos en algunas actividades sugieren la clave del proyecto que puede aplicarse en cada caso.

diferentes: Por conducción: se produce al entrar en contacto dos cuerpos distintas temperaturas. Un ejemplo es la plancha para ropa. Por convección: se hace a través de un fluido (líquido o gas) conduce el calor a lugares con distinta temperatura. Un secador de pelo es un dispositivo que transmite el calor por convección. Por radiación: se debe a la temperatura interna de cada cuerpo Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es la int sidad de su radiación. Muchos calefactores funcionan por radiación: infrarrojos, halógenos, de cuarzo, etc.

4.3 Receptores generadores de movimiento Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía cánica a partir de las fuerzas que se originan en los conductores cobre del motor al moverse

Afianza conceptos, organiza la información, dibuja y aplica los contenidos a través de las actividades de cada apartado.

Con las actividades competenciales aprenderás aplicando los saberes e investigando.

«En situación» relaciona los contenidos del apartado con la situación de aprendizaje de la unidad y te guiará en la realización del producto final.

Desarrollo del pensamiento

Aprendizaje cooperativo

4
Así es tu libro 100 101 Electricidad 5 Situación de aprendizaje ¿Conoces alguna forma de generar energía eléctrica a pequeña escala? ¿Y que pueda integrarse en las actividades que realizas en tu día a día? ¿Son soluciones sostenibles? Tú qué ¿piensas¿ El circuito eléctrico Los generadores eléctricos La corriente eléctrica Los receptores eléctricos Elementos de control y protección Para lograrlo, sigue esta ruta: Diseña y construye el circuito eléctrico y la estructura de un aerogenerador portátil. Con él, podrás aprovechar la energía del viento y convertirla en energía eléctrica allá donde vayas. ¡ACTÚA ! 7. Energía Simbología eléctrica El código de eficiencia energética Las fuentes de energía El simulador de circuitos de Tinkercad La placa protoboard Disposición de receptores en un circuito La potencia eléctrica La resistencia eléctrica
Plan Lingüístico
Compromiso ODS
Iconos
de LAS CLAVES METODOLÓGICAS del proyecto
104 105 3.1 Conductores y aislantes No todos los materiales tienen el mismo comportamiento frente a la corriente eléctrica. Algunos, los materiales conductores, permiten el paso de la corriente. Otros materiales, los conocidos como materiales aislantes, por el contrario, no permiten el paso de la corriente y son utilizados para evitar que llegue donde no debe. 3 El amperio es la unidad de voltaje en el sistema internacional y recibe este nombre en honor a André Marie Ampère (1775-1836), inventor del galvanómetro, dispositivo utilizado para la medida de la intensidad de corriente. Se representa mediante la letra A. Se llama corriente eléctrica, o intensidad eléctrica, a la circulación de cargas a través de un conductor cuando está conectado a un circuito cerrado en el que se dispone de un generador. Las cargas se mueven y, por tanto, crean un flujo a través de los conductores. Si el valor de cargas es muy elevado se producirán choques entre ellas, lo que dará lugar al calentamiento del conductor. De la misma manera que se cuentan vehículos circulando en un punto de la carretera en un tiempo determinado, lo que se conoce como intensidad de tráfico, la intensidad eléctrica se medirá a partir del número de cargas que circulan por segundo en un punto del circuito. Así se expresa matemáticamente: Intensidad Carga = Q Tiempo t La carga eléctrica (Q se mide en culombios y el tiempo t en segundos. En consecuencia, la intensidad eléctrica se mediría en culombios por segundo, pero en el sistema internacional se ha adoptado la unidad del amperio (A) para medir la corriente eléctrica. Tipo Características Ejemplos Conductores Oponen poca resistencia al paso Aislantes Oponen una resistencia elevada al paso de la corriente eléctrica. Papel, plásticos, cerámica, Pueden comportarse como conductores o aislantes, según aspectos externos. Elementos como el germanio y el silicio para fabricar diodos, transistores, etc. Práctica guiada Observa el circuito de la fotografía. En él se puede ver una pila conectada a una lámpara, intercalando entre ambas un objeto. Repite la experiencia intercalando, uno a uno, objetos fabricados con diferentes materiales, anotando si la lámpara se enciende, y, por tanto, se trata de un elemento conductor, o si la lámpara se apaga, por lo que estaremos conectando un aislante. Empieza ensayando con los siguientes objetos: cable de cobre, trozo de tubería, lapicero, trozo de vidrio, cáscara de huevo, trozo de limón y agua. Los receptores son elementos que reciben la energía eléctrica transforman en otras formas de energía. En general, todos los rec tores poseen resistencia eléctrica, es decir, la oposición que ofrec al paso de la corriente eléctrica a través de ellos. Los
ser de
4.1
que transforman la
ca
En la actualidad, cada vez es más utilizada la iluminación basada diodos emisores de luz (ledes). Están fabricados con materiales semi conductores y tienen un consumo eléctrico muy reducido. 4.2 Receptores emisores de calor Son dispositivos que convierten la energía eléctrica en energía calorí fica. Se basan en el efecto Joule: cuando una corriente eléctrica cir la por un conductor,
la energía se transforma
energía
calentadores,
et
calor
receptores pueden
diferentes tipos:
Receptores emisores de luz Existen dispositivos muy variados
energía eléctri
en luz. Su principal representante son las lámparas.
parte de
en
lorífica. Algunos ejemplos son: tostadores,
hornos,
El
puede transmitirse de tres formas
dentro del campo magnético que gener los imanes del motor. 4.4 Otros receptores Son todos aquellos receptores que transforman la energía eléctrica una forma de energía diferente de las anteriores. Entre ellos están altavoces, los zumbadores, los relés electromagnéticos, etc. 4 El estándar de lámparas ha cambiado con los años, pasando de las incandescentes y halógenas, con escasa eficiencia energética y corta vida útil, hasta las actuales, de ledes, con las que se reduce hasta un 90% la energía necesaria y cuya vida útil puede superar las 25 000 horas. Evolución de las lámparas Calefactor radiante por infrarrojos Motorcillo eléctrico Relé electromagnético En situación Los motores son receptores reversibles: puenden convertir la energía eléctrica en energía mecánica, pero también convierten la energía mecánica en eléctrica. 5 Generar-clasificar-relacionar. Haz una lista de los aparatos eléctricos que hay en tu casa. Clasifícalos por el tipo de transformación que llevan a cabo y observa los componentes que tienen en común. Si transforman la electricidad en calor, especifica si emplean conducción, convección o radiación. Si tienen motores o bombas, indica qué tipo de corriente usan. Indica, además, si alguno aprovecha la energía eléctrica para producir más de un efecto. 1 ¿Qué valor de intensidad eléctrica obtienes en un circuito por el que circulan 50 culombios durante 5 segundos? 2 ¿Qué te hace decir eso? Si en el circuito descrito en la actividad anterior, la carga que circula aumentara a 75 culombios en el mismo período de tiempo, ¿aumentaría o disminuiría la intensidad? Justifica matemáticamente tu respuesta. 3 Intuyo y deduzco. El aire es un fluido aislante. Por ejemplo, en un enchufe de pared, la corriente no pasa de un borne a otro. Sin embargo, la electricidad de un rayo sí pasa de las nubes hasta el suelo.
explicarías este fenómeno?
Escoge un aparato eléctrico de casa y observa los elementos aislantes que tiene. ¿Qué elementos es necesario aislar? ¿De qué materiales están hechos? 117 5 Montaje de componentes en paralelo En el montaje de resistores en paralelo, los dos extremos de cada uno de ellos deben estar unidos entre sí. Observa en el montaje cómo el primer terminal de ambos resistores se encuentra en la misma columna, y el segundo puede estar en la misma columna o conectado por medio de un cable. Observa este circuito y el esquema que aparece a su lado. Los montajes en una placa de prototipado no suelen tener la misma forma o la distribución de componentes que tiene su esquema. Dibuja el esquema de los siguientes circuitos, utilizando la simbología adecuada a cada componente. + –440 Ω 9 V Dos posibles montajes de un circuito paralelo. En ambos casos, los terminales de los dos resistores están conectados dos dos. Al estar en paralelo, la lectura se hace con un voltímetro y dos amperímetros. En situación Diseñamos el esquema de un circuito
¿Cómo
4

STEAM POWER

Conocerás a protagonistas de la ciencia que te servirán como referentes, tanto por su aportación al legado científico como por sus habilidades transversales o power skills.

Conoce algunos de los principales centros de investigación de Andalucía.

PROFESOR DE ROBÓTICA EDUCATIVA

PORFOLIO

Actividades clasificadas siguiendo los epígrafes y contenidos más importantes de la unidad.

PORFOLIO

¿Qué has aprendido?

En «Mi Profesión» descubrirás no solo lo que hace cada profesional, sino también qué habilidades o power skills son importantes para desarrollarla.

1 En equipos de trabajo, recopilad los si- guientes materiales: a)Motor eléctrico de pequeño tamaño b) Diodo semiconductor c) Hélice d)Portalámparas y lámpara de 5W e) Cables de conexión eléctrica f) Junta para unir ejes g)Eje de metal roscado de 5 mm h)Amperímetro y voltímetro

2 Recuperad la estructura construida en la unidad anterior y montad sobre ella el ae- rogenerador y el circuito. Tened en cuenta que la hélice sobresalga y no choque con- tra ninguna parte de la estructura cuando esté girando.

3 Seguid esta representación del circuito para incorporar dos instrumentos de medi- da: el amperímetro y el voltímetro.

4 Elaborad su esquema eléctrico,

Reflexiona cómo has aprendido 1 En esta unidad, has aprendido la importancia que tiene la energía eléctrica en todo

que hacemos,

formas que disponemos para producirla y cómo utilizarla en nuestro día a día. Además, has co- nocido qué son los circuitos eléctricos, de qué están compuestos y cómo diseñarlos y analizarlos. Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbri- ca disponibles en anayaeducacion.es.

Concluye el producto final y comunica tu trabajo al resto de la clase.

Educación emocional

Reflexiona sobre qué y cómo has aprendido al realizar la situación de aprendizaje de la unidad en anayaeducacion.es

PROYECTOS TRIMESTRALES

Al finalizar cada trimestre, encontrarás propuestas en las que aplicarás la metodología maker. Al hacerlo, aprenderás a trabajar en equipo, crearás prototipos y desarrollarás la creatividad y tu capacidad de comunicación. En definitiva, pondrás en práctica tus power skills.

Orientación académica y profesional

Evaluación

POWER! SKILLS!

5
TIC
226 STEAM
9 PROTAGONISTA TERESA DE PEDRO Cuando Teresa de Pedro inició su labor tecnológica en los años 60 del siglo XX la inteligencia artificial se encontraba en sus etapas iniciales, especialmente en España. Teresa se interesó desde niña en la ciencia y obtuvo su licenciatura en Ciencias Físicas en 1967. Usó un ordenador IBM 1620 para su tesis, un primer paso que la llevaría a convertirse en la pionera de la inteligencia artificial y los vehículos autónomos en España. Su contribución más destacada fue el programa Autopía, donde dirigió el desarrollo del primer coche autónomo español. Este programa, que se basó en sensores, cámaras de visión y GPS, culminó en 2014 con la fabricación de un vehículo que llegó a recorrer más de cien kilómetros en las carreteras de A Coruña. Antes, en las primeras etapas de su carrera, Teresa había diseñado un modelo para predecir la contaminación en Madrid, un aporte valioso para la salud pública, aunque no llegó a utilizarse. El impacto social de su trabajo podría ser inmenso. Los coches accidentes, y la predicción ontaminación podría salvar vidas. A lo era, Teresa ha demostrado capacidad para resolver y un alto grado de perancia También ha destacado aprendizaje constante que a transitar desde la física hasta la inteligencia artifiobótica. Teresa de Pedro recibió homenaje del CSIC por su trapero la importancia de su quedará más patente en el cuando los coches autónomos de la realidad cotidiana de millones de personas. MI PROFESIÓN
Hola, me llamo Vicente y soy profesor de robótica educativa. Mi trabajo consiste en enseñar robótica, programación y tecnología a través de proyectos prácticos y creativos. Utilizamos robots y sistemas automatizados para potenciar las habilidades del alumnado en ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM). Al mismo tiempo, aprenden a desarrollar el pensamiento lógico y la resolución de problemas. Para ser profesor de robótica educati va, he estudiado Ingeniería de Sistemas, aunque otras personas se han formado directamente en tecnologías educativ pedagogía. Además, he completado cursos específicos sobre robótica y programación para estar al día en este campo tan dinámic Existen varias modalidades en mi prof gunas personas trabajan en colegios tos, otras en museos, y hay quienes se a la investigación. Yo trabajo en un donde dispongo de kits de robótica ware especializado. En mis clases desarr mos proyectos como vehículos siguelíneas o brazos robóticos que pueden mo objetos. En esta profesión, la adaptabilidad y habilidad para resolver problemas son fundamentales. Necesito estar siempre aprendiendo para mantenerme actualizado Además, la empatía crucial para entender las diferentes formas de abordar los desafíos que tiene mi alumnado y ayudarles a encontrar su propio camino en el mundo de la robótica. Lo que más me gusta es ver cómo los estudiantes pasan de preguntarse «¿esto para qué sirve?» a entusiasmarse con la robótica. Es como si les ena un nuevo idioma. Además, quién sabe, algún día diseñen un robot que resuelva alguno de los grandes problemas de nuestro tiempo. ¡Sería un sueño hecho realidad! UN ROBOT EN EL LABERINTO Imagina que impartes robótica educativa y tienes que enseñar a programar un pequeño robot para moverse por un laberinto dibujado en papel. Dibuja un sencillo laberinto en una hoja de papel. Marca un punto de inicio y punto final. Utiliza un robot de juguete o usa un obo que represente al robot. Escribe un pequeño «programa» en papel que describa cómo debe moverse el obot para salir del laberinto y qué decisiones debe tomar. Puedes usar órdenes sencillas, como «avanzar», «girar a la izquierda», «girar a la derecha», etc. Después de que cada persona presente su solución, discutid en grupo qué estrategias funcionan mejor y por qué. RESOLVER PROBLEMAS ADAPTABILIDADEMPATÍAMANTENERSEACTUALIZADO POWERS!SKILLS SKILL SKILLS! ! El robot educativo «Turtle» fue uno de los primeros que se utilizó en las aulas en la década de 1970. Fue diseñado por el matemático y educador sudafricano Seymour Papert y su equipo para enseñar programación y matemáticas, usando un lenguaje llamado LOGO. Este pequeño robot podía dibujar figuras geométricas y ayudó a sentar las bases de la robótica educativa. ¿SABÍAS QUE...? RESOLVER PROBLEMAS APRENDIZAJE CONSTANTEPERSEVERANCIA POWER SKILLS! CENTRO DE INVESTIGACIÓN SPACE ROBOTICS LAB El Space Robotics Lab el laboratorio de robótica espacial de la Universidad de Málaga, es un centro de vanguardia en investigación espacial. El laboratorio se enfoca en el desarrollo de artefactos para la exploración planetaria y la robótica espacial. Actualmente participa en la construcción de un rover experimental para explorar la superficie lunar y está desarrollando entornos virtuales de Marte utilizando inteligencia artificial. Además, el Space Robotics Lab brinda la oportunidad a estudiantes de ingeniería que deseen realizar sus prácticas y trabajos de tesis. Es un gran activo de la ciencia andaluza. Su labor contribuye al avance de la ciencia y la tecnología en el espacio y a la formación de las nuevas generaciones. MÁLAGA 124 125
Power
5 Las magnitudes eléctricas 1 Copia la siguiente tabla y calcula, utilizando la ley de Ohm, la magnitud de la celda en blanco de cada fila. 2 Se conecta un timbre a una pila de 4,5 V. Se ha me- dido que la intensidad que pasa a través del timbre es de 0,05 A. Dibuja el esquema eléctrico y calcula la resistencia del timbre. 3 Dibuja un circuito donde una batería de 12 voltios suministra electricidad a una lámpara y un motor mediante una conexión en paralelo. Por la lámpara circulan 100 mA y por el motor 250 mA. ¿Cuál es la resistencia equivalente del circuito? 4 Conectamos tres lámparas iguales, con una resis- tencia de 100 Ω cada una, a una pila de 9 V. Para conseguir la mayor iluminación del conjunto, ¿cómo deberían asociarse, en serie o en paralelo? ¿Por qué? La asociación de receptores en un circuito 5 Calcula la resistencia equivalente de estos circuitos. 6 Calcula la resistencia equivalente de los siguientes circuitos. Los circuitos eléctricos 7 Calcula la corriente que cederá la pila en los circui- tos de las actividades 5 y 6, en cada caso, supo- niendo que se emplea una pila de 9 voltios en los circuitos en serie (actividad 5) y de 6 voltios en los circuitos en paralelo (actividad 6). 8 Calcula la corriente que circula por cada uno de es- tos resistores y por cada batería. 9 Realiza dos montajes (uno en serie y otro en parale- lo) con una pila de 9 voltios y dos resistores de 15 kΩ y 5 kΩ Calcula la corriente que circula en cada resis- tor en ambos circuitos y compruébalo en Tinkercad circuits. La energía eléctrica y su consumo 10 Efecto y alcance. Enumera las ventajas y los inconvenientes que crees que tiene el uso de la energía eléctrica. Elabora una tabla con dos colum- nas en las que recopiles cada una de ellas. 11 Asamblea de ideas. Elaborad una lista de me- didas de ahorro con las que penséis que es posible reducir el consumo de electricidad en vuestro cen- tro educativo.
Voltaje de la batería (V) Corriente por el circuito (A) Resistencia Ω) Circuito 1 4,5 140 Circuito 2 6 0,0031 Circuito 3 6 1140 Circuito 4 0,0164 550 Circuito 5 0,0100 Circuito 6 20 1640 Circuito 7 0,0214 1170 Circuito 30 0,0263 Circuito 9 230 46 Circuito 10 380 10 –33 60 Ω 84 Ω a) –150 230 Ω 400 Ω c) –90 Ω 230 550 Ω b) + –Ω 8 Ω 2,5 k d) + –100 50 Ω a) 90 Ω 90 Ω 45 Ω + –c) + –500 Ω 1 kΩ 3 kΩ b) 200 kΩ 300 kΩ 200 Ω –d) kΩ 3 kΩ 50 V –a) 10 Ω 45 kΩ 15 kΩ 120 V –b)
lo
las
Situación de aprendizaje
posición
el voltímetro.
dos situaciones: una con poco viento y otra con mucho. Podéis simularlas con un secardor de pelo con dos potencias diferentes. Anotad los datos que aportan el amperímetro y el voltímetro y observad el brillo de la bombilla. Completad con ellos esta tabla: 6 Utilizad los valores que habéis registrado para calcular la potencia que genera el ae- rogenerador. Podéis usar esta ecuación: Potencia (W) = Intensidad (A) Voltaje (V) ¡ACTÚA ! Producimos energía eléctrica con un aerogenerador A V VientoIntensidadVoltaje Brillo de la bombilla Poco Mucho VientoPotencia Poco Mucho 9 APRENDER CON METODOLOGÍA MAKER Haciend 1 CREATIVIDAD PLANIFICACIÓN TRABAJO COOPERATIVO MENTALIDAD ABIERTA SABER COMUNICAR 4 Monta y programa un robot siguelíneas 2 RESILENCIA CURIOSIDAD AUTONOMÍA INNOVACIÓN 3 PENSAMIENTO CRÍTICO POWER SKILLS!
incluyendo la
del amperímetro y
5 Preparad

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Se visualiza en cualquier tipo de dispositivo (ordenador, tableta, smartphone...) a cualquier tamaño y resolución de pantalla.

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6
digital

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Estudiar

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Es mucho más que una reproducción del libro en papel.

Evaluar

Autoevaluación, porfolio...

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Introducción a la tecnología 1

Situación de aprendizaje

¡ACTÚA !

Tú qué

¿piensas ¿

¿Crees que la tecnología es algo que solo ha existido en las últimas décadas?

¿Piensas que nuestra actividad tecnológica tiene consecuencias en la naturaleza?

¿Son consecuencias positivas o negativas?

Diseña y construye tu mejor regalo: un tríptico de fotografías personalizado. Pon en juego toda tu creatividad y diséñalo pensando en quién lo recibirá.

Para lograrlo, sigue esta ruta:

La humanidad avanza con la tecnología

Consecuencias de la actividad tecnológica

¡Seguro que acertarás!

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12. Producción y consumo responsables

El arte cíborg es una corriente artística que aúna tecnología y arte, desarrollando implantes que dotan de nuevos sentidos a quienes los utilizan.

Los NFT y la tecnología blockchain permiten la transformación de archivos digitales en piezas de arte digital únicas.

El impacto de la actividad tecnológica en el medioambiente

Proceso de resolución de problemas tecnológicos

El aula taller y los trabajos de tecnología

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Andalucía Respira

Un buen ejemplo de cómo la necesidad y la capacidad de observación impulsan el avance tecnológico fue lo que sucedió al inicio de la pandemia de la COVID-19. Ante la escasez de respiradores y la imposibilidad de importarlos, ya que las existencias estaban agotadas, un equipo multidisciplinar andaluz rediseñó, en pocas semanas, una «bomba de oxígeno» fácil de fabricar con materiales disponibles en las industrias cercanas. El prototipo «Andalucía Respira» pasó todas las pruebas de funcionalidad y seguridad, obteniendo la aprobación de la Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios (AEMPS). A mediados de abril ya se estaban fabricando y, en junio, tras satisfacer las necesidades del mercado español, se comenzaron a enviar unidades a otros países.

La capacidad de adaptación al entorno y la observación atenta de los procesos naturales han permitido a la humanidad contar con los medios necesarios para avanzar y mejorar sus condiciones de vida. Nuestra curiosidad, la constante necesidad de responder a preguntas como por qué ocurre algo, qué consecuencias tiene o cómo reproducirlo, nos han conducido hasta el momento actual, en el que hemos empezado a construir nuestro futuro más allá de nuestro planeta.

Nuestra historia, desde los tiempos en los que empezamos a caminar por África, ha sido una lucha constante por nuestra supervivencia como especie. La evolución nos ha dotado de dos armas poderosas para ello: un cerebro inteligente capaz de resolver problemas y manos provistas de dedos prensiles con habilidad para manejar herramientas. Con el dominio de las herramientas, hemos construido máquinas y utensilios cada vez más complejos. El descubrimiento de la electricidad, por ejemplo, dio paso a la electrónica, y esta última, a los computadores. Todos estos avances técnicos nos han permitido salir de nuestro planeta, pisar la Luna y enviar sondas cada vez más lejos, llegando incluso al espacio interestelar.

Se llama técnica al conjunto de procedimientos o normas que se deben seguir para lograr un objetivo concreto. La tecnología es la suma de conocimientos técnicos y científicos aplicados a la creación de objetos que nos facilitan la interacción con el medioambiente.

Gracias a los avances tecnológicos, la exploración espacial progresa día a día y cada vez se pueden alcanzar distancias mayores y obtener más y mejores datos.

1 Identifica tres invenciones que, en su momento, fueron revolucionarios, pero que hoy en día han caído en desuso, y explica qué otros desarrollos los han suplantado. Para ayudarte piensa en este ejemplo: la televisión permitió visualizar imágenes en movimiento y consistía en un dispositivo voluminoso y pesado, pero hoy en día la inclusión de nuevas tecnologías digitales ha permitido emplear pantallas planas, de poco espesor y ligeras.

2 Describe cinco inventos que hayan permitido avances importantes en otras áreas de la ciencia. Por ejemplo: lente (óptica) → microscopio (medicina y biología) y telescopio (astronomía).

3 Investiga cuándo ocurrieron estos eventos y por qué suponen un avance para la humanidad: dominio del fuego, construcción de la máquina de vapor, despliegue de las líneas eléctricas de energía.

10
1

La energía nuclear es una fuente de energía controvertida por el enorme riesgo que suponen este tipo de armas para la supervivencia de la humanidad.

Los descubrimientos e inventos de la humanidad tienen por objeto mejorar la vida de las personas. No obstante, en muchas ocasiones la actividad humana, en especial la actividad tecnológica, ha tenido resultados imprevistos. Tanto la sociedad como los ecosistemas que nos rodean han sufrido daños como consecuencia de los accidentes medioambientales y de la contaminación.

Un ejemplo lo tenemos en la extracción de metales y su tratamiento para convertirlos en objetos tecnológicos. La obtención de minerales, imprescindibles para todo tipo de herramientas y dispositivos modernos, afecta profundamente a la Tierra y a los seres vivos que la pueblan, incluyendo los seres humanos.

La energía nuclear, que ha mejorado la producción de electricidad, se emplea para el desarrollo de armas nucleares que ponen en peligro nuestra supervivencia si se produjera un conflicto nuclear.

En ocasiones, los efectos negativos no son visibles a corto plazo, y es necesario que transcurran varios años hasta que se hacen evidentes. Por ejemplo, se ha demostrado que el amianto, material usado en construcción, es un agente cancerígeno. Pero desde que comenzó su uso hasta su prohibición han transcurrido varias décadas.

4 En anayaeducacion.es localiza la videopresentación «Los efectos del automóvil» y haz una lista de efectos positivos y negativos de los medios de transporte en general y del automóvil en particular.

5 Ventajas e inconvenientes El acceso a las redes sociales se realiza principalmente desde el teléfono móvil. Diversas investigaciones han puesto de manifiesto que la juventud pasa varias horas al día en ellas, asegurando que puede resultar perjudicial. Identifica los inconvenientes del uso abusivo de las redes sociales y clasifícalos a corto y a largo plazo.

6 Busca información sobre el impacto en la sociedad de la invención de la imprenta y del ordenador. Contextualízalos en su momento histórico y expón qué avances se dieron a partir de ellos.

7 Recopila diferentes noticias sobre los efectos negativos de los avances tecnológicos en un ámbito de la ciencia que te resulte interesante. Imprime o recorta los titulares y las entradillas y pégalas en tu cuaderno, indicando su fecha y su origen. Describe, con tus palabras, el aspecto más relevante de la información de cada una y relaciónalas entre sí.

11 1
2

3.1 Consecuencias de la actividad humana sobre el medioambiente

El medioambiente es un complejo sistema que incluye a los seres vivos y a los objetos inanimados que constituyen la naturaleza. Los seres humanos tenemos una estrecha vinculación con él: influye en nuestra salud, en nuestra organización social, en nuestras costumbres y nuestros comportamientos, así como en el desarrollo de nuestra cultura.

Agua contaminada

En 2007, más de 100 millones de litros de agua residual se vertieron en las cuencas fl uviales de Edimburgo (Escocia) por una avería en el sistema de depuración de aguas. Las graves consecuencia de falta de salubridad supusieron que durante mucho tiempo se cerraran lugares de baño y se prohibiera la pesca.

Estas situaciones, a menudo consecuencia de fallos y negligencias, afectan gravemente al medioambiente y a la salud de la población. Otro ejemplo es el vertido de productos derivados de la minería, ocurrido en el río Óder en Polonia en 2022. Este evento supuso la muerte masiva de casi 400 toneladas de peces. Andalucía sufrió en 1998 un accidente de vertidos en Doñana, procedente de lodos tóxicos, al romperse una balsa minera de Aznalcóllar.

La actividad humana, en toda su extensión, afecta al medioambiente, ya que mediante nuestras máquinas y sistemas, las industrias y el transporte, influimos en la calidad del aire, del agua y del suelo. Las principales consecuencias son:

La polución atmosférica

La polución, o contaminación atmosférica, es la presencia de sustancias en el aire, que dan lugar a daños y molestias graves en las personas y en los seres vivos en general.

El transporte, las calefacciones, la actividad agrícola y las numerosas industrias vierten toneladas de humos y polvo a la atmósfera, cargados de agentes contaminantes que no solo tienen un efecto antiestético y son productores de malos olores, sino que también contribuyen al deterioro de la Tierra. Al mezclarse con el agua de la atmósfera, reaccionan formando ácidos, que, posteriormente, llegarán a la superficie terrestre mezclados con la lluvia.

La contaminación de las aguas

Los productos tóxicos vertidos en los suelos se filtran hasta las aguas subterráneas o de ríos que luego pueden ser empleadas para regar cultivos. Algunos de estos productos son especialmente nocivos para la salud e incluso para la supervivencia de los seres vivos, y la naturaleza no es capaz de desactivar su toxicidad. Los principales contaminantes de las aguas son:

• Basuras y residuos procedentes de industrias y zonas urbanas.

• Vertidos que contienen nutrientes para la flora acuática, que provocan el crecimiento desmesurado de plantas y algas.

• Contaminantes orgánicos persistentes (COP).

• Vertidos químicos e industriales incontrolados.

8 Antes pensaba,... ahora pienso... Investiga un episodio de contaminación atmosférica reciente en alguna población de Andalucía. Elabora una presentación y comparte esta información en clase.

9 Identifica tres productos de limpieza que utilicéis en casa y consulta en la etiqueta de cada uno qué agente químico se ha incorporado para potenciar su eficacia limpiadora. Investiga los perjuicios de esos componentes en la naturaleza y cómo gestionar los recipientes cuando se ha agotado el producto.

10 Busca en la web de la Junta de Andalucía dónde existen puntos de alta contaminación en el litoral andaluz.

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La contaminación del suelo

En la mayoría de los casos, la capacidad del suelo es suficiente para absorber un exceso de contaminación; esto se conoce como «autodepuración del suelo». No obstante, la autodepuración es insuficiente cuando las concentraciones de compuestos son excesivas, como en el caso de vertidos tóxicos. Esto provoca una degradación química y la pérdida de la productividad del suelo. En los casos más extremos, el suelo queda inerte.

Las causas pueden ser naturales u originadas por el ser humano. Las primeras son consecuencia de fenómenos naturales, como las erupciones volcánicas. Las originadas por el ser humano son conocidas también como «actuaciones antrópicas». Las más importantes se pueden clasificar en:

• Agricultura intensiva y excesivo empleo de abonos, herbicidas e insecticidas, que reducen significativamente o anulan completamente las propiedades productivas de la tierra.

• Actividades mineras, que esparcen concentraciones elevadas de metales pesados.

• Actividades industriales, que generan tanto residuos sólidos como gases contaminantes.

• Excesiva generación de residuos sólidos urbanos, que habitualmente denominamos basura.

11 Rompecabezas. La polución atmosférica es, claramente, una de las repercusiones negativas del avance tecnológico. Haced un mural para el aula, con las medidas que consideréis oportunas, con el que animar a reducir este tipo de contaminación en las ciudades.

12 Describe la función de los siguientes agentes químicos utilizados en la agricultura: herbicidas, fungicidas, insecticidas, acaricidas, nematicidas y rodenticidas. ¿Qué inconvenientes tiene su uso para la naturaleza?

13 Visita http://aqicn.org, la página web del World Air Quality Index Project, un proyecto mundial que pretende concienciar de la importancia para nuestras vidas de la calidad del aire. En su página, sitúa, en el mapa mundial, las zonas que son las más contaminadas en el mundo.

¿Has localizado tu pueblo o la ciudad donde vives? ¿Cuál es su índice de calidad del aire? Revisa los códigos de colores indicados en la página para conocer los distintos grados de contaminación del aire.

Observa el siguiente gráfico sobre la formación de la lluvia ácida y explica, con tus propias palabras, cómo se produce.

¿Qué efectos provoca sobre el medioambiente y sobre los seres vivos?

¿Crees que la lluvia ácida se produce en mayor medida en los países industrializados o es un problema que ocurre en cualquier parte del mundo? Justifica tu respuesta.

Óxidos de nitrógeno

Formación de ácido sulfúrico y ácido nítrico

14 Investiga en internet y elabora una presentación con los ríos más contaminados del mundo. Incluye una fotografía, un mapa de su situación, una descripción de qué residuos son los causantes de su contaminación y el posible origen de dichos residuos.

15 Piensa y comparte en pareja. La contaminación de los mares por mercurio es un problema que afecta a los seres humanos, a quienes llega a través de los peces que acumulan este metal pesado en su cuerpo. Busca información acerca de este grave problema, identificando cuáles son las fuentes más importantes de mercurio que producen esta contaminación. Averigua cuáles son los síntomas de estas intoxicaciones y describe sus consecuencias.

16 La Agencia Española de Seguridad Alimentaria y Nutrición recomienda a las embarazadas y a los menores de 10 años que eviten el consumo de grandes peces debido a la alta concentración de contaminantes que pueden presentar. ¿Qué medidas propondrías para paliar la contaminación de la fauna acuática?

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ógeno Óxidos de nitr La lluvia ácida

Andaluza Contra el Cambio Climático

REDAC es un espacio abierto y participativo que pretende concienciar, a la sociedad española en general y a la andaluza en particular, sobre los problemas del cambio climático. Su labor consiste en informar y sensibilizar tanto a la ciudadanía como a instituciones y empresas sobre las consecuencias del calentamiento global y fomentar que se tomen medidas para mitigarlo y adaptarse a él.

¿Crees que Andalucía es especialmente vulnerable al cambio climático? ¿Por qué?

Repasa con el mapa conceptual «Los productos de la tecnología» que hallarás en anayaeducacion.es

3.2 El cambio clim ático

Hay numerosos estudios que demuestran que el aumento de gases de efecto invernadero, o GEI, en la atmósfera, como consecuencia de la actividad humana, está favoreciendo un aumento de la temperatura global, de consecuencias difícilmente previsibles. En realidad, los GEI han existido siempre en la atmósfera y, en cierto modo, son los causantes de que nuestro planeta tenga una temperatura templada que permite la vida tal y como la conocemos. Pero el aumento de emisiones de GEI debido a la actividad humana es el responsable de la subida paulatina de las temperaturas en el planeta.

El problema que acucia a nuestra sociedad es que, si bien el planeta ya ha pasado por diversos cambios climáticos que han ocurrido de forma natural, nunca se había registrado un cambio tan brusco en el clima planetario en un período de tiempo tan corto. Algunos de los efectos, como la gradual desaparición de las masas de hielo polares y la subida del nivel de los mares, ya habían sido predichos.

La solución a este problema pasa por una concienciación de la ciudadanía orientada a un consumo razonable de recursos (tanto energéticos como de materias primas) y la reutilización de los materiales y su reciclado, permitiendo cubrir nuestras necesidades sin poner en peligro el delicado equilibrio del planeta ni condicionando la posibilidad de que las generaciones futuras puedan satisfacerlas.

El ritmo del deshielo de los glaciares y de los casquetes polares se está acelerando provocando el aumento del nivel del mar y cambios en las corrientes oceánicas.

17 Los expertos han avanzado que el cambio climático causará alteraciones en el comportamiento de la atmósfera y los océanos, pero ya se observan algunos episodios de condiciones climáticas extremas. Haz una lista de algunos de los cambios que has observado en los últimos años. Pregunta en tu entorno por situaciones que no se daban en décadas pasadas y que ahora están sucediendo.

18 En situación ¿Qué tipo de industria se encarga de la fabricación de cada uno de los materiales que has escogido para tu tríptico?

Una vez identificada, busca información sobre el tipo de riesgos para el medioambiente que pueden ocasionarse en cada una de ellas y elabora una presentación en la que expongas qué medidas podrían tomarse para evitarlos.

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3.3 La sostenibilid ad de la industria

En los apartados anteriores hemos visto que la actividad humana genera numerosos problemas medioambientales; eso debería hacernos buscar formas de compatibilizar el desarrollo tecnológico con el cuidado y el respeto al medioambiente. Esto ocurre ya en el caso de algunas industrias. Por ejemplo, las madereras y papeleras explotan montes en los que no solo talan árboles como parte de su labor, sino que se encargan de cuidarlos y de repoblar nuevas extensiones. La extracción de madera no se produce de forma descontrolada, sino que se hace por parcelas en las que se repueblan los árboles y se los deja crecer hasta que alcanzan la talla necesaria.

La sostenibilidad, también llamada desarrollo sostenible, son todas aquellas actuaciones que han de ponerse en práctica para evitar la sobreexplotación de los recursos naturales y su agotamiento.

Existen cada vez más ejemplos de industrias, empresas y países que siguen esta filosofía, con tres grandes objetivos:

• Fomentar la igualdad entre los seres humanos dentro de cada país y entre los estados, para así tratar de reducir las grandes diferencias existentes entre las poblaciones de diferentes regiones o entre los países más industrializados y los países subdesarrollados y en vías de desarrollo.

• Conducir el desarrollo económico por vías que faciliten el comercio justo, los intercambios comerciales, el fomento del trabajo y la creación de actividades que sirvan de medio de vida para todas las personas.

• Proteger el medioambiente, tratando de impedir toda acción que sobreexplote y agote los recursos naturales del planeta, y rompa el equilibrio entre los seres humanos y la naturaleza, poniendo en peligro nuestra existencia.

Desde el punto de vista tecnológico, la actividad técnica e industrial ha de fomentar el concepto de las «3 R»: reducir, reutilizar y reciclar.

19 En relación con el cambio climático, ¿qué se entiende por «punto de no retorno»? Busca información e identifica qué parámetros climáticos se utilizan para identificar si se alcanza este punto.

20 Haz una lista de diez actividades que pongas en práctica en tus quehaceres diarios con las que promover la sostenibilidad.

21 Visita la web de turismo de la Junta de Andalucía en https://www.andalucia.org/es/turismosostenible/como-elegir-un-hotel-responsable y resume qué recomendaciones debemos seguir para elegir un hotel con prácticas sostenibles.

Afortunadamente, cada vez son más las empresas madereras certificadas que hacen una explotación sostenible de los bosques.

22 Una iniciativa para contribuir a la sostenibilidad es la promoción del comercio de proximidad. ¿Conoces alguna iniciativa en tu localidad o en tu entorno que ponga en contacto a los clientes con las tiendas locales?

23 ¿Qué características se utilizan para considerar que una ciudad es sostenible? Visita el blog de Oxfam-Intermon en https://blog.oxfamintermon. org/cuales-son-las-caracteristicas-de-una-ciudadsostenible/ y elabora una presentación en la que incluyas los requisitos más importantes. ¿Qué medidas crees que acercarían tu localidad a ser considerada sostenible?

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4.1 El método de proyectos

Son muchos los problemas que solucionamos gracias a la tecnología, y cada uno de ellos requiere un análisis de cómo resolverlo. De entre todas las soluciones posibles, elegiremos la óptima.

No funciona

Definición del problema

Búsqueda de soluciones

Esta es la máxima que sigue el método de proyectos, que consiste en la puesta en práctica de un ciclo de aprendizaje y experimentación. Desarrollar e incorporar conocimientos, destrezas y técnicas se consigue por medio del estudio, pero también haciendo, construyendo, empleando herramientas, experimentando con materiales, etc.

El método de proyectos es un proceso por el cual se resuelven problemas siguiendo unos pasos determinados, que son:

Condiciones del problema

Partes del problema

Expertos

Elección de la solución

Revistas

Internet Libros

Toma de decisiones

Análisis

Creatividad

Diseño

Planificación y fabricación

Comprobación

Presupuestos

Planos

Documentos

Factores técnicos

Manipulación de materiales

Factores organizativos

Aplicación de ensayos

Método de fabricación

Evaluación

Funciona

Divulgación

anayaeducacion.es Consulta la presentación «Fases del método de proyectos».

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Definición del problema

La primera fase consiste en enunciar correctamente el problema, de modo que se tengan en cuenta todas las condiciones y se puedan proponer soluciones que resuelvan ese problema concreto.

Búsqueda de soluciones

Una de las técnicas más empleadas para encontrar posibles soluciones a un problema es la «tormenta de ideas», o brainstorming. Pero, además, es preciso hacer una investigación sobre soluciones a otros problemas similares, materiales, etc., consultando diversas fuentes y seleccionando aquella información realmente útil.

Elección de la solución

Para resolver un problema, hay que seleccionar la idea que más se ajuste a nuestras necesidades; para ello, conviene comparar todas las soluciones posibles por medio del análisis de objetos. Tras aplicar el análisis de objetos a las soluciones planteadas, se seleccionará aquella que cumpla con los requisitos pedidos al menor coste posible.

Análisis de objetos

Un análisis tecnológico completo se compone de los análisis de cuatro aspectos principales:

• Análisis morfológico, que consiste en la observación de su estructura (de cuántas partes está compuesto), de su forma, de sus dimensiones, de la textura y del color de sus superficies.

• Análisis funcional, en el que se observa su funcionamiento y utilidad práctica. En este caso, se distingue entre objetos estáticos y objetos con capacidad de desarrollar movimiento.

• Análisis técnico, con el que se describen los materiales empleados y sus propiedades; en especial las propiedades mecánicas, como su resistencia; su grado de flexibilidad; su dureza; su tenacidad, o capacidad de absorber impactos; etc.

• Análisis económico, para elaborar una estimación de cuál puede ser el coste del objeto.

El diseño de un proyecto

Tras analizar las distintas propuestas de solución para un proyecto y elegir una, se inicia la etapa de diseño.

Es el momento de realizar los planos de definición y dibujar todos los aspectos necesarios para que pueda ser construido. Los dibujos y los planos pueden ser:

• Planos generales en perspectiva.

• Planos de detalle de alguna parte concreta del objeto.

• Vistas del objeto en planta, alzado y perfil.

• Plano de explosión, en el que se puedan observar todos los componentes del objeto despiezado en el orden de ensamble.

Brainstorming

Cada miembro, de forma rápida y por turnos consecutivos, va proponiendo una solución al problema independientemente de si puede resultar o no factible. Lo importante de esta fase es que hay que liberar la mente de bloqueos y decir lo primero que a uno se le ocurra, haciendo incluso que la reunión se desarrolle en un ambiente distendido y divertido.

Dibujo de detalle de construcción de una grúa de cartón. Una varilla de madera van sujetas con pegamento termofusible.

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Las dimensiones de este objeto pueden variar según el modelo, pero, en este caso, observamos que el depósito para el agua es una esfera de aproximadamente 10 centímetros de diámetro; la rosca superior del depósito tiene forma cilíndrica y ofrece una abertura superior de 2 centímetros, y la cabeza pulverizadora en su parte más larga mide 12 cm con un grosor de 1,5 cm.

Ejemplo de análisis

Análisis�de�un�pulverizador�o�atomizador�de�agua

Un pulverizador de agua es un sistema mecánico que se usa para lanzar una nube de gotitas de líquido de tamaño milimétrico. Si desarrollamos los cuatro puntos que componen el análisis de objetos:

Análisis�morfológico

Se trata de un objeto formado a partir de varias piezas:

• El depósito para líquido tiene una forma esférica con base plana para poder colocarse sobre una superficie y un cilindro roscado en su parte superior.

• La parte superior tiene forma de pistola con un gatillo o palanca móvil y dispone de una boquilla con orificio de salida.

• Ambas piezas se unen por medio de sendos cilindros roscados, uno en su interior (en la zona de la pistola pulverizadora) y el otro en el exterior (parte superior del depósito).

Análisis�funcional

Este pulverizador funciona gracias al mecanismo alojado en el interior de la «pistola», formado por un cilindro con un émbolo —accionado por el gatillo— y una diminuta válvula de succión, formada por una bolita y un muelle. Cuando se utiliza por primera vez, es necesario accionar el gatillo varias veces para que el líquido del depósito llegue al cilindro —por medio de la válvula de succión—. Una vez que el líquido ha subido hasta el cilindro, cada vez que se aprieta el gatillo, el émbolo aumenta la presión en su interior y el líquido es empujado hacia la boquilla que, al tener un orificio muy pequeño, consigue que este salga pulverizado. Al soltar la palanca, el émbolo sube, haciendo el vacío en el interior del cilindro, abriendo la válvula y succionando líquido a través de la cánula.

Análisis técnico

El atomizador está construido a base de polímeros. El depósito es de PET, el mismo material que se emplea para las botellas de agua potable. Las piezas móviles, como la palanca, el pistón o el cuerpo de la pieza superior, se suelen fabricar con polipropileno o polietileno de baja densidad, al igual que la rosca móvil. Estas partes están sometidas a movimientos y rozamientos mutuos, por lo que es necesario elegir materiales resistentes al desgaste. Los materiales mencionados son muy ligeros y de fácil fabricación por soplado o moldeado.

Análisis económico

Es difícil saber cuánto cuesta fabricar estos objetos, pero se puede hacer una investigación en diferentes tiendas online para conocer su precio. En las tiendas consultadas, oscila entre 1,5 euros y 4,8 euros. Esta diferencia de precios es debida fundamentalmente al tipo de material empleado y a diferencias en el tamaño.

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La planificación y la fabricación

«Planificar» es sinónimo de «preparar tareas de forma lógica y razonable». Básicamente, la planificación del proyecto consistirá en estimar:

• Las herramientas que se van a utilizar, para que si empre estén disponibles.

• Las personas que se encargarán de fabricar cada una de las piezas del proyecto.

• Las personas que se ocuparán de hacer el ensamble de piezas hasta completar el objeto.

• El tiempo que se empleará en cada una de las tareas de fabricación.

• Los métodos de fabricación de las piezas.

Para controlar el tiempo dedicado a cada tarea, existe una herramienta muy útil de planificación: los diagramas de Gantt.

La evaluación del proyecto

Una vez finalizado el proyecto, se evaluarán el producto obtenido –comprobando si se cubren todas las expectativas– y el proceso de su diseño y fabricación.

El objeto debe:

• Cumplir con el cometido para el que se diseñó y estar conforme con los requisitos de forma, peso y dimensiones.

• Respetar las medidas de seguridad e higiene; es decir, debe ser seguro. Esto es especialmente importante con aparatos que tengan partes móviles que puedan causar un accidente.

• Cumplir con el presupuesto estimado.

• Tener un aspecto estético agradable y de buen acabado.

Ejemplo de diagrama de Gantt

Veamos un ejemplo de creación de un diagrama de Gantt relativo a la fabricación de una silla, para lo cual las fases de fabricación consistirán en:

Fase 1: Preparación del material

Fase 2: Corte de las patas

Fase 3: Corte del tablero horizontal

Fase 4: Corte de las piezas con las que producir el respaldo

Fase 5: Ensamble de las patas al tablero

Fase 6: Ensamble de las piezas del respaldo

Fase 7: Integración del respaldo en el conjunto

Fase 8: Pintura final

El diagrama de Gantt refleja cada una de las etapas en el tiempo. Para un proyecto de tecnología, si el plazo de ejecución es de dos meses, la escala de tiempo se ha de fijar por semanas.

El Proyecto Hércules

Todas las actividades tecnológicas se planifi can a partir de la elaboración de proyectos. El Proyecto Hércules, puesto en práctica por la Agencia Andaluza de la Energía, es un ejemplo de un proyecto industrial en el que participan diversas empresas de forma coordinada. Consiste en la creación de una red de estaciones de servicio que proporcionan hidrógeno, obtenido a partir de la energía solar, como combustible para vehículos.

Observa que algunas fases se realizan de forma simultánea, dado que el equipo dispone de integrantes para cada fase. Si, por ejemplo, el equipo consta de tres grupos de dos personas, cada grupo puede encargarse de una fase diferente.

Fase 1

Fase 2

Fase 3

Fase 4

Fase 5

Fase 6

Fase 7

Fase 8

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Semana

Todos los componentes del equipo son igualmente importantes. De hecho, el trabajo de todos ellos ha de ser lo más preciso posible. Si uno de ellos falla, el resto del equipo se resiente.

Aclara los conceptos de trabajo en equipo y trabajo de grupo con la presentación «Trabajo en equipo» de anayaeducacion.es

4.2 El trabajo en equipo

Al abordar tareas complejas, como la elaboración de un proyecto y su construcción, lo habitual es formar un equipo de trabajo.

Un equipo de trabajo se compone de miembros que, aunque desarrollen diferentes trabajos, tienen un mismo objetivo.

Tener un objetivo común favorece la cohesión ante los conflictos o los problemas que puedan surgir a lo largo del proyecto. Por ejemplo, un equipo de baloncesto tiene como objetivo anotar canastas, por lo que cada uno de sus componentes trabajará en ese sentido, realizando tareas diferentes con las que alcanzarlo.

Un equipo puede tener un líder, pero lo habitual es repartir el liderazgo distrubuyendo las responsabilidades. Aunque es positivo asignar a cada miembro las tareas que mejor hace, aceptar otras puede permitirle mejorar sus habilidades y destrezas.

Por esta razón, una de las primeras decisiones consensuadas en el equipo es el reparto de las tareas. Para ello, es necesario conocer cuáles son las funciones que desarrollarán, entre las que destacan:

• Coordinación: sirve de nexo dentro del equipo, y facilita la comunicación entre este y el profesorado.

• Secretaría: anota los acuerdos que se tomen en las reuniones del equipo y guarda y mantiene los documentos del proyecto.

• Control de herramientas: controla el buen estado de las herramientas y hace lo posible para que, una vez utilizadas, estas queden limpias y recogidas.

• Control de materiales: proporciona al equipo los materiales necesarios cuando se necesiten y los almacena correctamente al finalizar el trabajo.

• Seguridad y limpieza: verifica que cada miembro del equipo cumple correctamente las normas de seguridad e higiene en el trabajo y se encarga de coordinar la limpieza del espacio de trabajo del equipo.

• Operaciones: es la función más habitual entre los miembros del equipo. Consiste en realizar cualquier trabajo constructivo en el que se manipulan los materiales y las herramientas.

24 Mapa conceptual de paisaje. Seguro que alguna vez has entrado en un restaurante de comida rápida. La próxima vez, observa la colocación de los lugares de preparación de la comida y lo que hace cada una de las personas que trabajan allí. En tu cuaderno, haz un dibujo o un esquema donde anotes el lugar en el que se sitúa cada una y trata de adivinar su rol.

25 En situación Dentro de vuestro equipo de trabajo, completad un diagrama de Gantt que resuma todas las fases para el proyecto de construcción del tríptico para fotografías. A continuación, elaborad un informe en el que se especifique el reparto de responsabilidades entre los miembros del equipo. Incluíd, por último, una lista en la que se resuman qué trabajos corresponden a cada tarea.

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Conociendo las fases de un proyecto, habrás observado que tras el diseño y la planificación se ha de poner en práctica la fase constructiva.

El taller es el lugar donde llevarás a cabo estos trabajos.

5.1 El taller de tecnología

Aprende las normas de trabajo en el aula taller con la presentación «Cómo se trabaja en el aula taller» y obtén información sobre las herramientas en la imagen interactiva «Panel de herramientas» de anayaeducacion.es

Plano del aula taller

Pila y grifo de agua Paneles de herramientas

Estanterías para los proyectos en curso

El taller de tecnología es el espacio de trabajo habitual para ejecutar los trabajos de construcción y ensamble. Es un sitio ideal para trabajar en equipo y cuenta con diferentes espacios, como el almacén, donde se han de organizar y guardar los materiales fungibles y consumibles que se emplearán para realizar proyectos, las herramientas manuales y eléctricas, los dispositivos eléctricos y electrónicos, y los instrumentos de medida.

Este espacio se empleará, por tanto, siempre que haya que construir algún proyecto técnico, pero también se puede acudir para actividades de reconocimiento físico de herramientas y materiales, para el empleo de útiles y aparatos de medida o para el montaje de cualquier experimento.

Las áreas y los recursos pueden estar repartidos de forma similar al ejemplo de la figura. En ocasiones, algunos centros disponen de ordenadores portátiles dentro de un armario en la propia aula, pero otros centros han podido habilitar un espacio contiguo al aula taller como sala de ordenadores.

El aula taller es un lugar de trabajo, por lo que habrá que seguir ciertas normas de comportamiento para evitar que ocurran accidentes con las herramientas.

Área de máquinas

Extintor de incendios

Mesas de trabajo

Estanterías para proyectos

Sala de ordenadores

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Pizarra Botiquín Armario de herramientas Zona de almacenaje Extintor Extintor Biblioteca Bibliot

La conducta PAS

La conducta PAS es un acrónimo de las actuaciones en caso de que ocurra un accidente:

• Proteger, para evitar que se produzca otro accidente.

• Avisar al responsable o a los servicios de emergencias.

• Socorrer a las víctimas, siempre que estemos seguros de lo que hacemos.

En anayaeducacion.es encontrarás la presentación «Riesgos en el aula taller».

5.2 Conoce los riesgos del trabajo en el taller

En el aula taller de tecnología, como en cualquier centro de trabajo productivo, se acometen una serie de tareas que conllevan riesgos. Para prevenir dichos riesgos, es fundamental:

• Conocer los peligros del manejo incorrecto de cada herramienta.

• Aplicar sus normas de uso y de cada área del taller.

• Conservar la calma y conocer el procedimiento correcto de actuación ante un accidente.

Los principales riesgos que existen en el taller de tecnología son:

• Riesgos de origen mecánico, asociados con aquellas actividades que pueden producir heridas, como cortes, pinchazos o golpes producidos por una manipulación descuidada de las herramientas. En muy raras ocasiones pueden producirse explosiones cuando se emplea maquinaria a presión.

Has de prestar mucha atención y seguir al pie de la letra las instrucciones del profesorado cuando manipules herramientas de corte, como las sierras o el cúter, y las taladradoras; también al utilizar herramientas de golpeo, como martillos o mazas.

• Riesgos de origen eléctrico, producidos al tocar instalaciones eléctricas o cables en funcionamiento. Una batería de poco voltaje no conlleva ningún tipo de riesgo, pero una fuente de alimentación puede provocar choques eléctricos con daños que van desde quemaduras leves hasta la muerte por electrocución.

• Otros riesgos, que pueden dar lugar a lesiones menores, como:

– Daños posturales mientras se realiza una tarea o derivados de la manipulación de cargas pesadas.

– Accidentes provocados por resbalones o tropiezos con material descolocado.

– Leve sordera al manejar una herramienta ruidosa.

– Inhalación o contacto con sustancias tóxicas o corrosivas.

5.3 Reduce los riesgos en el taller

Para disminuir los riesgos, se pueden aplicar diferentes medidas:

• Organización. Para evitar desplazamientos innecesarios en el taller es obligatorio conocer las mesas de trabajo y su entorno.

• Conocimiento de herramientas. Nunca se ha de manejar una herramienta cuyos riesgos se ignoren.

• Actitudes. En el taller se debe mantener una actitud tranquila y llevar una vestimenta adecuada: recoger el pelo largo en una coleta, no vestir abrigos o chaquetas, no jugar ni correr y no distraer a otras personas que estén manejando una herramienta.

• Prevención. El empleo de gafas y guantes de trabajo es obligatorio. Las herramientas han de usarse siempre para el propósito para el que se han diseñado y siempre bajo la supervisión del profesorado.

• Mantenimiento y limpieza del taller y de las herramientas.

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5

DANGER

5.4 La señalización de seguridad

Disponer de elementos de señalización en un taller es una de las mejores formas de prevención. Las señales recuerdan los riesgos derivados del trabajo y evitan accidentes. Existe una terminología estándar sobre los símbolos empleados que todo estudiante debe conocer. Los tipos de señales son:

• De advertencia. Son triangulares, de fondo amarillo y pictograma negro. Indican situaciones de peligro potencial que pueden producir daños irreversibles en las personas.

• De prohibición. Son redondas, formadas por un anillo exterior rojo y un círculo interior blanco. El color más habitual para el pictograma de prohibición es el negro, aunque en ocasiones se usa además el rojo. Indican qué tipo de acciones nunca deben llevarse a cabo.

• De obligación. Son redondas de color azul y pictograma blanco. Fuerzan al cumplimiento de una determinada acción o norma.

• De información. Son cuadradas o rectangulares, de color azul y pictograma blanco. En ocasiones, el pictograma está sobre fondo blanco, en cuyo caso su color sería negro.

• De lucha contra incendios. Son cuadradas, de color rojo y con el pictograma en blanco. Indican la situación de mangueras, extintores, etc.

• De información de emergencia. Son cuadradas o rectangulares, de fondo verde y pictograma blanco. Indican salidas de emergencia, puestos de socorro, etc.

• De peligro. Negras y rojas destacando la palabra «Danger» o «Peligro» y con un espacio en blanco para describir el riesgo en su interior.

Los colores son muy importantes para identificar el grado de peligro. Los más empleados son:

• Color rojo. Para prohibición o para resaltar una situación de peligro.

• Color amarillo. Para indicar un riesgo.

• Color azul. Para indicar una obligación o una recomendación.

• Color verde. Para indicar una información.

26 En situación A partir de la planificación de la construccióin del tríptico para fotografías, identifica qué riesgos os podéis encontrar y cuáles se derivan del uso de herramientas.

27 ¿Cuántos tipos de señales de seguridad conoces? ¿Qué representan? ¿Qué color se asocia a cada una? ¿Has visto alguna en tu instituto?

28 ¿Te has fijado en las señales de tráfico? ¿Cuántas crees que podrían aplicarse al trabajo en el taller?

29 Describe cuáles son las zonas de trabajo con más riesgo en tu taller de tecnología.

30 Por grupos, confeccionad carteles de cartulina para identificar las distintas zonas del aula, con señales advirtiendo de los posibles riesgos.

31 Explica en qué consistirá la conducta PAS en las siguientes situaciones:

a) Un compañero se quema con una pistola de cola termofusible.

b) Una compañera se ha cortado en un dedo con un cúter.

c) Dos compañeros estaban trasladando una pieza pesada de una mesa a otra y se les ha resbalado, cayendo sobre el pie de uno de ellos.

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STEAMPow�

PROTAGONISTA

EMILIO HERRERA

En una época en la que la aviación y la exploración del espacio eran temas propios de la ciencia ficción, Emilio Herrera destacó como un visionario. Nacido en Granada en 1879, desde pequeño demostró un gran interés por la aerostática y la aviación, influido por su padre y por las novelas de Julio Verne. A lo largo de su vida, Herrera se convirtió en un pionero, con la invención, entre otros, del primer traje espacial. Después de licenciarse como teniente en 1903, solicitó su traslado a la Academia de Ingenieros de Guadalajara. Durante la guerra de África, pilotó dirigibles, y en 1914 se convirtió en el primer hombre que sobrevoló el estrecho de Gibraltar en avión. Más tarde colaboró con Juan de la Cierva en la invención del autogiro y contribuyó al diseño del Laboratorio Aerodinámico de Cuatro Vientos. Pero su proyecto más ambicioso fue el desarrollo de un traje espacial, diseñado con múltiples capas para proteger al piloto del frío extremo y de la presión del espacio.

Sus habilidades para pensar de forma críy su capacidad para la innovación lo llevaron a construir un globo capaz de alcanzar la estratosfera, pero la guerra civil española impidió su lanzamiento. También demostró una notable ética del trabajo, especialmente cuando rechazó trabajar para el Tercer Reich por sus principios morales.

ESTACIÓN DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES

El trabajo de Emilio Herrera sentó las bases para la exploración espacial. Su traje inspiró a la NASA en la misión Apolo 11, más de tres décadas después. Aunque no llegó a ver sus ideas plenamente realizadas, su legado científico y ético ha dejado una huella indeleble en la historia de la tecnología y de la exploración del espacio.

INNOVACIÓN PENSAMIENTOCRÍTICO ÉTICADELTRABAJO

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

La Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR) de Nerja (Málaga) está ubicada en el arroyo de la Fuente del Badén. Al construirla, la prioridad fue su integración en el entorno y la reducción de su impacto ambiental. Proporciona al municipio toda la infraestructura necesaria para tratar sus aguas residuales, garantizando su calidad antes de verterlas al mar. Su tecnología es muy avanzada, ya que se realiza un tratamiento biológico de las aguas residuales mediante biofiltración.

Este proyecto representa un hito en la gestión sostenible de las aguas residuales y contribuye al cuidado del medioambiente, a la preservación del entorno marino y a la mejora de la calidad del agua en la región.

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MÁLAGA
SAM OWER POWER! SKILLS! S!

MI PROFESIÓN

INVENTORA

Hola, me llamo Ana y soy inventora. Mi trabajo consiste en imaginar y desarrollar soluciones innovadoras que pueden mejorar nuestra vida diaria o resolver problemas específicos. Los inventores usamos la tecnología, la ciencia y la creatividad para c nuestras ideas en objetos, tecnologías o proc que den respuesta a las necesidades de la gent

te; muchas veces, estoy sola al frente de un proyecto, así que debo saber cómo organizar mi tiempo y mis recursos.

Para ser inventora, he estudiado Ingeniería Industrial, aunque otras personas tienen formación en Ingeniería Informática, Ingeniería de Telecomunicaciones o incluso en campos como la biología y la química. La formación académica es vital para entender los principios científicos y tecnológicos que convertirán una idea en una realidad.

que más me emociona de ser inventora es ese momento en el que, después de trabajar dumeses buscando una solución técnica a oblema, de repente todo encaja. Y cuando es que, al final del proceso, algo que has creado desde cero funciona como lo imaginaste... ¡es mágico, no lo voy a negar!

Dentro de mi profesión, hay distintos enf ques. Algunas personas trabajan en laboratorios de grandes empresas, otras son freelancers, y hay quienes se dedican a la investigación académica. En mi caso, me he especializado en tecnologías sostenibles.

Cada día, investigo nuevos materiales, hago pruebas y prototipos; y todo esto en un taller bien equipado con todas las herramientas que necesito, desde software especializado has maquinaria de fabricación.

TU PRIMER INVENTO

Imagina que te dedicas a inventar, como Ana. Te has dado cuenta de que en la cafetería entro en el que estudias se desperdicia muomida.

Identifica el problema concreto relacionado on el desperdicio de comida en la cafetería. porque las raciones son demasiado grandes, por escasez de opciones, por un almacenamiento inadecuado…?

Para sobresalir en este trabajo, necesito ser creativa y saber resolver problemas de manera eficaz. También es crucial tener una capacidad de aprendizaje constante, porque la tecnología siempre está avanzando. La autonomía es importan-

APRENDIZAJECONSTANTE AUTONOMÍA COMUNICACIÓNCREATIVIDAD

RESOLUCIÓN DEPROBLEMAS

Piensa en una solución tecnológica sencilla que podría ayudar a resolver este problema. Dibuja un esquema o diagrama de tu invento en una hoja de papel.

3 Explica cómo funcionaría y qué materiales necesitarías para construirlo. Recuerda, tu objetivo es crear algo nuevo que ofrezca una solución innovadora al problema que has identificado.

¿SABÍAS QUE...?

La noria de la Albolafia en Córdoba es un ejemplo de la avanzada ingeniería de la época de al-Ándalus.

Probablemente construida en la época de los almorávides, esta rueda hidráulica fue un ingenioso invento que servía para subir agua desde el río Guadalquivir hasta las huertas del alcázar y poder regarlas. Posteriormente, se utilizó como molino de harina y batán.

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POWERS! !SKILLS SSKILL SKILLS!
1

PORFOLIO

¿Qué has aprendido?

La actividad tecnológica y su impacto en el medioambiente

1 El espejo. ¿Qué relación se puede establecer entre los conceptos de ciencia y de tecnología? Arguméntalo utilizando varios ejemplos.

2 Define con tus propias palabras el concepto de técnica. Identifica este concepto en la fabricación de un juguete.

3 Elabora una lista con los inconvenientes que tiene en el entorno natural la actividad minera.

4 Describe con tus propias palabras qué es un desastre medioambiental. Busca varios ejemplos y expón cuáles fueron sus causas y sus consecuencias.

5 Sumamos. Elabora una lista con las principales actividades que contaminan las aguas.

6 Intuyo y deduzco. ¿Se pueden considerar los restos emitidos a la atmósfera por la erupción de un volcán como elementos contaminantes?

7 ¿Qué se entiende por actividad antrópica? ¿Cuáles son sus consecuencias en la degradación del suelo?

8 Visita la página web de las Naciones Unidas en https://www.un.org/es/climatechange/science/ causes-effects-climate-change e identifica cuáles son los principales efectos del cambio climático. ¿Reconoces que alguno de ellos esté ocurriendo en el entorno de tu localidad o región?

9 Prepara una presentación sobre el mar de Aral en la que expongas qué extensión tenía en la primera mitad del siglo pasado, qué acciones ha llevado a cabo el ser humano para reducir su capacidad y cuál es su extensión en la actualidad. Incluye varias fotografías relacionadas, que encuentres en internet, para ilustrar la catástrofe, y explica cómo ha afectado a la salud de los habitantes de la región. Recuerda indicar la fuente, tanto para los textos que utilices como para las fotografías.

10 Anota qué contenedores de residuos hay cerca de tu domicilio. ¿De qué color son? ¿Qué residuos puedes depositar en cada uno de ellos? ¿Dónde se llevan los residuos que se recogen en ellos?

11 Piensa y comparte en pareja. Describe con tus propias palabras qué es el desarrollo sostenible.

La resolución de problemas tecnológicos

12 Observa la cesta que utilizáis en casa para acumular la ropa sucia antes de lavarla. Realiza un análisis completo del objeto y rediseña una cesta que cumpla la misma función, pero modificando su forma. Al comparar ambos diseños, ¿qué mejoras encuentras en el objeto que has rediseñado?

13 Un día descubres que se ha averiado el horno microondas. El fallo reside en que se ha roto el motor que hace girar el plato interior. Analiza la situación en función de dos alternativas: repararlo o comprar uno nuevo. Busca información sobre el coste de la reparación y sobre el precio de un horno microondas nuevo con las mismas prestaciones que el averiado. ¿Qué alternativa resulta más económica? ¿Qué ventajas e inconvenientes tendría cada decisión?

14 Dibuja en tu cuaderno al menos una señal de cada tipo (advertencia, prohibición, obligación, información, lucha contra incendios, información de emergencia y peligro) de acuerdo con las normas de señalización expuestas en esta unidad. Muéstrala al resto de tu clase y comprueba si entienden cuál es su significado.

15 Asamblea de ideas. Haz una lista de seis medidas de prevención con las que podrías reducir los riesgos de accidente en el taller de tecnología.

16 Dibuja en tu cuaderno la planta del taller de tecnología de tu centro e identifica las diferentes áreas de trabajo, incluyendo la posición de las estanterías, el mobiliario, las mesas de trabajo y las sillas. Posteriormente, formad equipos de trabajo y preparad una propuesta que mejore la disposición de esos elementos para favorecer el tránsito de personas, liberar espacio o incluir nuevas herramientas. Incluid un nuevo dibujo que aplique vuestras propuestas.

17 El espejo. Compara las características de dos teléfonos móviles. Incluye los precios de ambos y el resto de las características más importantes: tamaño de pantalla, cantidad de memoria, posibilidad de expansión de memoria, etc.

18 Elabora un diagrama de Gantt que planifique el trabajo de tres personas que deben construir la maqueta de una casa unifamiliar.

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ACTÚA !

Construimos un regalo personalizado

Ya has visto como la tecnología, la ciencia y la técnica están al servicio de las necesidades de la humanidad. Ahora te proponemos diseñar y construir un tríptico personalizado para regalar a quien tú quieras.

�� Formad equipos de trabajo e investigad el origen de los trípticos y su significado. Preparad una presentación con la información que hayáis encontrado y un documento de texto en el que ir incorporando toda la documentación que elaboréis.

�� Haced un análisis tecnológico de un tríptico portafotos. Prestad atención al sistema que utiliza para sujetar las fotografías y el material con el que se ha construido.

�� Individualmente, elaborad un boceto a mano alzada indicando las herramientas y los materiales necesarios. Ajustad sus dimensiones a las de las fotografías que vayáis a incluir.

�� A partir del boceto, preparad un presupuesto para vuestro diseño.

�� Elegid el diseño que más os gusta en vuestro equipo, teniendo en cuenta factores como el estético, la construcción, la disponibilidad de los materiales y las herramientas, así como el coste económico.

�� Enumerad las tareas que habrá que realizar para construir el tríptico y decidid quién las realizará.

Ayudaos de un diagrama de Gantt para organizar todo el proceso.

�� Preparad los planos de vuestro diseño, el despiece y el detalle de los elementos de unión. Os resultarán de mucha ayuda durante la construcción.

�� ¡Llegó el momento de contruir! Preparad el material y las herramientas y poneos manos a la obra.

Reflexiona cómo has aprendido

En esta unidad, has aprendido el papel tan relevante que ha tenido la tecnología en la historia de la humanidad. Pero, a pesar de habernos permitido sobrevivir y evolucionar, no carece de consecuencias en nuestro día a día y en el medioambiente.

Además, has conocido el método de proyectos y cómo trabajar con seguridad en el taller de tecnología.

Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponibles en anayaeducacion.es

27 1
Situación
de aprendizaje

Diseño técnico 2

Situación de aprendizaje

¡ACTÚA !

¡Prepárate para una aventura llena de diversión y misterio! Crearéis vuestra propia yincana a la que llamaréis «En busca del tesoro perdido». Tendréis que dibujar un plano del centro educativo y marcar en él los puntos estratégicos.

Para lograrlo, sigue esta ruta:

7. Energía sostenible

¿piensas

Tú qué

¿

¿Por qué crees que es importante representar de forma precisa los objetos que se van a diseñar? ¿Qué materiales piensas que son fundamentales a la hora de dibujar un plano? ¿Dónde podemos encontrar representaciones de dibujo técnico en nuestro día a día?

Introducción al diseño técnico

Instrumentos de dibujo técnico

Técnicas de trazado de líneas, curvas y ángulos

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Las vistas de un objeto

El papel en el diseño técnico

Elaboración de bocetos y croquis

Uso de software en diseño técnico

Perspectivas Gráficos digitales con Inkscape

29

A. Ancho del respaldo 55 cm

B. Alto del respaldo 83 cm

C. Espesor del asiento 12 cm

D. Espacio entre apoyabrazos

50 cm

E. Distancia desde la base del asiento al suelo 36-43 cm

F. Anchura del asiento 53 cm

G. Profundidad del asiento 57 cm

H. Altura del resposabrazos al suelo 64-70 cm

Si quisieras comprar una silla de gaming, buscarías que fuese ergonómica para mantener una posición cómoda mientras disfrutas de una agradable sesión de juego; por otro lado, para elegir un móvil mirarías que tuviese las máximas prestaciones y recursos. A lo largo de esta unidad, exploraremos la definición y los objetivos del diseño técnico, así como su importancia en la creación de objetos y estructuras.

1.1 Definición y objetivos del diseño técnico

El diseño técnico es una disciplina integral que incluye desde la concepción hasta la creación de objetos y estructuras pasando por una fase de planificación. Gracias a él somos capaces de traducir ideas en soluciones tangibles y efectivas que llegan a satisfacer las necesidades de las personas en cualquier tipo de ámbito: la arquitectura, la ingeniería, la fabricación de productos, la moda, etc. El diseño técnico está presente en nuestro día a día de variadas formas, desde la estructura de los edificios hasta cualquiera de los objetos que utilizamos.

1.2 Diferencia entre diseño técnico y diseño artístico

Antes de continuar, es importante distinguir entre diseño artístico y diseño técnico. El diseño artístico se enfoca hacia la expresión personal, en la estética y en la creatividad; mientras que en el diseño técnico, lo que se prioriza es la funcionalidad y la eficiencia por encima de la estética. De esta manera, el principal objetivo del diseño técnico es el de dar una solución a los problemas prácticos y satisfacer necesidades específicas siendo su enfoque meramente práctico. Por ejemplo, el diseño técnico de un puente peatonal se centrará en crear una estructura que sea resistente y estable para soportar el peso, también considerará los diferentes tipos de accesibilidad; sin olvidar el uso de materiales resistentes a la intemperie para garantizar su durabilidad. Sin embargo, en un anillo, la prioridad es que tenga una forma bonita y que muestre parte de la expresión personal de quien lo diseña, la creatividad estaría por encima de su funcionalidad práctica. Como ves, ambos tipos de diseño tienen su importancia y su lugar en la sociedad. Con esto no queremos decir que el diseño técnico no pueda ser estético ni que el diseño artístico no pueda ser funcional.

30
1
D F A B E C H G

1.3 Importancia del dibujo técnico en el diseño de objetos y estructuras

El dibujo técnico juega un rol crucial en el proceso de diseño de objetos y estructuras, como medio para expresar de manera precisa y detallada las ideas de un determinado diseño. Gracias a su uso, los diseñadores y diseñadoras representan conceptos, transmiten sus decisiones y llevan a cabo una planificación efectiva para su construcción. Es una forma de transformar conceptos abstractos en ideas claras que son comprensibles por cualquier otro profesional involucrado en el proyecto.

1.4 Normas y convenciones del dibujo técnico

Existen una serie de normas y convenciones preestablecidas que rigen el dibujo técnico. La aplicación de estas normas determina cómo deben representarse los objetos, cómo hay que etiquetar sus dimensiones o qué simbología se tiene que emplear en cada situación, entre otros aspectos. Siguiendo estas normas garantizamos que los dibujos puedan ser fácilmente interpretados. Además, permitirá a profesionales del diseño construir los planos técnicos a partir de un objeto o, por el contrario, poder construir un objeto a partir de los planos elaborados por un diseñador o diseñadora.

Normativa de dibujo técnico

Las normativas internacionales más frecuentemente utilizadas en el ámbito del dibujo técnico son las normas ISO (Organización Internacional de Normalización) y ANSI (Instituto Nacional Estadounidense de Estándares). En el ámbito nacional, la norma más habitual es la UNE (Una Norma Española), disponible en https://www.une. org/.

1 Anota en tu cuaderno qué tipo de dibujo sería el más adecuado para representar:

−Una puesta de sol.

−El plano de una vivienda.

−Un mapa de carreteras.

−El diseño de un teléfono móvil.

−El dibujo de una mascota.

−El dibujo de un bosque.

2 Considerar todos los factores Investiga cuál es el papel del diseño técnico en cuanto a sostenibilidad del planeta relacionado con la creación de objetos y estructuras en la actualidad.

3 ¿Qué desafíos crees que enfrenta el diseño técnico en la era digital y cómo piensas que puede adaptarse para seguir siendo relevante y efectivo en un entorno tecnológico en evolución?

4 Fíjate en estas dos imágenes y determina cuál de ellas utiliza el dibujo técnico y cuál el dibujo artístico. ¿En qué situaciones utilizarías cada una?

31 2

Vamos a profundizar en el manejo de los instrumentos más habituales. Es muy importante que trabajes la precisión y la limpieza cuando estés representando objetos y estructuras. El empleo de herramientas propias del dibujo técnico, tales como la regla, la escuadra, el cartabón, el compás, etc., resulta fundamental en el proceso de representación gráfica. Estas herramientas de trabajo permiten la creación de dibujos precisos, minuciosos y proporcionados. A continuación, veremos cómo se emplean estos instrumentos:

Regla: se utiliza para trazar líneas rectas precisas y medir distancias. También se emplea para marcar puntos de referencia en el papel o crear bordes rectos en los dibujos y asegurar que las dimensiones sean coherentes y exactas. Para su correcto manejo, es muy importante sostenerla de manera firme con una mano para así poder trazar con la otra los segmentos del dibujo.

Escuadra: es un instrumento con forma de triángulo rectángulo con dos ángulos de 45°. La escuadra con ayuda del cartabón, se utiliza para dibujar líneas perpendiculares o paralelas de manera precisa. Esto resulta de vital importancia dado que numerosas estructuras y objetos se construyen en base a ángulos rectos para asegurar su estabilidad y funcionalidad.

Cartabón: es similar a la escuadra, pero con la diferencia de que este triángulo tiene un ángulo de 30°, otro de 60° y otro de 90°. Además de utilizarse junto con la escuadra para la realización de paralelas y perpendiculares, el cartabón es muy utilizado en algunos campos, por ejemplo, en el de la topografía, ya que permite representar elementos con diferentes ángulos e inclinaciones.

Compás: permite trazar círculos y arcos de circunferencia de un tamaño específico con precisión. En el diseño técnico, se utiliza para dibujar aquellos elementos circulares o curvos tales como ruedas y engranajes. Otro uso frecuente del compás es para medir distancias específicas en el dibujo.

Transportador de ángulos: es una herramienta curva normalmente con forma de semicircunferencia en la que aparecen señalados los grados del arco, normalmente de 0° a 180°. Se utiliza para medir ángulos haciendo coincidir el centro del arco del transportador con el vértice del ángulo y uno de sus lados de ese punto a la marca de 0°.

Escalímetro: es un tipo de regla que normalmente tiene sección triangular o forma de abanico en la que se incorporan reglas a varias escalas. Este tipo de regla es muy útil para medir distancias en las escalas más comunes ya que agiliza el proceso de medida.

Lápices técnicos: existen diversas opciones de lápices técnicos dependiendo de la dureza de su mina. Los lápices con denominación H son más duros que los B y, por tanto, serán los empleados en dibujos técnicos. Cuanto mayor sea el número que acompaña a la letra, más dura será la mina del lápiz y dibujará en un gris más claro. Algunos ejemplos de los lápices más utilizados son: 4H, 2H o HB. Esto nos permite trazar diferentes tipos de línea con diferentes tipos de gris. Además, es importante afilarlo frecuentemente para conseguir dibujos limpios y precisos.

Portaminas y minas de grafito: se utilizan para trazar líneas finas y precisas con un grosor constante. Al igual que en los lápices, existen diversas durezas de minas para poder adaptarlos al dibujo que estamos realizando.

Borradores: son útiles para borrar trazados a lápiz y corregir errores o eliminar líneas no deseadas sin dañar el papel. Existen borradores de lápiz y de tinta, aunque estos últimos no funcionan adecuadamente sobre todas las superficies.

Rotuladores calibrados: son rotuladores que tienen una punta muy fina y permiten el dibujo de piezas con precisión. Existen de varios grosores para poder realizar líneas de diferentes tamaños en el dibujo. También existen algunos con tinta recargable que permiten un uso más sostenible de estos elementos.

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1234567891011121314151617181920 10 11 12 14 45° 90° 45° 10 20 45°90° 30° 60° 60° 120° 2

Las explicaciones se realizarán para una persona diestra, en caso de que seas zurda, lo único que debes hacer es sustituir el manejo de la derecha por el de la izquierda y el de la izquierda por el de la derecha. Para trazar líneas rectas se debe emplear una regla milimetrada, una escuadra o un cartabón. Deberás mantener un pulso firme, sujetando la regla con la mano izquierda y haciendo coincidir el borde de la regla con el lugar en el que deseas trazar la línea. Con la otra mano dibujarás el trazado recto del tamaño deseado, ayudándote de las marcas en la propia regla para definir la longitud deseada.

Las líneas paralelas y perpendiculares se trazan con la ayuda de la escuadra y el cartabón.

Observa la posición de la escuadra y el cartabón en la figura superior; es la adecuada para dibujar líneas paralelas. El cartabón queda fijo y la escuadra se desliza presentando varias posiciones horizontales. Así, se irán trazando las paralelas.

Para trazar líneas perpendiculares, tan solo hay que cambiar la posición de la escuadra, tal y como se ve en la figura, mientras que el cartabón sigue fijo en la posición original. Al deslizar la escuadra, podrás ir trazando líneas paralelas entre sí y perpendiculares a las originales.

Cuando queremos realizar una circunferencia o un arco de circunferencia, es necesario utilizar el compás. Para su correcto manejo, situaremos la aguja del compás en el centro de la circunferencia que queremos realizar y abriremos los brazos hasta ajustarlo al radio de la circunferencia deseado. Para realizar la circunferencia, el compás se sujetará con una única mano por su parte superior y se hará rotar sobre la aguja hasta dibujar el arco o la circunferencia. En caso de que desees dibujar una circunferencia con un radio determinado, lo que debes hacer es sujetar la aguja del compás junto al cero de una regla milimetrada y abrir los brazos tanto como desees que mida el radio de tu circunferencia. Una vez tomada la medida, sin variar la apertura de los brazos del compás, sitúa la aguja en el lugar en el que desees que esté el centro de la curva y, a continuación, sujeta el compás por la parte superior para hacerlo rotar entre los dedos y dibujar así la circunferencia.

El transportador es un instrumento especialmente indicado para marcar ángulos que no pueden ser obtenidos mediante la escuadra y el cartabón. Para usarlo hay que alinear bien las referencias que tiene impresas. Los ángulos se miden en sentido contrario a las agujas del reloj.

33 2 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 3
1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 1 0 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12 13 14 15 60° 120° V

Representación de las vistas de un objeto en el interior de un cubo imaginario desplegado

Para poder comprender los objetos representados en los dibujos técnicos, es necesario que queden correctamente definidos y dibujados. Para lograrlo, se utiliza la representación de objetos vistos desde diferentes puntos de vista que permiten, tanto a quien lo diseña como a quien lo observa, poder interpretar el objeto tridimensional que está dibujado. Hay dos sistemas habituales de representación, el americano y el europeo, que será el que manejaremos en esta unidad. La diferencia principal entre ambos sistemas es la distribución de las vistas en el papel (figura inferior de la izquierda). En ambos sistemas se distinguen las siguientes vistas:

• Alzado: se refiere a la vista frontal del objeto. Esta vista suele ser la principal del objeto o la que mayor información da a quien observa el dibujo.

• Alzado posterior o vista posterior del objeto.

• Planta: se refiere a la vista superior del objeto.

• Planta inferior: o vista inferior del objeto.

Las vistas del objeto aparecen en las paredes interiores del cubo.

Sistemas de representación de las vistas de un objeto

• Perfil derecho del objeto: se refiere a la vista derecha del objeto que se sitúa en la parte izquierda del dibujo de vistas.

• Perfil izquierdo del objeto: se refiere a la vista izquierda del objeto que se sitúa en la parte derecha del dibujo de vistas.

Práctica guiada. Dibujar las vistas de un objeto.

1 Se dibujan, primero, los ejes que delimitarán los espacios de cada una de las vistas, utilizando una línea continua fina. La primera vista que hay que dibujar es el alzado, que será aquella que ofrezca más información y detalles. En este ejemplo, será el área naranja, ya que indica la forma del objeto.

2 A continuación, se trazan líneas auxiliares verticales desde los contornos del alzado hacia la planta.

3 Utilizando la información suministrada por el alzado, se dibuja la planta del objeto. Las líneas auxiliares proporcionarán la anchura y la ubicación de elementos relevantes del objeto. El área es la zona amarilla del objeto.

4 Traza líneas auxiliares horizontales desde el alzado hacia el perfil y, mediante el uso del compás, desde la planta al perfil.

5 Dibuja ahora el perfil (recuerda que el perfil izquierdo va situado a la derecha del alzado, y el derecho, a su izquierda) apoyándote en las líneas auxiliares. El área azul es la identificada como la vista de perfil.

Es muy importante que únicamente se dibujen las vistas que sean necesarias para entender el objeto. De esta manera, en ocasiones será suficiente con la planta y el alzado.

34
4
Perfil izquierdo Alzado posterior Perfi derecho
Sistema
Planta
Planta inferior
europeo
Alzado posterior Perfil derecho Perfil izquierdo
Alzado Planta Planta
inferior Sistema americano
Alzado

Plantilla cuadriculada

La perspectiva caballera es muy sencilla de representar, solo se necesita una hoja cuadriculada para hacerlo.

La perspectiva es la técnica que permite crear la sensación de profundidad cuando se dibuja sobre una superficie plana. Para ayudarnos a dibujar en perspectiva, es habitual trazar unos ejes de referencia. Estos ejes son distintos dependiendo del tipo de perspectiva.

5.1 Perspectiva caballera

Para la perspectiva caballera se dibujarán un eje horizontal, otro vertical y un tercero para la profundidad. El eje de profundidad forma un ángulo de 45° con el eje horizontal.

La imagen queda un poco deformada si no se aplica algún coeficiente de reducción al eje de profundidad. Para evitar ese efecto, es habitual reducir dividiendo por 2 (que equivale al coeficiente ½) las dimensiones de las líneas correspondientes al eje de profundidad. Observa el siguiente ejemplo en el que aparecen cuatro cubos dibujados con diferentes coeficientes de reducción y comprueba las longitudes diferentes de la línea de profundidad según se asigne un coeficiente u otro.

Sin reducción 3:4 2:3 1:2

35 2 5

Recuerda que las vistas que tienes del objeto se han obtenido a partir de la posición que ocupa en el triedro, por lo que su representación será diferente si tienes el perfil izquierdo o el derecho.

5.2 Pasos para dibujar la perspectiva

1 Dibuja los ejes.

2 Identifica dónde representar cada una de las vistas en función del perfil de la pieza que conozcas.

Perfil Perfi erfi derecho

3 Sitúa en cada plano la vista que corresponda.

Perfil erfi izquierdo

Ejes para dibujar en perspectiva caballera.

4 Traza líneas auxiliares paralelas a los ejes por los vértices de las vistas del objeto.

5 Para finalizar, marca las aristas de tu objeto y elimina.

36 5
Z Y X 45° 135° 90° 90°

5.3 Perspectiva isométrica

En esta perspectiva, los tres ejes de referencia forman entre sí ángulos de 120°. Se emplea una plantilla formada por triángulos equiláteros para facilitar la representación de piezas.

Ejes para dibujar en perspectiva isométrica.

Aunque al dibujar en perspectiva isométrica es habitual no usar ningún coeficiente de reducción y mantener las proporciones en los tres ejes, la norma indica que se aplique un coeficiente de reducción de 0,82 a todos ellos. De esa manera, se conserva la apariencia respecto al objeto real, aunque se conservan las proporciones entre los ejes.

5 Pienso, me intereso, investigo... ¿Cuál sería la medida a la que habría que dibujar cada una de las aristas de un cubo en perspectiva isométrica, si en la realidad midiera 10 centímetros de lado?

Para calcularlo, ten en cuenta el coeficiente de reducción de los ejes isométricos.

¿Y si se tuviera que representar en perspectiva caballera?

37 2
Z Y X 120°120° 120°

Para garantizar que los dibujos técnicos se ajusten a los rigurosos estándares de calidad, precisión y legibilidad, es importante hacer una elección minuciosa del tipo de papel, gramaje y tamaño.

6.1 Tipo s de papel utilizados en diseño técnico

En diseño técnico se utilizan principalmente dos tipos de papel:

• Papel de dibujo técnico: este tipo de papel ha sido diseñado específicamente para su uso en dibujo técnico. Es opaco y tiene una superficie lisa y uniforme, lo que facilita el trazado de líneas nítidas y precisas. Tiene una buena resistencia a la deformación que provoca el uso de tinta o el borrado repetido.

• Papel vegetal, de calco o de croquis: se utiliza para calcar o superponer trazados sobre un plano base. Su superficie es translúcida, lo que permite ver el diseño situado en la hoja inferior. Es muy utilizado en la revisión y modificación de diseños técnicos existentes y en la elaboración de croquis.

6.2 Gram aje del papel

El término «gramaje» del papel hace referencia a su peso y se relaciona con su espesor. El gramaje se expresa en gramos por metro cuadrado (g/m2), y los diferentes valores incluyen:

• 80 g/m 2: debido a su ligereza, este gramaje es el más apropiado para dibujar planos y esquemas para uso interno.

• 90-100 g/m2: este gramaje tiene una mayor durabilidad y resistencia al desgaste por lo que se emplea en dibujos técnicos de mayor importancia o que serán mostrados fuera de la compañía.

• 120-180 g/m2: su alta durabilidad hace que este gramaje sea el más común en la impresión de planos arquitectónicos y proyectos de ingeniería donde los dibujos técnicos necesitan un papel con una resistencia superior al desgaste y una vida útil prolongada. Como desventaja, señalar que los planos ocupan y pesan más.

6.3 Tama ños de papel

El tamaño de papel que se usa en diseño técnico sigue unas normativas específicas, como las normas ISO o ANSI, con el fin de garantizar una uniformidad en la presentación de los trabajos. Los tamaños de papel más comunes son:

A4

A5

Observa cómo, a medida que el formato aumenta de valor (A0, A1, A2…), disminuye su tamaño. El formato A0 es el formato base porque se parte de una superficie de 1 m2

• DIN A0, A1, A2, A3 y A4: estos tamaños siguen la norma ISO y se utilizan a nivel mundial, principalmente en Europa y Asia. Mantienen una relación proporcional constante, lo que implica que, si doblas un papel de tamaño A0 por la mitad, obtendrás dos hojas de tamaño A1, y así sucesivamente. Esto convierte a la serie DIN A en una elección práctica y conveniente para imprimir y mostrar documentos de manera homogénea.

• ANSI A, B, C y D: este tipo de estandarización se utiliza más en los Estados Unidos. Su tamaño es ligeramente diferente a los tamaños ISO; sin embargo, también mantienen una relación proporcional.

38
6
A1 A2 A3

Acotaciones

Las medidas de un objeto, o acotaciones, forman parte de la información que se ofrece en un dibujo técnico para poder fabricar el objeto. Para acotar, se suelen emplear líneas finas acabadas en flechas o trazos oblicuos entre dos líneas auxiliares que indican la longitud total referida.

Dentro del proceso de diseño técnico, una vez que se han identificado las necesidades y los problemas a resolver, llega la hora de elaborar las propuestas. Los planteamientos iniciales se plasmarán en bocetos que serán ideas o propuestas poco definidas, pero que van acercando al diseñador al producto final.

7.1 Boceto

El boceto es un dibujo a mano alzada, poco detallado, que transmite una idea inicial de cómo será el objeto final.

Seguramente has hecho alguna vez un boceto para explicar una idea o para ayudar a localizar una calle haciendo un pequeño mapa. A menudo se emplean los sinónimos de «borrador» o «esbozo» para referirse a un boceto.

En el dibujo inferior, se ha realizado un diseño de una silla a mano alzada. Observa que, para conservar cierta coherencia en la forma de representarlo, en el dibujo coexisten dos tipos de líneas: las gruesas, que definen el contorno, y las finas, que sirven de guía y referencia para llevar a cabo una representación en perspectiva.

7.2 Croq uis

El croquis es un dibujo que también puede hacerse a mano alzada, aunque más detallado que el boceto, ya que cuenta con medidas y otras anotaciones que permitan construir el objeto que describe.

En la figura de la derecha se ha representado la silla, lista para su fabricación, ya que se definen su forma —mediante la perspectiva—, sus medidas y los materiales que la componen.

Las líneas empleadas para alojar los números que corresponden a las medidas son líneas paralelas equipadas con flechas en los extremos. Observa como las flechas señalan el punto de corte con las líneas auxiliares y definen intuitivamente las longitudes de cada medida.

6 Desde la mesa de trabajo de tu clase gira la cabeza y trata de dibujar, desde tu perspectiva, la mesa y la silla de alguien que esté cerca de ti.

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7
Línea de cota

Desarrollo sostenible: urbanismo y eficiencia energética

Según la Directiva 2012/27/UE, solo el sector de las edificaciones es responsable de aproximadamente el 40 % de las emisiones en Europa.

El urbanismo y las edificaciones son actores cruciales en la lucha contra el cambio climático.

1 Entra en la web del proyecto Hope Towns! Municipios por la regeneración (https:// hopetowns.earth/edificaciony-urbanismo/).

Lee las soluciones que se proponen para edificación y urbanismo y comenta con tus compañeros y compañeras.

2 Investiga. De las soluciones que se proponen, ¿sabrías decir cuáles se están llevando a cabo en tu comunidad autónoma?

3 La iniciativa Build Better Lives promueve la necesidad de que se construyan edificios de viviendas más eficientes energéticamente que puedan beneficiar la vida de millones de personas en toda Europa. ¿Sabes si existe algún caso de éxito en España?

Tradicionalmente, los equipos de diseño realizaban todo el proceso a mano creando dibujos muy elaborados y costosos. En la actualidad es más frecuente el uso de software de diseño técnico empleando programas específicos para este tipo de trabajos. Los más utilizados son: AutoCAD, QCad, SolidWorks y SketchUp entre otros.

Este tipo de software permite simplificar tareas en la elaboración de planos, pudiendo pasar fácilmente de vistas bidimensionales a tridimensionales, ampliando o reduciendo la escala de los planos o incluso cambiando completamente su apariencia de forma mucho más ágil que cuando se hacía analógicamente.

8.1 Aplicaciones CAD en dos y tres dimensiones

Las herramientas de CAD (diseño asistido por computadora) se han convertido en herramientas de diseño imprescindibles en cualquier disciplina que requiera la representación gráfica de esquemas, circuitos, planos y objetos tridimensionales como pueden ser ingenierías, arquitectura o diseño industrial. Estas aplicaciones nos permiten dibujar de forma precisa objetos en dos dimensiones (2D) o en tres dimensiones (3D).

A continuación, profundizaremos en cómo se aplican las herramientas de CAD en estas áreas específicas.

• Representación de esquemas y circuitos: en ingeniería se utilizan las aplicaciones CAD 2D para representar las instalaciones de los componentes eléctricos, conexiones y cableado de los sistemas eléctricos. Este tipo de aplicaciones incorporan recursos específicos, como símbolos y bloques personalizados, que simplifican y agilizan la creación de diagramas eléctricos y electrónicos.

• Planos arquitectónicos y de ingeniería: las aplicaciones CAD 2D son esenciales en el campo de la arquitectura para la creación de planos de edificios en los que se detallan infraestructuras y sistemas. Utilizando estas aplicaciones los arquitectos y las arquitectas pueden representar de manera precisa todas las dimensiones, la disposición y los detalles de las múltiples estructuras, así como la distribución exacta de elementos como puertas, ventanas y sistemas de electricidad y fontanería.

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8

• Modelado y diseño de objetos tridimensionales: por otro lado, las aplicaciones CAD 3D permiten crear representaciones tridimensionales de objetos, componentes y productos. Los modelos 3D facilitan la visualización de los objetos, su análisis y la revisión del diseño antes de la fase de producción. Además, estas aplicaciones CAD 3D permiten llevar a cabo pruebas de resistencia, simulaciones de ensamblaje y comprobaciones de interferencia con el propósito de garantizar que los productos funcionen de manera correcta y cumplan con los estándares requeridos.

8.2 Herramientas digitales

Las herramientas digitales para la elaboración, publicación y difusión de documentación técnica y multimedia en proyectos sencillos son fundamentales en el mundo actual. Estas herramientas digitales permiten, especialmente a los profesionales de diferentes campos, desarrollar, distribuir y difundir documentación técnica y multimedia de manera eficiente.

Gracias a las características de este tipo de planos, es más fácil difundir la información en webs o realizar la gestión de la información. Además, nos permite almacenar mucha más información en un espacio mucho más reducido.

Por otro lado, existen herramientas digitales que permiten el trabajo colaborativo en línea, pudiendo modificar los proyectos de forma sencilla simultáneamente por todos los miembros del equipo, con independencia de su ubicación espacial. Esta característica facilita la colaboración entre profesionales y la interdisciplinaridad de los proyectos.

7 ¿Qué te hace decir eso? Piensa en tres ventajas de realizar un dibujo técnico en formato analógico frente al formato digital. Ahora piensa en tres ventajas del dibujo técnico digital frente al dibujo analógico.

8 Si tuvieras que realizar un dibujo técnico, ¿qué herramientas utilizarías? ¿Por qué?

9 Entra en la web de las Naciones Unidas www.un.org/sustainabledevelopment/es/, repasa los Objetivos para el Desarrollo Sostenible y observa el aspecto de los iconos diseñados para cada uno de ellos.

Elige un ODS y diseña un icono personalizado empleando la herramienta digital de dibujo técnico que tengas a tu alcance.

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Los gráficos digitales pueden estar formados por puntos de imagen llamados píxeles. Estos gráficos reciben el nombre de mapa de bits. También existe otro tipo de gráficos digitales definidos por líneas y elementos geométricos. Este último tipo se llama gráfico vectorial.

Lo primero que aparece cuando abrimos Inkscape es un lienzo en blanco.

Observa que, a partir del círculo de la izquierda, se ha creado una forma irregular gracias a la inserción de varios nodos en su contorno.

Introducción a Inkscape

Inkscape es una poderosa herramienta de diseño gráfico que te sumerge en el fascinante mundo del arte vectorial. A diferencia de las imágenes de mapa de bits, donde la calidad se reduce al ampliarlas, en Inkscape, trabajamos con objetos vectoriales que conservan su nitidez y calidad sin importar cuánto los agrandemos.

Esta aplicación de software libre te brinda la libertad de crear ilustraciones, logotipos, diagramas y mucho más.

¿Qué hace tan especial a Inkscape? Vamos a explorar su entorno intuitivo y las herramientas creativas que ofrece para dar vida a tus ideas en el lienzo digital.

Las características más destacas de Inkscape son:

• Diseño vectorial: Inkscape se centra en el diseño vectorial, permitiendo la creación de gráficos escalables que mantienen su calidad visual sin importar el tamaño de la imagen.

• Software libre: es una herramienta de código abierto y gratuita.

• Interfaz intuitiva: con una interfaz de usuario amigable, Inkscape hace que el diseño gráfico sea accesible para principiantes.

• Amplia variedad de herramientas: permite dibujar y dar forma a objetos, trabajar con capas y texto; en definitiva, satisfacer diversas necesidades de diseño.

Primeros pasos con Inkscape

En la configuración predeterminada, a la izquierda, se encuentra una paleta de herramientas básicas que incluye cuadrados, círculos, polígonos y espirales, entre otros.

Al seleccionar una de estas herramientas, se mostrarán sus opciones en la barra superior. Por ejemplo, al optar por la herramienta Crear estrellas y polígonos, aparecerá una barra que permite ajustar el número de vértices del polígono, si será redondeado y otras opciones.

Una herramienta especialmente valiosa para crear formas es la manipulación de nodos a lo largo del contorno de figuras regulares, como un círculo o una elipse.

Después de dibujar un círculo, selecciona la opción Trayecto → Objeto a trayecto en el menú. Luego, utiliza la herramienta Editar nodos de trayecto o los tiradores de control para agregar nuevos nodos. Ajustando su posición y ángulo puedes darle una nueva forma a la figura.

La mayoría de estas opciones también se pueden ajustar directamente en el lienzo al arrastrar pequeños punteros cuadrados que aparecen junto a cada objeto. Lo ideal es experimentar con estas herramientas, explorar la amplia variedad de formas que se pueden dibujar y así comprender sus posibilidades.

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9

En cuanto al color, encontramos una paleta horizontal en la parte inferior de la ventana, que se puede cambiar utilizando la flecha hacia la derecha para acceder a otras gamas. Colorear es simple, basta con seleccionar una figura ya dibujada y «tocar» el color correspondiente en la paleta. Al mencionar «tocar», nos referimos al uso de la herramienta Seleccionar y transformar objetos, representada por una flecha, que permite seleccionar, mover y cambiar el tamaño de los diversos objetos en el lienzo.

Además, es posible aplicar colores a los bordes, agregar degradados, transparencias y una variedad infinita de estilos mediante el panel Relleno y borde.

En el trabajo cotidiano los objetos que colocamos en el lienzo funcionan como si de objetos físicos se tratase. Podemos moverlos libremente en dos dimensiones y también colocarlos encima o debajo, unos de otros, con iconos especiales.

También es posible recortar trozos de estos, generar nuevos objetos como unión o intersección de otros, agruparlos, trabajar por capas… La disposición precisa de los objetos, su alineación en la página, la distribución a lo largo de una línea y otros ordenamientos son posibles gracias al panel Alinear y distribuir. Además, puedes incorporar textos de cualquier longitud, con múltiples tipos de letra, tamaños, colores y formatos. Estos bloques de texto funcionan como objetos rectangulares y se pueden mover libremente dentro del lienzo; evitando los inconvenientes que surgen al organizar elementos en procesadores de texto cuando se incorporan imágenes.

Con estos primeros pasos, ya tienes las herramientas necesarias para crear tus propios diseños.

10 Practica insertando diferentes formas (círculo, triángulo, cuadrado, estrella, rectángulo, pentágono, elipse, espirales...) en un lienzo en blanco. Investiga las opciones de cada herramienta y comprende cómo funciona. Cambia las propiedades de los elementos, su color, su opacidad, etc.

11 Prueba la opción Combinar con los objetos anteriores. Posteriormente, practica las opciones de Unión, Diferencia, Intersección, Exclusión, División, etc.

12 Dibuja un cielo estrellado parecido al del ejemplo. Para hacerlo, solo tienes que usar la herramienta estrellas y polígonos, modificar el número de esquinas y ajustar el radio base.

Observa que al situar el ratón sobre el tirador del radio base, aparece en la parte inferior un indicador de lo que ocurre al pulsar las teclas Ctrl, Mayúsculas o Alt.

13 Saco de dudas Crea el siguiente logotipo utilizando Inkscape. Debes utilizar la herramienta de texto y la barra de opciones.

¿Qué representa cada letra? ¿Y el signo más?

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STEAMPow�

PROTAGONISTA

CAI LUN

Cai Lun, un funcionario chino, transformó para siempre la forma en que almacenamos y compartimos los textos escritos. Antes de su invento, si alguien quería escribir un texto tenía que utilizar materiales como seda, bambú y madera, que eran costosos y poco prácticos. Cai Lun se propuso cambiar esto, y con su iniciativa y perseverancia, inauguró una nueva era inventando el papel.

Nacido en una familia humilde en el año 50 d. C., Cai Lun escaló posiciones hasta llegar a ser un funcionario respetado en la corte Han. Pero su principal legado fue la tecnología que desarrolló para fabricar papel. Su método implicaba un proceso meticuloso de experimentación. Utilizaba diversos materiales como cáñamo, cortezas de árboles, trapos y restos de redes de pesca. Hizo numerosas pruebas con estos componentes, triturándolos, sumergiéndolos en agua durante varios días y removiéndolos hasta formar una pasta que luego extendía en finas láminas para ponerlas a secar al sol.

Este proceso no solo demostró su increíble iniciativa y su capacidad para experimentar, sino también su perseverancia y habilidad para aprender de los errores. Con cada prueba, Cai Lun iba ajustando su método, evitando grumos y rugosidades en el producto final. El resultado fue un material que superaba a todos los anteriores en su acabado, perfecto para escribir sobre él.

Gracias a Cai Lun, el papel se convirtió en un recurso indispensable que impulsó el intercambio de conocimiento y la preservación de la historia y la cultura. Su logro demuestra que combinando iniciativa y esfuerzo por mejorar se pueden superar los desafíos tecnológicos más complejos.

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN ING. GRÁFICA, DISEÑO INDUSTRIAL Y SIG

Ubicado en la Universidad de Jaén, este grupo de investigación reúne a expertos de diversas ramas de la ingeniería. Algunas de sus líneas de investigación incluyen el diseño avanzado en ortopedia, geriatría y ecodiseño, explorando opciones en el diseño industrial que contribuyan a un presente y un futuro más ecológicos.

También ha desarrollado varias patentes, como un dispositivo para el entrenamiento de la musculatura y un dispositivo para la colocación y retirada de calcetines y medias. Sus innovaciones en el diseño de objetos, contribuyen al bienestar y calidad de vida de las personas.

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JAÉN
EXPERIMENTAR INICIATIVAPERSEVERANCIA POWER SKILLS! APRENDER DE LOS ERRORES

MI PROFESIÓN

INGENIERA DE DISEÑO

Hola, me llamo Inés y soy ingeniera de diseño. Mi trabajo consiste en crear y desarrollar conceptos para nuevos productos o para mejorar los ya existentes. Utilizo software de diseño asistido por ordenador (CAD) para modelar estos productos en 2D o 3D, lo que me permite analizar sus características antes de pasar a la fabricación.

Para ser ingeniera de diseño he estudiado Ingeniería en Diseño Industrial en la universidad. Después de graduarme, completé mi formación con un máster y algunos cursos específicos de mecánica, electrónica y software.

Dentro de mi profesión hay diversas especialidades, desde el diseño de productos electrónicos hasta el de maquinaria industrial. En mi caso, me centro en el diseño de dispositivos médicos. Utilizo programas especializados y cuento con un amplio equipo de colaboradores que incluye médicos y otros ingenieros. Trabajamos en un laboratorio con impresoras 3D y herramientas para prototipos rápidos.

Lo que más me gusta de mi trabajo es ver cómo un sencillo dibujo en un papel o una idea abstracta se transforman en algo tangible que puede, por ejemplo, facilitar una cirugía complicada o hacer más cómoda la vida de los pacientes. Es como si mis dibujos cobrasen vida para hacer exactamente lo que yo imaginé que harían… ¡Algo que nunca deja de asombrarme!

UNA SILLA PARA ESTUDIAR

A veces cuesta encontrar una silla cómoda para una sesión larga de estudio o de trabajo. Imagina que trabajas en el campo de la ingeniería de diseño y que te has propuesto diseñar una silla ergonómica, es decir, que sea cómoda y soporte bien la espalda, y que, además, tenga un coste de fabricación asequible.

En mi profesión es importante tener una mente abierta y adaptable. El pensamiento crítico me ayuda a evaluar las posibles soluciones antes de elegir mejor. También es esencial trabajar bien en equipo y saber comunicarse eficazmente para que todo el grupo entienda las metas del proyecto.

MENTEABIERTA

YADAPTABLECOMUNICACIÓNEFICAZTRABAJO

• Primero, dibuja un boceto de tu silla ideal en un papel. Piensa en el material, la forma y las dimensiones. ¿Cómo puedes hacer que sea ergonómica y económica al mismo tiempo? Investiga en internet cómo mantener el equilibrio entre ambas condiciones.

• Después, utiliza materiales reciclados como cartón, botellas de plástico o papel de periódico para crear un modelo a escala de tu diseño final.

• Por último, explica en clase tu proyecto y el proceso que has seguido para crearlo.

¿SABÍAS QUE...?

Aunque el éxito de la compañía Apple suele atribuirse casi exclusivamente a uno de sus fundadores, Steve Jobs, buena parte del impacto de sus productos más icónicos, como el iPod o el iPhone, se debió al trabajo de los ingenieros de diseño Jonathan Ive y Hartmut Esslinger.

Su enfoque en el diseño minimalista y funcional revolucionó para siempre nuestra forma de interactuar con la tecnología.

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ENEQUIPO
POWERS! !SKILLS SSKILL SKILLS!

PORFOLIO

¿Qué has aprendido?

Introducción al diseño técnico

1 Piensa en tres ventajas de realizar un dibujo técnico en formato analógico frente al formato digital.

2 Ahora piensa en tres ventajas del dibujo técnico digital frente al dibujo analógico.

instrumentos de dibujo técnico

3 Si tuvieras que realizar un dibujo técnico, ¿qué herramientas utilizarías? ¿Por qué?

4 Inspirándote en los azulejos de la Alhambra, diseña uno trazando un patrón de líneas paralelas y perpendiculares que al repetirse nos recuerde a ese tipo de arte. Utiliza regla, escuadra, cartabón y lapicero para hacer el diseño inicial.

5 ¿Por qué es importante el uso de instrumentos de dibujo a la hora de realizar un dibujo técnico?

6 Investiga cuáles son las diferentes durezas de la mina de los lápices, su graduación y pon un ejemplo de su principal uso.

7 ¿Piensas que un dibujo realizado a mano con herramientas de dibujo genera un mayor número de errores que utilizando un programa de diseño asistido por ordenador? Justifica tu respuesta.

Las vistas de un objeto

8 Dibuja las vistas de las siguientes figuras utilizando el sistema de representación europeo.

Perspectivas

9 ¿Cuáles piensas que pueden ser las ventajas de la perspectiva isométrica frente a la caballera? ¿Y la caballera frente a la isométrica?

10 Comprobamos Dibuja en perspectiva isométrica las siguientes piezas:

El papel en el diseño técnico

11 ¿Qué tamaño de papel utilizarías en los siguientes casos en formato DIN?

– El plano de una vivienda.

– Una agenda personal.

– Imprimir un documento en casa.

– El cartel promocional de una película.

– Un mapa de Andalucía con todas sus provincias y capitales.

12 Busca papeles con diferentes gramajes y traza sobre ellos líneas y dibujo y observa:

– Su consistencia.

– Cómo se transparenta el dibujo por la otra cara del papel.

– Cómo es de fácil doblarlos y recortarlos.

– El espacio que ocupa cada uno de ellos.

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a) b) c) d) f) e)
Alzado Planta Perfil Alzado Planta Perfil A B Alzado
Perfil D Alzado Perfil
Planta
C
Planta

¡ACTÚA !

En busca del tesoro perdido

En tu centro se esconde uno de los mayores tesoros jamás buscado. Para ayudar a tus compañeros y compañeras a encontrarlo deberás facilitarles un plano con la localización precisa.

¿Te animas a embarcarte en este proyecto?

Tu misión será conseguir que encuentren el tesoro en el menor tiempo posible. ¡Tu ayuda es fundamental!

1 Es muy sencillo, lo primero que tienes que hacer es elegir el escondite.

2 Una vez localizado, tendrás que realizar bocetos y croquis sobre los que poder apuntar detalles como medidas y formas de los diferentes espacios.

3 A continuación, utilizando instrumentos de dibujo técnico, crea el plano de tu centro sobre el cual señalarás el punto clave.

Ten en cuenta que cuanto más preciso sea tu plano, más sencillo será para tus compañeros y compañeras seguir la ruta para llegar al objetivo.

4 Plasma en tu plano aquellos objetos característicos de tu centro que sirvan como referencia a lo largo del camino. Por ejemplo, una gran escalera, la entrada principal, alguna fuente de agua en los pasillos, alguna decoración destacada, etc.

Para complicarlo y hacerlo más divertido, puedes crear una yincana con pistas y retos que habrán de superar para llegar al tesoro. Reparte los planos y ¡a jugar!.

¿Cómo has aprendido?

A lo largo de esta unidad, nos hemos iniciado en el dibujo técnico a través de sus técnicas e instrumentos. Además, te has familiarizado con una herramienta de dibujo digital. Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponibles en anayaeducacion.es

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Situación de aprendizaje

Materiales técnicos. Madera y metales 3

Situación de aprendizaje

¡ACTÚA !

Tú qué ¿piensas

¿

Cuando se diseñan objetos, ¿se tiene en cuenta la producción y el consumo responsable de materias primas? ¿Usar madera y metal es más ecológico que utilizar otros materiales?

Vamos a construir una silla resistente a partir de materiales reutilizados y reciclables. Podrás desmontarla y guardarla en un espacio muy reducido.

Para lograrlo, sigue esta ruta:

Los materiales y sus propiedades

La madera ¿Qué uso le damos a la madera?

9 Industria, innovación e infraestructuras 11 Ciudades y comunidades sostenibles 12 Producción y consumo responsables 48

Herramientas para el trabajo con madera

Los metales. Metales férricos y no férricos

Herramientas para trabajar con los metales

El trabajo con los metales

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Un producto tecnológico es un objeto construido a partir de materiales diseñado por el ser humano para cubrir una necesidad.

Existen dos tipos de materiales: las materias primas y los materiales transformados.

El templo Hōryū-ji de Ikaruga, Japón, es uno de los edificios de madera más antiguos del planeta. La construcción de este templo budista data del año 607 y consta de 18 edificaciones realizadas en únicamente con madera. Este material tiene poca rigidez, por lo que es capaz de soportar mayores deformaciones antes de llegar a la rotura. De hecho, ha sido capaz de resistir varios terremotos y numerosos tifones. El secreto de esta construcción reside en cómo están unidos los tablones de madera, de forma que no fuera necesario el uso de clavos.

1 Haz una lista con cinco materiales naturales y otros cinco materiales transformados e indica su origen.

2 Tablas. Clasifica los siguientes elementos según sean materias primas, materiales o productos: madera, chaqueta, vidrio, trigo, arena, plástico, algodón, pan, persiana, ventana, lana, harina, petróleo, tablón, estantería, ovillo, bufanda.

1.1 Las materias primas

Las materias primas son los materiales extraídos directamente de la naturaleza.

Su procedencia puede ser vegetal, animal o mineral. También se consideran materias primas el aire y el agua, imprescindibles para los cultivos, así como el petróleo y el gas natural, materias de origen fósil.

Origen animal

Ceras, grasas, fi bras, huesos, marfi l…

Origen vegetal

Madera, algodón, lino, resinas, aceites…

Origen mineral

Minerales, rocas, gravas, arena…

Los materiales naturales son aquellos que se utilizan tal y como se encuentran en la naturaleza, con pocas modificaciones o ninguna. Entre ellos, destacan la piedra, la madera o las fibras naturales.

1.2 L os materiales transformado eriale s

Los materiales transformados son aquellos que no se pueden obtener directamente de la naturaleza, sino que es necesaria una transformación de un material natural o la combinación de varios de ellos para su obtención. Esta transformación suele realizarse por medio de procesos físicos.

Los materiales transformados se clasifican en: madera, metales, textiles, papel, plásticos, cerámicos y pétreos.

Existe un grupo especial dentro de los materiales transformados, los llamados materiales sintéticos. Son aquellos que se obtienen mediante procesos de transformación químicos. Dentro de este grupo están, por ejemplo, los plásticos, el caucho sintético o el nailon.

Visualiza en anayaeducacion.es la presentación «La obtención de los materiales».

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1
El t emplo Hōryū-ji Materia prima Material Producto

Las propiedades de los materiales son aquellas cualidades que poseen y que rigen su comportamiento ante acciones externas, pero también son las características que determinan la percepción que tienen nuestros sentidos de ellos.

2.1 Propiedades mecánicas

Son aquellas propiedades que están relacionadas con el comportamiento del material frente a los esfuerzos y las cargas.

Dureza. Oposición que ofrece un cuerpo a ser penetrado o rayado por otro

Fragilidad. Capacidad de un objeto para romperse fácilmente sin sufrir apenas deformaciones.

Resistencia mecánica. Capacidad de resistir las fuerzas aplicadas sin romperse o modifi car su forma.

3 Escoge dos materiales con cada una de estas propiedades:

a) Alta dureza

b) Baja fragilidad

c) Baja elasticidad

d) Alta plasticidad

4 ¿A qué tipo de propiedad ecológica corresponde cada uno de estos símbolos? ¿En qué productos podemos encontrarlos?

Plasticidad. Capacidad de deformarse permanentemente al exceder su límite elástico, pero sin romperse.

Tenacidad. Oposición de un cuerpo a ser modificado, deformado o roto.

2.2 Propiedades térmicas

Elasticidad. Capacidad de recuperar su forma original tras ser deformado.

Definen cómo se comporta el material frente al calor.

• Dilatación. Es el aumento de tamaño que sufre un cuerpo al inc rementar su temperatura.

• Conductividad térmica. Capacidad de conducir el calor.

• Calor específico . Cantidad de calor que hay que aplicar a una unidad de masa para que aumente 1 °C su temperatura.

2.3 Propiedades ecológicas

Informan sobre el impacto que tiene el material sobre el ambiente.

• Toxicidad. Grado de efectividad de un veneno o una toxina.

• Reciclabilidad. Capacidad de un material para ser utilizado de nuevo para el mismo fin con el que se creó u otro distinto.

• Ecotoxicidad. Grado de los efectos tóxicos de un contaminante sobre un ecosistema.

• Biodegradabilidad. Descomposición por medios naturales.

anayaeducacion.es: Consulta la presentación «Propiedades de los materiales».

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Partes de un tronco

Duramen (o corazón): es la madera dura y consistente. Está formada por células fisiológicamente inactivas y se encuentra en el centro del árbol. Es más oscura que la albura, y la savia ya no fluye por ella.

Médula vegetal: es la zona central del tronco, que posee escasa resistencia, por lo que, generalmente, no se utiliza.

La madera es el material fibroso del que se componen los árboles. Está formada principalmente por dos sustancias: la celulosa (fibra natural que constituye las paredes de las células vegetales) y la lignina (que mantiene la celulosa unida, confiriéndole dureza y rigidez al árbol).

3.1 Las partes del tronco

El tronco es la parte del árbol más empleada y de mayor aprovechamiento. Hacen falta muchos pasos para transformar el tronco de un árbol en un objeto tecnológico, como un mueble. No todas sus partes se utilizan de la misma manera.

5 Piensa y comparte en pareja. La madera de balsa es la menos densa que se conoce. Investiga para qué se utiliza, qué otras propiedades presenta y compáralas con las del resto de maderas.

6 Asamblea de ideas. Si la madera absorbe fácilmente la humedad del ambiente y se degrada por ser un material de origen vegetal, ¿por qué crees que se utiliza habitualmente para la construcción de barcos?

orteza: protege la madera de enfermedades y ataques externos.

Cámbium: capa de crecimiento del árbol formada por células vivas.

Anillos de crecimiento: cada anillo corresponde a un año de vida del vegetal.

Albura: es la parte joven de la madera. Suele ser de color más claro y se utiliza para trabajos de escasa exigencia mecánica o cualidad estética. Transporta agua, sales minerales y otros nutrientes desde la raíz hasta las hojas de las ramas.

anayaeducacion.es: Consulta el documento «Defectos de la madera».

3.2 Tipos de maderas naturales

Las maderas naturales se pueden clasificar en:

• Frondosas. Se obtienen a partir de árboles poco resinosos, de textura fibrosa, frecuentemente de hoja caduca y son maderas de una amplia gama de colores, durezas y tonalidades, como el roble, el haya y el olivo. Muchas variedades soportan bien las inclemencias meteorológicas, lo que las hace muy adecuadas para mobiliario de jardín, como la teca, el ébano y la caoba. El chopo es otra de las especies de maderas frondosas, más blanda que las anteriores.

• Resinosas. Habitualmente proceden de árboles de hoja perenne, productores de resina, de madera blanca o de colores claros y, en general, de poca dureza. Predominan en zonas frías, suelen ser fáciles de trabajar y son las únicas válidas para obtener madera laminada. La familia más importante de esta variedad es la de las coníferas, siendo sus representantes más conocidos los pinos y abetos. Entre las coníferas de madera dura destacan los cipreses.

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3

3.3 Propiedades generales de la madera

Hay tantos tipos de maderas como árboles, cada una con diferentes propiedades.

Aunque la dureza es la propiedad más habitual para clasificar la madera como material tecnológico, existen otras propiedades interesantes, que la hacen más o menos adecuada para diferentes objetivos.

• Dureza: Comparada con otros materiales, la madera es blanda y se raya con facilidad, aunque existen diferentes niveles de du reza y algunas maderas son más duras que otras. En general, cuanto más oscura es la madera, más dura resulta ser. En cuanto a los materiales duros que pueden penetrar en la madera, por ejemplo un clavo, el efecto que producen en ella es que se abre en el sentido longitudinal de las fibras que la componen.

• Tenacidad: Las maderas, en general, son materiales muy tenaces que aguantan los golpes sin romperse; es decir, son poco frágiles.

• Flexibilidad: La madera suele ser un material relativamente flexible por su capacidad para ser deformada en el sentido de las fibras sin romperse.

• Aislamiento térmico y eléctrico: La madera es un buen aislante. Presenta una gran oposición al paso del calor y la electricidad.

• Densidad: La madera es poco densa y, por tanto, la mayor parte de maderas suele flotar en el agua. La densidad afecta a la relación resistencia/peso, que en el caso de la madera es elevada, lo que la hace muy apropiada para su uso en construcción.

• Higroscopicidad: Teniendo en cuenta que es la capacidad de absorber o ceder humedad, la madera absorbe con facilidad la humedad del ambiente. Esta propiedad afecta al volumen y al peso de la pieza.

• Conductividad acústica: Debido a su baja densidad y su elevada elasticidad, la ma dera conduce muy bien el sonido. Estas dos propiedades la hacen muy adecuada para construir instrumentos musicales.

anayaeducacion.es: Consulta la presentación «Propiedades de la madera: árboles».

7 Intuyo y deduzco. No todas las partes del tronco tienen la misma densidad. ¿Qué partes crees que son más densas? ¿Por qué?

8 La superficie forestal española representa más del 55 % de su superficie total. Averigua qué materiales se obtienen en los bosques de tu comunidad.

9 Aunque en la actualidad los mangos de muchos utensilios de cocina se fabrican con plástico, durante años, la madera ha sido el material predominante. ¿Qué propiedad hace a la madera adecuada para este uso? ¿Por qué crees que ha sido sustituida por el plástico?

El sonido de un instrumento de cuerda depende, además de su forma, de las propiedades de la madera con la que se construye.

10 Busca en internet las propiedades que hacen de las siguientes maderas algunas de las más utilizadas: castaño, caoba, cerezo, fresno, haya, nogal, olivo, pino, roble, tejo y teca. Crea una tabla indicando las propiedades y los usos a los que se destinan (mobiliario, construcción de estructuras, forrar suelos o paredes, etc.).

11 Intuyo y deduzco. Teniendo en cuenta la información que has obtenido en la pregunta anterior y atendiendo a la propiedad de la flexibilidad, ¿qué madera sería la más adecuada para fabricar un arco? ¿Y un tablero para un pequeño puente?

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3.4 El proceso de transformación de la madera

Hasta lograr que el material pueda ser usado para la construcción de objetos, hay que seguir varios pasos.

Por medio de hachas, sierras mecánicas o máquinas taladoras se corta el tronco y se eliminan ramas y raíces. En algunas ocasiones se aprovecha para realizar el descortezado del árbol tras la poda.

Si el árbol no ha sido descortezado en el bosque, será lo primero que se le haga. Después, se cortará siguiendo una técnica u otra, en función de la forma que se quiera obtener: tableros, chapas o listones.

Desde los bosques hasta los aserraderos, se traslada en camiones o siguiendo el curso de un río, dependiendo del terreno y la orografía, la infraestructura de transporte y la distancia al aserradero.

Para eliminar la savia del interior de la madera, se ordenan de forma que circule el aire entre ellas. Se puede seguir un proceso de secado natural o acelerarlo por medios artificiales, como la aplicación de calor o de productos químicos.

anayaeducacion.es: Consulta la presentación «Obtención de la madera».

12 Fíjate en los árboles que hay en el camino a tu colegio o a tu instituto. ¿Cuáles son más abundantes, los frondosos o los resinosos? ¿Por qué características los has reconocido?

13 Intuyo y deduzco. ¿Por qué la madera se deforma en función del corte que tenga?

14 ¿Por qué piensas que es tan importante el secado de la madera antes de trabajar con ella?

15 Escribe los nombres de las especies de árboles más frecuentes en tu provincia. ¿Son especies autóctonas o se han introducido desde otros países? ¿Por qué se introdujeron?

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4.1 Maderas naturales

La madera natural puede ser aserrada de diferentes formas para obtener piezas que serán utilizadas en la construcción de objetos. Algunas de las presentaciones o formas comerciales más comunes son:

• Listones. Piezas de sección rectangular o circular. Su grosor es variable. Tienen múltiples usos en carpintería.

Formas comerciales de la madera

Tablas y listones

Tableros

Redondos

Molduras

Chapas

• Molduras o perfiles. Piezas similares a los listones, de formas más complejas. Se emplean en decoración.

• Tablas y tablones. De mayores dimensiones que los listones. Empleadas en construcción y en la industria del mueble.

• Vigas. Empleadas como elemento estructural en construcción.

• Tableros. Piezas de gran superficie formadas ensamblando varias tablas. Se emplean en la industria del mueble y en decoración.

• Láminas o chapas. Piezas delgadas usadas para forrar superficies.

4.2 Maderas prefabricadas

Ciertas piezas de madera se fabrican con láminas o restos de aserradero en astillas, obteniendo tableros artificiales de medidas estándares y de bajo coste. Estas son sus principales propiedades:

• Son más uniformes, no tienen nudos o vetas y, por lo tanto, se deforman de manera más homogénea.

• Están disponibles en diversos acabados: imitando madera natural o piedra, y en una amplia gama de colores lisos, con brillo, etc.

• Pueden tener tratamientos antiparasitarios y antihumedad.

• Aprovechan la madera de árboles cuya calidad no los hace adecuados para el aserrado.

• Tienen medidas estándares.

• Son más baratos que la madera natural.

Maderas prefabricadas

Contrachapado

Formados con un número impar de láminas encoladas, de entre 0,5 mm y 3 mm de espesor. Se disponen de forma que las fibras de los tableros consecutivos queden perpendiculares, aumentando su resistencia ante las deformaciones.

Aglomerado

Se conocen también como tableros de partículas y se fabrican a partir de virutas y restos de madera encolados y prensados con resina sintética termoendurecida; su aspecto es sólido y compacto.

Se consiguen reduciendo restos de madera hasta fibras que se mezclan con adhesivos y productos químicos; finalmente, se prensa a alta temperatura. Los más conocidos son los tableros de densidad media o DM.

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De fi bras

La fabricación del papel

1 En primer lugar, se descorteza la madera, se tritura y se mezcla con una gran cantidad de agua para fabricar pasta de papel.

4.3 El papel y el cartón

El proceso de fabricación de papel apenas ha variado desde que fue desarrollado en China, aproximadamente en el siglo I a. C. El papel resultó más económico y fácil de fabricar que los materiales usados hasta entonces, pergamino y papiro, de producción mucho más limitada y costosa.

La fabricación industrial de papel consta de dos grandes fases: primero, se elabora la pasta de celulosa y, posteriormente, se le da forma al papel. Estas fases se realizan en varios pasos.

El cartón

3 Se reparte la pasta sobre una rejilla, para que escurra el agua.

Escurrido

El cartón se forma por varias capas de papel superpuestas, lo que le confiere mayor grosor, dureza y resistencia. En ocasiones se incluye una capa de papel ondulado o con una estructura en panel de abeja entre las dos capas exteriores para aportar una mayor resistencia. La capa externa puede recibir un tratamiento para lograr un brillo o una impresión más llamativa; la técnica empleada con más frecuencia es el estucado. El principal uso del cartón es para embalajes y envases. anayaeducacion.es: Consulta el documento «El corcho».

Descortezado

Triturado

Aditivado y blanqueado

2 Se cuece la pasta para separar la celulosa de la savia y se añaden reactivos químicos para blanquearla y darle más resistencia. Cocción

4 Se pasa por unos rodillos calientes que terminan de secarla y consiguen que tenga el espesor deseado.

5 Se enrolla formando bobinas.

Secado

Bobinado

Estirado

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Práctica guiada

Fabrica papel artesano

1 Prepara una rejilla de malla fina como las empleadas en las mosquiteras. Móntala sobre un marco de madera con las dimensiones del tamaño de papel que quieras conseguir. Para fijar la malla al marco, solo hay que graparla.

2 Ahora prepara la mezcla con trozos de papel desechado del menor tamaño posible. Échalos en una cubeta de agua y déjalos medio día. Da vueltas a la mezcla de vez en cuando, con ayuda de una cuchara de madera, para hacer que el papel se deshaga y forme una pasta uniforme o tritúralos con una batidora.

3 Poniendo un recipiente debajo, vierte la pasta sobre la rejilla de forma homogénea y espera a que escurra la mayor parte del agua.

4 Coloca una bayeta absorbente sobre la pasta y gira el marco.

5 Deposita la lámina de pasta de papel sobre la bayeta, pon otra bayeta encima y continúa formando una pila de capas de pasta y bayetas hasta tener todas las hojas que quieras preparar.

6 Coloca la pila entre dos tableros y prénsala con ayuda de sargentos o poniendo objetos pesados sobre ella. Cuando esté totalmente seco, desprende con cuidado las láminas de papel de las bayetas.

16 En situación ¿Crees que el cartón, como material estructural, puede ser utilizando en lugar de otros materiales menos ecológicos? ¿Por qué? ¿Qué ventajas e inconvenientes tiene?

17 El espejo. ¿Qué crees que es más ecológico: el uso de libros electrónicos o el de libros en papel? Investiga sobre la huella que deja la fabricación del papel, la impresión de los libros, su transporte hasta las tiendas, la obtención de los materiales para los libros electrónicos y su fabricación. Organiza tus argumentos y justifica tu respuesta.

18 Analiza un envase fabricado con cartón. Por ejemplo, una caja.

a) Toma sus medidas y representa sus vistas.

b) Desmóntalo con cuidado para extenderlo encima de la mesa. Haz un plano a escala 1:2, teniendo cuidado de no olvidar los pliegues y las pestañas.

c) ¿Es igual la cara interna del envase que la externa? Anota las diferencias que observes.

d) ¿Qué nuevos usos podrías darle al cartón, además de reciclarlo en el contenedor azul?

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5.1 Herramientas de corte

• Segueta. También llamada «sierra de marquetería», se compone de un mango y un arco al que se atornilla una hoja dentada, o pelo. Dependiendo del número de dientes y del grosor de la hoja, se podrán hacer cortes de mayor precisión.

Los pelos redondos permiten hacer cortes curvados, mientras que los pelos planos solo están destinados para cortes rectos.

Los dientes deben montarse hacia delante y el pelo ha de quedar tenso para evitar que se parta con facilidad.

• Serrucho. Es la herramienta general para cortar en la madera. Su corte es poco preciso, ya que la hoja es muy flexible y cimbrea.

• Sierra de costilla. Lleva una pieza metálica en forma de U en el borde superior, llamada «costilla», que sirve de refuerzo y evita que la hoja cimbree. Se emplea para cortes rectos, cortos y precisos. Si el corte es largo, la costilla puede entorpecer la labor al tropezar con la madera.

• Sierra de arco. Herramienta para cortes en madera o metal. Se emplea para el corte preciso de listones, ya que apenas se desprende serrín o virutas ni se astilla la madera. La pieza a cortar ha de ser de poco grosor, de lo contrario tropezará el arco.

Accede a anayaeducacion.es y consulta la presentación «Máquinas herramienta».

M áquinas herramienta para el corte de madera

Sierra circular. Para cortes rectos. El corte puede producir astillado si el disco no está bien afilado, si tiene un número reducido de dientes, o si se está cortando a pocas revoluciones.

Sierra de calar. Para cortes rectos y curvados. El corte es más lento que el de la sierra circular. Tiende a astillar el material.

Sierra de cinta. Utiliza una banda o cinta metálica circular dentada que gira a través de la sierra. Permite cortes curvos e irregulares.

58
5
Serrucho

5.2 Herramientas de remoción y ajuste

Herramientas para perforar

• Barrenas. Se emplean para hacer taladros poco profundos y de pequeño grosor.

• Brocas. Son herramientas cilíndricas que se acoplan al extremo de una taladradora o de un berbiquí para hacer taladros en el material. Las brocas para madera presentan en la punta una pequeña parte afilada que sobresale a modo de punta de flecha para facilitar su posicionamiento en el lugar adecuado.

Herramientas para rebajar

• Garlopa o cepillo. Herramienta de ajuste que consiste en una hoja afilada de acero y un soporte del mismo ancho con la parte inferior perfectamente lisa. La hoja asoma ligeramente para arrancar virutas del material. Hay que mantener la hoja bien afilada y regulada, de forma que asome lo justo por la ranura (durmiente) para que las virutas sean delgadas y uniformes.

Existen garlopas de diversos tamaños para rebajar piezas de madera más o menos grandes y poder realizar trabajos más detallados.

• Escofinas. Herramienta de acero con superficies dentadas que sirve para desbastar la madera eliminando el material sobrante. Se presentan con distintos tamaños y secciones, pensados para hacer rebajes planos o curvos Los acabados que se consiguen son toscos. Las limas tienen un aspecto similar a las escofinas, pero no se deben usar en la madera porque sus estrías se embozan con el serrín.

• Formones, gubias y escoplos. Herramientas para realizar cortes, muescas, rebajes y trabajos artísticos. El formón y el escoplo tienen la punta con filo biselado, mientras que las gubias lo tienen curvado y es más delgado. Para algunos trabajos, se necesita golpearlos con un mazo o martillo para penetrar en el material.

Formones y escoplo

Gubias

19 En situación Aunque el cartón y la madera son materiales bastante diferentes, en algunos casos pueden utilizarse las mismas herramientas de trabajo. Haz una lista con las herramientas que necesitarás para fabricar tu silla de cartón a partir de láminas de cartón reutilizado y describe las que sean específicas para trabajar con cartón.

59 3
Lijas

M áquinas herramienta para mecanizar la madera

5.3

aje

Las uniones pueden ser permanent

Uniones permanentes

• Enc xtiende una capa de cola de carpintería sobre una de las superficies a unir. Suele tener un tiempo de secado de unas dos horas.

• Pegado con cola termofusible. Es una forma rápida de unión, pero no es muy resistente.

• Clavado. Consiste en unir piezas mediante clavos. Para clavar, se utiliza un martillo, y para quitar los clavos, se emplean unas tenazas.

• Ensambles. Se llevan a cabo haciendo entrantes y salientes en las piezas, de modo que encajen y ajusten perfectamente. Este tipo de unión se refuerza con cola de carpintero.

• Espigas y clavijas. Unión mediante pequeños cilindros o galletas de madera, que se insertan en unos orificios que hemos practicado en las dos partes que queremos unir, de forma que coincidan. Las piezas de unión se encolan antes de insertarlas. Encolado.

60 5
zas en

Uniones desmontables

• Atornillado. Consiste en unir piezas mediante tornillos. El atornillado se lleva a cabo con el destornillador adecuado para los tornillos que se emplean, o con llaves especiales, como las llaves Allen. Para evitar que la madera se lamine, se suele hacer un taladro previo con un diámetro uno o dos milímetros menor que el del tornillo.

• Mediante herrajes. Son piezas metálicas que se atornillan en las maderas que queremos unir. Los hay de muchos tipos: escuadras, tiras, estribos, etc.

Uniones entre maderas

Uniones permanentes

Mediante clavos.

Mediante ensamblado.

Mediante espigas.

Uniones desmontables

Mediante tornillo de ensamblar.

Mediante herrajes móviles.

Mediante herrajes rígidos.

61 3

Edad de los Metales

Yacimiento de Los Millares, Almería.

El primer metal fundido y trabajado fue el cobre. Aunque las técnicas de fundición y moldeado no se desarrollaron al mismo tiempo en todas las civilizaciones, las primeras evidencias datan del año 6000 a. C., inicio de la Edad del Cobre. Esta etapa finaliza en el año 3000 a. C.

El uso de otros metales ha permitido designar nuevas etapas en la Edad de los Metales: la Edad del Bronce, que abarca desde el 3000 a. C. hasta el 1200 a. C., y la Edad del Hierro, desde el año 1200 a. C. hasta el 550 a. C. Busca imágenes de utensilios o herramientas fabricadas en cada etapa y explica su función y de qué metal están hechos.

De entre los elementos químicos de la naturaleza, los metales son el grupo más numeroso. Hay más de noventa tipos de elementos metálicos. Algunos fueron descubiertos y empleados en las épocas prehistóricas, lo que fue un factor importante para el desarrollo de civilizaciones como la sumeria o la egipcia. Otros son menos comunes y han sido descubiertos en épocas más recientes.

En estado natural, la mayoría forma parte de minerales, que hay que procesar para extraer el metal separándolo de la ganga.

6.1 Metales y aleaciones

Hay siete metales conocidos por la humanidad desde la Antigüedad: hierro, cobre, plata, estaño, oro, mercurio y plomo. Desde finales del siglo XVIII se han logrado catalogar docenas de elementos metálicos. Además de los metales puros, a lo largo de la historia se han descubierto combinaciones de dos o más metales y de metales con otros elementos químicos que mejoraban sus propiedades físicas. Un material obtenido de la combinación de dos o más elementos químicos, de los cuales al menos uno es metálico, se denomina una aleación.

Entre las aleaciones más importantes están el bronce, el latón y el acero inoxidable.

• El bronce es una aleación de cobre con estaño. Fue una de las primeras aleaciones utilizadas por la humanidad y fue tan importante que ha dado su nombre a una de las épocas de la historia. Aunque es de color dorado, en contacto con el aire tiende a formar una pátina azulada o verdosa. Gracias a su magnífica sonoridad ha sido empleado desde la Antigüedad para fabricar campanas y gongs.

• El latón es una aleación compuesta de cobre y cinc, muy utilizada para hacer alambres y varillas. Como no es atacado por el agua salada, se emplea en la fabricación de piezas y equipos para barcos; también se utiliza en instrumentos musicales de viento, pomos de puerta y monedas, entre otras aplicaciones.

• El acero es una aleación de hierro y carbono, que contiene menos del 1,76 % de este último.

• El acero inoxidable es una aleación de acero con, al menos, un 10 % de cromo, que lo hace resistente a la corrosión, por lo que es muy utilizado en elementos de cocina, en máquinas para procesar alimentos y en la construcción.

20 Los metales se encuentran en la naturaleza formando minerales.

Averigua qué metal puede extraerse a partir de los siguientes minerales.

21 Investiga qué metales son los que más abundan en tu región, dónde se extraen y qué usos son los más habituales.

62
6
Cinabrio Galena Hematita Malaquita Blenda

6.2 Las propiedades de los metales

Entre las principales propiedades físicas de los metales se puede indicar que en general:

• Tienen alta densidad; es decir, su peso respecto al volumen que ocupan es superior al de la mayoría de los materiales.

• Son buenos conductores del calor y de la electricidad.

• Reflejan la luz, de ahí su característico brillo metálico.

• Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio.

• La mayoría de ellos son grises o blanquecinos, aunque también los hay de otros colores.

• Admiten la mezcla con otros metales y otras sustancias que mejoran sus propiedades, como sucede con el acero inoxidable, los latones o las aleaciones ligeras.

Algunas de las propiedades tecnológicas de los metales hacen de ellos unos materiales muy utilizados en la industria.

Propiedades tecnol ógicas de los metales

Colabilidad

Facilidad del material de mantener la fluidez, tras haber sido fundido, para rellenar un molde.

Soldabilidad

Facilidad para unir dos o más piezas de metal por medio de la aplicación de calor, presión o ambas.

Ductilidad

Capacidad de estirarse formando hilos o filamentos.

22 La pregunta. Imagina una sociedad que no conozca el uso de los metales. ¿Cómo crees que vivirían? ¿Qué objetos cotidianos no existirían o estarían hechos de otros materiales?

23 Investiga en internet cuál es el metal más caro del mundo. ¿Para qué se utiliza? ¿Por qué crees que es tan caro?

24 Explica por qué se utilizan las aleaciones en lugar de los materiales metálicos puros.

anayaeducacion.es: Consulta la presentación «Propiedades de los materiales metálicos».

Maleabilidad

Capacidad de extenderse en láminas.

Plegabilidad

Facilidad para doblarse sin romperse.

Maquinabilidad

Facilidad para ser conformado, por medio de máquinas herramienta en las que se elimina material (taladrado, torneado…).

25 Busca dos ejemplos de objetos metálcos que hayan sido fabricados con cada uno de los siguientes procedimientos:

a) Rellenando un molde con el que se le ha dado su forma.

b) Soldando piezas de metal.

c) Utilizando láminas metálicas.

d) Por medio de filamientos delgados de hilo metálico.

63 3

6.3 La obtención de los metales

La distribución de los distintos minerales en la corteza terrestre no es uniforme. Esto da lugar a la existencia de algunos puntos en los que se concentran cantidades mayores de alguno de ellos, formando yacimientos.

La minería es la industria que se encarga de la extracción de minerales. El método de extracción del mineral se puede hacer en minas a cielo abierto o en minas subterráneas, dependiendo de la profundidad a la que se encuentre el yacimiento.

Los tratamientos para separar la mena (parte útil) de la ganga pueden consistir en moler la roca, fundirla, lavarla o emplear métodos electroquímicos.

Hasta lograr que el material pueda ser usado para la construcción de objetos, hay que seguir varios pasos:

• Extracción de mineral.

• Separación de mena y ganga para obtener lingotes de metal.

• Transformación de los lingotes en piezas útiles.

Cuando seguimos estos pasos para la obtención de hierro o metales ferrosos, el proceso recibe el nombre de siderurgia; en el caso de cualquier otro metal, el proceso recibe el nombre de metalurgia.

Repercusiones medioambientales de la minería

La actividad minera también tiene consecuencias negativas para el medioambiente como:

• Degradación del paisaje y tala de bosques, en especial en las minas a cielo abierto.

• Modificación de la estructura del suelo, tanto por la construcción de túneles como por la de bancos. Al abandonar una explotación minera, es necesario realizar labores de consolidación del terreno para evitar desprendimientos.

• Contaminación por polvo y humos, debido a las voladuras.

• Contaminación acústica por las explosiones y el movimiento de maquinaria pesada.

• Toxicidad propia de algunos metales y procesos de refinado:

– Separación y lavado, donde se usan ácidos y otras sustancias corrosivas que pueden contaminar el entorno.

– Desprendimiento de gases nocivos, que es necesario filtrar.

26 ¿Hay minas en tu región? En caso afirmativo, ¿dónde están? ¿Qué minerales extraen? ¿Se trata de metales? ¿Los extraen a cielo abierto o en mina subterránea?

En caso negativo, busca información sobre los metales que se extraen en España. ¿Dónde están las minas? ¿Son a cielo abierto o subterráneas?

27 Anota al menos tres aspectos positivos de la extracción de metales.

28 Consecuencias y resultados. ¿Qué riesgos crees que comporta trabajar en una mina subterránea?

29 ¿Qué problemas para el medioambiente y la salud supone la extracción de minerales? Degradación del entorno en una mina a cielo abierto.

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Extracción de mineral en una mina subterránea.

El hierro es el segundo metal más abundante de la corteza terrestre, solo superado por el aluminio. Los materiales metálicos férricos son aquellos que contienen hierro. Los principales son tres:

• Hierro puro. Contiene menos del 0,1 % de carbono.

Alimentar el alto horno

En el alto horno se introducen:

• Mineral de hierro o mena. Minerales ricos en hierro, como pirita, magnetita, siderita, hematita o limonita.

• Combustible. Carbón de alto poder calorífi co, generalmente coque.

• Fundente. Piedra caliza o arcilla. Por cada dos toneladas de mineral de hierro se añaden una de combustible y media de fundente.

Esquema de una planta siderúrgica

Planta de

• Acero. Contiene entre el 0,1 % y el 1,76 % de carbono. Es más fuerte, ligero y flexible que el hierro, el cobre o el bronce.

• Fundición. Contiene entre el 1,76 % y el 6,7 % de carbono.

Consulta en anayaeducacion.es la galería de imágenes «Minerales que contienen hierro».

7.1 El alto horno

En el alto horno se eliminan las impurezas del mineral de hierro y se transforma en arrabio, que contiene un 92 % de hierro.

Por la parte superior del horno se introduce mineral de hierro, combustible y fundente; por la parte inferior, se insufla aire caliente. Las altas temperaturas alcanzadas transforman el mineral en metal fundido. Este precipita hacia el fondo del horno y, por la diferencia de densidad, se separa en dos partes: el arrabio, o hierro fundido, todavía con impurezas, y la escoria, o material de desecho, que flota sobre él. Un proceso termoquímico posterior mejorará la pureza del arrabio.

Mineral sinterizado

Carbón de coque

es de acero de arr

65 3 7
Horno de cubilot

11

Los usos del acero

Dadas sus características, es un material muy solicitado para instalaciones de procesado de alimentos y fármacos, como material para la fabricación de electrodomésticos o como mobiliario sanitario en las casas.

7.2 El acero

El acero es una aleación de hierro y carbono que contiene menos del 2 % de este último. La mayor parte del mineral de hierro extraído en el mundo va destinado a fabricar distintos tipos de aceros.

Para obtener acero, se emplea el arrabio obtenido en el alto horno. Para reducir las impurezas, se somete el arrabio a un proceso termoquímico denominado afino, ajustando el contenido en carbono del acero y otros aditivos que mejoran sus propiedades, como el cromo, el níquel o el manganeso.

Una de las formas más conocidas de realizar el afino es la que emplea un convertidor básico de oxígeno o convertidor LD. En este convertidor se inyectan caliza y otros elementos de aleación, que provocan una fuerte reacción química, eliminando las impurezas y transformándolas en escoria, que se elimina antes de extraer el acero.

Se inclina ligeramente el horno y se carga con arrabio, fundente y, en ocasiones, chatarra.

Se endereza y se introduce una lanza que inyecta oxígeno en el metal fundido.

30 ¿Para qué estructuras se utiliza el hierro puro en la construcción? ¿Y el acero? ¿Y la fundición?

31 Se puede pensar que la escoria es tan solo un material de desecho. Sin embargo, tiene múltiples usos, alguno de ellos muy relevante en la construcción. Investiga qué usos se le da a la escoria.

32 Investiga y describe tres inconvenientes del acero inoxidable frente al acero convencional.

33 Cadena de secuencias. Haz un esquema de bloques del proceso de obtención del acero, desde el mineral de hierro hasta el afino.

34 Haz una lista con los objetos de acero que usas a diario. Organízalos entre los que hay en las distintas habitaciones de tu casa y añade los de tu instituto.

Aceros aleados

Se vuelca el horno hacia un lado para extraer la escoria que flota sobre el acero.

Se vuelca hacia el lado contrario para extraer el acero refinado.

Una vez que se ha obtenido acero, se suele mezclar con otros elementos, con el fin de obtener materiales con propiedades físicas mejoradas. El acero se puede mezclar con:

• Silicio. Se trata de un metaloide, no es un metal. Mejora la elasticidad y aumenta las propiedades magnéticas.

• Manganeso. Endurece y hace el acero más resistente al calor.

• Níquel. Previene la corrosión y mejora la resistencia mecánica.

• Tungsteno. Aumenta la dureza, la resistencia al calor y a la corrosión.

• Cromo. Para hacer el acero inoxidable más duro y flexible.

• Molibdeno. Aumenta la dureza, la resistencia al impacto y a la corrosión. Mejora el comportamiento a baja temperatura.

• Vanadio. Aumenta la capacidad de endurecimiento.

• Niobio. Incrementa la resistencia. Además de estas aleaciones, uno de los productos más demandados por la sociedad es el acero inoxidable, dado que se trata del único material de hierro que no se oxida o, al menos, que lo hace de forma muy lenta. Para conseguir que un acero se convierta en acero inoxidable, es necesario alearlo con cromo, molibdeno y níquel.

66 7
PROCESO DE AFINO
2 2
3
3
4
4

Los metales no férricos son aquellos que no contienen hierro en su origen o no se les ha añadido al producir una aleación.

Nombre Símbolo

La mayor parte de los metales no férricos tienen gran utilidad en la industria y en las actividades del ser humano. Muchos de ellos —como el aluminio, el cobre o el titanio— se emplean como materiales base en la producción de otros materiales.

Entre los más utilizados se encuentran:

Punto de fusión (°C)

Aluminio Al 660

Titanio Ti 668

Vanadio V 902

Cromo Cr 1857

Níquel Ni 1455

Cobre Cu 1085

Cinc Zn 420

Usos

Industrias automovilística y aeroespacial, espejos, menaje, carpintería metálica, etc.

Biomedicina, industrias automovilística y aeroespacial, joyería y productos deportivos.

Aceros, piezas de reactores nucleares, llantas de vehículos y catalizador en reacciones químicas.

Aceros, procesos de cromado, pinturas y catalizador.

Aleaciones de cobre (alpaca), monedas y colorante del vidrio.

Conductores eléctricos, calderería, bisutería, monedas, máquinas e instrumentos musicales.

Aceros, baterías eléctricas, colorante de pinturas y latón.

Otros metales, menos utilizados, se destinan a aleaciones o como aditivos para mejorar las propiedades del material resultante. Nombre

Aleación

Propiedades

Cobre y estaño (del 3 % al 20 %)

Dorado, resistente a la corrosión, muy dúctil, excelente sonoridad.

Usos Objetos decorativos, campanas, hélices de barco

Cobre y cinc (del 25 % al 40 %)

Dorado, alta maquinabilidad, muy resistente a la corrosión.

Cobre y níquel (del 25 % al 55 %)

Plateado, no se corroe con el agua de mar.

Cobre y aluminio (del 5 % al 12 %)

Dorado, resistente a la corrosión, no produce chispas al ser golpeado.

Aluminio y cobre (del 2,5 % al 4,5 %)

Dúctil y maleable. Alta resistencia mecánica y dureza.

Tornillería, bisagras, instrumentos musicales, bisutería…

Monedas, piezas y material náutico.

Piezas de motores y tornillería. Muy empleado en ingeniería

Piezas de aeroplanos y automóviles, discos de freno, material de escalada...

67 3 8
Bronce Latón Cuproníquel Cuproaluminio Duraluminio

9.1 Herramientas de corte

• Tijeras de chapa. Tijeras compactas, pesadas y de gran tamaño que permiten cortes complejos y curvos en chapas muy finas.

• Cizalla. Es una herramienta formada por unas cuchillas accionadas por mangos de grandes dimensiones, lo que permite hacer mucha fuerza. Se utiliza para cortes de piezas metálicas de mayor grosor.

• Sierra de arco. Idéntica a la empleada para madera, su hoja dentada puede sustituirse y tiene los dientes inclinados hacia delante. Permite cortar piezas de metal de poco grosor.

Máquinas herramienta de corte

• Caladora. Es una máquina herramienta que tiene una pequeña hoja serrada que sube y baja a gran velocidad y permite hacer cortes rectos o curvos. Existen hojas para diferentes materiales. Las hojas para corte de metal tienen los dientes más pequeños.

• Radial. Es una máquina herramienta que tiene un disco que gira a gran velocidad. Dependiendo del disco empleado, permite cortar madera, metales blandos o duros e, incluso, piedra.

9.2 Herramientas para sujetar

Hojas para cortar metales con una sierra de calar

• Tornillo de banco. Va fijo en la mesa de trabajo. Consta de dos mordazas, una fija y la otra móvil. La pieza se sujeta entre las dos mordazas.

• Alicates. Se emplean para sujetar piezas pequeñas y también para doblar y cortar alambres. Hay distintos tipos de alicates (de punta redonda, de punta plana, universales, etc.) diseñados para usos específicos.

68
9
Radial

9.3 Herramientas para taladrar

• Granete. Es un cilindro de metal con un extremo terminado en punta, al que se golpea con un martillo, y sirve para marcar el punto donde se va a hacer el agujero y que la broca no resbale.

• Taladradora. Hay dos tipos de taladradora: la de mano y la de columna. Las de columna pueden estar montadas en un banco de trabajo o en una mesa. Están dotadas de una mesa regulable en altura y, a veces, en inclinación, a la que se fijan, con mordazas, las piezas que queremos perforar. Estas taladradoras permiten una cómoda regulación de la velocidad de giro y de avance de la broca.

• Brocas. Son piezas que se acoplan al taladrador, encargadas de hacer el agujero. Tienen un filo helicoidal cortante, que con el uso tiende a desgastarse. Cuando una broca ha perdido su efectividad, se puede afilar con máquinas afiladoras o amoladoras.

La seguridad ante todo

Los equipos de protección individual, o EPI, protegen ante posibles peligros. Su elección depende del riesgo de cada actividad:

• Protección para la cabeza.

9.4 Herramientas para limar

• Lima. Es una barra de acero con estrías o rugosidades que permiten separar pequeñas cantidades de viruta de las piezas de metal por medio de fricción. Para ello, se elige la lima con la forma y el grano adecuados, según el trabajo que se quiera efectuar. Para desbastar, elegiremos una lima de grano grueso, mientras que para afinar, emplearemos una lima de grado medio o fino.

• Papel de lija. Es un papel al que se le han pegado unos granos de distintos materiales como silicio, corindón o circonio, muy abrasivos, y sirve para eliminar irregularidades de las piezas por medio de fricción. También se utiliza para eliminar el óxido de una superficie metálica. Normalmente, el papel de lija suele acoplarse a una máquina que vibra a alta velocidad, la lijadora, lo que facilita su uso.

• Protección para los ojos y la cara: gafas, protectores y pantallas.

• Protección ante ruidos extremos.

• Protección respiratoria.

• Protección para manos y brazos ante cortes, abrasiones, productos químicos o temperaturas extremas.

• Protección para pies y piernas: calzado de seguridad con punteras reforzadas o suelas antideslizantes.

• Ropa para proteger contra exposiciones químicas, radiación o llamas.

• Protección contra caídas: arneses o líneas de vida.

Esmeriladora

La esmeriladora es una máquina herramienta que lleva acoplada una piedra abrasiva llamada «muela», que gira, y al entrar en contacto con una pieza metálica, produce el desgaste de esta. Se utiliza normalmente para afi lar herramientas.

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Detalle del rayado Taladradora de columna

10.1 Los trabajos de mecanización con los metales

Forja

Vulcano, dios de la forja

Diego Velázquez pintó La fragua de Vulcano alrededor de 1630. La obra representa la escena mitológica en la que Vulcano, que está trabajando en su forja junto a otros herreros, es sorprendido por Apolo.

El acero ha sido trabajado tradicionalmente en la fragua para forjar todo tipo de herramientas, muebles, instrumentos y objetos varios. Aunque aún pervive, el trabajo artesano del herrero ha sido sustituido en su mayoría por técnicas industriales, como la forja con estampa. En este caso, se va dando forma al material por medio de moldes llamados «troqueles» y usando prensas y/o martillos neumáticos.

Fresado

Es un proceso que se lleva a cabo con una máquina herramienta llamada «fresadora», que lleva acoplada una herramienta de corte cilíndrica de diferentes formas, llamada «fresa», y que gira a gran velocidad. Gracias a la amplia variedad de fresas que existe, es posible hacer agujeros de diferentes formas, ranuras, canales, etc.

En este y otros procesos de mecanizado suele emplearse la taladrina, una mezcla de agua y aceites que refrigera y lubrica las piezas sobre las que se trabaja.

Torneado

Para este proceso se emplea una máquina herramienta llamada «torno», que hace girar una pieza de metal a gran velocidad y a la que se le aplica una cuchilla que arranca virutas de metal, dándole forma y obteniendo una pieza con sección circular.

Mecanizado con arranque de viruta

Fresadora

Fresadora

La pieza gira y las cuchillas avanzan.

La fresa gira mientras que la pieza avanza.

70 10
Torno Torno

Mecanizado sin arranque de viruta

Trefilado

Troquelado

Laminado

Es un proceso por el cual se hace pasar una pieza de metal entre dos rodillos que giran en sentido contrario. De esta forma, la pieza de metal disminuye su grosor. Si se quiere disminuir aún más su grosor, se puede hacer este mismo proceso pero en varias etapas.

Trefilado

Es un proceso de estirado de un alambre de metal hasta convertirlo en un alambre más fino, el cual se hace pasar por un orificio. Si la reducción de diámetro es grande, se suele hacer en varias etapas.

Estampado

Es un proceso por el cual se presiona una chapa de metal entre dos moldes que encajan perfectamente. De esta forma, la chapa de metal toma la forma del molde. Este proceso puede hacerse con la chapa en frío o en caliente.

Troquelado

Es un proceso en el cual se presiona una cuchilla con una determinada forma sobre una lámina de metal, produciéndose el corte de la chapa con la forma de la cuchilla. Por ejemplo, así se obtienen las arandelas. anayaeducacion.es: Consulta la presentación «Fabricación por deformación».

Laminado

Perfiles

Pieza de sección constante que se prolonga una longitud dada. Puede ser un perfil cuadrado, redondo o irregular, como el caso de los perfi les empleados para conformar ventanas en carpintería metálica.

71 3
Estampado

Remaches

10.2 L as uniones

Las piezas metálicas pueden unirse de dos formas, principalmente: mediante uniones fijas, en las que se acoplan permanentemente dos piezas metálicas; o mediante uniones desmontables, que pueden realizarse utilizando tornillos, pasadores o chavetas.

Uniones fijas

Las uniones fijas son las que están pensadas para perdurar en el tiempo. Las más importantes son las remachadas y las soldadas.

• Las uniones remachadas. Un remache es una pieza metálica de forma cilíndrica dotada de una cabeza. La cabeza impide que el remache pase completo por el taladro. Las uniones remachadas se realizan de la siguiente forma:

Se hace un taladro en las dos piezas que se quiere unir. Se inserta un remache en el agujero y se asegura por presión. El remachado puede ser a máquina o manual, golpeando el extremo opuesto a la cabeza. También existen máquinas remachadoras manuales que emplean remaches de metales blandos, como el aluminio.

• Las uniones soldadas. Existen distintas técnicas para soldar metales. Algunas necesitan aportar un material para realizar la unión y otras se hacen sin aporte de material, como en la soldadura eléctrica. Cuando se aporta material que funde a menos de 450 °C, se conoce como «soldadura blanda», y en caso contrario, «como soldadura fuerte».

– La soldadura blanda. La soldadura blanda se caracteriza por que la unión se hace sin fusión de los metales que se van a unir. Con frecuencia se emplea un soldador y un material de aporte formado por plomo, estaño u otros componentes que funden por debajo de los 450 °C.

Este tipo de unión se aplica fundamentalmente a piezas pequeñas y a componentes eléctricos y electrónicos.

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Remachadora manual. Unión con una remachadora manual. Soldador y aleación para soldadura blanda.

– La soldadura fuerte. La soldadura oxiacetilénica usa bombonas de dos gases, oxígeno y acetileno, y un soplete. Se regula la mezcla de ambos gases para lograr una llama que puede emplearse para la soldadura sin aporte de material, o bien aportando metal en forma de varillas.

– La soldadura eléctrica por arco aprovecha el calor generado por un arco voltaico para fundir una parte del material de las piezas que se quieren unir. Es el tipo de soldadura que se emplea casi en exclusiva para la construcción de estructuras metálicas.

10.3 Uniones desmontables

El principal medio de unión desmontable es mediante el empleo de tornillos. Estas uniones se pueden hacer de tres formas:

• Cuando las piezas disponen de roscas, se usan tornillos con el paso de tuerca adecuado y, generalmente, ninguna pieza más.

• Si las piezas no disponen de roscas, se pueden utilizar tornillos autorroscantes, que van creando la rosca a medida que se introducen.

• Otro método para unir piezas sin rosca sería pasando un tornillo y asegurando la unión por medio de una o más tuercas. A esta unión de tornillo y tuerca se la denomina perno.

Uniones desmontables

roscachapa

35 Para las uniones de tornillo y tuerca, es necesario emplear una llave fija o una llave ajustable. Consulta y explica la diferencia entre estos dos tipos de llaves.

73 3
Soldadura oxiacetilénica. Soldadura por arco. Tornillos Tornillos autorroscantes Perno o unión de tornillo y tuerca

STEAMPow�

PROTAGONISTA

STEPHANIE KWOLEK

Cuando Stephanie Kwolek comenzó su carrera como química en la década de 1960, había una necesidad urgente de crear nuevos materiales que fueran a la vez fuertes y ligeros. Nacida en 1923 en Nueva Gales, Pensilvania, Kwolek nunca se imaginó que se convertiría en una de las químicas más importantes de su tiempo.

Estudió Química en la Universidad de Carnegie Mellon y más tarde trabajó en la empresa DuPont, donde se dedicó a investigar polímeros con el objetivo de crear fibras más resistentes.

Después de varios intentos y experimentos, en 1965 descubrió una nueva clase de polímeros que darían lugar al Kevlar, un material resistente al calor, cinco veces más fuerte que el acero y con múltiples aplicaciones, desde chalecos antibalas hasta cables para puentes. Está compuesto por fibras, hiladas de una manera tan hermética que es casi imposible separarlas. Por eso, cuando un objeto impacta sobre ellas, estas lo atrapan y absorben y disipan su energía. Esta disposición, además, proporciona una barrera muy fuerte contra cortes y pinchazos.

El descubrimiento del Kevlar no solo cambió el curso de la industria de los materiales, sino que también ha salvado innumerables vidas.

Stephanie mostró una capacidad excepcional para resolver problemas y una mente abierta que le permitió experimentar con sustancias que otros investigadores habían pasado por alto. Pero quizá lo más importante es que ella trabajó bajo presión con una resiliencia y perseverancia admirables, desafiando todas las expectativas en un campo dominado por los hombres.

CENTRO DE INVESTIGACIÓN RESILIENCIA

INSTITUTO DE CIENCIA DE MATERIALES

El Instituto de Ciencia de Materiales (ICMS) se especializa en explorar y comprender los materiales en su esencia, desvelando sus propiedades y aplicaciones.

Los estudios de sus numerosos grupos de investigación se enfocan en diversas áreas de la física y química del estado sólido, fisicoquímica de superficies y otras disciplinas relacionadas con la ciencia de los materiales. Desde los metales hasta los polímeros, desde la nanotecnología hasta las propiedades magnéticas, aquí se exploran una gran variedad de materiales y sus aplicaciones.

Sus investigaciones han impulsado campos como la electrónica, la medicina, la energía y la sostenibilidad.

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SEVILLA
PERSEVERANCIA MENTE ABIERTA POWER! SKILLS! RESOLVER PROBLEMAS

MI PROFESIÓN

TÉCNICO DE LABORATORIO DE MATERIALES

Hola, me llamo Miguel y soy técnico de laboratorio de materiales. Mi trabajo consiste en realizar pruebas y análisis de diferentes tipos de materiales para entender sus propiedades mecánicas, térmicas y químicas. Esto ayuda a las empresas a decidir qué material es el más adecuado para una aplicación específica.

Para serlo, estudié un ciclo formativo de grado superior en Laboratorio de Análisis y Control de Calidad. También me he formado en el uso de herramientas y software específico. En mi campo hay quien trabaja en materiales de construcción, en la indus del plástico, en textiles, e incluso en el ámbito aeroespacial, pero yo desarrollo mi labor en una empresa metalúrgica. Tomo muestras de diferentes aleaciones y las someto a pruebas de tensión, resistencia al calor y corrosión. Utilizo gran variedad de equipos, desde espectr metros hasta máquinas de ensayo de tracción, en un laboratorio bien equipado que cuenta con todas las instalaciones de seguridad necesarias. En este trabajo, la capacidad de r solver problemas es fundamental, especialmente cuando los resultados no son los esperados. También es crucial saber trabajar bajo presión, ya que a menudo hay plazos estrictos para entregar los resultados.

La tolerancia al fracaso y la capacidad para aprender de los errores también son habilidades clave, porque no todos los experimentos salen según lo planeado. Lo que más me fascina de mi trabajo es descubrir cosas nuevas cada día. Por ejemplo, esa aleación que parecía débil podría ser el material perfecto para un nuevo tipo de prótesis. Y aunque es un trabajo técnico, puedes tocar, sentir y «conversar» con los compuestos. Ese es, para mí, el encanto de mi profesión.

FABRICANDO UN YOYÓ

Imagina que trabajas en el laboratorio de materiales en una empresa que quiere crear nuevos juguetes seguros y duraderos. Tu tarea es seleccionar el mejor material para fabricar un yoyó.

Divide un papel en tres columnas: «Plástico», «Madera» y «Metal». Enumera las propiedades que hacen de cada material una buena o mala elección, como el peso, la durabilidad y el coste.

2 Utiliza plastilina, palillos de madera, clips, cartón y materiales reciclados para crear pequeños modelos de yoyós. Reaest de caída» desde la misma altura con ellos y observa cuál se comporta mejor.

e en clase qué material sería el más adecuaa el yoyó teniendo en cuenta las propiedades esultados del test de caída. Haz una preseneve para explicar tu elección.

¿SABÍAS QUE...?

TOLERANCIAALFRACASOAPRENDERDELOSERRORES TRABAJAR BAJOPRESIÓN

Uno de los materiales más prometedores actualmente es el grafeno. Fue descubierto por Geim y Novoselov, dos científicos de la universidad de Mánchester, por el que recibieron el Nobel de Física en 2010. Está siendo estudiado en profundidad por técnicos de materiales de todo el mundo debido a sus propiedades únicas: es más fuerte que el acero, pero increíblemente ligero y flexible, lo que abre innumerables posibilidades en diferentes industrias.

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POWERS! !SKILLS SSKILL SKILLS!

PORFOLIO

¿Qué has aprendido?

Los materiales y sus propiedades

1 ¿Cuál es la diferencia fundamental entre los materiales transformados y los materiales sintéticos?

2 ¿Qué importancia tienen los procesos químicos en la obtención de materiales sintéticos?

3 ¿Qué diferencia la elasticidad de la plasticidad?

La madera

4 ¿De qué manera la densidad y la higroscopicidad de la madera afectan su comportamiento y durabilidad en entornos donde está expuesta a cambios de temperatura y humedad?

5 ¿Cuál es la importancia de la conductividad acústica de la madera en la fabricación de instrumentos musicales? ¿Cómo se aprovechan estas propiedades en su construcción?

6 ¿Cuáles son las características más importantes para diferenciar entre las maderas frondosas y las resinosas?

7 Mesa redonda. Observa los siguientes troncos y las líneas que identifican los diferentes cortes para obtener piezas longitudinales de madera. ¿Cuál crees que aprovecha más el material?

8 ¿Qué te hace decir eso? ¿Qué ventajas ofrecen los prefabricados de madera en cuanto a la resistencia a la deformación y durabilidad, en comparación con la madera natural?

9 ¿Por qué la formación de varias capas de papel superpuestas contribuye a las propiedades físicas del cartón, como su grosor, dureza y resistencia? ¿Cómo benefician estas características su aplicación para embalajes y envases?

10 ¿Cuál crees que sería la mejor opción para hacer cortes precisos en madera: una segueta o un serrucho? Justifica tu respuesta.

11 ¿Cuál sería la herramienta más adecuada para rebajar la madera de manera precisa y uniforme: una garlopa, una escofina o un formón? ¿Por qué?

12 Enumera los muebles de madera que hay en tu casa, ordenándolos por estancias (cocina, salón, baño y dormitorios). Describe qué tipo de unión tienen entre sus partes de madera.

13 Explica qué tipo de madera o derivado elegirías para:

a) Fabricar una cocina económica.

b) Forrar el fondo de un armario.

c) Tallar una escultura.

Los metales

14 ¿Cuál es el origen de los metales? ¿Cómo crees que se han generado?

15 ¿Qué medidas podrían implementarse para reducir las repercusiones medioambientales de la actividad minera?

16 El hierro es un metal que se oxida rápidamente en contacto con el ambiente. Busca dos metales que tengan una velocidad de oxidación rápida y otros dos con una velocidad de oxidación lenta.

17 ¿Cuáles son los principales usos industriales del aluminio, el cromo y el cobre?

18 ¿Qué características específicas hacen que el bronce sea particularmente adecuado para la fabricación de campanas y gongs desde la Antigüedad, en comparación con otros metales como el cobre puro o el hierro?

19 Las ventajas y los inconvenientes Al unir piezas metálicas, ¿cuáles son las ventajas y las desventajas de utilizar la soldadura blanda en comparación con la soldadura fuerte?

20 Investiga qué es una carda. ¿Para qué se utiliza? ¿Por qué una carda se compone de cerdas metálicas? ¿Se podrían emplear cerdas de otro material?

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a) b) c) d)

ACTÚA !

Construimos una silla plegable usando materiales reutilizados

¿Te imaginas diseñando la silla en la que estás sentado? ¡Hagámoslo realidad! Pero con una condición: solo puedes utilizar cartón.

�� Investiga qué muebles pueden hacerse con cartón y fíjate en qué estructuras utilizan y cómo se ensamblan las piezas. Inspírate en ellos para tu diseño.

�� Piensa cómo quieres que sea tu silla: realiza diferentes diseños hasta que encuentres uno que combine comodidad y estabilidad.

�� Elabora todos los planos necesarios, indicando todas las medidas.

�� Recopila todos los materiales y herramientas: planchas de cartón resistente, regla, lápiz, tijeras, cúter, pegamento y, posiblemente, una pistola de pegamento caliente.

�� Traslada tus planos al cartón, intentando desperdiciar la menor cantidad posible.

�� Corta cuidadosamente cada pieza para que todas encajen correctamente.

�� Cuando todas las piezas estén cortadas, monta la silla. Si es necesario, añade pegamento para unirlas. Unos trozos de cinta adhesiva mantendrán las piezas en su lugar mientras el pegamento se seca.

�� Con mucho cuidado, revisa si existen zonas que necesiten ajustes o refuerzos, prestando especial atención a las fuerzas que deberán soportar cuando te sientes. Si quieres mejorar el diseño o hacerlo más resistente, puedes añadir más cartón o más pegamento allí donde sea necesario.

�� Ahora que tienes un diseño funcional, ¡es el momento de añadir complementos o hacerlo más atractivo! ¿Necesita un hueco para revistas? ¿Y uno para un vaso de refresco? ¿Cómo harías más cómodos los reposabrazos?

��� Cuando toda la clase haya terminado, será el momento de presentar vuestros diseños y descubrir qué hace especial a cada uno, sus ventajas y sus inconvenientes. Algunos aspectos a valorar pueden ser el espacio que ocupa recogida, si aprovecha mejor el material, cuánto peso resiste o si tiene añadidos que te parezcan más útiles o atractivos.

Reflexiona cómo has aprendido

A lo largo de esta unidad has adquirido conocimientos sobre el papel que desempeñan la madera, los metales y sus derivados como materiales tecnológicos. También has aprendido que se encuentran muy ligados a nuestro día a día, y cómo su procesado determina sus características y propiedades. Estos materiales nos han acompañado a lo largo de miles de años y seguirán haciéndolo durante muchos más.

Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponibles en anayaeducacion.es

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Situación de aprendizaje
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Hacie Hacie��

CON METODOLOGÍA MAKER

Diseñad y construid vuestro juego de ajedrez

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CREATIVIDAD

TRABAJO COOPERATIVO

PLANIFICACIÓN

2 INNOVACIÓN CURIOSIDAD

APRENDER

RESILIENCIA

PENSAMIENTO CRÍTIC0 AUTONOMÍA

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SABER COMUNICAR
4
MENTALIDAD ABIERTA
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Estructuras 4

Situación de aprendizaje

¡ACTÚA !

Piensa en construir utilizando elementos de uso cotidiano que sean lo suficientemente estables (palillos, pajitas, tallarines...).

Tú qué ¿piensas ¿

Un aerogenerador es un mecanismo capaz de generar energía eléctrica a partir de la fuerza del viento.

¿Por qué crees que las torres de los aerogeneradores son cónicas?

Para lograrlo, sigue esta ruta:

¿Qué es y para qué sirve una estructura?

Las fuerzas

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7.
12.
responsables
Energía sostenible
Producción y consumo

Componentes estructurales

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Tipos de estructuras Perfiles

1 Intuyo y deduzco. ¿Cuál es la función del tronco de un árbol? ¿Y la del poste de un aerogenerador como el de la imagen?

2 ¿Qué función desempeña el tablero de una mesa? ¿Y sus patas? ¿Por qué crees que se utilizan habitualmente cuatro patas en lugar de tres o cinco?

3 ¿Conoces algún caso de alguna estructura que se haya derrumbado por su propio peso? Busca en internet algún caso de esta índole.

Una estructura es un objeto complejo cuya función principal es la de soportar cargas; es decir, mantener en su interior o sobre ella determinados pesos. Así, por ejemplo, una vivienda es una estructura cuya finalidad es acoger a las personas que en ella viven y sus enseres. Otras estructuras se diseñan para salvar accidentes geográficos, como los puentes que cruzan los ríos o los barrancos. En el diseño de una estructura, quienes se encargan de la arquitectura y la ingeniería han de contemplar tres condiciones esenciales:

• La estructura ha de ser estable, es decir, ha de mantenerse en equilibrio estático.

• El diseño de la estructura debe hacer que sus partes se mantengan sin deformarse.

• Los materiales y su disposición han de conseguir que la estructura sea resistente, tanto para aguantar fuerzas externas como para soportar las fuerzas que aparecen debidas a su propio peso.

1.1 El diseño de una estructura

Teniendo en cuenta las condiciones anteriores, una estructura se formará con un conjunto de elementos sólidos, unidos y acoplados, que tiene la función de soportar fuerzas, pesos y, en general, todo tipo de cargas.

Al aplicar cargas a una estructura, aparecen esfuerzos interiores en sus componentes. El diseño de una estructura ha de permitirle mantener con solidez tanto su forma como su tamaño.

Estructuras vanguardistas

El complejo eólico de El Andévalo (San Silvestre de Guzmán, Huelva) genera hasta 292 MW de potencia.

La tendencia actual es construir estructuras que se integren en el entorno y que sean funcionales; es decir, que su objetivo esté enfocado a su uso por el ser humano.

El puente internacional del Guadiana fue construido en 1991 sobre el tramo final del río Guadiana.

Muchos materiales de reciente invención han contribuido a llevar a cabo estas magnífi cas e imponentes construcciones.

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1.2 Estructuras naturales

Los seres humanos siempre hemos convivido con nuestro entorno, nos hemos adaptado a sus cambios y, fruto de la observación, de la exploración y de la investigación, tendemos a imitar lo que la naturaleza nos ofrece para nuestro provecho y bienestar. De esa actitud indagadora surgieron preguntas del tipo: «¿Cómo un árbol tan alto y tan fino puede llegar a sostener tal cantidad de ramas y hojas sin caerse?» o «¿Por qué el interior de esta cueva no se derrumba si no tiene un elemento central que soporte el techo?».

Según descubríamos y analizábamos diferentes estructuras de la naturaleza, hemos ido creando otras cada vez más perfeccionadas, llegando a la conclusión de que la correcta distribución de las fuerzas y los pesos ejercidos sobre el árbol o en las paredes de la cueva eran la clave de por qué las estructuras naturales se sostenían.

Las cuevas de Andalucía tienen sus orígenes en el siglo XIX y en la actualidad muchas son habitadas o forman parte de la oferta turística.

Estas obras fueron creadas horadando laderas de depresiones del terreno bajo formaciones rocosas, como es el increíble caso de las casas del poblado de Setenil de las Bodegas, en Cádiz, o la zona del Sacromonte, en Granada. Suelen tener pocas habitaciones y destacan por tener un ambiente interior estándar de 18 a 22 °C todo el año.

Algunas estructuras de la naturaleza provienen de la formación y evolución geológica de nuestro planeta a lo largo de los millones de años de su historia. A modo de ejemplo, la cueva natural de Los Verdes, en Lanzarote, Canarias, es uno de los túneles volcánicos más extensos del planeta, donde en ocasiones se llegan a celebrar conciertos y otros eventos culturales.

El reino animal también nos ofrece ejemplos de creación de estructuras. Los animales convertidos en arquitectos e ingenieros naturales han tratado de adaptarse al medio a lo largo de millones de años. Este es el caso de los castores, magníficos constructores de presas para poder controlar el cauce de los ríos, con el fin de preservar sus viviendas construidas a base de apilar ramas y troncos de árboles en forma de iglú.

4 Averigua otros casos diferentes de los que se citan en el texto en los que estructuras humanas imitan la naturaleza. ¿Necesitas alguna pista? Panales de abejas, nidos de pájaros, la forma anatómica de las aves, telarañas, girasoles…

5 El espejo. Piensa en las características estructurales que debe ofrecer un teatro, como el teatro romano de Málaga (imagen) y compáralas con la estructura de un auditorio natural como el de la cueva de Los Verdes.

6 ¿Has oído hablar de la existencia de cuevas empleadas como vivienda o almacén en tu región? Quizá puedas descubrir algún lugar cerca de donde vives. Investiga y cuéntaselo a tu clase.

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Estructuras naturales usadas como viviendas en el barrio de las Cuevas de Guadix, Granada. Concierto en el interior de la cueva de Los Verdes, Lanzarote, Canarias.

Termitero construido por termitas.

1.3 Imitando las construcciones naturales

Profesionales de la arquitectura y de la ingeniería se han fijado en la naturaleza con la intención de imitar las increíbles estructuras que esta nos ofrece. En el caso concreto de las torres, las construcciones de las termitas, como la que se muestra en la figura, son un excelente ejemplo a copiar. De hecho, muchos estudios de arquitectura y universidades analizan estas construcciones estructurales desde sus departamentos de biomimetismo. La biomimética es un área de la ciencia que tiene por objetivo el estudio de las estructuras biológicas, con el fin de resolver aquellos problemas humanos que la naturaleza ya ha resuelto.

En relación con las estructuras llevadas a cabo por las termitas, existe un proyecto en la ciudad de Harare, en Zimbabue, en el que se ha conseguido recrear un sistema de aire acondicionado de forma similar a como las termitas refrigeran de forma natural sus torres termitero. Este tipo de sistemas han conseguido un ahorro energético de hasta un 90 % en la refrigeración de este edificio. El secreto reside en el uso de la convección natural de corrientes de aire dirigidas que continuamente enfrían el ambiente en su interior. Análogamente, observando la forma en que insectos, como los escarabajos, son capaces de drenar agua del aire ambiente en días de niebla o cómo las estructuras de algunas plantas, como el loto, acumulan humedad en su superficie, se han llegado a aplicar estas técnicas a ciertos edificios.

En concreto, los científicos han pensado en la forma de emplear ciertos materiales –por ejemplo, fibras o plásticos repelentes del agua–, como elementos de recubrimiento de las paredes exteriores de los edificios. De esta forma, estos materiales, con determinadas formas microscópicas, son capaces de servir de solución al abastecimiento de agua de forma natural en épocas de sequía directamente desde las superficies exteriores de los edificios.

7 En situación Piensa en qué tipo de estructuras naturales podrían ser utilizadas para formar la base del aerogenerador. Presta atención a construcciones naturales desarrolladas por algunos animales como, por ejemplo, las abejas.

8 Busca ejemplos de edificios inspirados en la naturaleza. Elige uno que te llame especialmente la atención y preséntalo en clase aportando la siguiente información: para qué se utiliza, dónde está ubicado, si se trata o no de un edificio bioclimático y cuáles son las características más relevantes.

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24°C 28°C
Flujo de aire en el interior del edificio de Harare basado en un termitero.

Práctica guiada

Construye una mesa antigravedad

Existen estructuras que desafían el concepto que tenemos sobre la estabilidad. Un ejemplo es la mesa antigravedad de la figura. ¿Crees que es posible construir una estructura de este tipo? En caso de que fuera posible, ¿sería capaz de soportar algún peso? ¿Dónde está el centro de gravedad?

Esta práctica consiste en la creación de lo que se conoce como una mesa antigravedad. Esta configuración «juega» con las distintas fuerzas para crear una tensión en las cuerdas y conseguir una estructura estable.

Una forma de fabricar una mesa de este tipo es construyendo dos bases, por ejemplo, con forma de triángulo utilizando palillos de polo para manualidades, pajitas o listones finos de madera.

Estas dos bases irán unidas entre sí por hilos del mismo tamaño que irán de cada uno de los vértices de uno de los triángulos a los vértices del otro triángulo.

Por último, se añadirá un palillo que vaya desde uno de los vértices de uno de los triángulos hacia el centro de gravedad de la estructura y otro palillo que vaya desde el lado opuesto del otro triángulo también hacia el centro de gravedad de la estructura.

Estos dos palillos se unirán también con un segmento de hilo para generar una fuerza que permita mantener tensos los hilos de los vértices.

Procedimiento

1 Haz un diseño para tu mesa. Ten en cuenta que tendrás que incluir las piezas que se unan en el centro de gravedad de esta.

2 Elige los materiales a utilizar: palillos, pajitas, canutillos de papel, listones de madera, pegamento, silicona caliente, hilo, cuerda, etc.

3 Calcula bien el centro de gravedad y comprueba que los hilos queden tensos para que la estructura sea lo más estable posible.

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2.1 Qué son las fuerzas

Las fuerzas son magnitudes que se caracterizan por su valor, o intensidad, y por su dirección. Las fuerzas producen efectos sobre los cuerpos: pueden deformarlos o cambiar su estado de movimiento (acelerarlos, frenarlos o cambiar la dirección en que se mueven).

Dinamómetro

Banda móvil de marcado del peso

Gancho

Una fuerza puede hacer que un objeto se mueva en el sentido en el que esta se aplica.

Busca los recursos en anayaeducacion.es para jugar con las fuerzas y comprender mejor cómo funcionan.

Desde el punto de vista de la física, las fuerzas aparecen cuando los cuerpos interaccionan entre sí y son sometidos a una aceleración; por ejemplo, cuando un imán atrae un tornillo o una piedra que es lanzada al aire vuelve a caer a la tierra, y también cuando golpeamos una pelota o deformamos un pedazo de arcilla. Como se muestra en estos ejemplos, la interacción entre los cuerpos provoca que estos adquieran una aceleración, que es tanto mayor cuanto menor sea su masa. Por tanto, las fuerzas pueden:

• Mover un objeto que está en reposo.

• Detener un cuerpo en movimiento.

• Deformar un cuerpo.

• Modificar la dirección del movimiento de un cuerpo.

Las fuerzas se representan mediante flechas con una dirección y sentido determinados. La longitud de la flecha nos da idea de su magnitud.

2.2 Cómo se miden las fuerzas

Muelle

Para medir una fuerza, existen varios instrumentos, el más habitual es la balanza, pero también se utiliza, en los laboratorios, el dinamómetro. Este aparato de medida se basa en la capacidad que tiene un muelle de alargarse de forma proporcional a la fuerza que se le aplica.

La escala graduada marcará el peso sostenido por el gancho.

Unidades de medida

Regla graduada extensible con el muelle

Recuerda las siguientes unidades porque son importantes para posteriores cálculos de estructuras:

• La masa se mide en kilogramos (kg) en el sistema internacional (SI) y es una de las consideradas como las siete magnitudes básicas.

• Las fuerzas, entre ellas el peso, son magnitudes derivadas de la masa y, por tanto, sus unidades se basan en ella. En concreto en el sistema internacional se emplea el newton (N) como unidad de fuerza.

Un newton es una unidad que mide la fuerza que ejerce un kilogramo de masa sometido a una aceleración de un metro por segundo cuadrado: 1 N = 1 kg · m/s2

9 En situación Considerando que la masa del aerogenerador que vas a construir fuera de 2 kilogramos, ¿cuál sería su peso, es decir, la fuerza con que la Tierra lo atrae si la aceleración de la gravedad es g = 9,8 m/s2?

10 En situación La pregunta Si el aerogenerador se encontrase a 100 metros de altura, ¿variaría su peso? ¿Y si estuviese en la Luna donde la aceleración de la gravedad es de 1,62 m/s2?

Reflexiona en grupo hasta obtener una conclusión.

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2
20 kg

2.3 Las cargas y el equilibrio de un objeto

Para que un cuerpo se encuentre en equilibrio, es necesario que la suma de todas las fuerzas que actúan sobre él sea igual a cero. En caso contrario, como hemos visto, el cuerpo estará sometido a una aceleración. Todos los cuerpos tienden a buscar el equilibrio, es decir, tienden a mantenerse estáticos.

Una estructura en equilibrio está afectada por múltiples fuerzas. Entre ellas, las que aparecen debido al peso que soportan se denominan cargas. Por ejemplo, un puente que soporta el peso de los vehículos y personas que se encuentran sobre él, o una mesa que sostiene sobre ella un ordenador son ejemplos de estructuras que soportan cargas, manteniendo el equilibrio.

Las cargas se pueden clasificar en:

• Cargas estáticas o muertas, que no varían con el tiempo, como los muebles que se soportan en la planta de un edificio.

• Cargas dinámicas o vivas, que pueden variar en el tiempo, como el peso de la nieve sobre un tejado o el tránsito del tráfico de vehículos sobre un puente.

• Cargas accidentales, como las provocadas por terremotos, huracanes y todo tipo de fenómenos meteorológicos de alta intensidad.

2.4 El centro de gravedad, concepto clave para la estabilidad

Se dice que un objeto o una estructura es estable cuando la distribución de su masa se equilibra ante las fuerzas de la gravedad. Esta definición nos lleva a un concepto específico: el centro de gravedad, que se define como un punto representativo de un cuerpo en el que se puede considerar concentrada toda su masa. El centro de gravedad es un punto geométrico, y su posición, cuando el cuerpo está hecho de un solo material, dependerá exclusivamente de su geometría.

Por ejemplo, el centro de gravedad de un cuerpo simétrico será el centro geométrico, es decir, el punto por el que cruzan todas las diagonales que unen vértices opuestos. En el caso de un triángulo, el centro de gravedad se situará en un punto de la recta central que determina su altura; en un círculo, el centro de gravedad coincide con el centro geométrico.

Por otro lado, en las figuras carentes de simetría (ver figura inferior derecha) y dada su forma, el centro de gravedad puede situarse fuera del cuerpo. Esto es indicativo de la falta de estabilidad. Dependiendo de su forma y posición, la figura podrá caer buscando una posición más estable.

Máquinas simples que transforman fuerzas

Visualiza en anayaeducacion.es el vídeo sobre máquinas simples y la presentación «Tipos de palancas». Prueba también el simulador «Ley del equilibrio».

1 Enuncia la ley de la palanca y su expresión matemática.

2 Indica dónde se encuentran el punto de apoyo, la resistencia y la fuerza de estas palancas: carretilla, balancín, pinzas, grapadora, remo, sacachapas.

Haz un dibujo esquemático de cada una de ellas y di a que género pertenecen.

3 Las poleas y los engranajes son mecanismos rotatorios que varían la velocidad, la potencia o el sentido del giro pero, ¿qué les diferencia?

Piensa en ejemplos de tu entorno de máquinas con engranajes y otras máquinas formadas por poleas.

Centro de gravedad

Círculo Figura asimétrica

11 Piensa en un objeto pesado en movimiento y dibújalo en tu cuaderno. ¿Cómo representarías la fuerza que lo impulsa? ¿Y la fuerza debida a su propio peso? Utiliza flechas para identificar cada fuerza.

12 Piensa y comparte en pareja. Acuérdate de una de esas veces que vas montado en un coche y quien conduce realiza un giro brusco. ¿Qué te ha sucedido? ¿Te has movido? ¿Qué te ha empujado?, ¿hacia qué dirección?

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Cubo Triángulo

Deformación

Distribución y efecto de un aerogenerador sobre una plataforma.

2.5 Tipos de fuerzas y cargas

Cuando sobre un objeto actúan fuerzas externas, la forma en la que estas se distribuyen y varían sobre su superficie puede ser diferente según el caso. Así, existen dos criterios para clasificar el tipo de fuerzas y cargas:

Tipos de fuerzas y cargas

Según su duración en el tiempo Permanentes Variables

Según su forma de aplicación Puntuales Distribuidas

Según su duración y magnitud en el tiempo podrán ser:

• Permanentes: su magnitud y su dirección son siempre constantes; por ejemplo, el peso de un edificio sobre el suelo.

• Variables: cambian continuamente de magnitud y de dirección, tal y como sucede con la carga que soporta un puente cuando circula el tráfico sobre él.

Representación del peso del aerogenerador según su acumulación.

Reacción de la estructura para sostener el peso del aerogenerador.

Deformación que sufriría la estructura sencilla si el material fuera poco resistente.

Según su forma de aplicación:

• Puntuales o concentradas, como el golpeo de un martillo sobre la cabeza de un clavo o la forma en que se clava con el dedo una chincheta.

• Distribuidas, en las que las cargas reparten y dispersan su peso total sobre una superficie, como la nieve acumulada sobre un tejado.

Observa el ejemplo de la figura del margen, en el que una plataforma soporta un aerogenerador. Cuanto mayor sea el peso del aerogenerador, mayor será la carga en el centro de la estructura y menor en los extremos. Esto provocará una deformación en el centro de la plataforma.

13 En situación Un aerogenerador puede estar en reposo o en movimiento para generar energía. Teniendo en cuenta que los tipos de cargas existentes pueden ser permanentes o variables, ¿cuáles puedes distinguir cuando el generador está en reposo? ¿Y cuando está en movimiento?

14 En situación Antes de diseñar la estructura de nuestro aerogenerador, vamos a realizar unas pruebas. Busca un objeto no muy grande y con cierto peso, por ejemplo, una botella con agua o una taza. Utiliza una plataforma de cartón pluma considerablemente mayor que el objeto. Colócalo sobre algún soporte que sujete la plataforma solo por los extremos y coloca encima el objeto. Repite la misma operación con un trozo de cartón pluma de un tamaño similar a la base del objeto. ¿Cuál soportará mejor el peso sin deformarse?

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2.6 Los esfuerzos que originan las fuerzas

Cuando varias fuerzas exteriores actúan sobre un objeto, este se deforma debido a la acción de un conjunto de fuerzas internas que reciben el nombre de «esfuerzos». Existen cinco tipos diferentes: tracción, compresión, flexión, torsión y cortadura (o cizalladura).

Vamos a explicar detalladamente cada uno de ellos:

• Tracción: es aquel esfuerzo en el que dos fuerzas estiran una pieza, de tal forma que la pieza aumenta su longitud y disminuye su sección, especialmente en el centro. Es el efecto que se origina sobre una cuerda cuando tiramos de sus extremos.

• Compresión: es aquel esfuerzo en el cual dos fuerzas aplastan una pieza provocando una disminución de su longitud y un ensanchamiento de la pieza. Es el efecto que se produce en las patas de una silla cuando nos sentamos encima.

• Flexión: se da cuando una fuerza actúa de forma perpendicular a una pieza, produciendo la curvatura de esta. Es el efecto que origina en un tablón apoyado en sus extremos cuando nos subimos encima.

• Torsión: es el retorcimiento de la pieza cuando sobre sus extremos actúan dos fuerzas giratorias y en sentido contrario. Es el efecto que resulta cuando escurrimos un trapo mojado.

• Cizalladura: es el efecto de corte de una pieza cuando actúan sobre ella, en un mismo punto, dos fuerzas con direcciones contrarias. Es el efecto que tiene lugar cuando cortamos algo con las tijeras.

Tipos de esfuerzos

Tracción

Sobre el cuerpo actúan fuerzas que tienden a alargarlo y, como consecuencia, se produce un estiramiento del material.

Torsión

Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo tienden a retorcerlo. Por ejemplo, los ejes en rotación.

Cortadura o cizalladura

Se produce cuando las cargas que actúan sobre el elemento tienden a cortarlo.

Consiste en la deformación de una pieza alargada cuando está sometida a un esfuerzo de compresión muy grande. Es un efecto no deseado que debe evitarse porque puede producir la caída de una estructura.

Puedes complementar la información de esta página con la que encontrarás en la presentación «Tipos de esfuerzos».

Compresión

Las fuerzas que actúan sobre el cuerpo tienden a acortarlo. En estas circunstancias se dice que el objeto trabaja a compresión.

Flexión

Los objetos tienden a doblarse o curvarse. Un tipo particular de fl exión es la fl exión lateral, o pandeo.

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Pandeo

3.1 Elementos estructurales

Tipos de esfuerzos

Cimentación. Es la encargada de transmitir las cargas de la estructura al terreno. Su diseño depende de las características de la construcción y la naturaleza del terreno.

Pilares y columnas. Son elementos verticales de la estructura. Están sometidos principalmente a un esfuerzo de compresión.

Una estructura está formada por diferentes elementos, cada uno de los cuales tiene su propia misión en ella, por lo que no todos tienen por qué estar sometidos a los mismos esfuerzos.

Piensa, por ejemplo, en un edificio. Como ya sabes, su estructura debe servir para soportar tanto su propio peso como el efecto de las diferentes cargas a las que se encuentra sometida, como pueden ser el efecto del viento, los movimientos sísmicos, las vibraciones que genera el tráfico, etc.

Sin embargo, ¿qué soporta en última instancia todas estas cargas?

La suma final de todas las cargas recae sobre el suelo y por ello, en la mayoría de las construcciones, ha de ser reforzado por la cimentación. Los cimientos forman una base adicional sólida y consistente dentro del terreno, y a partir de ella se desarrollan los pilares, las columnas, las vigas y otros elementos estructurales.

Arcos. Son marcos curvos en los que las fuerzas soportadas se distribuyen entre sus elementos como cargas que producen compresión.

Tirantes. Son cables de acero que se utilizan con el objeto de dar rigidez y aumentar la resistencia de la estructura. Están sometidos únicamente a esfuerzos de tracción.

Vigas. Son elementos horizontales de la estructura que soportan la carga situada entre dos apoyos. Están sometidas, principalmente, a esfuerzos de fl exión.

Consulta la presentación «Tipos de elementos resistentes» que encontrarás en anayaeducacion.es

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3.2 Los fallos estructurales

El fallo o mal funcionamiento de un sistema es algo inherente a la actividad humana. Frente a la imperfección, lo mejor es imponer el mantenimiento preventivo y poner cuidado y precisión en el diseño. Las principales situaciones de fallo de una estructura se originan por:

• Fatiga del material. Las estructuras están permanentemente sometidas a fuerzas y cargas. En muchos casos, las cargas no son estáticas, sino que están en constante movimiento, como en el caso de puentes destinados al tráfico de vehículos. Los elementos de la estructura reciben vibraciones por el movimiento de las cargas mediante pequeños y repetitivos impactos en todas las direcciones. Esto hace que el material de la estructura esté sometido a mayores esfuerzos y se degenere con mayor rapidez.

• Oxidación y corrosión. Todos los materiales, en especial los metales, sufren procesos de oxidación, que en muchos casos derivan en corrosión, dando lugar a la pérdida de la masa afectada en el material atacado. El uso de pinturas específicas u otras técnicas anticorrosivas son prácticas habituales para evitarla.

• Diseño estructural erróneo. Factores como la óptima selección de materiales, su cálculo, situación, disposición e, incluso, el proceso de ensamble, así como muchos otros parámetros son esenciales antes de la construcción de una estructura. Si en el proceso de planificación y diseño de la obra se comete algún error o no se tiene en cuenta alguna eventualidad importante, al cabo de un tiempo aparecen fallos. Los materiales alcanzarán condiciones indeseables de ruptura, y la estructura terminará por derrumbarse.

15 Además de los comentados, ¿qué otros factores pueden provocar que una estructura falle?

16 Se quiere colocar una gran carga sobre un elemento estructural. ¿Cuál elegirías para soportar mejor el peso, un arco de medio punto o un dintel? ¿Por qué?

De los ODS, ¿cuáles crees que tienen un mayor impacto en el desarrollo de las infraestructuras?

¿Qué aspectos de los objetivos 7, 8, 9, 10 y 11 se ven mejorados con el desarrollo de infraestructuras?

En relación con la meta 9.1, ¿cuál crees que es la dificultad principal para que el acceso a las infraestructuras sea accesible y equitativo para todas las personas?

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Cualquier estructura fabricada se podría encuadrar en alguno de los siguientes tipos:

4.1 Estructuras masivas

Ejemplos de estructuras

Estructura masiva.

Estructura entramada.

Estructura laminada.

Observa más ejemplos en la presentación «Tipos de estructuras» y en la galería de imágenes «Usos de las estructuras» que encontrarás en anayaeducacion.es

Empleadas desde la Antigüedad, se basan en la solidez, la resistencia y permanencia en el tiempo de las estructuras naturales. Se componen de grandes bloques de piedra de gran espesor y de la acumulación de materiales cuya función principal es la sustentación. Los ejemplos más claros los encontramos en las pirámides egipcias, los antiguos templos, los embalses y los puentes de piedra, algunos de los cuales aún se mantienen en pie.

4.2 Estructuras entramadas

Son aquellas estructuras que emplean elementos resistentes, como pilares y columnas verticales, los cuales se entrecruzan con vigas horizontales formando un emparrillado. Se emplean actualmente para forjar el esqueleto de los edificios y para construir andamios. Una escalera de mano es un ejemplo de una estructura entramada simple.

4.3 Estructuras laminadas

Estas estructuras tienen la función de servir de elemento de recubrimiento y protección. Suelen ser ligeras y, normalmente, frágiles si se comparan con otro tipo de estructuras más pesadas. Cuando se fabrican estructuras laminadas con mayor dureza y más resistentes, suelen denominarse exoesqueletos.

Las construcciones más habituales para este tipo de estructuras se encuentran en los paneles exteriores de los electrodomésticos o las piezas de chapa que recubren un automóvil.

4.4 Estructuras colgantes y atirantadas

Este tipo de estructuras se basa en el empleo de tirantes y cables de acero para sostener elementos estructurales macizos. Se utilizan en la construcción de puentes, que suelen tener una o dos grandes torres sobre las que apoyan los tirantes y los cables de acero que los sujetan.

4.5 Estructuras trianguladas

El triángulo es el único polígono indeformable. Un objeto compuesto de tres barras rígidas formando un triángulo no sufre variación en la forma cuando se le aplican fuerzas. De este modo, la triangulación, o formación de triángulos con elementos resistentes, es el método más eficaz para hacer que las estructuras sean más rígidas y menos deformables.

Este tipo de soluciones se pueden encontrar tanto en edificios y estructuras permanentes como en estructuras desmontables, por ejemplo, las grúas.

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4

4.6 Estructuras abovedadas

Los arcos y las bóvedas han sido empleados como solución arquitectónica durante miles de años, aunque su uso se ha restringido a edificios singulares, ya que su construcción es compleja y costosa. Las principales estructuras abovedadas son:

Arcos

En la construcción de arcos, hay dos momentos particularmente delicados: el encaje de la clave, o piedra angular, y la subsiguiente eliminación del andamio. Si el andamio no se quita en el orden correcto, toda la estructura podría venirse abajo. El tipo de arco más simple y más conocido es el arco de medio punto.

Bóvedas y cúpulas

Las cúpulas fueron las primeras construcciones artificiales que imitaron las cuevas naturales. Este tipo de estructuras distribuyen uniformemente los esfuerzos entre sus partes y son un recurso arquitectónico muy empleado cuando se quiere resaltar la sensación de espacio y ligereza en la construcción.

Una bóveda es un cuerpo cóncavo, sostenido por las paredes que rodean un espacio, al cual sirve de cubierta o techumbre. Existe una gran variedad de bóvedas: de cañón, de media naranja o de aristas, entre otras.

La cúpula es un tipo de bóveda esférica, generada por el giro de un arco sobre su eje de simetría. Se utiliza para cubrir o cerrar un espacio generalmente cuadrado, octogonal o circular.

Históricamente se han empleado bóvedas y cúpulas en la construcción de iglesias, catedrales y palacios, pero actualmente se pueden encontrar también en aeropuertos, estaciones o centros comerciales.

Bóvedas y cúpulas

Arco de medio punto

17 Quizá los dos tipos de formas abovedadas más conocidos sean la cúpula y la bóveda de medio cañón. Observa su aspecto y trata de dibujar en tu cuaderno sus vistas principales: alzado, planta y perfil.

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Do Luz Bóveda de la iglesia de la Encarnación en Bailén, Jaén. Cúpula de la basílica de Nuestra Señora de las Mercedes, Oria, Almería.

5.1 Definición y tipos de perfiles

Perfiles más habituales

Los perfiles son aquellas formas comerciales en las que se suelen suministrar el acero, el aluminio y otros materiales. El nombre de cada uno de los perfiles viene dado por la forma que presenta su sección. Estos perfiles –con formas en I, L, T y U–, son elementos que se utilizan en la construcción de estructuras.

Una estructura debe ser capaz de resistir los diferentes tipos de esfuerzos a los que va a ser sometida. Los perfiles se han diseñado para ello. Sus especiales formas permiten conseguir más resistencia empleando menor cantidad de material. Alejando la masa del centro de gravedad del perfil, conseguimos hacerlo más resistente empleando la misma cantidad de material.

Perfiles abiertos

Perfiles cerrados

18 Haz un esquema o un dibujo del esqueleto de un edificio y trata de situar cada uno de los elementos de la estructura en su lugar apropiado. Tras hacer tu diseño, contesta a estas preguntas.

a) ¿Cuál será el elemento situado en el lugar más bajo, en la base del edificio?

b) ¿Qué elementos de la estructura tienen una posición horizontal?

c) ¿Qué elementos son verticales?

19 Se está construyendo un muro para levantar la fachada de una casa. Al ser muy largo, se ha decidido hacerlo por partes y unir cada una de ellas mediante un perfil. ¿Qué tipo de perfil emplearías?

20 En situación A la hora de construir la torre de nuestro aerogenerador, ¿qué tipo de estructura utilizarías? Haz un dibujo de esta. Crea diferentes bocetos. En grupo debatid acerca de las ventajas y los inconvenientes que puede tener cada uno de los diseños.

21 Construye perfiles abiertos y cerrados usando papel de periódico, cartón procedente de envases o papel recuperado de cuadernos usados, pegándolos con cinta adhesiva. Usa el mismo material para todos tus perfiles. Puedes plegar, pero no cortar el material. Una vez construidos, ponlos a prueba poniendo peso encima. ¿Cuál soporta más peso? ¿Por qué crees que es así?

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5
Perfil en I, H o doble T. Perfil en T. Perfil en L. Perfil en U. Sección rectangular. Sección cuadrada. Sección circular. Sección triangular.

5.2 Cerchas

Las cerchas son uno de los sistemas que la ingeniería estructural resuelve con el empleo de elementos simples como los perfiles. Suelen diseñarse para la sustentación de tejados y puentes. El desarrollo de cerchas se realizará a base de formar triángulos uniendo, mediante cartelas, los perfiles y las barras, lo que da lugar a una estructura resistente a la deformación.

Como las uniones, o nodos, dan a los perfiles la posibilidad de girar, cada uno de ellos trabajará solo a compresión o tracción. El empleo de cerchas tiene una ventaja principal: resulta una estructura muy ligera en comparación con el peso que es capaz de soportar. Por ello, dos de sus principales aplicaciones son la construcción de puentes y su uso como elemento de soporte de tejados para construcciones de gran volumen o con grandes espacios vacíos en su interior, como, por ejemplo, las naves industriales o cualquier tipo de techado para bodegas o almacenes.

Una cercha se construye como un sistema plano de barras y vigas y, para formar un volumen, se van añadiendo planos sucesivos de cerchas, tal y como muestra la figura inferior derecha para el diseño de una nave industrial.

Tras construir la estructura de cerchas, se procede a la colocación de las cubiertas y paredes, quedando terminado el edificio. En el caso de este tipo de estructuras, los elementos verticales de la cercha estarán sometidos a compresión. El agua y la nieve son los principales causantes de que el tejado se cargue de peso y será necesario un dimensionado correcto para poder soportar cargas muy superiores a las normales en la zona geográfica donde se construya el edificio.

Algunas de las estaciones de ferrocarril históricas europeas donde podemos observar cerchas son: la estación de Atocha en Madrid; la estación del Norte en Valencia; la estación central de Amberes, Bruselas; la estación de Rossio en Lisboa y la estación San Bento en Oporto, Portugal; la estación de Lyon, Francia; la estación Central de Milán, Italia; la estación central de Leipzig, Alemania; la estación del Norte en París, Francia, y la estación central de Ámsterdam, Holanda.

Ejemplos de cerchas

Un diseño simple de cercha empleado en un puente. Diseño de la estructura de una nave mediante cerchas.

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STEAMPow�

PROTAGONISTA

SHIGUERU BAN

Cuando Shigeru Ban se formó como arquitecto, la mayoría de la gente pensaba que un edificio seguro y resistente debía estar hecho de materiales pesados, como cemento y acero. Pero él tenía otra idea: construir estructuras duraderas y funcionales usando materiales ligeros y reciclables, como papel y cartón.

Nacido en Tokio, Japón, en 1957, estudió Arquitectura en Estados Unidos antes de regresar a su país natal para abrir su estudio. Desde entonces, ha utilizado su conocimiento para transformar cómo abordamos la construcción. Utilizando tubos de cartón, ha creado desde catedrales hasta viviendas temporales para las víctimas de desastres naturales.

Lo más sorprendente es que sus estructuras son asequibles, sostenibles y rápidas de montar, permitiendo que las personas desplazadas por terremotos, inundaciones y otros desastres dispongan de un refugio en un tiempo récord.

CENTRO DE INGENIERÍA E INNOVACIÓN AEROESPACIAL

Ban destaca por su capacidad para resolver problemas y para romper con las convenciones arquitectónicas tradicionales. Su mentalidad abierta le ha permitido ver el potencial de materiales que otros descartaban.

Por la utilidad de sus estructuras en situaciones de emergencia, Ban recibió el Premio Princesa de Asturias de la Concordia en 2022. Su trabajo demuestra que, combinando el ingenio y la preocupación por los más vulnerables, se puede conseguir que incluso los materiales más humildes contribuyan a mejorar las vidas de las personas en circunstancias difíciles.

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

RESOLVER PROBLEMAS MENTEABIERTA ROMPER LAS CONVENCIONES

Ubicado en Aerópolis, el Parque Tecnológico Aeroespacial de Andalucía de Sevilla, en este centro se impulsa la innovación, el crecimiento y el desarrollo del sector aeroespacial andaluz mediante la colaboración de las empresas más punteras del sector a nivel nacional e internacional. Cuenta con amplias y modernas instalaciones, que incluyen oficinas, talleres y laboratorios de alta tecnología. En este entorno, expertos en múltiples ámbitos de la ingeniería aeroespacial investigan y crean las tecnologías más avanzadas para surcar los cielos. Desde aviones y globos meteorológicos, hasta satélites, cualquier diseño se hace posible.

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SEVILLA
POWER! SKILLS! SKILL SKILLS

MI PROFESIÓN

DISEÑADORA DE SISTEMAS MECÁNICOS

Hola, me llamo Lucía y soy diseñadora de sistemas mecánicos. Mi trabajo consiste en usar software de diseño asistido por ordenador (CAD) para crear modelos detallados de sistemas mecánicos (conjuntos de piezas que se combinan para producir un movimiento, realizar un trabajo específico, etc.). Colaboro con otras personas del departamento de ingeniería de mi empresa para desarrollar desde pequeñas piezas hasta grandes maquinarias, asegurándome de que todo funcione a la perfección.

diseños en poco tiempo. La comunicación efectiva también es clave, especialmente cuando una tarea exige colaborar con otros equipos o con el departamento de investigación y desarrollo para implementar nuevas tecnologías.

Para ser diseñadora de sistemas mecánicos, he tenido que estudiar Ingeniería Industrial, aprender a manejar programas CAD y recibir formación en diseño e interpretación de planos. Una buena formación en matemáticas y física también es esencial para mi trabajo.

Dentro de mi profesión, hay diversas especialidades como el diseño automovilístico, de maquinaria industrial, de sistemas de climatización y muchas más. Yo me dedico a realizar diseños mecánicos para dispositivos de energía eólica. Utilizo recursos como simulaciones por ordenador y prototipos para asegurarme de que mis diseños funcionen de manera eficiente.

En mi día a día, la capacidad para tomar decisiones y la habilidad de trabajar en equipo son cruciales. Muchas veces tengo que seleccionar materiales o ajustar

TRABAJAR ENEQUIPO

COMUNICACIÓNEFECTIVATOMARDECISIONES

Lo que más me gusta de mi trabajo es ver como un dibujo en mi ordenador se convierte en una máquina real que puede generar electricidad usando el viento. Es como ser la autora de un libro, pero, en lugar de palabras, uso piezas y engranajes para crear algo nuevo que ayuda a cuidar del planeta.

MEJORANDO UNA BICICLETA

En esta actividad, vuestra misión es pensar como diseñadores de sistemas mecánicos para mejorar una bicicleta.

1 Observad cada parte de la bicicleta y decidid qué elementos podrían mejorarse.

2 Investigad qué materiales, piezas nuevas y reajustes podrían aplicarse a esta bicicleta para que las ruedas giren más suavemente, o para distribuir el peso con mayor eficiencia, aumentar la seguridad o la maniobrabilidad, etc.

3 Por último, redactad un plan para hacer realidad esas mejoras, teniendo en cuenta los costes, la dificultad de las reparaciones y la necesidad de mano de obra especializada, si la hubiera.

¿SABÍAS QUE...?

Leonardo da Vinci, para muchos el primer ingeniero mecánico, dejó cientos de dibujos y esquemas que muestran su interés por los sistemas mecánicos.

Algunos de sus diseños, como el «helicóptero de aire» y el «tanque de guerra», eran totalmente revolucionarios para su época, y demuestran los sólidos conocimientos físicos y el interés por el diseño y la experimentación del genial artista italiano.

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POWERS! !SKILLS SSKILL SKILLS!

PORFOLIO

¿Qué has aprendido?

Las fuerzas

1 Indica dónde estaría, aproximadamente, el centro de gravedad de las siguientes imágenes:

2 Analiza por qué es más difícil caerse si estás con las piernas separadas.

3 Identifica las fuerzas que actúan en cada una de las figuras:

4 Copia y completa en tu cuaderno las siguientes frases en relación con las estructuras:

– Una estructura es un objeto complejo, masivo, cuya función principal es la de ?

– Las fuerzas aparecen cuando una ? ..... es sometida a un movimiento.

– La masa se mide en ? en el sistema internacional (SI), en el que las unidades de fuerza se expresan en ? .....

– El centro de gravedad se define como un ? de un cuerpo en el que se puede considerar concentrada ? .....

– El empleo de cerchas tiene una ventaja principal: resulta una estructura muy ? en comparación con ? .....

Componentes estructurales

5 ¿Qué elementos estructurales encuentras en las siguientes fotografías?

Tipos de estructuras

6 Sumamos Enumera y dibuja las distintas estructuras que conoces.

Perfiles

7 Observa una bicicleta como la de la figura, en la cual se han empleado varios perfiles. Tienes que identificar tantos como sea posible, indicando si son abiertos o cerrados, huecos o no. Dibuja de forma aproximada su sección transversal, tal y como se muestra en el perfil del ejemplo.

Cámara

8 Contesta con una breve frase:

– ¿Qué es una estructura?

– ¿Qué es una cercha?

– ¿Cuál es la función principal de un pilar?

– ¿Cuál es la posición habitual de una viga?

– ¿Qué tipo de esfuerzos sufren normalmente los tirantes de una estructura colgante? ¿Y los de una cercha?

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Cubierta Llanta

¡ACTÚA !

Construyendo una estructura para un aerogenerador.

Se trata de construir una estructura con una base amplia donde se alojará el circuito y una torre para sostener el aerogenerador utilizando materiales de uso cotidiano.

La idea principal es utilizar elementos largos y delgados para construir la estructura, que no necesariamente han de ser resistentes por sí mismos.

Puedes llevar a cabo cualquier diseño, ya sea original o copiado de una estructura existente.

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�� Puedes�utilizar�pajitas�para�beber�refrescos��tallarines�o�papel�enrollado�formando� canutillos��Para�unirlos�y�crear�la�estructura�� puedes�usar�papel�celo��cinta�aislante��pegamento�termofusible�o�pegamento�líquido�

Tubos de papel reciclado

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Emplea�un�tablero�de contrachapado�o�de� DM�para�que�sirva�de�base�

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¿Aguantará el peso sin deformarse?

¿Cuántas�pajitas��espaguetis��tallarines�o� canutillos�has�empleado?�

¿Podrías�conseguir�que�la�estructura�cumpliera�su�función�empleando�un�número� menor?

¿Qué�aspectos�del�diseño�mejorarías?

Pajitas para beber

¿Cómo has aprendido?

Los contenidos adquiridos en la unidad te van a permitir entender mejor cómo están configuradas las estructuras que nos rodean. Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica en anayaeducacion.es

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Situación de aprendizaje
4

Electricidad 5

Situación de aprendizaje

¡ACTÚA !

qué ¿piensas ¿

¿Conoces alguna forma de generar energía eléctrica a pequeña escala? ¿Y que pueda integrarse en las actividades que realizas en tu día a día?

Diseña y construye el circuito eléctrico y la estructura de un aerogenerador portátil. Con él, podrás aprovechar la energía del viento y convertirla en energía eléctrica allá donde vayas.

¿Son soluciones sostenibles?

Para lograrlo, sigue esta ruta:

El circuito eléctrico Los generadores eléctricos

La corriente eléctrica

Los receptores eléctricos Elementos de control y protección

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7. Energía sostenible

Simbología eléctrica

La resistencia eléctrica

La potencia eléctrica

Disposición de receptores en un circuito

La placa protoboard

El simulador de circuitos de Tinkercad

Las fuentes de energía

El código de eficiencia energética

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1.1 ¿Qué es un circuito eléctrico?

El átomo y los electrones

Un circuito eléctrico es un camino cerrado formado por un material conductor de la electricidad, en el que se conectan componentes eléctricos por los que circulan las cargas eléctricas.

En un circuito eléctrico puedes encontrar los siguientes elementos:

– Pila o generador, que proporciona energía al circuito.

– Conductores, que permiten la circulación de electricidad desde el generador hasta los receptores.

– Receptores, que transforman la energía eléctrica y producen efectos: movimiento (energía cinética), luz (energía lumínica), calor (energía calorífica), etc.

– Elementos de control, como los interruptores y los pulsadores.

La materia está constituida por unas partículas llamadas «átomos». Los átomos están formados por partículas subatómicas llamadas «protones», «neutrones» y «electrones». Tanto los protones como los electrones tienen la misma carga eléctrica, positiva en el caso de los protones y negativa en los electrones.

La del electrón es la cantidad de carga más pequeña que podemos encontrar. Es tan pequeña que se ha defi nido una unidad mayor, el culombio, de símbolo C, que contiene la carga eléctrica de 6,24 · 1018 electrones, lo que es equivalente a la carga de 624 000 billones de electrones.

– Elementos de protección, como los fusibles.

La pila o generador, los conductores y, al menos, un receptor deben estar presentes en el circuito. Los elementos de control y de protección son opcionales.

En anayaeducacion.es encontrarás una presentación sobre los componentes eléctricos.

Analogía hidráulica

Observa esta imagen.

Fluido de agua a presión Bomba hidráulica Agua a presión

Giro de turbina Estanque de agua

a) ¿Cómo funciona el sistema hidráulico que representa?

b) ¿Cuál es la función de la bomba hidráulica? ¿A qué componente de un circuito eléctrico se parece? ¿Por qué?

c) ¿Crees que cada gota de agua que se mueve por el circuito hidráulico tiene cierto parecido con el movimiento de las cargas eléctricas en un circuito eléctrico? ¿Por qué?

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1

2.1 Los generadores eléctricos

Corriente continua y corriente alterna

Según la forma en la que se genera, hay dos tipos de corriente eléctrica:

• Corriente continua: es la que proporcionan las pilas y las baterías eléctricas. Su valor es constante.

• Corriente alterna: es la que se obtiene con los alternadores. Es la corriente que llega hasta nuestras casas. Su valor varía pasando de positivo a negativo, y viceversa, todo el tiempo.

Consulta el documento «Corriente continua y corriente alterna» en anayaeducacion.es

Fuente de alimentación

Un ordenador de sobremesa está conectado a la red eléctrica de corriente alterna. Sin embargo, sus circuitos funcionan con corriente continua. Por ello, necesita de una fuente de alimentación cuya misión es la de transformar la señal eléctrica alterna en continua.

En situación Investiga qué es una dinamo y elabora una pequeña presentación exponiendo cuál es su función, cómo funciona y de qué partes se compone.

En un circuito eléctrico, el generador aporta energía eléctrica a las cargas y dirige su desplazamiento a lo largo del circuito. Si un generador no dispone de energía, las cargas no se desplazarán.

Se clasifican en:

– Pilas y baterías. Contienen sustancias químicas que reaccionan generando electricidad. Cuando estas sustancias permiten que la reacción se revierta, se denominan «pilas o baterías recargables».

– Alternadores. Son máquinas eléctricas que generan corriente alterna: energía eléctrica en forma de ondas.

– Fuentes de alimentación. Son dispositivos electrónicos que transforman la corriente alterna en otra forma de energía eléctrica, como, por ejemplo, corriente continua.

2.2 El voltaje eléctrico

El voltaje, o potencial eléctrico, es la magnitud eléctrica que indica cuánta energía se ha aportado a cada carga eléctrica.

Si un generador entrega un julio de energía a un culombio de carga (esto es, a 6,24 · 1018 electrones), se dice que el voltaje del generador es de un voltio. Por tanto, la fórmula del voltaje será:

Voltaje = Energía ; V = E Carga eléctrica Q

donde E es la energía expresada en julios (J), Q es la carga eléctrica expresada en culombios (C) y V es el voltaje expresado en voltios (V).

El voltio es la unidad de voltaje en el sistema internacional. Recibe su nombre en honor a Alessandro Volta (1745-1827), creador de la primera pila eléctrica. Se representa con la letra V.

Ejercicio resuelto

¿Cuánta carga acumula una batería de 9 voltios que ofrece una energía de 90 julios?

A partir de la fórmula, se despeja la carga Q, intercambiando su posición con el voltaje V. Sustituyendo valores se obtiene:

E = Q = 90J = 10 culombios V 9V

¿Cuánta energía almacena una pila de 4,5 voltios si acumula una carga eléctrica de 100 culombios?

E = V · Q E = 4,5V · 100C = 450 julios

¿Cuál es el voltaje de una pila que acumula 200 julios y 40 culombios?

V = E V = 200J = 5 voltios Q 40C

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2

Práctica guiada

Observa el circuito de la fotografía. En él se puede ver una pila conectada a una lámpara, intercalando entre ambas un objeto. Repite la experiencia intercalando, uno a uno, objetos fabricados con diferentes materiales, anotando si la lámpara se enciende, y, por tanto, se trata de un elemento conductor, o si la lámpara se apaga, por lo que estaremos conectando un aislante. Empieza ensayando con los siguientes objetos: cable de cobre, trozo de tubería, lapicero, trozo de vidrio, cáscara de huevo, trozo de limón y agua.

Se llama corriente eléctrica, o intensidad eléctrica, a la circulación de cargas a través de un conductor cuando está conectado a un circuito cerrado en el que se dispone de un generador. Las cargas se mueven y, por tanto, crean un flujo a través de los conductores. Si el valor de cargas es muy elevado se producirán choques entre ellas, lo que dará lugar al calentamiento del conductor.

De la misma manera que se cuentan vehículos circulando en un punto de la carretera en un tiempo determinado, lo que se conoce como intensidad de tráfico, la intensidad eléctrica se medirá a partir del número de cargas que circulan por segundo en un punto del circuito. Así se expresa matemáticamente:

Intensidad = Carga ; I = Q Tiempo t

La carga eléctrica (Q) se mide en culombios y el tiempo (t) en segundos. En consecuencia, la intensidad eléctrica se mediría en culombios por segundo, pero en el sistema internacional se ha adoptado la unidad del amperio (A) para medir la corriente eléctrica.

El amperio es la unidad de voltaje en el sistema internacional y recibe este nombre en honor a André Marie Ampère (1775-1836), inventor del galvanómetro, dispositivo utilizado para la medida de la intensidad de corriente. Se representa mediante la letra A.

3.1 Conductores y aislantes

No todos los materiales tienen el mismo comportamiento frente a la corriente eléctrica. Algunos, los materiales conductores, permiten el paso de la corriente. Otros materiales, los conocidos como materiales aislantes, por el contrario, no permiten el paso de la corriente y son utilizados para evitar que llegue donde no debe.

Tipo

Características

Conductores Oponen poca resistencia al paso de la corriente eléctrica.

Ejemplos

Materiales metálicos.

Aislantes Oponen una resistencia elevada al paso de la corriente eléctrica. Papel, plásticos, cerámica, vidrio.

Semiconductores

Pueden comportarse como conductores o aislantes, según aspectos externos.

Elementos como el germanio y el silicio para fabricar diodos, transistores, etc.

1 ¿Qué valor de intensidad eléctrica obtienes en un circuito por el que circulan 50 culombios durante 5 segundos?

2 ¿Qué te hace decir eso? Si en el circuito descrito en la actividad anterior, la carga que circula aumentara a 75 culombios en el mismo período de tiempo, ¿aumentaría o disminuiría la intensidad? Justifica matemáticamente tu respuesta.

3 Intuyo y deduzco. El aire es un fluido aislante. Por ejemplo, en un enchufe de pared, la corriente no pasa de un borne a otro. Sin embargo, la electricidad de un rayo sí pasa de las nubes hasta el suelo. ¿Cómo explicarías este fenómeno?

4 Escoge un aparato eléctrico de casa y observa los elementos aislantes que tiene. ¿Qué elementos es necesario aislar? ¿De qué materiales están hechos?

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3

Evolución de las lámparas

El estándar de lámparas ha cambiado con los años, pasando de las incandescentes y halógenas, con escasa eficiencia energética y corta vida útil, hasta las actuales, de ledes, con las que se reduce hasta un 90% la energía necesaria y cuya vida útil puede superar las 25 000 horas.

En situación Los motores son receptores reversibles: puenden convertir la energía eléctrica en energía mecánica, pero también convierten la energía mecánica en eléctrica.

Los receptores son elementos que reciben la energía eléctrica y la transforman en otras formas de energía. En general, todos los receptores poseen resistencia eléctrica, es decir, la oposición que ofrecen al paso de la corriente eléctrica a través de ellos.

Los receptores pueden ser de diferentes tipos:

4.1 Receptores emisores de luz

Existen dispositivos muy variados que transforman la energía eléctrica en luz. Su principal representante son las lámparas.

En la actualidad, cada vez es más utilizada la iluminación basada en diodos emisores de luz (ledes). Están fabricados con materiales semiconductores y tienen un consumo eléctrico muy reducido.

4.2 Receptores emisores de calor

Son dispositivos que convierten la energía eléctrica en energía calorífica. Se basan en el efecto Joule: cuando una corriente eléctrica circula por un conductor, parte de la energía se transforma en energía calorífica. Algunos ejemplos son: tostadores, calentadores, hornos, etc.

El calor puede transmitirse de tres formas diferentes:

• Por conducción: se produce al entrar en contacto dos cuerpos a distintas temperaturas. Un ejemplo es la plancha para ropa.

• Por convección: se hace a través de un fluido (líquido o gas) que conduce el calor a lugares con distinta temperatura. Un secador de pelo es un dispositivo que transmite el calor por convección.

• Por radiación: se debe a la temperatura interna de cada cuerpo. Cuanto mayor es la temperatura de un cuerpo, mayor es la intensidad de su radiación. Muchos calefactores funcionan por radiación: infrarrojos, halógenos, de cuarzo, etc.

4.3 Receptores generadores de movimiento

Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica a partir de las fuerzas que se originan en los conductores de cobre del motor al moverse dentro del campo magnético que generan los imanes del motor.

4.4 Otros receptores

Son todos aquellos receptores que transforman la energía eléctrica en una forma de energía diferente de las anteriores. Entre ellos están los altavoces, los zumbadores, los relés electromagnéticos, etc.

5 Generar-clasificar-relacionar. Haz una lista de los aparatos eléctricos que hay en tu casa. Clasifícalos por el tipo de transformación que llevan a cabo y observa los componentes que tienen en común. Si transforman la electricidad en calor, especifica si emplean conducción, convección o radiación. Si tienen motores o bombas, indica qué tipo de corriente usan. Indica, además, si alguno aprovecha la energía eléctrica para producir más de un efecto.

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Calefactor radiante por infrarrojos Motorcillo eléctrico Relé electromagnético Altavoz

Los elementos de control son componentes cuya misión es permitir o impedir el paso de la corriente eléctrica por todo el circuito o por una parte de él.

Existen tres tipos: interruptores, pulsadores y conmutadores.

Circuito abierto, circuito cerrado

Decimos que un circuito está cerrado cuando todos sus elementos están conectados y la corriente eléctrica circula por ellos.

Por el contrario, cuando un circuito está abierto, la corriente no circula por él. Esto se puede deber a que alguno de los elementos está desconectado o estropeado, o bien un elemento de control está abierto.

5.1 Interruptores

Sirven para abrir o cerrar el circuito en el que se encuentran.

Un ejemplo es el interruptor de la luz de tu habitación o los interruptores para encender o apagar el horno, la campana extractora, etc.

5.2 Pulsadores

Funcionan de forma similar a los interruptores, con la particularidad de que solo cumplen con su misión de abrir o cerrar el circuito eléctrico mientras permanecen accionados. Existen dos tipos de pulsadores:

• Pulsadores normalmente abiertos, o NA.

• Pulsadores normalmente cerrados, o NC.

Ejemplos típicos son el mando del portero automático y el timbre de las casas que se mantienen activos el mismo tiempo que se esté pulsando su botón.

5.3 Conmutadores

Circuito cerrado, bombilla encendida

Circuito abierto, bombilla apagada

El conmutador se diferencia del interruptor en que este último solo controla el paso de corriente a través de una línea de un circuito, mientras que al accionar un conmutador, se cambia la conexión entre dos circuitos. Es decir, con una sola acción, abre un circuito y cierra otro, y al volver a cambiar su posición, se cierra el que estaba abierto y se abre el que estaba cerrado.

Su aspecto exterior es similar al de los interruptores, y un ejemplo lo puedes encontrar en los mandos que encienden y apagan las luces de los pasillos y otras estancias desde dos puntos diferentes.

Conmutador y esquema de circuito eléctrico con conmutador

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5
+ V

En situación Investiga cuál es el símbolo eléctrico de un diodo y de un led e indica su polaridad.

¿Cuál es la función de cada uno?

¿Por qué son tan parecidos?

¿Cómo se indica la función del led en su símbolo?

Como en toda actividad técnica, la representación gráfica es una parte importante en la definición de los circuitos eléctricos. Para poder interpretar un esquema eléctrico que representa un circuito, es necesario conocer la simbología empleada para los generadores, los conductores, los receptores y los elementos auxiliares como interruptores y pulsadores.

Observa la siguiente tabla y trata de memorizar los diferentes símbolos eléctricos que se representan.

Símbolo

Pila + –

Cable

Alternador

Resistencia

Bombilla

Fusible

Tipo Símbolo

Zumbador

Motor M

Interruptor

Pulsador NA

Pulsador NC

Conmutador

Consulta en anayaeducacion.es la presentación «Ejemplos de circuitos y esquemas eléctricos».

6 Utiliza un buscador de imágenes en internet y descarga una fotografía de cada uno de los dispositivos de la tabla de símbolos de esta página. Elabora una presentación en la que recopiles todas las que hayas encontrado y exponla en clase.

¿Existe alguna relación entre la forma comercial de los dispositivos que has encontrado y su símbolo eléctrico?

7 Utiliza los símbolos adecuados para realizar un esquema que incluya una pila y un interruptor que controle el encendido y apagado de una lámpara, un zumbador y un motor.

¿Cuántas posibilidades habría para conectar estos dispositivos? ¿Cuál es la que consideras más adecuada?

8 Observa el siguiente circuito, identifica los componentes que lo integran y responde a las siguientes preguntas:

a) El componente A se encuentra abierto. ¿Qué componentes funcionarían si se cerrara?

b) Estando el componente A cerrado, ¿Qué pasaría si se pulsa el componente B?

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+ –A B M

7.1 El concepto de resistencia eléctrica

La ley de Ohm

V=I•R

Se define la resistencia eléctrica como la mayor o la menor dificultad que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. En función de esta oposición, los materiales se clasifican en conductores, aislantes, semiconductores y superconductores. La resistencia eléctrica de un objeto depende de su composición y de sus dimensiones físicas. La resistividad es una propiedad física de los materiales que permite conocer si un material es buen o mal conductor. A mayor resistividad, peor capacidad para conducir la electricidad. En el sistema internacional, la unidad de resistencia es el ohmio y se representa con la letra Ω

7.2 La ley de Ohm

Georg Ohm, científico alemán del siglo XVIII, descubrió la relación que existe entre las tres magnitudes eléctricas fundamentales —intensidad, volt�je y resistenci�— y enunció l� ley que llev� su nombre:

Experimenta con el laboratorio virtual de la ley de Ohm que te ofrecemos en anayaeducacion.es

9 ¿Qué valor expresado en ohmios tiene un resistor por el que circula una intensidad de 0,5 A cuando es conectado a una batería de 24 V?

10 ¿A qué voltaje es necesario conectar una bombilla de 100 Ω para que por ella circule una intensidad de 1,2 A?

11 ¿Qué intensidad circulará por una bombilla de 90 Ω al ser conectada a una pila de 4,5 V?

12 Intuyo y deduzco. Considera dos circuitos con la misma resistencia. Por el primero circula el doble de intensidad que por el segundo. ¿Cómo será el voltaje del segundo circuito?

La intensidad que recorre un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del circuito. Se expresa con la fórmula:

I = V R

Despejando en la fórmula anterior podrás obtener las otras dos expresiones de la ley.

El valor del voltaje dependerá de la batería o fuente de alimentación; dado este valor, la intensidad será pequeña si la resistencia del circuito es grande y será elevada si la resistencia del circuito es pequeña.

Magnitud Símbolo Unidad Símbolo de la unidad

Intensidad I Amperio A

Voltaje V Voltio V

Resistencia R Ohmio Ω

Ejercicio resuelto

Calcula la intensidad que circula por una bombilla de 100 Ω si se conecta a una pila de 5 V.

I = V = 5 V = 0,05 A = 50 mA R 100 Ω

Calcula a qué voltaje es necesario conectar un resistor de 3 Ω para que por él circule una intensidad de 1,5 A.

V = I · R = 1,5 A · 3 Ω = 4,5 V

Calcula el valor de un resistor por el que circulan 0,25 A al conectarlo a una pila de 9 V. R = V = 9 V = 36 Ω I 0,25 A

108
7
I=
V I R
V — R R= V — I

Todos los aparatos eléctricos, en su funcionamiento, consumen energía eléctrica. La cantidad de energía que consumen depende de la potencia eléctrica que desarrollan.

Stand-by

Stand-by es la situación en la que se y encuentran algunos aparatos eléctricos cuando, estando enchufados, están a la espera de iniciar su funcionamiento. En esta situación, el aparato tiene un consumo eléctrico, aunque sea muy pequeño. Por eso, se recomienda que si no se van a utilizar durante un tiempo, se desconecten totalmente de la corriente eléctrica.

¿Sabes que el consumo de estos aparatos «en espera» puede llegar a alcanzar hasta el 10 % del consumo total en una vivienda?

Investiga cuántos aparatos de tu casa permanecen la mayor parte del tiempo en espera.

En situación Investiga qué es la ley de Watt, qué magnitudes eléctricas relaciona y qué ecuación la representa matemáticamente.

La potencia eléctrica es la cantidad de energía que se consume durante un período de tiempo. La unidad de medida es el vatio (W), que se define como el consumo de un julio de energía cada segundo:

1 W = 1 J/1 s

A pesar de que el julio es la unidad de medida de la energía en el sistema internacional, cuando se habla de energía eléctrica, se prefiere emplear otra unidad, el kilovatio-hora (kWh). Resulta más sencillo calcular la energía consumida multiplicando la potencia en kilovatios por el número de horas que un dispositivo está en funcionamiento. El valor de la potencia de un aparato eléctrico está escrito en su superficie o en su placa de características. Por ejemplo, las bombillas suelen tener su potencia escrita en el bulbo o en el casquillo. A continuación, puedes ver una tabla comparativa de las potencias de distintos tipos de bombillas que proporcionan una cantidad equivalente de luz.

Equivalencias�lumínicas

Incandescente 40 W 60 W 75 W 100 W

Halógena 22 W 35 W 47 W 60 W

Bajo consumo 9 W 11 W 15 W 20 W

Ejercicio resuelto

Un frigorífico tiene una potencia de 300 W. Este tipo de electrodoméstico siempre están encendidos, pero tienen un programa de ahorro que los conecta a la red 18 horas al día. Si el precio de la electricidad ese día fuera de 20 €/MWh, ¿cuánto pagaríamos por la electricidad consumida por el frigorífico?

En primer lugar, se calcula la energía diaria que consume el frigorífico. Dado que su potencia es de 300 W y está funcionando 18 horas al día, la energía consumida será:

E = 300 W · 18 horas = 5 400 Wh diarios

Considerando que el mes tiene 30 días, el gasto de energía mensual será:

Em = 5 400 Wh · 30 = 162 000 Wh.

Convertimos la cifra en megavatios-hora:

Em = 162 000 Wh · 1MWh = 0,162 MWh  1 000 000 Wh

Multiplicamos esta cifra por el precio del MWh:

Precio = 0,162 MWh · 20 €/Mwh = 3,24 euros

109 5 8
5
Led
W 8 W 10 W 13 W

9.1 Asociación de resistores . Resistencia equivalente

Los circuitos eléctricos están compuestos habitualmente por más de un receptor. Estos receptores pueden estar asociados de diferentes formas, dando lugar a distintos tipos de circuitos.

Asociación en serie de resistores

Dos resistores en serie

R1 R2

Tres resistores en serie

R2 R1 R3

N resistores en serie

R2 R1 Rn

Resistor o resistencia

La resistencia es la magnitud que define la dificultad que presenta un cuerpo al paso de la corriente eléctrica.

Un resistor, en cambio, es un componente eléctrico diseñado para introducir una resistencia eléctrica entre dos puntos de un circuito.

Se denomina resistencia equivalente a aquella resistencia que sustituye a otras resistencias, con el mismo efecto en el circuito que las resistencias a las que reemplaza.

9.2 El circuito serie

En un circuito serie, los receptores están conectados uno a continuación del otro. Tiene el inconveniente de que si uno de los receptores se estropea, el resto dejará de funcionar, puesto que la corriente no podrá circular a través de él.

La resistencia equivalente que ofrece el conjunto de receptores es igual a la suma de la resistencia de cada uno de ellos, de acuerdo con la fórmula:

Re = R1 + R2 + ... + Rn

Por ejemplo, la resistencia equivalente de una asociación en serie de dos resistores de 3 Ω y 5 Ω será una resistencia de: Re = R1 + R2 = 3 Ω + 5 Ω = 8 Ω

En un circuito serie, la intensidad que recorre todos los elementos es la misma, y corresponde a la intensidad que proporciona el generador.

Sin embargo, el voltaje se reparte entre los diferentes elementos; es decir, la energía que proporciona el generador se distribuye entre todos los receptores del circuito.

Vgen = V1 + V2 + ... + Vn

Se podrá calcular el voltaje en cada punto multiplicando el valor de la intensidad por el valor de cada resistencia.

Si se suman todos los voltajes de las resistencias, el resultado ha de ser igual al valor del voltaje de la pila o generador.

Magnitud Explicación

Resistencia�equivalente La suma de las resistencias que forman el circuito.

Voltaje

Intensidad

El voltaje que proporciona la pila se distribuye entre las diferentes resistencias, cumpliéndose que la suma de los voltajes de las resistencias ha de ser igual al voltaje del generador.

Al existir un solo camino para la corriente, esta será la misma para todos los elementos del circuito.

110
9
Fórmula
Re = R1 + R2 + ... + Rn
Vgen = V1 + V2 + ... + Vn
I = I1 = I2 = ... = In

Ejercicio resuelto

En el circuito de la figura, calcula:

a) La resistencia equivalente.

b) La corriente que circula por todos los componentes.

c) El voltaje en cada resistor.

a) La resistencia equivalente será la suma de las resistencias:

Re = R1 + R2 = 3 Ω + 7 Ω = 10 Ω

b) Tomamos el valor de voltaje de la pila y el valor de la resistencia y aplicamos la ley de Ohm para calcular la intensidad: I = V = 10 V = 1A Re 10 Ω

c) Si aplicamos la ley de Ohm a cada resistor por separado, obtenemos la parte de voltaje que tiene cada uno de los dos.

V1 = I1 · R1 = 1 A · 3 Ω = 3 V

V2 = I2 · R2 = 1 A · 7 Ω = 7 V

Podemos comprobar que la suma de ambos voltajes corresponde con el valor del voltaje de la pila:

= V1 + V2 = 3 V + 7 V = 10 V

13 Calcula la resistencia equivalente de las siguientes agrupaciones de resistencias:

Nomencl atura de los circuitos

Al resolver circuitos eléctricos, es habitual asignar a los voltajes y a las intensidades un subíndice para indicar que se trata del voltaje y la intensidad a través de un componente determinado. Así:

• I es la intensidad que proporciona la pila.

• I 1 es la intensidad que circula por el primer resistor.

• I 2 es la intensidad que circula por el segundo resistor.

De la misma forma, para el voltaje tendremos:

• V es el voltaje de la pila.

• V1 es la caída de voltaje en el primer resistor.

• V 2 es la caída de voltaje en el segundo resistor.

14 Calcula la resistencia equivalente, la intensidad que circula por el circuito y el voltaje en cada uno de los resistores en los siguientes circuitos:

111 5
+ 10 V 3 X 7 X + –9 V 1 Ω 4 Ω 2 Ω 3 Ω a) + –5 V 5 Ω 3 Ω 4 Ω b) + –12 V 3 Ω 4 Ω 5 Ω 6 Ω c)
V
a) b) c) d) e) f) 10 X 5 X 2 X 4 X 4 X 4 X 5 kX 2 kX 15 kX 500 X 2 kX 3,4 kX 1 X 7 X 2 X

9.3 El circuito paralelo

En un circuito paralelo, los receptores tienen sus terminales conectados entre sí. De esta forma existe más de un camino, también llamado rama, por el que la corriente eléctrica puede circular.

Este esquema es el que se utiliza en las viviendas. Permite que, aunque uno de los receptores no funcione, los demás puedan hacerlo.

La resistencia equivalente de un conjunto de resistencias conectadas en paralelo se calcula de acuerdo con la fórmula:

1 = 1 + 1 + + 1 Re R1 R2 Rn

En el caso particular de dos resistencias, la fórmula se reduce a:

Re = R1 · R2 R1 + R2

También puedes utilizar la fórmula anterior para asociaciones de más de dos resistencias, agrupándolas de dos en dos hasta obtener una única resistencia equivalente.

En los circuitos en paralelo, todos los elementos están conectados al mismo voltaje, el voltaje del generador. Y la intensidad que proporciona el generador corresponde a la suma de las intensidades que circulan por cada una de las resistencias.

I = I1 + I2 + ... + In

Magnitud Explicación

Resistencia� equivalente

Se calcula como el valor inverso de la suma de los valores inversos de cada una de las resistencias del circuito. En el caso de tener dos resistencias, se puede emplear la fórmula del producto partido de la suma.

Voltaje

Intensidad

El voltaje que proporciona la pila es el mismo para todos los elementos que se conecten en paralelo.

Por cada rama del circuito circulará una intensidad que dependerá exclusivamente del valor de resistencia de la rama. La intensidad total, que es la proporcionada por la pila, será la suma de todas las intensidades circulantes por las ramas.

Ejercicio resuelto

Calcula la resistencia equivalente de las siguientes asociaciones de resistores:

Fórmula

Asociación en paralelo de resistores

Dos resistores en paralelo

Tres resistores en paralelo

N resistores en paralelo

Solución:

Para obtener el valor de Rt, se invierte el resultado obtenido: Re = 12 = 2 Ω 6 6 X 4 X 12 X

112
1 = 1 + 1 + + 1 Re R1 R2 Rn Re = R1 · R2 R1 + R2
V =
1
2 = ... =
V
= V
Vn
I = I1 + I2 + ... + In
R
R
R
R
R
R
1
1 R2
3
1
2 R n
2
R
1
1 = 1 + 1 + 1
t R1 R2 R3
+ 1 + 1 = 3 + 2 + 1 = 6 4 6 12 12 12
9

Ejercicio resuelto

En el circuito de la figura de la derecha, calcula:

a) La resistencia equivalente.

b) La intensidad total de la corriente que recorre el circuito.

c) El voltaje en cada resistor.

d) La intensidad de la corriente que atraviesa cada uno de los resistores.

a) Como se trata de dos resistores en paralelo, la resistencia equivalente se calcula usando la fórmula:

Re = R1 · R2 = 3 · 6 = 18 = 2 Ω R1 + R2 3 + 6 9

b) Para calcular la intensidad total, aplicamos la ley de Ohm, dividiendo el voltaje entre la resistencia equivalente.

I = V = 12 = 6 A Re 2

c) Como los resistores están conectados en paralelo, todos ellos reciben el mismo voltaje.

V = V1 = V2 = 12 V

d) Para calcular la intensidad de corriente, bastará con aplicar la ley de Ohm en cada uno de los resistores:

I1 = V1 = 12 = 4 A ; I2 = V2 = 12 = 2 A R1 3 R2 6

15 Calcula la resistencia equivalente, la intensidad que proporciona la pila y la que circula por cada bombilla, así como el voltaje en cada bombilla, en los siguientes circuitos. Considera todas las bombillas iguales y, por tanto, con la misma resistencia eléctrica de 100 ohmios.

16 Observa los siguientes circuitos equipados con bombillas (L) e interruptores (S). Los interruptores de cada rama podrán estar cerrados y permitir el paso de corriente, o estar abiertos, por lo que no circulará corriente. Según la posición de los interruptores en cada circuito, ¿qué bombillas lucirán y cuáles estarán apagadas?

113 5
+ –12 V 3 X 6 X + 10 V 100 X 100 X 100 X 100 X + 10 V 100 X 100 X 100 X 100 X a) b) a) b) + V L 1 L 2 L 4 S3 S2 L 3 S1 + V L 1 L 2 L 3 L 4 S2 S1

En la cara superior de la placa de prototipado, las filas se nombran con letras y las columnas van numeradas.

La placa protoboard es también conocida como la placa de inserción, d placa de prototipado o placa de pruebas. Es una pieza de plástico con pequeños agujeritos que se encuentran conectados eléctricamente entre sí para permitir la conexión de componentes eléctricos y electrónicos de forma rápida y sin necesidad de soldadura. Puedes ver en la imagen de la izquierda la forma en que los orificios están conectados entre sí mediante láminas conductoras. En la zona central de la placa hay columnas de cinco agujeros conectados entre sí; los componentes electrónicos conectados en una misma columna estarán eléctricamente unidos. En los bordes de la placa hay largas filas, de 25 agujeros o más, que se utilizan habitualmente para la alimentación de los circuitos.

aleación de cobre que conectan los orificios elécricamente.

Dos posibles montajes de un circuito serie. En ambos casos, el segundo resistor está conectado a continuación del primero.

Observa estas placas de prototipado. En ellas aparecen dibujados tres caminos: cada uno es un laberinto con una entrada y una salida, pero falta una parte del camino. En el verde, para llegar a la salida, faltaba un cable que unía los puntos J9 y J12. Pasando por todos los cables de su color, ¿qué cables faltan en los otros dos recorridos para llegar a la salida?

Montaje de componentes en serie

Bajo este texto se muestra un montaje de resistores conectados en serie. El primer terminal o «pata» del primer resistor está conectado a la línea de alimentación positiva y su segundo terminal en la misma columna en que se encuentra el primer terminal del segundo resistor, haciendo que ambos queden conectados; el segundo terminal del segundo se conecta al carril de alimentación negativa, cerrando así el circuito. En la imagen de la derecha se han añadido dos voltímetros en paralelo con cada uno de los resistores y un amperímetro en serie con ellos, para medir el voltaje y la intensidad en el circuito.

114
10
A E D C B F J H G 10 5 20 15 30 25 40 35 50 45 60 55 64 1 10 5 20 15 30 25 40 35 50 45 60 55 64 1
Laberinto eléctrico

Montaje de componentes en paralelo

En el montaje de resistores en paralelo, los dos extremos de cada uno de ellos deben estar unidos entre sí.

Observa en el montaje cómo el primer terminal de ambos resistores se encuentra en la misma columna, y el segundo puede estar en la misma columna o conectado por medio de un cable.

En situación

Diseñamos el esquema de un circuito

Observa este circuito y el esquema que aparece a su lado. Los montajes en una placa de prototipado no suelen tener la misma forma o la distribución de componentes que tiene su esquema.

Dibuja el esquema de los siguientes circuitos, utilizando la simbología adecuada a cada componente.

Dos posibles montajes de un circuito paralelo. En ambos casos, los terminales de los dos resistores están conectados dos a dos. Al estar en paralelo, la lectura se hace con un voltímetro y dos amperímetros.

9 V

115 5
+ –
440 Ω

Tinkercad es una colección de herramientas desarrollada por Autodesk que sirven tanto para el diseño de objetos en 3D —de forma gráfica o mediante programación visual por bloques— como para la simulación de circuitos eléctricos y electrónicos, incluyendo las tarjetas controladoras Arduino y micro:bit.

Para acceder a Tinkercad, necesitarás una cuenta de usuario, que puedes crear utilizando tu dirección de correo electrónico. Si eres menor de 13 años, la cuenta deberá ser creada o aprobada por una persona adulta responsable de tu tutela.

Es un entorno que continúa creciendo, con nuevas aplicaciones como Sim Lab, y con los proyectos compartidos por toda su comunidad. Accede a https://www.tinkercad.com/ y haz clic en el botón om/ JOIN NOW en la parte superior derecha de la pantalla para crear tu cuenta. Es posible que el profesorado haya creado ya una cuenta para la clase, en cuyo caso, te proporcionarán un enlace y una clave con la que podrás acceder.

Para crear circuitos eléctricos, en el panel de la parte izquierda de la ventana de trabajo tienes que hacer clic en Circuits. La primera vez que accedas deberás crear un circuito desde cero; en las siguientes ocasiones aparecerán los proyectos ya creados.

Al comenzar un nuevo circuito, verás a la derecha de la ventana un listado de componentes y, en el centro, un espacio de trabajo. Para añadir los elementos al espacio de trabajo, solo tienes que hacer clic sobre ellos y arrastrarlos al lugar deseado, ya sea «en el aire» o en una de las placas de prototipado de diferentes tamaños que incluye. Para modificar las características de un elemento, haz clic sobre él y escribe el valor correspondiente.

Puedes buscar elementos por su nombre en la barra de búsqueda que aparece sobre las imágenes de los componentes. Para conectarlos entre sí, haz clic sobre uno de sus terminales y lleva el cable hasta otro terminal. Si deseas «doblar» el cable, haz clic en el punto donde quieras doblarlo.

Aunque los circuitos se pueden montar uniendo los elementos directamente, resulta conveniente utilizar la placa de prototipado.

Tinkercad te permite simular los montajes e incluso ver cómo funcionan los circuitos, antes de hacer el montaje real, con lo que ahorrarás tiempo y errores.

116
11

Además de los componentes, Tinkercad también dispone de instrumentos de medida, como amperímetros y voltímetros, que pueden añadirse al circuito.

Para poder conocer los valores de intensidad y voltaje, es necesario simular el funcionamiento del circuito haciendo clic en el botón Iniciar simulación, en la parte superior derecha de la ventana.

17 Observa el circuito de la derecha creado en Tinkercad y dibuja su esquema eléctrico en tu cuaderno.

Realiza, a continuación, los cálculos necesarios para obtener la lectura de cada uno de los instrumentos de medida.

Monta el circuito en el simulador Tinkercad y comprueba si las lecturas coinciden con lo que has calculado. Detalle de los resistores

Consejo

La conexión de los instrumentos de medida puede resultar liosa. Dibuja primero el esquema del circuito en tu cuaderno, utilizando los símbolos adecuados y, a continuación, monta los componentes en Tinkercad. Si lo deseas, puedes simular el circuito con otros programas, como Crocrodile Clips o Yenka y comparar los resultados.

117 5

La energía eléctrica es la fuente de energía más utilizada por la humanidad. No obstante, a excepción de los fenómenos meteorológicos, necesitamos captar energía desde otras fuentes para convertirla en energía eléctrica. Existen dos tipos de fuentes de energía:

Energía solar

Andalucía es la primera región de España en aprovechamiento de la energía solar, tanto con plantas termosolares como empleando tecnología fotovoltaica.

Puedes localizar todas las centrales eléctricas de tu comunidad consultando el mapa interactivo «Centrales eléctricas de Andalucía» en anayaeducacion.es

18 Visita el apartado «Datos energéticos» de la web de la Agencia Andaluza de la Energía y encuentra la evolución de generación de las diferentes fuentes de energía. Realiza un gráfico que te permita ver la evolución de cada una de ellas.

a) ¿Cuál es la fuente de energía más empleada en Andalucía en los últimos años?

b) ¿Ha existido cierto crecimiento en Andalucía en los últimos años de generación de energía procedente de fuentes renovables?

c) ¿A qué se refiere la unidad ktep, utilizada en sus datos?

– Primaria. Es toda forma de energía disponible en la naturaleza antes de ser transformada. Las fuentes de energía primaria son: el Sol, el viento, el calor interno de la Tierra, el agua, los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), la biomasa y el uranio.

– Secundaria. Es aquella que procede de la transformación de una fuente primaria y que está lista para ser almacenada, transportada y utilizada en el lugar de consumo.

Además de esta clasificación, se utiliza otra que distingue si la energía es ilimitada (renovable) o si no lo es (no renovable).

12.1 Las energías renovables

Las energías renovables son aquellas cuyas fuentes no se agotan a medida que se utilizan; es decir, son aquellas cuyas fuentes se regeneran a un ritmo igual o mayor que el ritmo al que se consumen.

Entre las energías renovables que podemos aprovechar, están la energía solar, la eólica, la geotérmica, la biomasa o la energía del agua.

Energía solar

Es generada por el Sol a partir de las reacciones de fusión nuclear que se producen en su núcleo. Nos llega a través de la radiación electromagnética: luz visible, radiación infrarroja y radiación ultravioleta. La energía solar se puede aprovechar de forma directa (iluminación, climatización natural, cocinar en un horno solar, producir agua caliente, secar la ropa, etc.) o indirecta (para generar energía eléctrica).

Energía eólica

Es la energía que tiene una masa de aire en movimiento, el viento. Su origen está en el Sol, que al calentar irregularmente las masas de aire, provoca diferencias de presión, y estas, su displazamiento.

La energía eólica se aprovecha mediante modernos molinos de viento instalados en parques eólicos, donde es transformada en energía eléctrica. Su aprovechamiento directo se aplica en, por ejemplo, barcos de vela, alas delta y molinos para moler el grano o extraer agua.

Energía geotérmica

Es la energía que puede obtenerse mediante el aprovechamiento del calor interno de la Tierra. Se utiliza de forma indirecta para la generación de energía eléctrica y directamente para sistemas de calefacción.

Energía de la biomasa

Es la energía que se obtiene a partir de toda materia orgánica de origen vegetal o animal. El aprovechamiento de la biomasa se puede realizar quemando los residuos para obtener energía eléctrica y energía calorífica, o a través de transformaciones que permitan la obtención de otros combustibles, como, por ejemplo, el biodiésel.

118
12

Energía hidráulica

La energía del agua se manifiesta en forma de energía cinética en el agua en movimiento de un río, las corrientes marinas, las olas y las mareas; y como energía potencial del agua almacenada en una presa. Se aprovecha de forma directa como medio de transporte, río abajo, de personas y mercancías, así como para mover norias que sirven para el abastecimiento de agua. De forma indirecta se utiliza en:

– Centrales hidroeléctricas. En ellas se aprovecha la energía mecánica del agua de ríos y presas para producir energía eléctrica.

– Centrales mareomotrices. La diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar permite el aprovechamiento de la energía del movimiento de grandes masas de agua para la obtención de electricidad.

– Centrales undimotrices. Generan energía eléctrica aprovechando movimiento de las olas, originadas por el viento sobre el mar.

12.2 Las energías no renovables

Las fuentes de energía no renovables son aquellas que se agotan a medida que se va haciendo uso de ellas, ya sea porque no se regeneran, o bien porque lo hacen a un ritmo menor al que se consumen.

Las fuentes de energía no renovables más importantes son el carbón, el petróleo, el gas natural y el combustible nuclear.

Gas natural

El gas natural es una mezcla de compuestos orgánicos, principalmente hidrocarburos, en estado gaseoso. Suele encontrarse formando bolsas sobre los yacimientos petrolíferos. Es el combustible fósil menos contaminante y su transformación desde el yacimiento hasta su utilización es mínima. Se usa para generar energía eléctrica y como fuente de calor en la calefacción o en la cocina.

Combustibles nucleares

La obtención de energía se realiza, principalmente, a través de la fisión o rotura de los átomos del isótopo de uranio-235.

La energía liberada se emplea para producir energía eléctrica, aunque también ha sido utilizada militarmente en forma de armas nucleares.

Carbón

El carbón es un combustible fósil que se originó por la descomposición de vegetales que se acumularon en zonas pantanosas o marinas. Se utiliza sobre todo en la producción de energía eléctrica, pero también en procesos industriales como la fabricación de acero.

Petróleo

El petróleo es una mezcla de compuestos orgánicos, básicamente hidrocarburos. Procede de la sedimentación y descomposición, durante millones de años, de zooplancton y algas en los fondos marinos. Es la principal fuente de energía en los países desarrollados. Para aprovecharlo, se transforma en combustibles, utilizados en el transporte y para la producción de energía eléctrica. Del petróleo también se obtienen otros productos, como los plásticos y el asfalto.

Energía hidráulica

En las centrales hidroeléctricas, la caída del agua almacenada hace girar las turbinas. Este movimiento se transmite al generador, que lo convierte en energía eléctrica.

Puedes consultar la presentación «Fuentes renovables de energía» en anayaeducacion.es

Fisión nuclear

El núcleo se

La fi sión nuclear se consigue rompiendo un núcleo al bombardearlo con neutrones.

El núcleo se divide en dos fragmentos y unos pocos neutrones, que pueden romper más núcleos y producir más energía, produciéndose una reacción en cadena. Para controlar esta reacción, se utiliza un material moderador, capaz de frenar a los neutrones.

Complementa la información de estas páginas con la presentación «Centrales eléctricas» y el documento «Ventajas e inconvenientes de la energía nuclear». núcleos pesados.

119 5

13.1 El etiquetado energ ético

19 ¿Por qué crees que es importante el etiquetado energético?

20 Haz una lista de los electrodomésticos que tienes en casa. Trata de encontrar en internet o en su placa de características la potencia que consumen en kilovatios (kW). Pregunta en casa cuántas horas creen que están funcionando al día. Multiplica la potencia de cada electrodoméstico por las horas de funcionamiento. Suma todos los valores obtenidos y compara los resultados con los obtenidos por otras personas de clase. ¿A qué se deben esas diferencias? ¿Qué medidas podríais tomar para reducirlas?

El rendimiento energético es la relación que existe entre la energía extraída de un sistema, o energía útil (Eu) que realmente obtenemos, y la energía suministrada (Es) a dicho proceso o sistema.

Rendimiento = Eu Es

Un dispositivo es energéticamente eficiente cuando tiene un elevado rendimiento energético. Quiere decir que aprovecha al máximo la energía suministrada, reduciendo al mínimo las pérdidas de energía.

Debido a la importancia de ahorrar energía y reducir las emisiones de dióxido de carbono, el Parlamento Europeo exige el etiquetado energético de los electrodomésticos para poder identificar su nivel de eficiencia energética.

El etiquetado energético es obligatorio en multitud de dispositivos como frigoríficos, congeladores, lavadoras, lavavajillas, secadoras, lavadoras-secadoras, fuentes de luz, hornos eléctricos, climatizadores, campanas extractoras, calentadores de agua, aspiradoras, televisores e, incluso, neumáticos.

La utilización de electrodomésticos energéticamente eficientes permite el ahorro de energía y agua en los hogares, lo que contribuye a hacer un uso más eficiente de la energía y de los recursos naturales.

13.2 Campos de la etiqueta energética

La etiqueta energética tiene una apariencia similar a la de la figura de la página siguiente. En ella destacan los siguientes campos:

– Marca y modelo. Debe incorporar el nombre del fabricante y el modelo del electrodoméstico al que corresponde.

– Clasificación energética del producto. Es el dato más relevante de la etiqueta e indica la categoría de consumo en la que se encuentra el electrodoméstico en relación con el consumo medio de electrodomésticos del mismo tipo. Cuanto más alta es la categoría, menor es el consumo energético.

– Consumo eléctrico anual, expresado en kWh y calculado bajo unas condiciones de uso estandarizadas.

– Otras características, en función del tipo de electrodoméstico. Por ejemplo, en una lavadora, aparte del consumo energético anual y su categoría energética, se incluye el número de litros de agua por ciclo y la cantidad de ropa que puede lavar, así como el ruido durante el lavado y el centrifugado.

– Código QR. En los dispositivos con el etiquetado más actual, el código QR da acceso a una descripción del modelo en la base de datos de registro de la Unión Europea.

120 13

La

energía energética

Marca y modelo

Clasificación energética del producto

Otras características de este tipo de electrodoméstico

Consumo eléctrico (anual o en 100 ciclos)

INTERPRETACIÓN�DE�LAS�ETIQUETAS

Tomando como referencia un frigorífico promedio de clase G

Los más eficientes

A B C

D

Los que presentan consumo medio

Alto consumo de energía

E

F

G

21 Observa las siguientes etiquetas, que corresponden a dos tipos de electrodomésticos diferentes, y responde a estas preguntas:

a) ¿Cuál es la marca de cada uno?

b) ¿De qué electrodomésticos se trata?

c) ¿Cuál es el más eficiente?

d) ¿Cuál es el más ruidoso?

e) ¿Cuál consume más energía en un año?

22 Los tamaños de los televisores suelen indicarse en pulgadas. ¿En qué sistema de medida se utiliza esta unidad? ¿A cuántos centímetros equivale?

23 Describe el significado de estos pictogramas e indica en qué tipo de electrodoméstico se utilizan.

y

121 5
Menos del 20 % Entre el 20 % y el 30 % Entre el 30 % y el 40 %
Entre
40 %
el 50 %
50 %
70 %
el
y
Entre el
y el
el 70 %
el 85 %
85 %
el 100 % BALAY 3TS972B 69 kWh 7,0 D 74 db 03 : 20 45 L kg ABCDEFG ABCD 100 2019 / 2014 Valid from 01.03.2021 Siemens KG36EALCA 149 kWh / annum C 38 db 214 L 94 L AbCD 2019 / 2016
Entre
y
Entre el

STEAMPow�

PROTAGONISTA

AMORY BLOCH LOVINS

Amory B. Lovins irrumpió en el mundo de la energía en la década de 1970, cuando la crisis del petróleo tenía al planeta entero preocupado por el futuro energético. Desde entonces, este físico y ambientalista nos ha hecho replantearnos cómo utilizamos la energía y cómo podríamos usarla mejor.

Nacido en 1947 en Washington D. C., Lovins destacó desde joven por su amor hacia la ciencia. Además de formarse como físico, es un escritor apasionado y un estratega en temas de medioambiente. Ganador del Premio Nobel alternativo en 1983, Lovins es conocido, sobre todo, por haber acuñado el concepto de «negaWatt», una idea revolucionaria que nos anima a pensar en la energía que podemos ahorrar, en lugar de en la que podemos producir.

Lovins ha trabajado en proyectos en todo el mundo, desde diseñando casas que no necesitan calefacción hasta conceptualizando políticas de energía sostenible para países enteros. Usando su capacidad de resolver problemas y su mente abierta, ha demostrado que podemos disfrutar de una vida confortable sin destruir el planeta. Sus métodos innovadores y su argumentación persuasiva han cambiado la forma en que gobiernos y empresas piensan sobre la energía.

Uno de los aspectos más impresionantes de Lovins es su capacidad tomar decisiones efectivas bajo Ante los desafíos urgentes que plantea el cambio climático, ha mosresiliencia y un enfoque en el aprendizaje constante que son realmente ejemplares. Su trabajo no solo nos ayuda a crear sociedades más sostenibles, sino que también demuestra la importancia de las acciones de cada individuo para contribuir al bienestar del planeta.

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

BLUESOLAR TECHNOLOGIES

Surgida del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla encontramos BlueSolar, una empresa a la vanguardia de la industria energética. Fundada en Sevilla en 2019, está desarrollando una idea innovadora y revolucionaria: una planta fotovoltaica con generación térmica.

OWER POWER SKILLS!

La tecnología BlueSolar se basa en una hibridación de la tecnología fotovoltaica con la tecnología solar térmica, con la que los paneles generan, simultáneamente, electricidad y calor, algo mucho más eficiente y rentable que las plantas de generación tradicionales de calor mediante espejos, Este avance pretende proporcionar nuevas soluciones para la producción eléctrica más sostenible.

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SEVILLA
APRENDIZAJE CONSTANTE DECIDIRBAJOPRESIÓN RESILIENCIA

MI PROFESIÓN

INGENIERA EN EFICIENCIA ENERGÉTICA

Hola, me llamo Azucena y soy ingeniera en eficiencia energética. Mi trabajo consiste en diseñar sistemas y tecnologías capaces de minimizar el consumo de energía sin renunciar a sus prestaciones.

Para ser ingeniera en eficiencia energética, he tenido que estudiar Ingeniería Industrial, especializándome en el ámbito de las energías renovables y la sostenibilidad. También me he formado en el análisis de sistemas energéticos industriales y en realizar auditorías energéticas.

En mi campo hay muchas modalidades y aplicaciones. Se puede trabajar en el sector público, en empresas privadas o incluso como consultora independiente para ambos sectores. Actualmente, yo trabajo en una empresa que lleva a cabo evaluaciones sobre la eficiencia energética de multitud de edificios industriales. Utilizo equipos de medición de alta precisión y software especializado para analizar el consumo de energía y buscar formas de reducirlo.

Este trabajo requiere una gran capacidad de resolver problemas y ser capaz de adaptarme y entender en profundidad las necesidades y las características de las instalaciones que evalúo. A veces, los sistemas que analizo son muy antiguos y hay que ser muy creativa para encontrar soluciones efectivas. También necesito contar con buenas

habilidades de comunicación para explicar a los clientes la importancia de implementar las mejoras que propongo y cómo llevarlas a cabo. Lo que más me gusta de mi trabajo es disfrutar viendo la cara de sorpresa de la gente cuando descubre cuánto dinero y recursos se pueden ahorrar siendo más eficiente y el impacto que eso tendrá en sus edificios, en su forma de trabajar y en el medioambiente. Es un win-win para todos, ¡incluida la Tierra!

MEJORANDO LA EFICIENCIA ENERGÉTICA DE TU CASA

Imagina que eres un ingeniero en eficiencia energética y te has propuesto optimizar el consumo eléctrico de… tu propia casa.

Consigue los envases de varios tipos de bombillas (incandescentes, fluorescentes y led) y compara la información que aparece en ellos sobre su eficiencia energética, como los vatios o las horas de vida útil.

ADAPTABILIDAD

CREATIVIDADCOMUNICACIÓNINICIATIVARESOLVERPROBLEMAS

S! !SKILLS SSKILL SKILLS!

Elabora una lista con otras maneras de ahorrar energía en tu casa, como el uso eficiente de electrodomésticos, el aprovechamiento térmico y la optimización de la iluminación natural.

3 Con los datos recopilados, diseña un plan de eficiencia energética para tu casa. Elige qué tipo de bombillas usar y qué otras estrategias aplicar para reducir el consumo eléctrico.

¿SABÍAS QUE...?

En 1973, durante la crisis del petróleo, el término «eficiencia energética» cobró mayor importancia. Ingenieros y científicos empezaron a estudiar cómo conseguir más con menos energía, lo que llevó a la creación de la primera bombilla de bajo consumo en 1976, la llamada CFL (lámpara fluorescente compacta). Sin embargo, sus costes de fabricación no permitieron su producción en serie hasta los años ochenta del siglo XX.

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POWER

PORFOLIO

¿Qué has aprendido?

Las magnitudes eléctricas

1 Copia la siguiente tabla y calcula, utilizando la ley de Ohm, la magnitud de la celda en blanco de cada fila.

Circuito 1 4,5 140

Circuito 2 6 0,0031

Circuito 3 6 1140

Circuito 4 0,0164 550

Circuito 5 9 0,0100

Circuito 6 20 1640

Circuito 7 0,0214 1170

Circuito 8 30 0,0263

Circuito 9 230 46

Circuito 10 380 10

2 Se conecta un timbre a una pila de 4,5 V. Se ha medido que la intensidad que pasa a través del timbre es de 0,05 A. Dibuja el esquema eléctrico y calcula la resistencia del timbre.

3 Dibuja un circuito donde una batería de 12 voltios suministra electricidad a una lámpara y un motor mediante una conexión en paralelo. Por la lámpara circulan 100 mA y por el motor 250 mA. ¿Cuál es la resistencia equivalente del circuito?

4 Conectamos tres lámparas iguales, con una resistencia de 100 Ω cada una, a una pila de 9 V. Para conseguir la mayor iluminación del conjunto, ¿cómo deberían asociarse, en serie o en paralelo? ¿Por qué?

La asociación de receptores en un circuito

5 Calcula la resistencia equivalente de estos circuitos.

6 Calcula la resistencia equivalente de los siguientes circuitos.

Los circuitos eléctricos

7 Calcula la corriente que cederá la pila en los circuitos de las actividades 5 y 6, en cada caso, suponiendo que se emplea una pila de 9 voltios en los circuitos en serie (actividad 5) y de 6 voltios en los circuitos en paralelo (actividad 6).

8 Calcula la corriente que circula por cada uno de estos resistores y por cada batería.

9 Realiza dos montajes (uno en serie y otro en paralelo) con una pila de 9 voltios y dos resistores de 15 kΩ y 5 kΩ. Calcula la corriente que circula en cada resistor en ambos circuitos y compruébalo en Tinkercad circuits.

La energía eléctrica y su consumo

10 Efecto y alcance. Enumera las ventajas y los inconvenientes que crees que tiene el uso de la energía eléctrica. Elabora una tabla con dos columnas en las que recopiles cada una de ellas.

11 Asamblea de ideas. Elaborad una lista de medidas de ahorro con las que penséis que es posible reducir el consumo de electricidad en vuestro centro educativo.

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Voltaje de la batería (V) Corriente por el circuito (A) Resistencia (Ω)
+ –33 Ω 60 Ω 84 Ω a) + – 150 Ω 230 Ω 400 Ω c) + –90 Ω 230 Ω 550 Ω b) + –1 kΩ 8 kΩ 2,5 kΩ d) + –100 Ω 50 Ω a) 90 Ω 90 Ω 45 Ω + –c) + –500 Ω 1 kΩ 3 kΩ b) 200 kΩ 300 kΩ 200 kΩ + –d) 1 kΩ 3 kΩ 50 V + –a) 10 kΩ 45 kΩ 15 kΩ 120 V + –b)

ACTÚA !

Producimos energía eléctrica con un aerogenerador

1 En equipos de trabajo, recopilad los siguientes materiales:

a) Motor eléctrico de pequeño tamaño

b) Diodo semiconductor

c) Hélice

d) Portalámparas y lámpara de 5W

e) Cables de conexión eléctrica

f) Junta para unir ejes

g) Eje de metal roscado de 5 mm

h) Amperímetro y voltímetro

V

4 Elaborad su esquema eléctrico, incluyendo la posición del amperímetro y el voltímetro.

5 Preparad dos situaciones: una con poco viento y otra con mucho. Podéis simularlas con un secardor de pelo con dos potencias diferentes. Anotad los datos que aportan el amperímetro y el voltímetro y observad el brillo de la bombilla. Completad con ellos esta tabla:

2 Recuperad la estructura construida en la unidad anterior y montad sobre ella el aerogenerador y el circuito. Tened en cuenta que la hélice sobresalga y no choque contra ninguna parte de la estructura cuando esté girando.

3 Seguid esta representación del circuito para incorporar dos instrumentos de medida: el amperímetro y el voltímetro.

VientoIntensidadVoltaje Brillo de la bombilla

Poco

Mucho

6 Utilizad los valores que habéis registrado para calcular la potencia que genera el aerogenerador. Podéis usar esta ecuación:

Potencia (W) = Intensidad (A) · Voltaje (V)

VientoPotencia

Poco

Mucho

Reflexiona cómo has aprendido

En esta unidad, has aprendido la importancia que tiene la energía eléctrica en todo lo que hacemos, las formas que disponemos para producirla y cómo utilizarla en nuestro día a día. Además, has conocido qué son los circuitos eléctricos, de qué están compuestos y cómo diseñarlos y analizarlos.

Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponibles en anayaeducacion.es.

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Situación de aprendizaje
A

Situación de aprendizaje

Hardware y redes informáticas

Tú qué

¡ACTÚA !

Te retamos a la compra inteligente de componentes y periféricos aplicando criterios de selección que cumplan estándares de reciclado y consumo energético mínimo.

¿piensas ¿

Observa los dispositivos electrónicos que te rodean. ¿Se podrían reemplazar por opciones más sostenibles?

Para lograrlo, sigue esta ruta:

Componentes de un ordenador

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6
7.
11.
Energía asequible y no contaminante
Ciudades y comunidades sostenibles

La unidad central de proceso

Los periféricos

Descubriendo las redes informáticas

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Tipos de máquinas lógicas

Las máquinas capaces de ejecutar algoritmos se dividen en:

Máquinas de lógica cableada, en las que los algoritmos se encuentran instalados físicamente en su interior y tan solo procesan los datos que se les suministran, como las calculadoras o las máquinas registradoras de las tiendas. Solo pueden realizar las operaciones para las que fueron diseñadas.

Máquinas de lógica programada, que reciben el nombre específico de «computadoras» u «ordenadores». Tienen instalados unos pocos algoritmos elementales con los que pueden construir otros más complejos en forma de programas, o aplicaciones.

Antes de seguir profundizando en este epígrafe, visita nuestra web anayaeducacion.es donde encontrarás una breve historia de la informática y un vídeo sobre el hardware.

El ordenador es un sistema electrónico que integra diversos dispositivos con el fin de procesar la información en forma de datos. Para ello, es necesario que el sistema realice operaciones a gran velocidad. Las principales operaciones que un ordenador lleva a cabo se clasifican en:

Aritméticas

De adquisición de datos

Operaciones

De recuperación de datos

Lógicas

De presentación de datos

De almacenamiento de datos

Las operaciones aritméticas y lógicas son la base sobre la que se elaboran y se ejecutan los programas, tanto para los cálculos matemáticos como para dirigir el funcionamiento de los componentes del ordenador.

Las operaciones de almacenamiento y recuperación permiten guardar y cargar datos en el ordenador o en sistemas externos conectados a él.

La introducción de información en el ordenador, cualquiera que sea el medio empleado, se hará a través de las operaciones de adquisición. Por el contrario, las operaciones de presentación se llevarán a cabo cuando los usuarios quieran visualizar cualquier información; por ejemplo, en un monitor o en un documento impreso en papel.

1.1 Partes principales de un sistema informático

Un ordenador está formado por dos partes bien diferenciadas, pero muy estrechamente relacionadas entre sí:

• El hardware, que está constituido por los elementos físicos del ordenador, aquellos que podemos tocar.

• El software, que se compone de programas: instrucciones y algoritmos, que son los elementos lógicos necesarios para que el ordenador ejecute las tareas encomendadas.

1 En grupos pequeños, por turnos, tenéis que elegir un componente del ordenador y describir su función para que los otros equipos puedan adivinarlo. Continuad la dinámica hasta que se hayan identificado todos los elementos físicos.

2 Por parejas, comparad el modo de interactuar con un ordenador y con un teléfono móvil para buscar información por internet, enviar un correo electrónico, buscar direcciones en un mapa y tomar una fotografía. Reflexionad con el gran grupo sobre las preferencias del dispositivo en función de la tarea.

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1.2 Arquitectura de un ordenador

La arquitectura de un ordenador es la configuración y la organización de sus componentes físicos.

Un ordenador personal puede tomar la forma de torre equipada con periféricos, de un equipo portátil, de un notebook o de una tableta. ebook Todas estas configuraciones cuentan con el mismo tipo de dispositivos, ya sea alojados en el interior de la carcasa o bien, conectados externamente.

Dispositivos internos

Fuente de alimentación

Placa base o placa madre

Microprocesador (CPU)

Memoria RAM (Random Access Memory)

Disco duro HDD (Hard Drive Disk) o SSD (Solid State Drive)

Tarjeta gráfica

Dispositivos externos

Periféricos de entrada de datos (Input): teclado, ratón, micrófono, escáner, lápiz óptico o stylus, lector de tarjetas de memoria, webcam, tabletas gráficas, gamepads, joysticks, etc.

Periféricos de salida (Output): monitor, altavoces o auriculares, impresora, proyector, pantallas táctiles...).

Periféricos de entrada/salida (Input/ Output): teléfonos inteligentes, tabletas con cámara, smartwatches, pantallas táctiles, Smart TV, sistemas de GPS, dispositivos de realidad virtual o aumentada...

Componentes de un ordenador de sobremesa

¿Ordenador o computador?

La palabra «ordenador» procede del francés ordinateur, mientras que r «computador» (o computadora) procede del inglés computer, que a su vez deriva del latín computare Las dos palabras, ordenador y computador, hacen referencia al mismo objeto, si bien en España es más frecuente usar ordenador, y en Latinoamérica, computador o computadora.

En situación Tomemos como ejemplo el monitor de tu ordenador. Compara tres modelos de distintos fabricantes. Asegúrate de que tengan características similares en cuanto a tamaño, conexiones, brillo de la pantalla y demás. Presta especial atención al consumo de energía cuando están encendidos y cuando están en modo de espera.

Rejilla de de refrigeración de la fuente de alimentación

Conexión de principales periféricos

Ranuras de expansión para la interconexión de otros dispositivos

Microprocesador

Módem/rúter

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Teclado Impresora Ratón Unidad SSD (Solid State Drive) Memoria RAM Zócalo para el microprocesador Placa base Fuente de alimentación Disco duro Interior de la carcasa

Programadora del Apolo 11

Margaret Hamilton con el código del software de navegación del Apolo impreso en doce libros durante su época como principal diseñadora de software de vuelo.

Durante la misión del Apolo 11 a la Luna, se empleó un ordenador conocido como Block II que pesaba alrededor de 33 kilos y operaba a una velocidad de 2 MHz, con tan solo 2 kB de memoria RAM y 32 kB de memoria ROM. Esto signifi ca que era unas 16 000 veces más lento y tenía dos millones de veces menos de memoria que un teléfono móvil actual con 8 núcleos a 2 GHz y 2 GB de memoria RAM. En términos sencillos, es como si hubieran volado al espacio con una simple cafetera.

Las tecnologías de la información y la comunicación han tenido un gran auge durante los siglos XX y XXI. A lo largo del proceso de desarrollo de los sistemas informáticos surgieron muchas ideas que, aunque no terminaron por concretarse en dispositivos útiles, han servido como base para llegar a lo que conocemos hoy en día como mundo digital.

2.1 La unidad central de proceso

La CPU (Central Processing Unit) es la parte más importante del ordenador. Sus funciones son: controlar todas las señales que se distribuyen por el resto de dispositivos, ejecutar las instrucciones de los programas y aplicaciones y procesar los datos. Junto con la ALU (Arithmetic and Logic Unit) y la CU (Control Unit), la CPU forma parte del microprocesador. La ALU realiza los cálculos matemáticos y lógicos y la CU controla los procesos; por ejemplo, qué dispositivo activar, a qué memoria acceder, etc.

La CPU utiliza unos conjuntos de conexiones llamados buses para el control de los dispositivos (bus de control), el direccionado de memoria (bus de dirección) y el intercambio de información (bus de datos). A través de ellos se conecta con la memoria principal y la memoria secundaria, así como con los puertos de comunicaciones del ordenador que se utilizan para conectar los periféricos, como se puede ver en el siguiente esquema:

Periféricos de entrada

Periféricos de salida

Periféricos de comunicación y bidireccionales

2.2 La placa base

Puertos de comunicación con los dispositivos periféricos

Unidad central de proceso (CPU)

Memoria secundaria Buses Memoria principal

La placa base es el elemento del ordenador o del dispositivo electrónico al que se conectan el resto de componentes, permitiendo así la comunicación entre ellos.

3 ¿Cuál crees que es la diferencia entre una placa base y una CPU? Si quieres saber más sobre la placa base, consulta la presentación «Placa base» que encontrarás en anayaeducacion.es

El microprocesador es el elemento más importante de la placa base. Está formado por millones de transistores y es un componente electrónico fundamental en el desarrollo de la electrónica. Dentro del microprocesador se encuentra la CPU junto con otros elementos, como puede ser la tarjeta gráfica integrada. Cada vez más equipos incorporan la tarjeta gráfica integrada en el propio microprocesador, mientras que, en el resto, se conecta a la placa base a través de las ranuras de expansión. El microprocesador se conecta a la placa madre o base a través de un sistema de conexión llamado zócalo, especialmente preparado para los múltiples terminales de conexión del microprocesador.

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2
ALU CU

En la placa base existe además otro chip muy importante, el chipset, que se encarga de controlar el flujo de información que circula por los buses integrados en la placa. También se encuentran integrados otros componentes, como la tarjeta de red (ethernet, inalámbrica o ambas), la tarjeta de sonido y todos los puertos de conexión. Hace años todos estos componentes se conectaban como elementos externos a través de las ranuras de expansión de la placa. Es posible distinguir fácilmente un conjunto de ranuras, o zócalos de expansión, a los que se conectan otros elementos, la memoria RAM, de aspecto alargado y con un gran número de pines, y los dispositivos de almacenamiento. Los diferentes tipos de ranuras permiten la conexión de diferentes componentes (M.2 para los SDD, las ranuras PCIe y los puertos SATA para los HDD, como se puede apreciar en la imagen).

Zócalo de la CPU. Permite fijar y conectar el microprocesador sin soldarlo, para que pueda ser extraído.

VRM, o módulo regulador de voltaje. Suministra energía a la CPU, convirtiendo la entrada de 12 V a 1 V, aproximadamente.

Puertos. Los conectores externos permiten el intercambio de información entre los periféricos y el ordenador.

Ranuras de expansión

PCle para tarjetas gráficas, tarjetas wifi, tarjetas de sonido, etc.

Pila para el reloj en tiempo real (RTC).

Ranuras para la memoria RAM Conector de alimentación de 24 pines.

Puertos SATA

Chipset. Actúa como un centro de comunicaciones entre la CPU y muchos componentes de la placa base.

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La tecnología avanza rápidamente, y uno de los resultados más visibles es la cantidad de memoria RAM que ahora tienen nuestros dispositivos, lo que se traduce en un mejor rendimiento y una mejor experiencia de usuario. Hoy en día, lo más común es de 8 GB en adelante. Cuanto mayor sea la RAM, más rápido y eficiente serán, lo que significa que podrás ejecutar aplicaciones y juegos pesados sin problema.

En situación

Residuos electrónicos

El deseo ilimitado de disponer de tecnología puntera hace que cada año se generen en el mundo millones de desechos electrónicos contaminantes.

La mejora en el tratamiento de los residuos electrónicos y su gestión están estrechamente relacionadas con los objetivos de desarrollo sostenible 3, Salud y bienestar; 6, Agua limpia y saneamiento, y 11, Ciudades y comunidades sostenibles.

1 Investiga en qué consiste el correcto tratamiento de residuos de aparatos eléctricos y electrónicos.

2 De todos los residuos eléctricos y electrónicos que generamos a nivel mundial, ¿qué porcentaje recibe el tratamiento adecuado? ¿Y en España?

3 ¿Qué medidas implantarías para reducir este tipo de desechos?

2.3 La memoria del ordenador

La memoria de un ordenador son aquellos elementos en los que, de forma temporal o permanente, se almacena la información que el ordenador o dispositivo electrónico necesita para realizar su función. Existen dos tipos básicos de memoria: la memoria principal y la memoria secundaria.

El desarrollo de internet ha permitido la aparición de un nuevo servicio: la computación en la nube o Cloud computing. Uno de sus principales usos es el almacenamiento de información, como si de una memoria secundaria se tratara, a la que se accede a través de internet.

2.4 La memoria principal

La memoria principal, o memoria de trabajo, está formada por dos tipos de memoria: la ROM y la RAM.

ROM: es el acrónimo de Read Only Memory, y es un tipo de memoria que contiene información básica acerca del funcionamiento del ordenador. Por ejemplo, la BIOS (B asic Input Output System), actualmente reemplazada por la UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), es una memoria que contiene las instrucciones necesarias para el arranque del ordenador y son las primeras instrucciones que se ejecutan al encender el dispositivo.

RAM: la memoria RAM (Random Access Memory) almacena temporalmente los programas y los datos que se están utilizando en el ordenador. La importancia de la memoria RAM radica en su capacidad, pues cuanta más tenga, más rápido funcionará el ordenador al tener abiertos varios programas. El contenido de esta memoria se pierde al apagar el ordenador. En la actualidad, 4 GB es lo mínimo recomendable. Las memorias actuales utilizan una tecnología llamada DDR, siendo la DD5 la versión más reciente. Los parámetros de funcionamiento más importante son la velocidad en la transmisión de datos y el tiempo de latencia, que es el tiempo que se tarda en leer o escribir una vez recibida la orden correspondiente.

2.5 La memoria secundaria

La memoria secundaria está formada por todos aquellos dispositivos utilizados para el almacenamiento permanente de programas, incluido el sistema operativo y la estructura de carpetas y archivos donde se guarda la información del usuario. Los elementos de la memoria secundaria pueden estar ubicados dentro del dispositivo o ser externos. He aquí algunos ejemplos:

• Unidades de CD, DVD o Blue-Ray, cuyo uso está decreciendo con la aparición de las unidades flash y la computación en la nube, como es el caso de Google Cloud, Microsoft Azure, Amazon AWS e IBM Cloud, entre otros.

• Unidades flash, entre las que se encuentran los pendrives, que emplean el estándar USB para conectarse al ordenador.

anayaeducacion.es Si quieres saber más sobre las memorias flash consulta la presentación «Tarjetas de memoria».

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• Discos duros HDD, o Hard Disk Drives, compuestos por finos discos magnéticos apilados que giran a gran velocidad mientras un cabezal lee y escribe datos en ellos.

• Discos SSD, o Solid State Drives, fabricados con tecnología de estado sólido, empleando chips de memoria muy similares a los de los dispositivos de almacenamiento USB, hasta 35 veces más rápidos que los HDD y con un tamaño mucho más reducido en su versión más actual, la M2.

En los equipos informáticos más modernos es habitual disponer de un disco SDD, de menor tamaño, en el que se encuentra instalado el sistema operativo y las aplicaciones más habituales, para un funcionamiento más rápido; y un HDD, de mayor capacidad, que se utiliza para almacenar programas menos utilizados y datos. Las capacidades habituales de los discos SDD son 256 y 512 GB, y, para los HDD, 1 y 2 TB.

2.6 La tarjeta gráfica

La tarjeta gráfica conecta el ordenador a una pantalla para visualizar la información.

En los últimos años, la tarjeta gráfica se ha convertido en un componente esencial de los equipos informáticos, especialmente para todas aquellas personas aficionadas al gaming y profesionales del diseño asistido por ordenador (CAD), del diseño gráfico, de la animación y de la inteligencia artificial.

Las tarjetas gráficas cuentan con un procesador llamado GPU (Graphic Processing Unit). Este procesador es mucho más eficiente que una CPU para aspectos gráficos, por su rapidez y capacidad para realizar muchas operaciones por segundo de forma simultánea. Cuentan además con grandes cantidades de memoria RAM especializada, típicamente más rápidas que la RAM de la CPU.

Entre las especificaciones más importantes, se encuentran la cantidad de memoria, su velocidad, la cantidad de salidas disponibles y su resolución gráfica.

4 Busca información en páginas de tiendas de informática o de venta de componentes acerca de precios y características de:

– Procesadores de la marca Intel y AMD.

– Memoria RAM en bloques de 2 GB, 4 GB, y 8 GB, de las tecnologías DDR3, DDR4 y DDR5.

– HDD de diferentes capacidades.

– SDD y SDD M2 de 128 GB, a 1 TB.

– Tarjetas gráficas básicas y tarjetas gráficas para gamers

– Placa base sencilla y placa base de elevadas prestaciones.

– Tarjeta de sonido de las gamas baja y alta.

Disco duro HDD (izquierda) y dos discos duros SSD (centro y derecha).

Tarjeta gráfica con refrigeración.

Consulta la presentación «Tarjetas de expansión» en anayaeducacion.es para conocer otras tarjetas de expansión.

5 Una tarjeta gráfica puede ser tan cara o más que un equipo informático. Busca en internet información sobre los diferentes ámbitos de uso de las tarjetas gráficas más potentes en la actualidad.

6 Busca información acerca de cómo acceder a la UEFI o BIOS de tu equipo informático. Anota en tu cuaderno la información que aparece.

7 Utiliza las herramientas disponibles en el sistema operativo para encontrar los datos de los siguientes componentes de tu ordenador: el procesador, la memoria RAM y la GPU o tarjeta gráfica.

8 ¿Qué función tiene la muesca en el conector de una tarjeta de memoria RAM?

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Estableciendo una analogía con el cuerpo humano, si el cerebro es el equivalente a la CPU, se puede considerar que los dispositivos periféricos son los que dotan de sentidos al ordenador.

Los periféricos se clasifican según el sentido del flujo de información entre el ordenador y el propio periférico:

• Los periféricos de entrada envían datos al ordenador.

• Los periféricos de salida reciben datos del ordenador.

• Los periféricos de entrada/salida envían y reciben información del ordenador. En esta categoría se incluyen los dispositivos de comunicación como tarjetas de red, enrutadores o módems.

3.1 Periféricos de entrada

Entre los más empleados se encuentran el teclado, el ratón, el escáner y el micrófono.

El teclado

Cualquier equipo estándar, como el de clase, dispone de un teclado formado por una matriz de pulsadores asociados a letras, números, caracteres alfanuméricos y funciones especiales. Las dos disposiciones de teclas más frecuentes son:

• QWERTY, de mayor difusión en países de lengua inglesa y castellana. Se llama así por la disposición de los seis caracteres iniciales de la primera fila dedicada a las letras.

• AZERTY, común en países francófonos. Usos del teclado

Consulta la presentación de «Uso

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del teclado» de anayaeducacion.es EscF1F2F3F4F5F6F7F8F10F11F12 Impr Pant PelSis Bloq Despl Bloq Num Bloq Despl Bloq Mayús Pausa Inter F9 AltControl Gr Ñç}BloqASDFGHJKL{ Mayús ControlAlt ZXCVBNM Q 1 ! \ 2 " @34#56789 & % $/() 0 ? + ¿ ¡ WERTYUIP InsertInicio SuprFin Re Pág Bloq Num/ * + Av OPág789 456 123 0 Fin InsSupr Intro AvPág

El ratón

Este dispositivo es imprescindible a la hora de trabajar con sistemas operativos de entorno gráfico, que emplean iconos para la ejecución de programas. Apple fue una de las primeras empresas en introducir este dispositivo. Aunque es un dispositivo externo, la mayoría de los portátiles actuales incluyen en la propia carcasa un elemento similar, el touchpad, o alfombrilla táctil, que se emplea para dirigir y controlar el puntero en la pantalla.

El escáner

Un escáner es un dispositivo óptico que realiza una copia digital de un documento físico. Su tecnología se basa en el empleo de sensores de imagen CCD, uno por cada color básico (rojo, verde y azul), que captan la intensidad y el color de la luz reflejada en el papel y los transforman en señales eléctricas que, posteriormente, se convierten al formato digital.

El micrófono

Un micrófono es un dispositivo que capta el sonido que se proyecta hacia él. Consta de un sensor de presión que vibra con el sonido ambiente y lo convierte en señales eléctricas. Para usarlo, se necesita un programa específico que convierta la señal analógica del sonido en señales digitales que se puedan almacenar, reproducir y modificar.

9 Algunos teclados tienen impresos varios símbolos en sus teclas, como @. Averigua cómo introducirlos. ¿Cómo se ponen tildes sobre las vocales? Escribe también paréntesis (), los signos de mayor y menor > <, corchetes [ ], llaves { }, y la letra griega omega Ω

10 Investiga y elabora un listado de atajos útiles del teclado, como, por ejemplo: atajos para copiar (Ctrl + C), pegar (Ctrl + V), cortar (Ctrl + X), deshacer (Ctrl + Z), guardar (Ctrl + S), abrir una nueva pestaña del navegador (Ctrl + T), etc. Pon en práctica lo aprendido dando formato a un pequeño texto.

11 Busca información sobre la diferencia entre escanear y digitalizar. Haz una lista de aparatos, y explica para qué se utilizaban o utilizan. Puedes incluir entre otros: diapositivas, negativos de fotos, escáner común, cintas de video VHS, código de barras, escáner de tarjetas de identificación, escáner 3D, software de reconocimiento OCR, códigos QR...).

12 Busca aplicaciones para tu móvil con las que puedas escanear o digitalizar. Explica cómo funcionan y cuál es su utilidad en el día a día.

13 Reflexiona, ¿crees que la necesidad de escanear puede disminuir en un futuro?

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Conectores de vídeo

Impresora de inyección o láser

3.2 Periféricos de salida

Por su popularidad destacan el monitor, la impresora y los altavoces.

El monitor

Muestra la información gráfica sobre una pantalla. La medida de su tamaño corresponde con la longitud de su diagonal y se mide en pulgadas.

En la actualidad, los monitores utilizan diversas tecnologías, siendo las más comunes LCD y LED. Sin embargo, otras tecnologías como OLED, Mini-LED y MicroLED están ganando terreno. Estos monitores aprovechan microprocesadores especializados, generalmente colocados en la tarjeta gráfica, para controlar cada píxel de forma individual. Esta distribución de trabajo alivia la carga del procesador principal del ordenador, garantizando un rendimiento mucho más eficiente y una alta calidad de imagen.

Para conectar una pantalla de vídeo, se emplean puertos específicos que controlan la señal que se emite. Para evitar errores de conexión, los distintos tipos de puertos tienen diferentes conectores. Estos son los más habituales:

• HDMI ( High Definition Multimedia Interface ): es uno de los puertos más comunes. Proporciona una calidad de vídeo de alta definición y transmite tanto vídeo como audio a través del mismo cable.

• DisplayPort (DP): DisplayPort es otro puerto común para la conexión de monitores, especialmente en configuraciones de alta gama y aplicaciones profesionales. Al igual que HDMI, es capaz de transmitir vídeo y audio de alta calidad.

• VGA ( Vídeo Graphics Array ): Aunque es un puerto en desuso, aún lo podemos encontrar en monitores y ordenadores antiguos. Es un puerto analógico y proporciona una calidad de vídeo más baja en comparación con HDMI y DisplayPort, y no es capaz de transmitir audio por el mismo cable.

La impresora

Aunque cada vez es menor el empleo de papel, la impresora es uno de los equipos más demandados para reproducir la información procedente de un programa instalado en un ordenador.

Las primeras impresoras eran de impacto y empleaban cintas impregnadas en tinta como las de las antiguas máquinas de escribir. En la década de los noventa se popularizaron dos tecnologías sin impacto: la de inyección de tinta y la de impresión láser.

La resolución, expresada en ppi (point per inch), o puntos por pulgada, junto con la velocidad de impresión (que los fabricantes normalmente especifican para el modo borrador) son características que se deben tener en cuenta a la hora de adquirir una impresora.

Las impresoras de inyección de tinta son más baratas que las de tecnología láser, pero el precio por hoja impresa es más elevado. Además, las impresoras láser son más rápidas, por lo que imprimen mayor cantidad de páginas en el mismo tiempo.

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VGA HDMI DisplayPort Cartuchos de tóner para impresora de inyección. Cartuchos de tinta para impresora láser.

Los altavoces

El altavoz es un diafragma circular flexible, ligeramente cónico, en el que se producen movimientos de vaivén que generan vibraciones en el aire del entorno, lo que se traduce en sonido. Para conseguir estos movimientos, el altavoz recibe impulsos eléctricos.

Aunque los archivos de sonido (audio) contienen información en formato digital, el ordenador se encarga de convertir la señal digital en impulsos eléctricos analógicos que envía a los altavoces.

Pantallas táctiles

Existen cuatro tipos de pantallas táctiles que se pueden instalar sobre lo que es propiamente la pantalla de ordenador. Estas son: de infrarrojos, resistivas, capacitivas y de onda acústica. Debido a la proliferación de dispositivos móviles, las resistivas, y más recientemente las capacitivas, se han hecho con una posición dominante.

En la imagen bajo estas líneas se puede ver cómo funciona una pantalla táctil capacitiva. Está formada por varias capas y en la parte central cuenta con una serie de condensadores entre cuyas placas se forma un campo eléctrico. Al posar los dedos sobre la superficie de la pantalla, se produce una distorsión del campo que es detectada, convertida en coordenadas por el software y tratada por las aplicaciones para convertir nuestros gestos en acciones concretas, como manejar el zum de la cámara, pasar de una imagen a otra de la galería o cerrar una aplicación.

En anayaeducacion.es dispones de la presentación «Periféricos de entrada y salida de datos».

Esquema de pantalla táctil capacitiva

Condensadores X Condensadores Y

Panel frontal (vidrio)

Material adhesivo

Panel trasero (vidrio)

14 Al hablar de las impresoras, se ha mencionado el modo borrador. Averigua qué otros modos de funcionamiento son habituales en las impresoras y qué los distingue entre sí.

15 Accede a las páginas web de distintos fabricantes de impresoras. En tu cuaderno, haz un esquema con las diferentes familias tecnológicas. ¿Varían mucho los precios entre ellas?

16 Imagina que dispones de un hueco de un metro de ancho y 75 centímetros de alto para alojar un televisor plano. ¿Cuál es el mayor tamaño de televisor que podrías comprar para instalarlo en dicho hueco?

Multiplexor eje Y

Estructura de la capa de sensores o condensadores

Multiplexor eje X

17 Aunque la mayoría de los equipos disponen de altavoces internos acoplados a su carcasa, es posible conectar altavoces al puerto analógico de salida de sonido. ¿Crees que suenan igual unos altavoces de tamaño grande que unos de tamaño pequeño? En realidad, la investigación en fenómenos acústicos ha progresado mucho durante las últimas décadas, desarrollando altavoces que, pese a tener un tamaño pequeño, emiten una potencia sonora considerable. Visita la página web de algún fabricante o distribuidor de equipos de audio y comprueba la relación entre el tamaño de los altavoces y la potencia sonora que emiten.

137 6

4.1 Las redes informáticas

Una red se establece cuando dos dispositivos, como ordenadores, teléfonos o tabletas, están conectados entre sí, ya sea mediante cables o de forma inalámbrica a través de una red wifi.

Internet

Internet es una red gigante que conecta ordenadores y dispositivos de todo el mundo. A través de internet, puedes enviar correos electrónicos, buscar información, ver vídeos, jugar juegos en línea y mucho más.

Internet se basa en la idea de la «interconexión». Esto significa que muchos ordenadores están conectados entre sí, lo que permite la transferencia de información entre ellos.

La World Wide Web (WWW) es una parte importante de internet que te permite navegar por sitios web y acceder a contenidos como páginas web, imágenes y vídeos.

Al crear una red, el objetivo principal es permitir que los recursos de cada dispositivo estén disponibles para todos los usuarios de la red. Estos recursos incluyen no solo hardware, como impresoras y discos duros, sino también software, como aplicaciones y programas compartidos entre los usuarios. Además, los recursos de software incluyen datos importantes y servicios en línea, como conversaciones, fotos y documentos compartidos.

Para establecer una red, es esencial conocer los diferentes dispositivos que forman parte de ella, desde ordenadores hasta dispositivos inteligentes y otros aparatos conectados a internet.

Observa el siguiente gráfico que representa una red con los componentes que habitualmente forman parte de ella:

Switch

Tableta con acceso a la red

Switch

Estación de trabajo

18 Reflexiona. ¿Qué ventajas tienen las redes informáticas?

19 A la vista de la situación del gráfico de la derecha, ¿cuál crees que son las diferencias funcionales entre un switch y un rúter? Amplía tu respuesta buscando información.

20 Preparar tarea. Accede al aula de informática de tu centro y trata de localizar cada elemento de la red. Realiza un plano en el que se localicen los nodos, especificando cada dispositivo y cómo se realizan las conexiones entre ellos.

Pregunta a tu profesor si tienes alguna duda.

Smarphone con ac a la r

er inalámbrico

Servidor conectado por wifi

Ordenador conectado por wifi

Cada componente en una red con la capacidad de recibir o transmitir información se conoce como un «nodo». Estos nodos se conectan entre sí a través de cables de datos o señales inalámbricas. Un nodo puede ser:

• Una «estación de trabajo», como un ordenador de escritorio, un teléfono móvil, una tableta o un portátil.

• Un «servidor», que a menudo se llama host, y desempeña el papel de un nodo central que proporciona servicios a los demás nodos de la red.

• Un «dispositivo de conexión», generalmente conocido como switch (conmutador) o rúter (enrutador), cuya función es dirigir y distribuir la información entre los diferentes nodos de la red.

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Subred de ordenadores Servidor Escáner esora

4.2 Tipos de redes

Existen varios tipos de redes, cada uno con sus características y propósitos, que podemos clasificar en función de:

• Su tamaño o área de cobertura, como por ejemplo:

– LAN (Local Area Network): son redes pequeñas que cubren áreas limitadas, como una casa, una escuela o una oficina. Se utilizan para conectar dispositivos en un lugar específico y compartir información, como impresoras y archivos.

– MAN (Metropolitan Area Network): redes diseñadas para abarcar una zona geográfica, como una ciudad. A menudo, se utilizan para conectar múltiples redes LAN dentro de la misma área geográfica.

– WAN (Wide Area Network): estas redes son más grandes y pueden abarcar ciudades, países e incluso continentes. Internet es un gran ejemplo de una red WAN, que conecta a personas de todo el mundo.

• Su nivel de acceso o privacidad, podemos encontrar diferentes tipos, pero las más destacadas son:

– Públicas: estas son redes de acceso público que están disponibles para cualquier persona. Ejemplos, incluyen internet y redes wifi públicas en lugares como cafeterías, aeropuertos o bibliotecas. Estas redes suelen ser de acceso abierto o requieren una autenticación básica.

– Privadas: son redes restringidas y protegidas que permiten el acceso solo a usuarios autorizados. Ejemplos de redes privadas incluyen las redes empresariales y las redes domésticas. Estas redes suelen requerir credenciales de usuario para acceder.

– Virtuales privadas (VPN): las VPN son redes seguras que permiten a los usuarios acceder a recursos de una red privada a través de una red pública, como internet. Proporcionan un nivel adicional de seguridad al cifrar la comunicación entre el usuario y la red privada.

• Su relación funcional, esto quiere decir que podemos clasificarlas según se conectan y comunican entre sí, podemos encontrar, entre otras, redes:

– Cliente–Servidor: en estas redes, los dispositivos (clientes) se conectan a un servidor central que almacena y gestiona los recursos compartidos, como archivos, aplicaciones y servicios. Los clientes solicitan y reciben recursos del servidor. Este modelo es común en entornos empresariales y en la web, donde los servidores web almacenan sitios web y los clientes, como navegadores, los solicitan.

– Punto a Punto (Peer-to-Peer): en este tipo de redes, los dispositivos se conectan directamente entre sí sin un servidor central. Cada dispositivo puede actuar como cliente y servidor al mismo tiempo. Estas redes son comunes en entornos domésticos, donde los ordenadores se conectan para compartir archivos o impresoras.

Servidor de archivos

139 6
MAN LAN LAN LAN LAN
trabajo
Estación de trabajo Estación de trabajo Estación de trabajo Impresora de red Impr Roma Nueva York Internet Madrid París

4.3 Dispositivos de red

Las redes informáticas son como las calles de una ciudad digital, permitiendo que la información viaje de un lugar a otro. Para que esto suceda, se utilizan varios dispositivos de red que desempeñan un papel importante en la comunicación y el intercambio de datos. Algunos de los dispositivos de red más comunes son:

• Rúter: se considera el centro de control de una red. Su trabajo es dirigir el tráfico de datos entre diferentes dispositivos en una red, como tu ordenador, tu teléfono y otros dispositivos. Es el dispositivo que te permite conectarte a internet y compartir esa conexión con otros dispositivos en tu hogar. Puedes pensar en el rúter como el guardián de la puerta de tu red, asegurándote de que los datos lleguen al destino correcto.

• Tarjeta de red: la tarjeta de red, o Network Interface Card (NIC), hace de pasaporte de tus dispositivos para la red. Está presente en ordenadores, portátiles y otros dispositivos, y les permite conectarse a la red. Es el conector que te permite enchufar tu dispositivo a la red, ya sea mediante un cable Ethernet o una conexión inalámbrica (wifi).

• Switch (conmutador): imagina un switch como un cruce en una red de carreteras. Permite que múltiples dispositivos se conecten entre sí en una red local, como tu hogar u oficina. El switch asegura que los datos se entreguen al dispositivo correcto; por ejemplo, enviar un mensaje a un ordenador concreto en una red.

• Access Point (punto de acceso): oint un punto de acceso es parecido a la antena que emite la señal wifi en tu casa o en un lugar público. Te permite conectarte a la red de forma inalámbrica. Cuando tu teléfono o portátil se conecta a la wifi, está usando un punto de acceso para hacerlo.

• Módem: el módem es lo que te permite acceder a internet. Transforma la señal de internet que viene desde tu proveedor en un formato que tus dispositivos pueden entender. Es como la puerta de entrada a internet en tu hogar.

21 Dibuja un esquema para los siguientes tipos de redes:

a) Una red cableada que sirva para compartir los recursos de dos ordenadores de sobremesa y un ordenador portátil, en el mismo edificio.

b) Una red wifi que sirva para compartir los recursos de dos ordenadores de sobremesa, un ordenador portátil y un móvil.

22 Explica las diferencias entre ordenador servidor y ordenador cliente. Pon un ejemplo de cada uno de ellos.

23 Investiga y recopila información sobre las características y funciones de un HUB, un switch y un módem y explica las diferencias que has encontrado entre ellos.

24 Los primeros dispositivos módem que se utilizaban para conectarse a internet lo hacían a una velocidad de 56 kbits por segundo. Busca las velocidades de los actuales medios, como los rúter ADSL o de fibra óptica, y calcula cuántas veces es más rápida la navegación por la web actualmente.

25 ¿Sabrías configurar las opciones de seguridad de un rúter? Acdede a la entrada del blog del Incibe «Te refrescamos cómo proteger la red wifi de casa» y aprende a actualizar el nombre y la contraseña de acceso a la red wifi. (https:// www.incibe.es/ciudadania/blog/te-refrescamoscomo-proteger-la-red-wifi-de-casa).

Comparte la experiencia en clase y resolved en equipo los problemas que hayan podido surgir.

140 4
Rúter Tarjeta de red Switch

4.4 Comunicación en la red: cómo se comunican los dispositivos

La comunicación es esencial en una red informática. Permite que los dispositivos se envíen información y datos, lo que es fundamental para el funcionamiento de internet y muchas otras redes. Para comprender cómo funciona la comunicación en una red, podemos imaginarnos cómo funciona el correo electrónico.

• Origen y destino: en una red, tenemos un «remitente» y un «destinatario». El remitente es alguien que quiere enviar un correo electrónico, y el destinatario es la persona que recibirá el correo. Los dispositivos en la red también tienen direcciones, llamadas direcciones IP, que son como las direcciones de correo electrónico.

• El mensaje: imagina que el mensaje que deseas enviar es un documento importante. En una red, este documento se divide en pequeñas partes llamadas «paquetes de datos». Estos paquetes de datos serían las páginas del documento que se dividen en sobres separados para enviarlos.

• El camino: para que tu mensaje llegue a su destino, debe viajar a través de varios «caminos» en la red, al igual que un correo electrónico pasa por servidores y enrutadores en internet. Estos caminos se encargan de enrutar los paquetes de datos hacia su destino, como señales de tráfico que guían tu correo.

• Entrega exitosa: finalmente, cuando todos los paquetes de datos llegan a su destino, se ensamblan nuevamente en el «documento» original. El destinatario recibe el mensaje completo, al igual que recibes un correo electrónico completo en tu bandeja de entrada.

En definitiva, la comunicación en una red se parece al envío de correos electrónicos: tiene un remitente, un destinatario, mensajes divididos en paquetes y un camino para que los datos viajen. Esta analogía nos ayuda a comprender cómo los dispositivos se comunican en una red, ya sea a través de internet, en una red local o en otros entornos.

4.5 Cable vs inalámbrico: las dos formas de conectividad en red

En el mundo de las redes, hay dos formas principales de conectividad: las conexiones con cables, como Ethernet, y las conexiones inalámbricas, como wifi. Cada una de ellas tiene sus ventajas y desventajas.

• Conexiones con cables (Ethernet): son rápidas y fiables, ideal para actividades que requieren transmisión de datos veloz y constante, como juegos en línea y descargas de archivos grandes. Proporcionan una conexión estable y segura. Los datos viajan de manera segura y directa.

• Conexiones inalámbricas (wifi): ofrecen flexibilidad; es posible conectar varios dispositivos al mismo tiempo y te puedes mover con libertad, sin preocuparte de cables ni enchufes.

Ambas opciones tienen sus ventajas e inconvenientes, y la elección depende de tus necesidades y preferencias.

26 Reflexiona y explica qué factores hay que tener en cuenta para elegir el tipo de red adecuada.

27 Piensa y comparte con tus compañeros y compañeras cuáles son a tu juicio las ventajas y los inconvenientes de las redes inalámbricas frente a las redes por cable.

141 6
Conexión Ethernet.

En situación

Tecnología sostenible

1 Busca y expón ejemplos de tecnología sostenible en el campo del hardware informático (por ejemplo, componentes reciclables, consumo eficiente de energía, etc.).

2 Investiga qué minerales y recursos naturales son necesarios para fabricar los componentes informáticos más comunes, como procesadores, circuitos integrados, memorias RAM, discos duros, etc. Algunos ejemplos pueden incluir el silicio, el cobre, el aluminio, el oro, el estaño, el litio, entre otros.

3 Identifica las regiones del mundo donde se extraen estos minerales y recursos, así como los posibles impactos ambientales y sociales de la extracción.

4 Busca en internet información sobre el «Certificado 80 Plus». ¿Para qué componentes es específica esta certificación? Explica en qué consiste.

Aplica las conclusiones obtenidas en la compra inteligente de componentes y periféricos.

4.6 Protocolos de red: las reglas de comunicación

Los protocolos de red son esenciales para que los dispositivos puedan compartir información y trabajar juntos de manera efectiva. Funcionan como traductores que aseguran que los datos puedan ser entendidos y procesados por todos los dispositivos en la red. Cuando envías información a través de internet o a otros dispositivos en tu red local, los protocolos garantizan que llegue de manera adecuada.

Hoy en día, uno de los protocolos más utilizados en redes locales e internet es el TCP/IP. Este protocolo es el idioma universal de las redes, permitiendo que los dispositivos de todo el mundo se comuniquen entre sí. A medida que exploramos más sobre las redes, aprenderemos cómo estos protocolos son esenciales para que todo funcione.

El protocolo TCP/IP

El protocolo TCP/IP, que significa Transmission Control Protocol (protocolo de control de transmisión) e Internet Protocol (protocolo de internet), desempeña un papel esencial en la comunicación entre dispositivos conectados en una red.

Lo hace de manera independiente del sistema operativo que utilicen los dispositivos o del tipo de equipo al que estén conectados.

TCP/IP es el lenguaje común que tienen todos los dispositivos en una red. Imagina que tienes una conversación en un grupo con personas que hablan diferentes idiomas. TCP/IP actúa como un traductor que permite que todas os entendáis, sin importar el idioma de cada una. Esto facilita la comunicación y el intercambio de información en la red. TCP/IP se ha convertido en el protocolo estándar para la comunicación en internet y en muchas redes locales. Gracias a su universalidad y versatilidad, permite a dispositivos muy diversos trabajar juntos de manera efectiva. Por lo tanto, cuando envías un correo electrónico, navegas por la web o realizas cualquier otra actividad en línea, es probable que estés utilizando el protocolo TCP/IP sin darte cuenta. Es la base que hace posible que internet funcione.

• Dirección IP: Cada computadora en la red tiene su propia dirección especial, como un número de teléfono, para que sepan quién envía y recibe información.

• Enviar y recibir datos: Imagina que envías un mensaje a un amigo por internet. El protocolo TCP/IP se asegura de que tu mensaje llegue completo y en el orden correcto; parecido al hecho de enviar una carta por correo ordinario y comprobar que ha llegado íntegro.

• Enrutamiento: Cuando envías un mensaje a alguien, el protocolo TCP/IP encuentra el mejor camino para que llegue. Imagina que, de los posibles itinerarios para llegar a casa, el protocolo te mostrara el mejor camino.

• Conexión de diferentes redes: TCP/IP también es útil para conectar redes diferentes; une las piezas del rompecabezas para hacer que toda la red funcione junta.

En resumen, el protocolo TCP/IP es un lenguaje especial que los ordenadores utilizan para hablar entre sí en una red. Ayuda a que los datos se envíen de manera ordenada y confiable, y también permite que las redes diferentes se conecten y trabajen juntas.

142 4

La dirección IP

Cada dispositivo que forma parte de la red tiene un identificador único que se utiliza para determinar el destinatario de cada paquete durante las transmisiones y para identificar quiénes son los remitentes. Estos identificadores se conocen como direcciones IP y son parte integral del protocolo IP.

Una dirección IP consta de 4 bytes, y cada uno de estos bytes se representa mediante un número que varía de 0 a 255 cuando se traducen de su forma binaria a decimal. Por ejemplo:

Ping

Se trata de una utilidad que comprueba el estado de la conexión con uno o varios equipos remotos por medio de los paquetes de solicitud de eco y de respuesta de eco para determinar si un sistema IP específico es accesible en una red.

Es útil para diagnosticar errores en redes.

La dirección IP tiene un doble propósito: identificar la red en la que reside el dispositivo y el dispositivo específico en esa red.

Hay dos direcciones reservadas por el mismo protocolo IP:

• La dirección 127.0.0.1, que se utiliza para referirse al propio equipo local. Esta dirección es útil para verificar el correcto funcionamiento de TCP/IP. Al enviar un comando ping a 127.0.0.1, si se recibe una respuesta, podemos asegurarnos de que los componentes relacionados con el protocolo están operando correctamente.

• La dirección 255.255.255.255 se emplea para transmitir un paquete a todas las estaciones en la red. Esto se utiliza, por ejemplo, cuando un ordenador desea identificar qué otros dispositivos están conectados en la red.

La dirección IP de un ordenador debe ser única dentro de la red a la que pertenece. Las direcciones IP que se utilizan en una LAN suelen ser privadas y las que permiten la conexión entre la LAN e internet son públicas.

También, las direcciones IP pueden ser de dos tipos:

• Dirección privada estática: permanece constante y no cambia para un ordenador específico.

• Dirección privada dinámica: el rúter o servidor de la LAN asigna una IP diferente cada vez que un dispositivo se conecta.

Las direcciones públicas también pueden ser estáticas o dinámicas. Cuando contratamos servicios de acceso a internet con un proveedor, podemos optar por una dirección IP estática (generalmente más cara) o una dinámica. En la actualidad, la mayoría de proveedores suelen asignar direcciones IP dinámicas de forma predeterminada, ya que tienen más clientes que direcciones IP disponibles y, por lo tanto, asignan direcciones a medida que los clientes se conectan.

Este tipo de direcciones se conocen como IPv4 (IP versión 4) y puede contener hasta 4 294 967 296 dispositivos. Debido a la expansión de internet, cada vez hay menos direcciones IP disponibles por lo que se ha desarrollado un nuevo protocolo IPv6 (IP versión 6), que puede contener hasta 340 282 366 920 938 463 463 374 607 431 768 211 45 6 (340 sextillones). DIRECCIÓN IP

El comando ipconfig se utiliza en sistemas Windows para obtener información sobre la configuración de red de tu ordenador. Al ejecutar ipconfig en la línea de comandos, puedes ver detalles como tu dirección IP, la máscara de subred, la puerta de enlace predeterminada y otros parámetros de red. Esto puede ser útil, para verificar tu conexión de red, solucionar problemas de conectividad o entender cómo tu computadora se conecta a una red.

28 Explica qué es una IP de un equipo informático. ¿Puede haber en una misma red dos equipos distintos con la misma dirección IP?

29 Reflexiona, después de configurar una red informática, ¿qué hay que hacer para que otro equipo «vea» una carpeta que reside en el disco duro de nuestro propio equipo?

30 Investiga qué función tiene el comando ifconfig y cuál es la diferencia con el comando pconfig.

143 6
192.168.20.10 1.er byte 2.� byte 3.er byte 4.� byte 192 168 20 10

Para ver la IP de tu ordenador ve al menú de Configuración de Windows → Red e Internet y, en el panel de la izquierda selecciona la opción de red que estés usando en ese momento.

Máscara de Subred

En una red LAN, es posible dividir en subredes para organizar mejor los dispositivos. La máscara de subred es un número que determina cuántos ordenadores pueden conectarse a una red o subred. Por lo general, el sistema asigna una máscara predeterminada, como 255.255.255.0, y, a menos que haya una razón válida para cambiarla, es recomendable dejarla como está. El último número «0» indica que existen 255 direcciones disponibles en la subred (desde 0 hasta 255, aunque la primera y la última se dejan libres).

Puerta de enlace predeterminada

La puerta de enlace predeterminada es la dirección IP del rúter o del switch que actúa como elemento enrutador en la red. Esta dirección debe ser única en toda la red o subred.

Direcciones de servidor DNS (Domain Name System)

Los servidores DNS traducen los nombres de dominio en números de IP. Por lo tanto, es importante utilizar los servidores DNS proporcionados por el proveedor de servicios de internet (ISP) al que estás suscrito. Estos servidores acceden a las bases de datos de los proveedores para traducir los nombres en direcciones IP.

Imagina que tienes una red con una máscara 255.255.255.0 y que la dirección del rúter o del switch es 192.168.1.1 (puerta de enlace predeterminada). En teoría, puedes conectar hasta 254 dispositivos a esta red. Dado que el rúter tiene la dirección IP 192.168.1.1, los dispositivos se numerarán desde 192.168.1.2 en adelante hasta 192.168.1.255.

Grupos de trabajo

En una red con muchos dispositivos, es conveniente organizarlos en grupos de trabajo. Esto facilita la localización de los equipos y mejora la administración. Por ejemplo, puedes crear grupos de trabajo como «Sala de informática» o «Casa». Al utilizar grupos de trabajo, solo verás los dispositivos que forman parte de tu grupo, lo que simplifica la identificación de dispositivos en una red en lugar de depender solo de las direcciones IP.

31 ¿Para qué sirve un switch? ¿Es posible tener un switch conectado a una red que no tiene acceso a Internet?

32 Indica las diferencias entre:

a) Una dirección IP pública y una privada.

b) Una dirección IP estática y una dinámica.

33 Reflexiona y explica ¿para qué sirve el comando ping?

34 Investiga sobre el comando traceroute y tracert. ¿Qué diferencias hay entre los dos? ¿Cuál es la función de estos comandos?

35 En Windwos, pulsa la combinación de teclas Windows+R para abrir el cuadro de diálogo Ejecutar y escribe cmd en la barra de búsqueda. Se abrirá la ventana del sistema donde practicaremos una serie de comandos.

Escribe «tracert www.wikipedia.com» y pulsa Enter.

Escribe «pathping www.wikipedia.com» y pulsa Enter.

Comenta los resultados obtenidos con tus compañeros y compañeras.

36 Investiga qué otros comandos puedes utilizar en la ventana de sistema para diagnosticar el estado de la red. Haz una pequeña descripción sobre la información que ofrece cada comando.

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Práctica guiada. Configurando una red

Vamos a configurar una pequeña red por cable cruzado.

Trabajando por parejas, comenzaremos configurando la red con dos equipos, sin hub o conmutador.

Conectaréis los dos ordenadores, directamente, utilizando el cable de red Ethernet.

1 Con los ordenadores apagados, conecta un extremo del cable de red Ethernet al puerto de red del ordenador y el otro extremo al puerto de red del otro ordenadore. Enciende ambos ordenadores y accede a la configuración de red de Windows.

2 Configura las direcciones IP de manera que estén en la misma subred (por ejemplo, 192.168.0.x).

Para modificar la configuración de la red en Windows ve a Configuración de Windows → Red e Internet.

3 Realiza un ping desde un ordenador al otro para verificar la conectividad.

Reflexiona: Si quisieras tener una red con más ordenadores conectados o periféricos, ¿qué elementos necesitarías? ¿Cómo la configurarías?

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STEAMPow�

PROTAGONISTA

JEAN E. SAMMET

Jean E. Sammet comenzó a trabajar en el mundo de la tecnología cuando los ordenadores eran enormes máquinas que ocupaban salas enteras, y la programación, un campo prácticamente nuevo. Nació en 1928 en Nueva York y estudió Matemáticas, un terreno donde las mujeres eran escasas en esa época.

Sammet ingresó en la empresa IBM en 1961 y allí realizó algunas de sus contribuciones más significativas al mundo de la programación. Fue una de las mentes detrás de FORMAC (FORmula MAnipulation Compiler), el primer lenguaje utilizado para la manipulación simbólica de fórmulas matemáticas. También contribuyó al desarrollo del lenguaje COBOL, que se sigue usando en aplicaciones empresariales y gubernamentales. Su trabajo fue pionero y sentó las bases para el desarrollo de software moderno.

Uno de los aspectos más sorprendentes de capacidad para organizar y liderar equipos. Era una excelente comunicadora, lo que le ayudó a colaborar con otros expertos. También mostró una gran resiliencia y perseverancia, lo que le permitió crecer profesionalmente y contribuir a allanar el camino para las mujeres en el ámbito de la tecnología.

Gracias a su trabajo, muchas organizaciones pudieron gestionar datos y realizar operaciones de una manera que antes no era posible. Piensa que cada vez que alguien saca dinero de un cajero automático o reserva de un vuelo , es probable que esté interactuando indirectamente con un sistema que utiliza COBOL.

ORGANIZAR Y LIDERAR

CENTRO DE INVESTIGACIÓN

GRUPO MORSE

El equipo de investigación Mobile Networks and Software Reliability (MORSE) es un grupo afiliado a la Universidad de Málaga dedicado a la investigación y aplicación de software y redes de comunicación móvil.

En sus instalaciones, el equipo de MORSE investiga sobre tecnologías 4G/5G en dos entornos, combinando componentes de red comerciales y de código abierto. También ha colaborado con varias empresas del sector inalámbrico en el desarrollo de herramientas de prueba de conformidad, pilas de protocolos e implementación de pilotos.

El grupo destaca en la investigación sobre redes móviles y software fiable, y trabaja para impulsar la innovación y el progreso en este campo.

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MÁLAGA
COMUNICACIÓNPERSEVERANCIA POWER
OWER ! SKILLS! SKILLS!SKILLS

MI PROFESIÓN

DISEÑADOR DE CHIPS

Hola, me llamo Gonzalo y soy diseñador de chips. Mi trabajo consiste en desarrollar y diseñar circuitos integrados, también conocidos como chips o microchips, que se utilizan en todo tipo de dispositivos electrónicos, desde teléfonos móviles hasta aparatos médicos. Para ser diseñador de chips, he tenido que estudiar Ingeniería Electrónica y, posteriormente, especializarme en el diseño de circuitos electrónicos integrados. También he tenido que aprender programas de diseño asistido por ordenador específicos para mi labor.

Las personas que diseñamos chips podemos trabajar en empresas de tecnología, centros de investigación, e incluso en la industria automovilística o aeroespacial. En mi caso, trabajo en una empresa que se centra en el desarrollo de chips para dispositivos médicos. Uso software de diseño avanzado y colaboro estrechamente con profesionales de ingeniería de hardware y software. Necesito un entorno de trabajo con ordenadores potentes y acceso a bases de datos de componentes electrónicos.

métodos de diseño que surgen continuamente en este campo tan dinámico.

Lo que más me fascina de mi trabajo es saber que los chips que diseño pueden estar en un marcapasos o en un monitor de glucosa, dispositivos que mejoran la vida de muchísimas personas enfermas. Además, no sé, me parece emocionante ser capaz de crear el «cerebro» de tantos dispositivos que se usan en la vida cotidiana.

UN CHIP CON MATERIALES RECICLADOS

Las habilidades más importantes en mi profesión son la capacidad para resolver problemas, ya que los retos técnicos son constantes, y la de trabajar en equipo, puesto que los proyectos suelen ser colaborativos. También es crucial tener una mentalidad abierta para adaptarse a las nuevas tecnologías y

TRABAJAR

ENEQUIPOMENTALIDADABIERTARESOLVERPROBLEMAS

Imaginad que os encargáis del diseño de chips para una nueva consola de videojuegos. Tenéis que crear un modelo de un «chip» con materiales reciclables como cartón, botones y papel de aluminio para representar sus funciones.

1 Investigad los componentes de los chips de las consolas, sus funciones y los materiales de los que están hechos.

2 Construid vuestro chip usando materiales reciclables para representar estos componentes. Por ejemplo, un botón podría simbolizar la unidad de procesamiento central (CPU).

3 Finalmente, presentad vuestros diseños en clase, explicando qué hace cada «componente». ¿Podéis adivinar las funciones de cada elemento de los chips diseñados por otros grupos?

¿SABÍAS QUE...?

Jack Kilby, ingeniero de Texas Instruments, desarrolló el primer circuito integrado o «chip» en 1958. Su contribución, junto a las de Zhores Alferov y Herbert Kroemer, le llevó a recibir el Premio Nobel de Física en el año 2000.

Este invento revolucionó la industria electrónica y sentó las bases para los dispositivos modernos, desde los ordenadores hasta los smartphones.

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POWERS! !SKILLS SSKILL SKILLS!

PORFOLIO

¿Qué has aprendido?

Hardware

1 Escribe los nombres de los componentes y periféricos del ordenador y recuerda las funciones de cada uno de ellos.

2 tu ordenador por otra más potente que te permitirá jugar al videojuego del año. Investiga cómo la instalarías en tu ordenador y describe los pasos básicos a seguir.

3 ¿Sabes que puedes conectar el móvil a la televisión? Investiga sobre el tema y plantea todas las opciones posibles.

4 Practica el montaje de un ordenador, descargando la aplicación PC Building Simulator 2, desde la siguiente web https://store.epicgames.com/esES/p/pc-building-simulator-2--demo

Construye virtualmente tu propio ordenador seleccionando y colocando componentes de hardware realistas.

5 ¡Prepárate para poner a prueba tus habilidades como técnico de soporte informático en este emocionante ejercicio! Por parejas, la «persona usuaria con problemas» tendrá que describir los síntomas

que experimenta su ordenador (pantalla en blanco, lentitud, etc.) para que quien asume el rol de «técnico de soporte» descifre el problema subyacente y ofrezca una solución.

6 Tu misión será diseñar un ordenador ideal para un entorno de oficina y otro para tareas de diseño y edición de vídeo. Investiga, selecciona los componentes y justifica tus decisiones para crear la configuración más optima en cada caso.

Redes informáticas

7 Piensa en los diferentes tipos de conexiones de red, como Ethernet, wifi y Bluetooth, y explica en qué caso utilizarías una u otra.

8 Enumera los componentes clave de una red informática, como rúter, switch, etc. y explica el papel de cada componente.

9 Investiga sobre el botón WPS. Explica para qué sirve y si crees que es útil.

10 Explica cómo compartirías la conexión de datos de tu móvil con otra persona. ¿Crees que podrías compartir esa conexión con otro ordenador, tableta, etc.? ¿Qué función crees que está haciendo en ese momento el móvil?

11 ¿Cuál crees que es la diferencia entre una tarjeta de red Ethernet por cable y un adaptador de red de tipo wifi?

12 Investiga, ¿qué es una intranet? ¿Y una extranet? ¿Para qué sirven y cómo se utiliza cada una?

13 ¿Qué diferencia existe entre un servidor y un ordenador que no es servidor?

14 Dadas las siguientes direcciones de red, agrúpalas en función de la red a la que pertenecen:

Dirección de red Máscara de red

148
11 9 13 7 6 5 4 3 2 10 1 8 12 14 15
1 192.168.0.23 255.255.255.0 2 192.168.0.23 255.255.128.0 3 192.168.1.23 255.255.255.0 4 196.168.0.200 255.255.255.0
192.168.1.233 255.255.255.0 6 192.168.0.125 255.255.255.0
5

¡ACTÚA !

Compra inteligente de componentes y periféricos

En este proyecto vas a proyectar la compra de una impresora utilizando para ello diversos criterios de selección.

�� Las siguientes preguntas te ayudarán a elegir la impresora que mejor se adapte a tus necesidades. Añade las que consideres.

• ¿De qué presupuesto dispongo?

• ¿Impresión en color o en blanco y negro?

• ¿Tinta o láser?

• ¿Solo impresora o también escáner?

• ¿Qué velocidad de impresión necesito?

• ¿Quiero impresión automática a doble cara?

• ¿Sería útil la conexión inalámbrica?

�� Investiga y selecciona varias impresoras que coincidan con tus requisitos. Para ello, busca en revistas de informática y en tiendas online de ordenadores y periféricos. Presta especial atención a las características técnicas: si es monocromática o de color, si emplea chorro de tinta o tecnología láser, velocidad y calidad de impresión… Además de tener en cuenta el precio y el coste de los recambios, observa si dispone de alguna funcionalidad añadida (escáner, conexión inalámbrica...). Comprueba si es compatible con todos los sistemas operativos que utilizas.

�� Organiza la información obtenida en tu investigación.

Determina ahora cuáles son las características más y menos importantes asignando un rango de valores para puntuar cada una de ellas; por ejemplo, de 1 a 2 para las que no son importantes y de 3 a 6 para las que sí lo son. A continuación, completa tu tabla asignando los valores más altos a aquellas impresoras que destaquen en cada característica. Por ejemplo, si quieres una impresora de color, asigna un 2 a las que lo cumplan y un 1 a las que sean monocromáticas. En las columnas de calidad y velocidad de impresión, aplica una escala del 1 al 4, según su grado de calidad de impresión o velocidad. Y si, por ejemplo, tu presupuesto es ajustado, aplica un 6 a la más económica y un 1 a la más cara, y los demás valores a las intermedias. Puedes ayudarte de la tabla inferior.

�� Conclusión. Suma finalmente las puntuaciones en la última columna. La impresora con mayor puntuación será la que mejor se adapte a tus necesidades. Acabas de utilizar una técnica de decisión multicriterio, basada en tener en cuenta diferentes factores para tomar una decisión de forma racional. ¿Te atreves a utilizar una tabla similar para seleccionar un monitor o un portátil?

Reflexiona cómo has aprendido

En esta unidad has conocido los componentes de un ordenador y las funciones de cada uno de ellos. Además, te has iniciado en las redes y su configuración. Reflexiona sobre tu aprendizaje rellenando el cuestionario y la rúbrica disponible en anayaeducacion.es

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Situación de aprendizaje
ImpresoraColor/BNTinta/LáserVelocidadCalidadDoble caraEscánerPrecioSuma 1 2 3

CON METODOLOGÍA MAKER

Configuración de seguridad para tu rúter wifi

1

CREATIVIDAD

TRABAJO COOPERATIVO

PLANIFICACIÓN

2 RESILIENCIA CURIOSIDAD AUTONOMÍA

APRENDER
Hacie��

Recuerda cambiar la contraseña periódicamente para mantener tu red inalámbrica a salvo de intrusos.

MENTALIDAD ABIERTA SABER COMUNICAR

6
4

Ofimática básica 7

Situación de aprendizaje

¡ACTÚA !

qué ¿piensas ¿

¿Qué opciones tienes para comunicarte con personas de todo el mundo?

¡Preparemos un festival de cine por la igualdad!

Seleccionad las mejores películas y diseñad el programa de actividades, las presentaciones y la cartelera.

Para lograrlo, sigue esta ruta:

¿Crees que la forma en que expones tus ideas influye su impacto en los demás?

Procesadores de texto

Presentaciones electrónicas

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10. Reducción de las desigualdades

Presentaciones con PowerPoint Presentaciones con Genially Presentaciones con Canva

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Al conjunto de programas ejecutables en un ordenador se lo denomina «software». El término viene a complementar el empleado para la parte física, el «hardware», que procede de la palabra inglesa destinada a las herramientas y los útiles.

Definiciones

Ofimática. Acrónimo formado por las palabras «ofi cina» e «informática». Hace referencia al uso de aplicaciones destinadas a automatizar el trabajo propio de una ofi cina tradicional.

Tipografía. Técnica que estudia el diseño y las propiedades de los caracteres que forman un texto impreso (letras, números y símbolos).

1.1 Características de un procesador de texto

Los procesadores de texto están pensados para crear, guardar, editar y dar formato a documentos escritos.

Además de introducir texto, podemos modificar los atributos de los caracteres, los párrafos y las páginas. También se pueden incluir tablas, imágenes y otros elementos gráficos.

Atributos

Un texto no es solo una sucesión de letras, palabras y números, también puede contener atributos de formato que mejoren su aspecto visual. Los principales son:

• Atributos de fuente, que se aplican a un carácter o grupo de caracteres, como el tamaño o el tipo de fuente, los formateados en negrita o en cursiva, el subrayado, etc.

• Atributos de párrafo, como el espacio entre líneas, el espacio entre los párrafos anterior y posterior, el justificado del párrafo respecto al margen de la hoja, las alineaciones y las tabulaciones.

• Atributos de página, aplicables a toda una página, una sección o un documento completo, como la orientación de la página, los márgenes laterales y los márgenes superior e i nferior.

Si tienes dudas sobre el manejo básico de Word, consulta el videotutorial «Procesador de textos». Para obtener información más avanzada, dispones también de los documentos «Funciones especiales del teclado en Word» y «Mapa de caracteres» en anayaeducacion.es.

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1

Menú Formato

Los procesadores de texto disponen de un menú Formato donde se encuentran las propiedades o los atributos aplicables a los componentes de un documento, funciones que se pueden ejecutar mediante accesos directos alojados en las barras de herramientas.

Práctica guiada

1 Copia el siguiente párrafo cuatro veces incluyendo un salto de línea entre cada párrafo: Spender observó cómo se abría la portezuela y cómo Hathaway, el médico-geólogo (todos los tripulantes tenían dos especialidades, para ganar espacio en el cohete), salía y se acercaba lentamente al capitán. Bradbury, Ray. Aunque siga brillando la luna. http://www.libroteca.net/

2 Alinea cada uno de los párrafos de una forma distinta: a la izquierda, a la derecha, centrado y justificado.

3 Aplica a cada párrafo una fuente distinta. Haz pruebas con distintos tamaños y aplica diferentes atributos. Por ejemplo, pon en negrita los nombres de las personas que aparecen en el texto y subraya las palabras que tienen tilde.

4 Guarda el archivo con el nombre «Formatos2».

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Menú formato de Google Docs. Barras de herramientas de Word.

Margen superior

Área de encabezado de página

Margen izquierdo

Área de escritura del documento

1.2 Las áreas de un documento

Según puedes observar en la figura, la zona sombreada es el espacio reservado para escribir. Por encima y por debajo están las zonas para el encabezado y el pie de página. Además, alrededor del área de escritura hay unos márgenes en los que no se escribe nada. Estos márgenes están por motivos estéticos, para que la página no esté sobrecargada de texto, pero también porque las máquinas impresoras no pueden llegar a imprimir justo hasta el borde.

Encabezados y pies de página

Para mejorar la presentación de un documento, se utilizan los encabezados y los pies de página. Ambos se sitúan en los espacios por encima y por debajo del área de escritura. El uso de encabezados permite personalizar el documento con elementos como el título del escrito, el nombre del autor o de la autora, el número de página o datos como la fecha en la que se creó el documento.

Área de Ár pie de página

Margen inferior

Microsoft Word. Cinta Insertar.

1 Abre el documento Formatos2 y crea un encabezado en el que aparezca, alineado a la izquierda, el título de la obra: Aunque siga brillando la luna Crea también el pie de página y sitúa en la esquina derecha el número de la página, utilizando el número de página automático.

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1.3 C olumnas

Los procesadores de texto permiten organizar el texto en varias columnas, de forma parecida a como se hace en los periódicos.

Siguiendo los pasos de las ilustraciones, podrás lograr que parte de un texto quede con dos columnas.

Columnas en Word

Abre el documento Formatos2 y selecciona los dos párrafos del centro.

Tras seleccionar el texto, ve al menú Diseño de página y configura el número de columnas en dos.

Columnas en Google Docs

Abre el documento Formatos2 y selecciona los dos párrafos del centro.

Tras seleccionar el texto, ve al menú Formato → Columnas.

Se despliega un cuadro en el que debes configurar el número de columnas en dos; en él también puedes acceder a otras opciones, donde modificar el espaciado entre el texto de ambas columnas y trazar una línea de separación.

Columnas en Google Docs

Columnas en Word.

Columnas en Google Docs.

1.4 Tablas

Las tablas son un medio excelente de organizar la información en filas y columnas. Están formadas por una matriz de casillas llamadas «celdas», organizadas en filas y columnas.

Lo más habitual es emplear la primera fila (o la primera columna) para rótulos que indiquen lo que contendrán las celdas.

La forma de insertar tablas en un documento es ligeramente distinta en Microsoft Word y en Google Docs.

Documento Formatos2 tras aplicarle el diseño de dos columnas a dos de sus párrafos.

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Dar formato y combinar las celdas de una tabla

El texto escrito en una tabla se puede resaltar con distintas opciones de formato y colores. También es posible alinearlo en horizontal y vertical dentro de cada celda individual, así como combinar varias celdas contiguas.

La mayoría de opciones aparecen al pulsar el botón derecho del ratón sobre las celdas seleccionadas; otras tendrás que buscarlas en el menú Formato → Tabla de Google Docs o en el menú Diseño de Word.

2 Elabora un horario similar al del ejemplo.

a) Si al rellenar la tabla descubres que te falta espacio para una fila o columna, solo tienes que hacer clic con el botón derecho del ratón sobre una celda de tu elección y se abrirá un menú contextual que te permite añadir filas o columnas a tu conveniencia.

b) El aspecto inicial de tu horario debería ser parecido al que se muestra en la primera figura de la derecha.

c) Aplica formatos a las celdas para conseguir un horario similar al de la segunda figura.

d) Elige un color de fondo distinto para cada asignatura y termina de colorear el horario a tu gusto.

e) Guarda tu archivo con el nombre «Horario2».

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Word. Insertar tabla. Menús de formato de tablas. Google Docs. Menú Insertar → Tabla. Word. Cinta Diseño.

Práctica guiada

Además