SA6 - Tema 5: Programación y sistemas automáticos

 FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓN

Programa: secuencia de instrucciones para que un ordenador ejecute unas determinadas acciones.

Algoritmo: conjunto ordenado y finito de operaciones que permite hallar la solución a un problema (RAE)

Lenguaje de programación: conjunto de instrucciones y sentencias para elaborar un programa. Cada lenguaje de programación tiene una sintaxis determinada.

"Hello Word" en 10 lenguajes: https://medium.com/streamelopers/hello-world-en-10-lenguajes-a30f73d771c4

Código objeto = Lenguaje máquina (código binario)

El desarrollo de un programa requiere los siguientes pasos:

1. Definición y análisis del problema

2. Diseño de algoritmo

3. Codificación (código fuente)

4. Compilación

5. Depuración (detección de errores de sintaxis, de funcionamiento y optimización)

6. Explotación (documentación y mantenimiento)

DATOS, VARIABLES, OPERADORES, ESTRUCTURAS DE CONTROL...

Datos: unidades de tratamiento de información.

Se definen con identificador (nombre), tipo (numérico, booleano, caracteres, tablas...) y valor.

Variables: espacio de memoria donde se almacenan datos que van cambiando. Pueden ser globales o locales.

Operaciones: aritméticos, alfanuméricos, relacionales, lógicos...

Funciones: setup{}, loop{}, pinMode(), digitalWrite(), delay(), print...

Librerías: #include< >

Estructuras de control: if else, switch case, for, while, do/while...

ARDUINO

Arduino es una tarjeta controladora que nos sirve de interfaz entre el ordenador y los dispositivos que se deben controlar adaptando las señales de entrada y salida. Básicamente, la tarjeta controladora dispone de un microcontrolador, una pequeña memoria y puertos de entrada y salida.

IDE Arduino (Integrated Development Environmet = Entorno de Desarrollo Integrado)

La plataforma Arduino se programa con un lenguaje propio basado en el lenguaje de programación de alto nivel Processing, lo que significa que es similar a C++

Sensores analógicos son aquellos que nos proporcionan una variación de voltaje dentro de un rango dependiendo de lo que varíe la magnitud física medida. Para conectarlos, utilizaremos las entradas analógicas de la placa, que traducirán los valores de tensión continua que les llegue (entre 0 y 5 V) a valores digitales.

Sensores digitales son los que proporcionan valores de tensión que pueden ser interpretados por la controladora como un valor alto (high, 5 V) o un valor bajo (low, 0 V); por ejemplo, al pulsar o soltar un interruptor. Lo mismo ocurre con los actuadores digitales; por ejemplo, un led, que puede estar encendido o apagado.

PRÁCTICAS

1.- Conectar Arduino al ordenador. Encender y apagar un led. Cambio de frecuencia en el parpadeo.

https://ardubasic.wordpress.com/2012/10/13/primer-programa-hola-mundo/

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_01.html

2.- Encender un led mientras esté accionado un pulsador (pag.178)

3.- Secuencia de leds (coche fantástico)  (p.179)

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_08.html

4.- Semáforo

https://ardubasic.wordpress.com/2012/10/25/semaforo/

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_06.html

5.- Lectura de los valores que toma un potenciómetro en monitor serie.

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_11.html

6.- Conectar y mostrar texto en LCD - Hello World (pdf)

Avanzado: Texto en movimiento

6.- Lectura de intensidad de luz (LDR) en monitor serie (p.176) - Lectura en LCD

7.- Lectura de distancia (sensor de ultrasonidos) en monitor serie - Lectura en LCD

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_14.html

8.- Encender varios LED en función de los valores que va tomando un potenciómetro, una LDR o un sensor de distancia.

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_12.html

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_13.html

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_15.html

8.1- Detector de movimiento

https://www.luisllamas.es/detector-de-movimiento-con-arduino-y-sensor-pir/

9.- Posicionamiento de un servomotor

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_16.html

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_17.html

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_18.html

https://makinando.github.io/practicas_arduino/prctica_19.html

10.- Sensor de infrarrojos

https://tecnopatafisica.com/tecno3eso/teoria/robotica/104-arduino-sensor-infrarrojos-para-robot-siguelineas

- Control de un toldo mediante sensor de luz: sensor (LDR) y actuador (servomotor) - pag.180

- Marcha y parada de un vehículo según la distancia: sensor (ultrasonidos) y actuador (motor cc) - p.182

- Vehículo sigue-líneas

Otros enlaces de interés:

- curso cplusplus

- C++ Shell - compilador online

- Python

SA7 - Tema 6: Tecnología Sostenible - Energías -

 FORMAS DE ENERGÍA

- Energía mecánica

- Energía térmica

- Energía química

- Energía nuclear

- Energía eléctrica

UNIDADES DE ENERGÍA

Julios

Calorías

kWh

FUENTES DE ENERGÍA

Renovables: Hidráulica, eólica, solar, maremotriz, undimotriz, biomasa y geotérmica.

No renovables: combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y nuclear (uranio).

SISTEMAS Y MERCADOS ENERGÉTICOS

Generación >> Transporte >> Distribución y Comercialización

:: Distribuidoras y comercializadoras (link endesa)

:: Mercado libre y mercado regulado (PVPC endesa)

**** Actividad: Búsqueda de información a través de la web de Podo ****

https://www.mipodo.com/blog/diccionario/mercado-electrico-espana/

Contesta a las siguientes preguntas:

1. ¿Cómo funciona el mercado eléctrico en España?

2. ¿Cuáles serían las cuatro partes de la cadena energética?

3. ¿Con qué otro nombre se conoce al mercado mayorista?

4. ¿Qué diferencia hay entre las empresas distribuidoras y comercializadoras?

5. ¿Cuántas empresas distribuidoras hay en España? ¿Cuáles son?

6. ¿Cuántas empresas comercializadoras hay en España?

7. ¿Qué diferencia hay entre el mercado libre y el mercado regulado?

8. ¿Qué significa TUR?

9. ¿Qué significa PVPC?

10. Averigua con qué comercializadora tienes contratada la luz en tu casa y analiza un recibo de la luz.

Localiza en tu recibo los siguientes datos:

- Tipo de mercado contratado: libre o regulado.

- Empresa distribuidora y empresa comercializadora

- Potencia contratada en hora valle y en hora punta.

- Precio del KW en hora valle y en hora punta (potencia)

- Precio del KWh (energía)

- Calcula el coste del término de potencia

- Coste del término de consumo

- Energía consumida en hora punta, llano y valle

- Precio del alquiler del contador

*Si no tienes tu recibo de la luz puedes utilizar estos ejemplos:

ejemplo 1 (endesa 2021)

ejemplo 2 (endesa 2024)

***********

GENERACIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

Turbina y alternador 

CENTRALES ELÉCTRICAS

1. Térmicas convencionales (vídeo)

2. Nucleares (vídeo) (vídeo2)

3. Hidroeléctricas (vídeo)

4. Eólicas (vídeo)

5. Solares - térmicas y fotovoltaicas - (vídeo) -  hasta min 3:52 eólica y después solar -

6. Energía del mar (vídeo)

7. Energía geotérmica (vídeo)

8. Biomasa (vídeo)

*** Cuestiones sobre centrales eléctricas ***

TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

IMPACTO AMBIENTAL - Desarrollo Sostenible -

- Efecto invernadero -

- Lluvia ácida -

- Tratamiento de residuos -

:: Enresa - Empresa Nacional de Residuos Radiactivos, S.A.  (miteco)

:: Enlace a web del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico - Gestión de residuos

LA ENERGÍA EN LAS VIVIENDAS - SUMINISTROS DOMÉSTICOS

- Instalaciones eléctricas

:: Acometida

:: Contadores

:: Cuadro General de Mando y Protección (CGMP): ICP - IGA - IDG - PIA

- Instalaciones de combustible 

- Instalaciones de agua

- Instalaciones de comunicaciones

- Instalaciones de domótica

* Viviendas bioclimáticas*

Enlaces interesantes y curiosidades:

- ¿Por qué sube el precio de la luz? - endesa - 

- https://www.endesa.com/es/la-cara-e/sector-energetico/energia-nuclear-es-renovable

- https://elperiodicodelaenergia.com/las-10-centrales-electricas-que-mas-energia-generan-en-el-mundo/

- IDAE - Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía

- ¿Cómo funcionan los sistemas de almacenamiento de energía? - vídeo

ACTIVIDAD FINAL EVALUABLE (6.1.)

Escribe un texto expositivo a mano (mínimo una cara de un folio, máximo dos caras) sobre el siguiente tema: Analiza las distintas formas de producción de energía eléctrica valorando su eficiencia energética y buscando aquellas opciones más comprometidas con la sostenibilidad.

No te olvides de respetar la estructura de un texto expositivo: introducción, desarrollo y conclusión.

ACTIVIDAD FINAL EVALUABLE (6.2.)

Realiza una infografía sobre las diferentes instalaciones de una vivienda, analizándolas desde el punto de vista de su eficiencia energética, buscando aquellas opciones más comprometidas con la sostenibilidad y fomentando un uso responsable de las mismas.

Elige uno de estos temas:

1. Instalaciones eléctricas

2. Instalaciones de combustible

3. Instalaciones de agua

4. Instalaciones de comunicaciones

5. Instalaciones de domótica

6. Viviendas bioclimáticas

6.1 Evaluar los distintos sistemas de generación de energía eléctrica y mercados energéticos, estudiando sus características, calculando sus magnitudes y valorando su eficiencia. (CCL3, STEM2, STEM5, CD1, CD2, CPSAA5, CE1, CE3)

6.2 Analizar las diferentes instalaciones de una vivienda desde el punto de vista de su eficiencia energética, buscando aquellas opciones más comprometidas con la sostenibilidad y fomentando un uso responsable de las mismas. (CCL3, STEM2, STEM3, CD1, CD2, CPSAA2, CPSAA5, CC4, CE1, CE2, CE3)

SA5: SISTEMAS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS (Unidad 4)

 Conocimientos previos de corriente continua

(Pincha en los contenidos para ver un breve vídeo del Canal TECH LAPSE)

- Magnitudes eléctricas fundamentales: voltaje, intensidad y resistencia

- Elementos de un circuito eléctrico: generadores, receptores, conductores y elementos de control. (simbología)

- Corriente eléctrica

- Circuitos eléctricos: Ley de Ohm

- Asociación de resistencias: serie, paralelo, mixto. (video 11) (video 12) (video 13)

- Leyes de Kirchoff -

ELECTRÓNICA 

- Resistencias: fijas y variables

- Diodos

- Transistores >>> video explicativo transistor-diodo

- Condensadores

- Bobinas

- Relés

*

*

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

¿Cómo funciona un motor eléctrico de corriente continua?

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Inducción Electromagnética

SA4: Sistemas Mecánicos

Una máquina es un conjunto de elementos que aprovechan una energía para realizar un trabajo.

La energía puede ser muscular (mecánica), térmica o eléctrica.

Recuerda que el trabajo en física se define como fuerza por desplazamiento (N x m = Julio)

Todas las máquinas están compuestas por 3 componentes:

- Elemento motor

- Elementos receptor

- Elementos de transmisión y/o transformación del movimiento (mecanismos)

imagen de https://blogtecnotics.blogspot.com/

1. TRANSMISIÓN LINEAL

PALANCAS

POLEAS Y POLIPASTOS

Las poleas fijas no proporcionan ventaja mecánica pero facilitan el trabajo de elevar pesos debido al cambio de trayectoria.

Las combinaciones de poleas fijas y móviles dan lugar a polipastos o aparejos que pueden ser factoriales o potenciales. En un aparejo factorial tendremos el mismo número de poleas móviles y fijas, sin embargo, en un aparejo potencial sólo tendremos una polea fija y el resto son móviles.

En el siguiente vídeo puedes ver algunas prácticas con poleas y polipastos:

**

2. TRANSMISIÓN CIRCULAR

- Ruedas de fricción

- Poleas con correas

- Engranajes

- Piñones y cadena

- Tornillo sin fin y corona

3. TRANSFOMORMACIÓN

Transformación de circular a lineal continuo

- Tornillo-tuerca

- Piñón-cremallera

Transformación de circular a lineal alternativo

- Biela-manivela

- Cigüeñal

- Leva y excéntrica

OTROS MECANÍSMOS

- Cuña

- Rampa

- Rueda loca

- Trinquete

SOPORTES, UNIONES y ACOPLAMIENTOS

Soportes: ayudan a delimitar posiciones y trayectorias

- Guías

- Cojinetes

- Rodamientos

Uniones: 

    Uniones fijas: pegamentos, soldaduras y remaches

    Uniones desmontables: elementos roscados (tornillos, pernos, bulones...)

Acoplamientos: garantizan la transmisión entre ejes o árboles de transmisión dando continuidad al movimiento

    Acoplamientos rígidos: bridas y platos

    Acoplamientos móviles: permiten cierto grado de movilidad

        

    Junta elástica

        Junta Oldham

        Junta cardán o universal

   Junta Homocinética

                                                

    Embragues

    - Mecánicos: De fricción o con dientes

    - Hidráulicos

ACUMULADORES

- Volante de inercia: es un elemento mecánico pasivo que almacena energía cinética y disminuye los cambios bruscos de velocidad angular del motor.

- Acumuladores elásticos: muelles, ballestas y flejes

DISIPADORES DE ENERGÍA (frenos)

- Frenos de tambor: las zapatas recubiertas por los ferodos entran en contacto con el tambor y detienen el giro por rozamiento. 

- Frenos de disco: las pastillas entran en contacto con el disco que está solidario a la rueda y hacen que se detenga el giro.

Tecnología ABS (Anti-lock Braking System) controlan la presión de los frenos mediante sensores y evitan que las ruedas derrapen en una frenada brusca.

MECÁNICA DEL AUTOMOVIL

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Esquemas de Transmisión

- Motor de combustión interna de cuatro tiempos: admisión, compresión, combustión y escape.

El elemento de encendido en los motores Diesel son los inyectores y en los de Gasolina las bujías.

Para ver los pistones funcionando a todo gas pincha aquí

- Árbol de levas: abren y cierran las válvulas de admisión y escape

- Pistones

- Volante de inercia

- Embrague

- Cigüeñal

- Caja de Cambios

- Diferencial

Enlace a ejercicios de mecanismos 1

Enlace a presentación con ejemplos de los distintos sistemas mecánicos (trabajo conjunto del alumnado)

SA3: Fabricación y Materiales - IMPRESIÓN 3D

 Una vez finalizado el tema de materiales y enlazando de nuevo con el primer tema vamos a plantear un nuevo proyecto de investigación y desarrollo de un objeto tecnológico que diseñaréis con la aplicación de Tinkercad para luego imprimirlo con la impresora 3D (previo laminado con ultimaker cura). También realizaréis un cartel publicitario con Canva.

Procedimiento:

Recordemos las 3 grandes fases de un Proyecto de Investigación y Desarrollo:

1. Diseño

2. Producción

3. Comercialización

Todo el proceso de creación de nuestro producto debe documentarse de tal forma que se desarrollen estos tres momentos del proyecto. 

1.-Para la fase de Diseño tendremos en cuenta lo relativo a las técnicas de ideación estudiados en el tema anterior (design thinking). Deberéis redactar vuestro proceso de ideación haciendo referencia al análisis de las necesidades de los consumidores (empatizar con el consumidor), estudio de mercado, viabilidad del producto, etc.

Antes de comenzar vuestro diseño con aplicaciones CAD (en este caso TinkerCad) es conveniente realizar un boceto a mano alzada sobre papel.

Una vez finalizamos nuestro diseño, pasamos a la fase de prototipado. Exportamos nuestro diseño en formato .stl desde Tinkercad y lo abriremos con el programa laminador Cura para ajustar la configuración de impresión 3D, obteniendo un archivo .gcode listo para imprimir.

2.-Una vez impreso el prototipo pasamos a la fase de comprobación y si todo está correcto pasaríamos a la producción en serie (pero eso no lo vamos a hacer! :-), sin embargo, en vuestro trabajo deberéis explicar las principales operaciones a tener en cuenta en esta fase. Imaginaros que creáis una empresa para la producción de vuestro producto, pensad en un nombre para la empresa y describir el proceso de fabricación con las técnicas de mejora continua, controles de calidad para obtener sellos de calidad, márgenes de tolerancia del producto, etc (recordad un poco también la fábrica de plásticos que visitamos)

3.-Para la fase de comercialización vais a desarrollar distintos aspectos:

-Diagrama del Ciclo de Vida de vuestro producto

-Explicad como vais a envasar y trasportar vuestro producto, cuales serán los principales  puntos de venta, cuál será el precio y la marca...

-Finalmente diseñad un cartel publicitario con Canva ... y si os sobra tiempo hasta Navidad podéis también grabar un spot publicitario (vídeo) o una cuña publicitaria para la radio (podcast) ;-)

Algunos tutoriales interesantes para diseños con tinkercad:

- Una taza con texto curvo (sin explicación)

- TinkerCAD Curved Text (en inglés)

- DDLab Youtube Channel

2. Materiales y Fabricación - TIG 1 -

Cada uno de los estudiantes realizará una exposición oral apoyada con una presentación de prower point, canva o genially sobre uno de estos apartados del tema 2 del libro:

1.- Propiedades de los materiales: mecánicas, fisico-químicas y sensoriales (pag. 41,42,43)

2.- Metales (pag. 44,45,46)

3.- Materiales cerámicos, textiles y maderas (pag. 47,48,49,50)

4.- Plásticos (pag. 50,51,52,53)

5.- Selección de materiales en base a criterios de sostenibilidad (pag. 55,56)

6.- Nuevos materiales e Impacto ambiental (pag. 54 y 57)

7.- Técnicas de fabricación y prototipado (pag. 58,59,60)

Actividad Complementaria (10 de noviembre de 2013)

Visita a la fábrica Europlastics en el Polígono de la Rozada, Parandones. 

Visita a la Fábrica de la Luz - Museo de la Energía (Ponferrada) 

1. Proyectos de innovación y desarrollo - TIG 1

1. >> Productos tecnológicos

Bienes, servicios y procesos

Productos de Consumo (conveniencia, especiales y no buscados) y productos Industriales.

2. >> I+D+i 

Actividad: Busca en la web del CDTI la siguiente información:

1- Las cuatro funciones principales de este organismo

2- Las principales potencias del sector aeroespacial con las que tiene convenio el CDTI

3. >> Estrategias de gestión y desarrollo de proyectos

Técnicas de ideación y trabajo en equipo >> Brainstorming, mind maps, atributos, mundos relacionados ... SCAMPER

Design Thinking

1-Empatizar

2-Definir

3-Idear

4-Prototipar

5-Probar

Vídeo: Cómo Airbnb aplicó el Design Thinking para salvar su negocio

>> Planificación y organización: metodologías agile -- SCRUM

Las metodologías ágiles buscan la inmediatez y flexibilidad dividiendo el proyecto en distintas partes  que se resolverán de forma más rápida a través de un trabajo colaborativo. Empresas como Zara, Apple, Facebook, Paypal, etc. utilizan esta metodología en sus procesos de desarrollo.

>>Diagramas PERT y Gantt

* Los diagramas PERT se centran en las dependencias entre tareas sin tiempos.

* Los diagramas Gantt  gestionan y planifican proyectos administrando los tiempos de cada una de las tareas.

Prueba la versión de prueba online de Gantter >  START YOUR FREE TRIAL > GANTTER CLOUD > START FREE TRIAL

También puedes instalar gratuitamente Gantt Project

Tutorial en español del canal Ingeniería Online

4.>>Productos: planificación y desarrollo, desde el diseño hasta la comercialización

DISEÑO >> PRODUCCIÓN >> COMERCIALIZACIÓN

Actividad (fotocopia): Identificación de tareas en un proceso de planificación y desarrollo

5.>> Diseño de productos

Análisis de necesidades

Concepción de ideas

Viabilidad

Desarrollo de prototipos

6.>> Producción

Estrategias de mejora continua -  Ciclo de Deming

Modelos de excelencia y gestión de calidad

Normalización y metrología 

UNE - - ISO 9000

Control de calidad

7. >> Comercialización

Leyes básicas del mercado: ley de la oferta y la demanda

Proyectos de comercialización

Logística: transporte y distribución

Ciclo de vida de los productos

8. >> Expresión gráfica para la planificación y el desarrollo de proyectos

Esquemas, diagramas o mapas conceptuales, croquis... aplicaciones CAD.