Serie: Recursos didácticos · 2013-07-02 · Gay, Aquiles Estufa de laboratorio / Aquiles Gay y María Gabriela Durán; coordinado por Juan Manuel Kirschenbaum. - 1a ed. - Buenos

SSeerriiee:: RReeccuurrssooss ddiiddááccttiiccooss

Tapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.

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PRESIDENTE DE LA NACIÓN

Dr. Néstor Kirchner

MINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Lic. Daniel Filmus

SECRETARIO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Prof. Alberto E. Sileoni

DIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. María Rosa Almandoz

DIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DE


Lic. Juan Manuel Kirschenbaum

Estufa de laboratorioAquiles Gay

María Gabriela Durán

Gay, AquilesEstufa de laboratorio / Aquiles Gay y María Gabriela Durán; coordinado porJuan Manuel Kirschenbaum.- 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de laNación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2005.108 p.; 22x17 cm. (Recursos didácticos; 8)

ISBN 950-00-0503-4

1. Electrónica. 2. Electromecánica. I. Durán, María Gabriela, II.Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. III. Título

CDD 621.381 : 620.112 97

Fecha de catalogación: 12/05/2005

Impreso en Gráfica Pinter S. A., México 1352 (C1097ABB), Buenos Aires, en julio 2005

Tirada de esta edición: 3.000 ejemplares

Colección Serie “Recursos didácticos”.Coordinadora general: Haydeé Noceti.

Distribución de carácter gratuito.

Queda hecho el depósito que previene la ley n° 11.723. © Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - InstitutoNacional de Educación Tecnológica.

La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquiermedio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.

Industria Argentina.

ISBN 950-00-0503-4

Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-Materiales

Serie: “Recursos didácticos”

1 Invernadero automatizado

2 Probador de inyectores y motores paso a paso

3 Quemador de biomasa

4 Intercomunicador por fibra óptica

5 Transmisor de datos bidireccional por fibre óptica, entre computadoras

6 Planta potabilizadora

7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido

8 Estufa de laboratorio

9 Equipamiento EMA -Características físicas de los materiales de construcción-

10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas

Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

El Instituto Nacional de EducaciónTecnológica -INET- enmarca sus líneas deacción, programas y proyectos, en las metasde:

• Coordinar y promover programasnacionales y federales orientados a for-talecer la educación técnico-profesional,articulados con los distintos niveles y ci-clos del sistema educativo nacional.

• Implementar estrategias y acciones decooperación entre distintas entidades,instituciones y organismos –gubernamen-tales y no gubernamentales-, que permi-tan el consenso en torno a las políticas,los lineamientos y el desarrollo de lasofertas educativas, cuyos resultados seanconsiderados en el Consejo Nacional deEducación-Trabajo –CoNE-T– y en elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Desarrollar estrategias y acciones desti-nadas a vincular y a articular las áreas deeducación técnico-profesional con lossectores del trabajo y la producción, aescala local, regional e interregional.

• Diseñar y ejecutar un plan de asistenciatécnica a las jurisdicciones en los aspectosinstitucionales, pedagógicos, organizativosy de gestión, relativos a la educación téc-

nico-profesional, en el marco de los acuer-dos y resoluciones establecidos por elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Diseñar y desarrollar un plan anual decapacitación, con modalidades presen-ciales, semipresenciales y a distancia, consede en el Centro Nacional de EducaciónTecnológica, y con nodos en los CentrosRegionales de Educación Tecnológica ylas Unidades de Cultura Tecnológica.

• Coordinar y promover programas deasistencia económica e incentivos fis-cales destinados a la actualización y eldesarrollo de la educación técnico-profe-sional; en particular, ejecutar lasacciones relativas a la adjudicación y elcontrol de la asignación del CréditoFiscal –Ley Nº 22.317–.

• Desarrollar mecanismos de cooperacióninternacional y acciones relativas a dife-rentes procesos de integración educativa;en particular, los relacionados con lospaíses del MERCOSUR, en lo referente ala educación técnico-profesional.

Estas metas se despliegan en distintos pro-gramas y líneas de acción de responsabilidadde nuestra institución, para el período 2003-2007:

VVIIIIII

LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE

ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE


Programa 1. Formación técnica, media ysuperior no universitaria:

1.1. Homologación y validez nacional detítulos.

1.2. Registro nacional de instituciones deformación técnica.

1.3. Espacios de concertación.

1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati-vas.

1.5. Fortalecimiento de la gestión institu-cional; equipamiento de talleres y la-boratorios.

1.6. Prácticas productivas profesiona-lizantes: Aprender emprendiendo.

Programa 2. Crédito fiscal:

2.1. Difusión y asistencia técnica.

2.2. Aplicación del régimen.

2.3. Evaluación y auditoría.

Programa 3. Formación profesional para eldesarrollo local:

3.1. Articulación con las provincias.

3.2. Diseño curricular e institucional.

3.3. Información, evaluación y certifi-cación.

Programa 4.Educación para el trabajo y laintegración social.

Programa 5. Mejoramiento de la enseñanzay del aprendizaje de la Tecnología y de laCiencia:

5.1. Formación continua.

5.2. Desarrollo de recursos didácticos.

Programa 6. Desarrollo de sistemas de infor-mación y comunicaciones:

6.1. Desarrollo de sistemas y redes.

6.2. Interactividad de centros.

Programa 7. Secretaría ejecutiva del ConsejoNacional de Educación Trabajo –CoNE-T–.

Programa 8. Cooperación internacional.

Los materiales de capacitación que, en estaocasión, estamos acercando a la comunidadeducativa a través de la serie “Recursosdidácticos”, se enmarcan en el Programa 5del INET, focalizado en el mejoramiento dela enseñanza y del aprendizaje de la Tec-nología y de la Ciencia, uno de cuyos pro-pósitos es el de:

• Desarrollar materiales de capacitacióndestinados, por una parte, a la actua-lización de los docentes de la educacióntécnico-profesional, en lo que hace a co-nocimientos tecnológicos y científicos; y,por otra, a la integración de los recursosdidácticos generados a través de ellos, enlas aulas y talleres, como equipamientode apoyo para los procesos de enseñanzay de aprendizaje en el área técnica.

Estos materiales didácticos han sido elabora-dos por especialistas del Centro Nacional deEducación Tecnológica del INET y por espe-cialistas convocados a través del Programa delas Naciones Unidas para el Desarrollo–PNUD– desde su línea “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo deequipos e instrumentos”, a quienes estaDirección expresa su profundo reconoci-miento por la tarea encarada.

María Rosa AlmandozDirectora Ejecutiva del Instituto Nacional de

Educación Tecnológica.Ministerio de Educación, Ciencia y

Tecnología

IIXX

Desde el Centro Nacional de EducaciónTecnológica –CeNET– encaramos el diseño,el desarrollo y la implementación de proyec-tos innovadores para la enseñanza y el apren-dizaje en educación técnico-profesional.

El CeNET, así:

• Es un ámbito de desarrollo y evaluaciónde metodología didáctica, y de actuali-zación de contenidos de la tecnología yde sus sustentos científicos.

• Capacita en el uso de tecnología a do-centes, profesionales, técnicos, estudian-tes y otras personas de la comunidad.

• Brinda asistencia técnica a autoridades e-ducativas jurisdiccionales y a edu-cadores.

• Articula recursos asociativos, integrandoa los actores sociales involucrados con laEducación Tecnológica.

Desde el CeNET venimos trabajando en dis-tintas líneas de acción que convergen en elobjetivo de reunir a profesores, a especialistasen Educación Tecnológica y a representantesde la industria y de la empresa, en accionescompartidas que permitan que la educacióntécnico-profesional se desarrolle en la escuelade un modo sistemático, enriquecedor, pro-fundo... auténticamente formativo, tanto paralos alumnos como para los docentes.

Una de nuestras líneas de acción es la de di-señar y llevar adelante un sistema de capaci-

tación continua para profesores de educacióntécnico-profesional, implementando trayec-tos de actualización. En el CeNET contamoscon quince unidades de gestión de apren-dizaje en las que se desarrollan cursos,talleres, pasantías, conferencias, encuentros,destinados a cada educador que desee inte-grarse en ellos presencialmente o a distancia.

Otra de nuestras líneas de trabajo asume laresponsabilidad de generar y participar enredes que vinculan al Centro con organismose instituciones educativos ocupados en laeducación técnico-profesional, y con organis-mos, instituciones y empresas dedicados a latecnología en general. Entre estas redes, seencuentra la Red Huitral, que conecta aCeNET con los Centros Regionales deEducación Tecnológica -CeRET- y con lasUnidades de Cultura Tecnológica –UCT–instalados en todo el país.

También nos ocupa la tarea de producirmateriales de capacitación docente. DesdeCeNET hemos desarrollado distintas seriesde publicaciones –todas ellas disponibles enel espacio web www.inet.edu.ar–:

• Educación Tecnológica, que abarca mate-riales que posibilitan una definición cu-rricular del área de la Tecnología en elámbito escolar y que incluye marcosteóricos generales, de referencia, acercadel área en su conjunto y de sus con-tenidos, enfoques, procedimientos yestrategias didácticas más generales.

XX

LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE


• Desarrollo de contenidos, nuestra segundaserie de publicaciones, que nuclea fascícu-los de capacitación en los que se profun-diza en los campos de problemas y decontenidos de las distintas áreas del cono-cimiento tecnológico, y que recopila, tam-bién, experiencias de capacitación docentedesarrolladas en cada una de estas áreas.

• Educación con tecnologías, que propicia eluso de tecnologías de la información y dela comunicación como recursos didácti-cos, en las clases de todas las áreas yespacios curriculares.

• Educadores en Tecnología, serie de publica-ciones que focaliza el análisis y las pro-puestas en uno de los constituyentes delproceso didáctico: el profesional queenseña Tecnología, ahondando en losrasgos de su formación, de sus prácticas,de sus procesos de capacitación, de suvinculación con los lineamientos curricu-lares y con las políticas educativas, deinteractividad con sus alumnos, y consus propios saberes y modos de hacer.

• Documentos de la escuela técnica, quedifunde los marcos normativos y curricu-lares que desde el CONET –ConsejoNacional de Educación Técnica- deli-nearon la educación técnica de nuestropaís, entre 1959 y 1995.

• Ciencias para la Educación Tecnológica,que presenta contenidos científicos aso-ciados con los distintos campos de la tec-nología, los que aportan marcos concep-tuales que permiten explicar y funda-mentar los problemas de nuestra área.

• Recursos didácticos, que presenta con-tenidos tecnológicos y científicos,

estrategias –curriculares, didácticas yreferidas a procedimientos de construc-ción– que permiten al profesor de la edu-cación técnico-profesional desarrollar,con sus alumnos, un equipamientoespecífico para integrar en sus clases.

Desde esta última serie de materiales decapacitación, nos proponemos brindar he-rramientas que permitan a los docentes nosólo integrar y transferir sus saberes y capaci-dades, sino también, y fundamentalmente,acompañarlos en su búsqueda de solucionescreativas e innovadoras a las problemáticascon las que puedan enfrentarse en el procesode enseñanza en el área técnica.

En todos los casos, se trata de propuestas deenseñanza basadas en la resolución de pro-blemas, que integran ciencias básicas ytecnología, y que incluyen recursos didácti-cos apropiados para la educacióntécnico–profesional.

Los espacios de problemas tecnológicos, lasconsignas de trabajo, las estrategias deenseñanza, los contenidos involucrados y,finalmente, los recursos didácticos estánplanteados en la serie de publicaciones queaquí presentamos, como un testimonio derealidad que da cuenta de la potencialidadeducativa del modelo de problematización enel campo de la enseñanza y del aprendizajede la tecnología, que esperamos que resultede utilidad para los profesores de la edu-cación técnico-profesional de nuestro país.

Juan Manuel KirschenbaumDirector Nacional del Centro Nacional de

Educación Tecnológica.Instituto Nacional de Educación Tecnológica

XXII

Desde esta serie de publicaciones del CentroNacional de Educación Tecnológica, nos pro-ponemos:

• Poner a consideración de los educadoresun equipamiento didáctico a integrar enlos procesos de enseñanza y de apren-dizaje del área técnica que coordinan.

• Contribuir a la actualización de losdocentes de la educación técnico-profe-sional, en lo que hace a conocimientostecnológicos y científicos.

Inicialmente, hemos previsto el desarrollo deveinte publicaciones con las que intentamosabarcar diferentes contenidos de este campocurricular vastísimo que es el de la educacióntécnico-profesional.

En cada una de estas publicaciones es posiblereconocer una estructura didáctica común:

1 Problemas tecnológicos en el aula. Enesta primera parte del material sedescriben situaciones de enseñanza y deaprendizaje del campo de la educacióntécnico-profesional centradas en la re-solución de problemas tecnológicos, y sepresenta una propuesta de equipamientodidáctico, pertinente como recurso pararesolver esas situaciones tecnológicas ydidácticas planteadas.

2 Encuadre teórico para los problemas.En vinculación con los problemas didác-ticos y tecnológicos que constituyen elpunto de partida, se presentan conceptos

tecnológicos y conceptos científicos aso-ciados.

3 Hacia una resolución técnica. Manualde procedimientos para la construc-ción y el funcionamiento del equipo.Aquí se describe el equipo terminado y semuestra su esquema de funcionamiento;se presentan todas sus partes, y los mate-riales, herramientas e instrumentos nece-sarios para su desarrollo; asimismo, sepauta el “paso a paso” de su construc-ción, armado, ensayo y control.

4 El equipo en el aula. En esta parte delmaterial escrito, se retoman las situa-ciones problemáticas iniciales, aportandosugerencias para la inclusión del recursodidáctico construido en las tareas quedocente y alumnos concretan en el aula.

5 La puesta en práctica. Este tramo dela publicación plantea la evaluacióndel material didáctico y de la experien-cia de puesta en práctica de las estrate-gias didácticas sugeridas. Implica unaretroalimentación –de resolución vo-luntaria– de los profesores destinata-rios hacia el Centro Nacional deEducación Tecnológica, así como elpunto de partida para el diseño denuevos equipos.

Esta secuencia de cuestiones y de momentosdidácticos no es azarosa. Intenta replicar –enuna producción escrita– las mismas instanciasde trabajo que los profesores de Tecnologíaponemos en práctica en nuestras clases:

XXIIII

LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS”

XXIIIIII

Es a través de este circuito de trabajo (pro-blema-respuestas iniciales-inclusión teórica-respuestas más eficaces) como enseñamos ycomo aprenden nuestros alumnos en el área:

• La tarea comienza cuando el profesorpresenta a sus alumnos una situacióncodificada en la que es posible recono-cer un problema tecnológico; para con-figurar y resolver este problema, es nece-sario que el grupo ponga en marcha unproyecto tecnológico, y que encare análi-sis de productos o de procesos desarro-llados por distintos grupos sociales pararesolver algún problema análogo.Indudablemente, no se trata de cualquierproblema sino de uno que ocasionaobstáculos cognitivos a los alumnosrespecto de un aspecto del mundo artifi-cial que el profesor –en su marco curri-cular de decisiones– ha definido comorelevante.

• El proceso de enseñanza y de aprendiza-je comienza con el planteamiento de esasituación tecnológica seleccionada por elprofesor y con la construcción del espa-cio-problema por parte de los alumnos, ycontinúa con la búsqueda de respuestas.

• Esta detección y construcción derespuestas no se sustenta sólo en losconocimientos que el grupo disponesino en la integración de nuevos con-tenidos.

• El enriquecimiento de los modos de “ver”y de encarar la resolución de un proble-ma tecnológico –por la adquisición denuevos conceptos y de nuevas formastécnicas de intervención en la situación

desencadenante– suele estar distribuidamaterialmente –en equipamiento, enmateriales, en herramientas–.

No es lo mismo contar con este equipamien-to que prescindir de él.

Por esto, lo queintentamos des-de nuestra seriede publicacio-nes es acercar alprofesor distin-tos recursos di-dácticos que a-yuden a sus a-lumnos en estatarea de proble-matización y dei n t e r v e n c i ó n– s u s t e n t a d ateórica y técni-camente– en elmundo tecno-lógico.

Al seleccionar los recursos didácticos queforman parte de nuestra serie de publica-ciones, hemos considerado, en primer térmi-no, su potencialidad para posibilitar, a losalumnos de la educación técnico-profesional,configurar y resolver distintos problemas tec-nológicos.

Y, en segundo término, nos preocupó quecumplieran con determinados rasgos que lespermitieran constituirse en medios eficacesdel conocimiento y en buenos estructurantescognitivos, al ser incluidos en un aula por unprofesor que los ha evaluado como perti-

XXIIVV

Caracterizamos comorecurso didáctico a to-do material o compo-nente informático se-leccionado por un edu-cador, quien ha evalua-do en aquél posibili-dades ciertas para ac-tuar como mediadorentre un problema de larealidad, un contenidoa enseñar y un grupode alumnos, facilitandoprocesos de compren-sión, análisis, profundi-zación, integración,síntesis, transferencia,producción o evalua-ción.

nentes. Las cualidades que consideramosfundamentales en cada equipo que promove-mos desde nuestra serie de publicaciones”Recursos didácticos”, son:

• Modularidad (puede adaptarse a diversosusos).

• Resistencia (puede ser utilizado por losalumnos, sin peligro de romperse confacilidad).

• Seguridad y durabilidad (integrado pormateriales no tóxicos ni peligrosos, ydurables).

• Adaptabilidad (puede ser utilizado en eltaller, aula o laboratorio).

• Acoplabilidad (puede ser unido o combi-nado con otros recursos didácticos).

• Compatibilidad (todos los componentes,bloques y sistemas permiten ser integra-dos entre sí).

• Facilidad de armado y desarmado (posi-bilita pruebas, correcciones e incorpo-ración de nuevas funciones).

• Pertinencia (los componentes, bloquesfuncionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos cu-rriculares de la educación técnico-pro-fesional).

• Fiabilidad (se pueden realizar las tareaspreestablecidas, de la manera esperada).

• Coherencia (en todos los componentes,bloques funcionales o sistemas se siguenlas mismas normas y criterios para elarmado y utilización).

• Escalabilidad (es posible utilizarlo enproyectos de diferente nivel de com-

plejidad).

• Reutilización (los diversos componentes,bloques o sistemas pueden ser desmonta-dos para volver al estado original).

• Incrementabilidad (posibilidad de iragregando piezas o completando elequipo en forma progresiva).

Haydeé NocetiCoordinadora de la acción “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo de

equipos e instrumentos”.Centro Nacional de Educación Tecnológica

XXVV

8. Estufa de

laboratorio

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Este material de capacitación fuedesarrollado por:

Aquiles Gay.Ingeniero mecánico electricista (Univer-sidad Nacional de Córdoba). Diplomado enCiencias de la Educación (Universidad deGinebra). Autor de diversos libros, entreotros: La educación tecnológica. Aportes parasu implementación (CONICET 1997.Buenos Aires), Temas para educación tecno-lógica (La Obra. 2000. Buenos Aires), Lalectura de objeto (TEC. 2003. Córdoba). Exprofesor titular de la Universidad Nacionalde Córdoba, de la Universidad TecnológicaNacional y de la Escuela de IngenieríaAeronáutica de la Fuerza Aérea Argentina.Ex funcionario de la UNESCO en la OficinaInternacional de Educación en Ginebra,Suiza. Ex decano de la Facultad RegionalCórdoba de la Universidad TecnológicaNacional. Ex ingeniero de la CompañíaTelefónica Ericsson en Estocolmo, Suecia.

María Gabriela Durán.Ingeniera civil (Universidad Nacional deCórdoba), especialista en TecnologíaAvanzada del Hormigón (UniversidadNacional de La Plata), con EstudiosMayores de la Construcción (Instituto E.Torrojas. España.). Es profesora en laFacultad de Ciencias Exactas, Físicas yNaturales de la (UNC), subdirectora delCentro de Investigaciones Avanzadas enTecnología del Hormigón (UNC) y subdi-rectora del Departamento de Enseñanza dela Ciencia y la Tecnología (UNC). Se hadesempeñado por más de diez años comodocente en escuelas técnicas y como aseso-ra en el área de la tecnología del hormigón.

Coordinación general:Haydeé Noceti

Diseño didáctico:Ana Rúa

Administración:Adriana Perrone

Monitoreo y evaluación:Laura Irurzun

Diseño gráfico:Tomás Ahumada

Karina LacavaAlejandro Carlos Mertel

Diseño de tapa:Laura Lopresti

Juan Manuel Kirschenbaum

Con la colaboracióndel equipo de profesionales

del Centro Nacionalde Educación Tecnológica

Las metas, los programas y las líneas de accióndel Instituto Nacional de Educación Tecnológica VIIILas acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica XLa serie “Recursos didácticos” XII

1 Problemas tecnológicos en el aula 4• El recurso didáctico que proponemos

2 Encuadre teórico para los problemas 8• La energía, y el calor como forma de energía• Las fuentes de energía• Las transformaciones de energía• La electricidad• Corriente eléctrica y circuito eléctrico• El efecto Joule• Los sistemas de control• Sistemas de control de temperatura• Sistemas electromecánicos de

control de temperatura (“todo-nada”)• Los termostatos• Los bimetálicos• Sistemas electrónicos de control de temperatura• El tiristor• El triac• Los termistores• Control de fase o por variación del ángulo de conducción• Control proporcional por ciclo entero

3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientospara la construcción y el funcionamiento del equipo 47• El producto• Los componentes• El material de la estructura y la construcción• Los sistemas de control de temperatura• Las mediciones y el control

4 El equipo en el aula 61• Análisis de la estufa• Uso de la estufa en sus funciones específicas

5 La puesta en práctica 68

Índice

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Los alumnos de “Tecnología de losmateriales” están estudiando el com-

portamiento de cierto material sintéticoque se encuentra sometido durante largosperíodos de tiempo a una temperaturaconstante, dentro del campo de los 60 a 80 °C;pero, tienen un problema: No disponen deuna estufa que mantenga automáticamentela temperatura a un valor prefijado y que,además, pueda variar ese valor cuando laexperiencia lo requiera.

Entonces, deciden encarar el desarrollo deun proyecto tecnológico que les permitacontar con esa estufa.

Como primera etapa del desarrollo del pro-yecto, buscan recordar controles de tempe-ratura en artefactos de la vida cotidiana ysale a la luz, entonces, el caso de la planchaeléctrica automática.

Investigando el tema, llegan a la con-clusión que, en este caso, el control detemperatura se basa en un bimetálicoque cierra o abre el circuito en funciónde las fluctuaciones de la temperatura:Lo cierra cuando la temperatura es infe-rior a la deseada y lo abre cuandoalcanza el valor prefijado. Se trata, así,de un sistema todo-nada con un margen

de variaciones con respecto al valormedio, de ± 2 °C, lo que responde a losrequerimientos planteados.

El profesor de “Producción vegetal”del Trayecto técnico-profesional

Producción agropecuaria considera intere-sante para el desarrollo de sus clases con-tar con una estufa que pueda mantenerconstante una temperatura del orden de 40 °C,a fin de analizar el poder de germinaciónde determinadas semillas.

Teniendo en cuenta que la situación eco-nómica de la escuela no permite adquiriresta estufa, consulta con el profesor de“Construcciones mecánicas”, acerca de laposibilidad de que los alumnos de terceraño puedan colaborar en solucionar el pro-blema.

Para su trabajo con bacterias, losalumnos del Centro de Formación

Profesional requieren una estufa que per-mita efectuar cultivos a temperaturas delorden de 30, 37, 41 y 45 °C, con un mar-gen de variaciones de ±2 °C.

Su instructor sabe de la existencia de

Lo invitamos a considerar estos testimonios:

1. PROBLEMAS TECNOLÓGICOS EN EL AULA

55

estufas con control automáticomediante un bimetálico; pero, tienereferencia de que el margen de tole-rancia de la temperatura no corres-ponde al requerido para sus experien-cias. Se ha enterado también quemediante un control electrónico esposible lograr el grado de precisiónnecesario y, a tal fin, convoca al profe-sor de “Electrónica” para que, en cola-boración con el profesor de“Construcciones mecánicas”, planteenesta situación a sus alumnos, a fin deencararla como proyecto tecnológico.

Desde el módulo de “Biología vege-tal” de la escuela agrotécnica de San

Martín, están interesados en obtener larelación peso seco / peso fresco de deter-minados organismos vegetales, para traba-jos de biomonitoreo.

A tal fin, necesitan contar con una estufaque mantenga constante una temperaturade 60 ± 2 °C.

Entre muchos otros contenidos, laasignatura “Materiales de construc-

ción” permite a los alumnos de la escuelatécnico-profesional determinar la hume-dad de la madera.

De los tres métodos que figuran en laNorma IRAM 9532 (método de secado enestufa, método de extracción con disolven-tes y método eléctrico), el que les parece

más conveniente es el de secado en estufa,por lo que han decidido encarar la cons-trucción de un dispositivo que permitaoperar a 103 ± 2 °C.

En un dispensario zonal suelen haceryogur para autoabastecerse.

El procedimiento que usan es casero:Toman una porción de leche y leponen algo de yogur; luego, lacalientan sin que llegue a la ebulli-ción; y, finalmente, la envuelven conmucho papel para que el calor semantenga durante un largo períodode tiempo (toda la noche, por ejem-plo) y permita que la leche se con-vierta en yogur.

Este sistema tiene sus problemas, porlo que los alumnos de “Diseño tecno-lógico” han decidido colaborar, bus-cando una mejor solución. Después deconsultar con el ingeniero agrónomoVázquez, profesor de “Tecnología”,llegan a la conclusión de que, si hacenuna estufa que mantenga constanteuna temperatura del orden de 40 °C yen la que sea posible colocar un reci-piente apropiado, pueden utilizarlapara hacer yogur en forma más efi-ciente, sin estar cuidando que la lecheno hierva y sin que sea necesario estarenvolviendo el recipiente con muchopapel para evitar que se enfríe rápida-mente y que el yogur no se haga.

66

EEll rreeccuurrssoo ddiiddááccttiiccoo qquuee pprrooppoonneemmooss

Cada una de las situacionesescolares que hemos expuesto,plantean la necesidad de contarcon una estufa para cumplircon los objetivos de las corres-pondientes asignaturas.

Si analizamos las característicasde las estufas requeridas, posi-blemente encontremos puntoscomunes; la fuente de calor y laestructura pueden ser similaresen todos los casos y ajustadas alas posibilidades constructivasde los alumnos. El objetivo esque sean sólidas, seguras y quecumplan con los requerimien-tos planteados.

¿Nuestra propuesta?

77

En este equipo didáctico, el elemento quesuministra el calor necesario para mantenerla temperatura deseada es un resistor por elque circula corriente eléctrica; como conse-cuencia del efecto Joule, la energía eléctricapresente en esta corriente se convierte enenergía térmica. Regulando la corrienteque circula por el resistor, se controla latemperatura de la estufa.

El control de latemperatura (y laprecisión reque-rida) es un factorclave del funcio-namiento de lasestufas de labora-torio. Existen di-versos sistemasde control; algu-nos manuales,otros automáti-cos; para la con-creción de nues-tro recurso didác-tico consideraremos un sistema manual,basado en un triac, y dos sistemas automá-ticos, uno electromecánico (“si” o “no”),basado en un bimetálico; y, otro, electróni-co de variación proporcional, basado en untermistor y un triac.

El elemento clave del sistema electromecá-nico es el dispositivo bimetálico; éste no esde fácil construcción, pero en el mercado seconsiguen modelos fabricados para usosespecíficos (por ejemplo, para planchaseléctricas automáticas, etc.) que pueden

usarse en estos casos, pues su función esabrir o cerrar un circuito eléctrico en res-puesta a variaciones de temperatura. El sis-tema con termistor y triac puede montarseen el aula y, a tal fin, los profesores de elec-trónica pueden colaborar en su construc-ción. Aquí se describe uno que funcionamuy bien, pero esto no excluye que se pue-dan plantear otros. El sistema con bimetá-lico, si bien más sencillo de construir, esmenos preciso, mientras que el electrónico,un poco más complejo en su desarrollo,ofrece mayor precisión.

Como solución estructural planteamos, entodos los casos, una estufa cilíndrica hechade chapa de acero inoxidable o de hierrogalvanizado, con una tapa en su parte supe-rior que reemplazaría la puerta de una estu-fa convencional (un poco compleja paraconstruir en el aula-taller de una escuela) yun elemento calefactor en su interior.

En cuanto al sistema de calefacción y decontrol de temperatura, proponemos a losalumnos analizar los diversos circuitos queaquí se presentan u otros que pueden plan-tearse, seleccionar uno, hacer el montaje yefectuar las mediciones correspondientes yel control.

El análisis y la construcción de la estufapermiten entrar al campo de muchos temas,tanto científicos como tecnológicos (mecá-nicos, eléctricos y electrónicos), trabajar enel aula-taller y despertar la creatividad delos alumnos que también pueden buscarotras aplicaciones al dispositivo.

El sistema de controlmanual podría con-siderarse sólo relati-vamente preciso;pero, su ventaja esque requiere unamayor atención per-sonal por los alum-nos; mientras quelos automáticos,como su nombre loindica, regulan auto-máticamente la tem-peratura prefijada.

Con referencia a la estufa de laboratorio,recordemos que para elevar la temperaturade algo o paramantener unad e t e r m i n a d at e m p e r a t u r acuando ésta tien-de a disminuirpor transmisiónal medio, serequiere unafuente de calor.

Comencemos nuestro análisis buscandoaclarar qué es la energía –aún teniendo encuenta que no es fácil definirla–. En el len-guaje cotidiano, la asociamos a caracterís-ticas, propiedades, actitudes, comporta-mientos, actividades, etc.; por ejemplo,decimos: un producto alimenticio de granvalor energético, una persona muy enérgi-ca, desplegó gran energía, etc. Porque todaactividad entraña una energía que la sus-tenta, desde un esfuerzo muscular hasta elfuncionamiento de un robot; además,recordemos que, para la producción decualquier bien o servicio, se requiere ener-gía, entendiendo en este caso el términoenergía como capacidad para producir tra-bajo.

El término energía abarca un conjunto demagnitudes, aparentemente diferentes peroíntimamente relacionadas entre sí. Las dife-rentes formas en que se presenta la energíapueden enmarcarse en la siguiente clasifica-ción:

• Energía mecánica(potencial o cinética)

• Energía térmica

• Energía química

• Energía eléctrica

• Energía radiante (radiación electromagnética)

• Energía nuclear

En función de las fuentes de donde provie-ne o de sus características, también sepuede hablar de energía eólica, hidráulica,mareomotriz, muscular, geotérmica, lumi-nosa, etc.; pero, teniendo en cuenta que sonvariantes o aspectos parciales de las seisformas que llamamos fundamentales.

La energía mecánica que, corrientemente,se pone de manifiesto en movimientos, des-plazamientos, etc., puede ser potencial ocinética.

88

2. E N C U A D R E T E Ó R I C O PA R A L O SP R O B L E M A S

LLaa eenneerrggííaa,, yy eell ccaalloorr ccoommoo uunnaa ffoorrmmaa ddee eenneerrggííaa

Entendemos porccaalloorr una forma par-ticular de energíaque se transmite deun cuerpo a otro yque se aprecia a tra-vés de cambios en latemperatura.

La energía térmica, fuente de calor, estápresente en la combustión, en el calenta-miento por frotamiento, en conversiones deenergía, etc.

La energía química tiene las característicasde una energía de reserva que posibilitaotras formas de energía. Como ejemplo deelementos depositarios de energía químicapodemos mencionar las pilas y los acumu-ladores, los combustibles, los músculos,etc.

La energía eléctrica es una de las másversátiles (como lo analizaremos másadelante); su utilización generalizada entodos los campos del quehacer humanose remonta a poco más de un siglo y estáíntimamente asociada al desarrollo delmundo de hoy. La circulación de corrien-te es una manifestación de la energíaeléctrica.

La energía radiante se presenta bajo laforma de radiaciones electromagnéticas:rayos X, rayos gamma, rayos ultravioletas,rayos infrarrojos, luz visible, etc. La zonavisible de la energía radiante corresponde ala energía luminosa.

La energía nuclear se pone de manifiestobajo forma de energía térmica, cuando seproduce la fisión de núcleos de elementosquímicos pesados como el uranio, o lafusión entre sí de núcleos de elementos depeso atómico bajo. Actualmente, tiene apli-caciones prácticas solamente la fisiónnuclear.

Habiendo planteado la energía como lacapacidad para producir trabajo, veamosqué es el trabajo. Desde el punto de vista dela física, trabajo es el producto de una fuer-za por el desplazamiento del punto de apli-cación de la misma; se realiza un trabajocuando al aplicar una fuerza se produce undesplazamiento; por ejemplo si aplicamosuna fuerza (F) a un móvil, cuando el móvilse mueve una distancia (d), efectuamos untrabajo (T); el trabajo es energía puesta enacción.

La relación entre el trabajo (T), la fuerza(F) y el desplazamiento en el sentido de lafuerza, es decir la distancia recorrida (d), seexpresa por la siguiente fórmula:

T = F x d

El trabajo y la energía se miden con lamisma unidad: kilowatt-hora (kWh), kilo-grámetro (kgm), joule (J), caloría (cal), etc.

Energía y trabajo son dos conceptos asocia-

99

La eenneerrggííaa ppootteenncciiaall es energía almace-nada; es decir, la capacidad para efectuartrabajo que posee un cuerpo debido a suposición o su configuración (por ejemplo,un cuerpo que puede caer, o un resortecomprimido).

La eenneerrggííaa cciinnééttiiccaa es energía en movi-miento; es decir, la capacidad para efec-tuar trabajo que posee un cuerpo debido asu estado de movimiento.

En nuestro caso, el funciona-miento de la estufa está vincula-

do a la energía térmica y a la energíaeléctrica.

dos al hombre, a su desarrollo y a sus cam-bios.

El trabajo que se lleva a cabo en la unidadde tiempo es lo que se llama potencia. Lapotencia es el ritmo del trabajo. Existenvarias unidades de potencia; podemos men-cionar el caballo vapor (HP), el watt (W),etc.

LLaass ffuueenntteess ddee eenneerrggííaa

La energía de que se dispone proviene:

• Del Sol (energía térmica y radiante,combustibles fósiles, vientos, corrientesde agua, biomasa).

• Del proceso cósmico que dionacimiento al sistema solar (energíanuclear y energía geotérmica).

• De la atracción gravitatoria Sol-Tierra-Luna (energía de las mareas); ésta es,relativamente, mucho menos impor-tante que las otras dos.

La fuente másimportante deenergía de quedispone el serhumano es el Sol.

Los combustiblesfósiles, el carbónmineral, el petró-leo y el gas natu-ral (fuentes deenergía química) representan energía solaracumulada a través de siglos.

El viento y los ríos (fuentes proveedorasde energía mecánica), son consecuenciadel calor del Sol, que llega a la Tierra(calentando su superficie, lo que provocamovimientos de aire y, consecuentemen-te, vientos; o evaporando el agua, la queluego precipita bajo forma de lluvia, y ali-menta los ríos y mares, cerrando el ciclometeorológico).

La madera, otra fuente de energía química,es consecuencia de un proceso de fotosínte-sis debido a la radiación solar.

En cuanto a la energía eléctrica utilizable,ésta no se obtiene directamente de la natu-raleza sino que es el resultado, como vere-mos más adelante, de la conversión de otrasformas de energía, como por ejemplo, lamecánica (dínamos y alternadores), la quí-mica (pilas), la térmica (par termoeléctri-co) o la radiante (célula fotovoltaica).

LLaass ttrraannssffoorrmmaacciioonneessddee eenneerrggííaa

Una característica fundamental de la ener-gía es que no puede ser creada ni destruida,pero sí transformada de un tipo de energíaen otra (ley de conservación de la energía).

A título de ejemplo, en cuanto a transfor-mación de energía, podemos mencionar:

• La energía eólica (energía cinética delaire en movimiento) que, en el molinode viento, se transforma en energíamecánica presente en un eje que gira.

1100

El Sol, como todaslas estrellas, es ungigantesco reactortermonuclear quetransforma una par-te de su materia enenergía, la que emitebajo la forma deradiaciones (luz visi-ble, calor, rayosgama, etc.).

• La energía química del carbón que, enel proceso de combustión, se transfor-ma en energía térmica.

• La energía hidráulica (fuerza viva deuna corriente o de un salto de agua)que, en los molinos de agua o en lasturbinas hidráulicas, se transforma enenergía mecánica.

• La energía mecánica que, en unadínamo o en un alternador, se transfor-ma en energía eléctrica.

• La energía química de las pilas que, poruna reacción química, se transforma enenergía eléctrica.

• La energía nuclear que mantiene unidaslas partículas en el núcleo de cadaátomo, y que puede ser liberada bajo laforma de energía térmica y radiante.

• La energía eléctrica que, en un motor, setransforma en energía mecánica o, enuna estufa, en energía térmica.

• La energía mecánica que, con la fric-ción, se transforma en energía térmica.

Estos ejemplos nos muestran que no siem-pre la energía se encuentra en la forma másadaptada para cumplir la función requeri-da, por lo que suele ser necesario transfor-marla de una forma en otra.

El concepto detransformaciónde la energía esamplio y no im-plica necesaria-mente su conver-sión. Para aclararel tema veamosalgunos ejem-plos: Los molinosde viento o deagua transformanla energía mecá-nica del viento odel agua (energíaeólica e hidráuli-ca, respectivamente) en energía mecánicapresente en un eje que gira; pero, no hayconversión de energía; antes y después dela transformación tenemos energía me-cánica, si bien bajo distintas característi-cas.

Otro ejemplo interesante de destacar es elorganismo humano que transforma granparte de la energía química de los alimen-tos en energía mecánica (que se pone demanifiesto en el trabajo muscular) y enenergía calórica. La mayor parte de laenergía contenida en los alimentos sirvepara producir calor y no trabajo muscular.Tengamos en cuenta que el calor del cuer-po es esencial para la supervivencia. Elhombre, como todo ser viviente, convierteenergía.

Los dispositivos o máquinas que conviertenun tipo de energía en otro se llaman con-versores de energía. A continuación men-cionamos algunos conversores y las corres-pondientes energías de entrada y de salida.

1111

En muchos casos, lat r a n s f o r m a c i ó nimplica conversión;por ejemplo en unmotor eléctrico hayconversión de ener-gía eléctrica enenergía mecánica y,en una estufa, deenergía eléctrica enenergía térmica; esdecir que la energíaque alimenta el dis-positivo es de unaforma distinta de laque entrega.

LLaa eelleeccttrriicciiddaadd

El término electricidad está asociado aenergía eléctrica y, corrientemente, se loutiliza para referirse a la energía eléctricaque se suministra como servicio; por otraparte, caracteriza el campo de la física rela-cionado con los fenómenos eléctricos.

Sin lugar adudas, de lasdiferentes formasen que se presen-ta la energía, laeléctrica esactualmente –y,pos ib lemente ,por mucho tiem-po– la que tieneun espectro másamplio de aplicaciones, tanto familiares,como comerciales e industriales.

La energía eléctrica es la más dúctil, lamás versátil y la más cómoda de todas,debido a las múltiples ventajas que pre-senta. Entre éstas podemos mencionar lafacilidad de transportarla y distribuirlaaun a gran distancia, la posibilidad de

1122

CCoonnvveerrssoorreess EEnneerrggííaa EEnneerrggííaaddee eenneerrggííaa ddee eennttrraaddaa ddee ssaalliiddaa

Resistor Energía Energíaeléctrica térmica

Lámpara Energía Energíaincandescente eléctrica radiante

y térmica

Estufa Energía Energíaeléctrica eléctrica térmica

Par Energía Energíatermoeléctrico térmica eléctrica

Altavoz Energía Energíaeléctrica mecánica

Motor Energía Energíaeléctrico eléctrica mecánica

Dínamo y Energía Energíaalternador mecánica eléctrica

Micrófono Energía Energíamecánica eléctrica

Reactor Energía Energíanuclear nuclear térmica

Pila Energía Energíaquímica eléctrica

Cuerpo Energía Energíahumano química mecánica

Cuerpo Energía Energíahumano química térmica

Motor de Energía Energíacombustión química mecánica

interna

Quemador Energía Energíaquímica térmica

Célula Energía Energíafotovoltaica radiante eléctrica

En nuestro equipo, es la energíaeléctrica la fuente que provee la

energía necesaria para calentar y mante-ner la temperatura de la estufa, y la corres-pondiente conversión de energía asociada(energía eléctrica en energía térmica). Estefenómeno de conversión de energía estávinculado al llamado Efecto Joule.

Sólo en los transpor-tes no se ha genera-lizado el uso de laenergía eléctrica,debido a que todavíano se ha desarrolla-do un sistema de al-macenamiento conuna alta relacióncapacidad-peso.

transformarla fácilmente en otras formasde energía (calórica, luminosa, mecánica,química, etc.), la disponibilidad inme-diata, la ausencia de contaminación ensu uso, etc. Debido a todo esto, sus apli-caciones (industriales, profesionales,domésticas, etc.) son numerosas.

La facilidad de transporte –de transmisión–con relativamente poca pérdida a través deconductores (cables) –la red eléctrica– esun hecho muy importante. Podemos efec-tuar la comparación con el transporte deotras formas de energía, por ejemplo loscombustibles –portadores de energía quí-mica– cuyo transporte es, evidentemente,mucho más complicado; otro ejemplo: laenergía mecánica de un eje motor que giray que puede transmitir su movimiento auna máquina, tiene también sus limitacio-nes en cuanto al alcance de transmisión delmovimiento.

Otro aspecto clave es la facilidad y comodi-dad con que puede transformarse en otrasformas de energía: luminosa, mecánica,calórica o química. En nuestra casa, porejemplo, nos permite iluminar y disponer avoluntad de nuestra jornada activa (pense-mos en las limitaciones que tendríamos situviéramos que atenernos solamente a otrasfuentes de luz); nos permite, también, sim-plificar nuestras actividades cotidianascuando recurrimos a los electrodomésticos(aspiradora, refrigerador, licuadora, etc.),así como calefaccionarnos cuando las incle-mencias del clima lo requieren. Comocampo de aplicación de la transformaciónde la energía eléctrica en energía química,podemos mencionar la carga del acumula-dor del automóvil, ya sea a través de un car-

gador de baterías o del mismo generadordel automóvil que restituye la energía queconsume el sistema eléctrico de ilumina-ción, el motor de arranque, etc.

La energía eléctrica utilizable, que estáasociada a la presencia de cargas eléctricas(potencial eléctrico) y al movimiento deestas cargas, no existe en la naturaleza,sino que se obtiene mediante la transfor-mación (conversión) de otras formas deenergía (mecánica, química, radiante otérmica); no es una energía directa sinouna energía derivada. Generalmente es elresultado de convertir energía mecánica,química o radiante en energía eléctrica ysuele presentarse bajo la forma de diferen-cia de potencial eléctrico entre dos puntoso polos. Las descargas eléctricas naturales(rayos, etc.) no proporcionan energía utili-zable.

CCoorrrriieennttee eellééccttrriiccaa yycciirrccuuiittoo eellééccttrriiccoo

Cuando se conectan los dos polos mencio-nados mediante un circuito formado porelementos conductores de la electricidad,la diferencia de potencial eléctrico produ-ce en el circuito una circulación decorriente eléctrica; esta circulación no esotra cosa que un desplazamiento de cargaseléctricas (electrones). El circuito formadopor elementos conductores de la corrienteeléctrica toma el nombre de circuito eléc-trico, entendiendo como tal todo circuitopor el cual circula o puede circularcorriente eléctrica.

1133

Ahora bien, para entender el fenómeno dela energía eléctrica y, consecuentemente, elde la circulación de corriente, debemosrecordar que los átomos que constituyen lamateria tienen un núcleo con carga eléctri-ca positiva (la de los protones que lo inte-gran) y electrones (con carga eléctricanegativa) ligados al núcleo alrededor delcual giran, describiendo órbitas elípticas.En condiciones normales, un cuerpo eseléctricamente neutro pues hay un equili-brio de cargas negativas y positivas. Enalgunos materiales, llamados materialesconductores (cobre, plata, hierro, aluminio,plomo, etc.), sucede un fenómeno impor-tante que es la base de la electricidad:Algunos electrones están ligados al núcleocon una fuerza tan débil que pueden libe-rarse y desplazarse hacia zonas en las que,por falta de electrones hay una carga positi-va (Recordemos que las cargas de igualsigno se rechazan y las de signo contrario seatraen). Ese desplazamiento de electroneses lo que se llama corriente eléctrica; y, elcircuito por el cual circulan los electrones,circuito eléctrico.

El circuito eléctrico más elemental estácompuesto de una fuente de energía (pila,acumulador, generador, etc.), un dispositi-vo consumidor-utilizador (lámpara, motor,resistencia, etc.) y los cables que cierran elcircuito (circuito de utilización). Este cir-cuito puede completarse agregando unallave interruptora (elemento de control)que permita interrumpir o no la circulaciónde corriente.

El sentido de circulación de la corrienteeléctrica es el del flujo de electrones (cargasnegativas), que se van desplazando en el

sentido del polo negativo de la fuente gene-radora de electricidad (dínamo, alternador,pila, etc.), donde hay un exceso de electro-nes, al otro polo, donde la falta de electro-nes hace que tenga una polaridad positiva.Convencionalmente, se indica como senti-do de circulación de la corriente eléctricauna que iría del polo positivo al negativo,inverso al sentido del flujo de electrones.

A continuación planteamos un circuitoeléctrico elemental compuesto de una fuen-te (pila), los cables conductores, el elemen-to de control (interruptor) y el consumi-dor-utilizador (lámpara).

Teniendo en cuenta que los elementos queconforman el circuito eléctrico (cables,lámparas, etc.) ofrecen una cierta resisten-cia a la circulación de la corriente eléctrica,podemos señalar las tres magnitudes que

1144

Flujo deelectronesdentro dela fuente

Fuente deenerg•a

Circuitode generaci•n

Generador ,Pila, etc.

Circuitode utilizaci•n

Sentido convencionalde la corriente eléctrica

Flujo de electrones

L•mpara,motor,resistor,etc.

Interruptor

definen el comportamiento del circui-to y que son:

• La tensión (E) de la fuente, que semide en volt.

• La resistencia (R) del circuito deutilización, que se mide en ohm.

• La corriente (I) que circula por elcircuito, que se mide en ampere.

Esas tres magnitudes están vinculadas entresí por la llamada ley de Ohm que dice quela tensión (E) es igual al producto de laresistencia (R) por la corriente (I).

E = R x I

En un conductor cilíndrico, la resistencia esproporcional a su longitud l, inversamenteproporcional a su sección transversal s yproporcional a un coeficiente � que recibeel nombre de resistividad (o resistenciaespecífica) y que se expresa en ohm omicrohm por unidad de volumen.

La resistividad de laplata es 1,47; la delcobre 1,55; la del oro2,2; la del aluminio2,56; la del hierro 9,07; la del plomo 20,4; etc.

Tanto la fuente como el consumidor-utili-zador (sumidero) pueden estar compuestospor más de un elemento. Por ejemplo una,dos, tres o más pilas, una, dos, tres o másresistores, lámparas, etc. Estos elementospueden conectarse en serie o en paralelo.

En circuitos compuestos de elementosconectados en serie, la tensión en los extre-mos del conjunto (A - B) es igual a la sumade las tensiones parciales en los extremosde cada elemento (Por ejemplo, la tensiónen los extremos de un conjunto formadopor tres pilas de 1,5 volt cada una, conecta-das en serie, será de 4,5 volt).

La resistencia total de elementos conecta-dos en serie es igual a la suma de las resis-tencias parciales (Por ejemplo, la resisten-cia total del conjunto formado por tresresistores r1, r2 y r3 conectados en serie esigual a: R = r1 + r2 + r3, mientras que lacorriente circulante será la misma en todoslos elementos).

En un circuito formado por elementosconectados en paralelo, la tensión en losextremos (A - B) es igual a la presente encada elemento tomado aisladamente (en elcaso de conectar en paralelo pilas, baterías,etc., se debe tener presente que todas seande la misma tensión).

1155

Resistividad enmicrohm por cm3

a 0ºC.

Elementos conectados en serie

Elementos conectados en paralelo

R = � l

s

Las magnitudes puestas en juego en un cir-cuito eléctrico:

El trabajo y la energía se miden con lamisma unidad.

La potencia es la energía en la unidad detiempo.

En lo referente al trabajo, si tomamos alnewton (N) como unidad de medida de lafuerza e indicamos el desplazamiento enmetros, la unidad de medida es el joule.

Un watt es la potencia correspondiente aun joule por segundo.

Otras unidades son: el kilográmetro (kgm),el kilowatt-hora (kWh), el ergio (erg), lacaloría (cal), el electrón-volt (eV), etc.

Algunas equivalencias son:

1 kWh = 3,60 x 106 joule = 8,67 x 105 kgm

1 joule = 107 erg = 0,24 cal

1 kgm = 9,804 joule = 2,342 cal

1 cal = 4,1868 joule = 0,423 kgm

1 electrón-volt = 1,6 x 10-19 joule

La corriente total que circula por un con-junto de elementos conectados en paraleloes igual a la suma de las corrientes que cir-culan por cada elemento mientras que laresistencia total del conjunto corresponde ala siguiente expresión:

1166

Tensión (E) volt E = R x I

Corriente (I) ampere

Resistencia (R) ohm

Potencia (W) watt W = E x I = R x I x I = R x I

Energía (Wh) watt-hora Wh = E x I x t (tiempo)(kWh) kilowatt-hora

Ejemplosde circuitosen paralelo

Ejemplosde circuitosen serie

=1

R+

1

r1+

1

r1

1

r1

Potencia =Energía

Tiempo

• Corriente continua y corriente alterna

Es interesante destacar que existen dosvariantes de la corriente eléctrica, la llama-da corriente continua y la llamada corrien-te alterna:

• En la corriente continua, la corrientecircula en los conductores en un solosentido y podemos hablar de un polopositivo y de un polo negativo; paranosotros el caso más común de genera-dores de este tipo de corriente son laspilas y los acumuladores.

• En la corriente alterna, el sentido decirculación cambia constantemente (enla red pública de energía eléctrica, a unritmo de 50 veces por segundo, corrien-te de 50 ciclos). En este caso nopodemos más hablar de polo positivo ypolo negativo; pero, cuando uno de losconductores está conectado a tierra–como normalmente sucede con la redde distribución eléctrica que llega anuestras casas–, podemos hablar depolo vivo y polo neutro (este último esel que está conectado a tierra).Actualmente, toda la energía que se dis-tribuye por la red pública es de corrien-te alterna (220 volt para uso familiar;380 volt para uso industrial) por lasventajas que presenta su transporte y sudistribución, frente a los de la corrientecontinua.

• Fuentes de energía eléctrica

Como hemos dicho, la energía eléctricanormalmente se obtiene como consecuen-cia de la conversión de energía mecánica,

química o radiante en eléctrica; si bien laenergía mecánica puede ser de origenhidráulico, eólico, nuclear, etc.

Cuando hablamos de conversión de ener-gía mecánica en eléctrica nos referimos alas dínamos o a los alternadores, en losque la corriente eléctrica tiene su origenen fenómenos electromagnéticos.

Cuando hablamos de la conversión deenergía química en energía eléctrica, nosreferimos a las pilas y los acumuladores,en los que una reacción química provocauna diferencia de potencial eléctrico ensus bornes y, consecuentemente, cuandose cierra el circuito, una corriente eléctri-ca.

En cuanto a la energía eléctrica provenien-te de la transforma-ción de energíaradiante, es laque entregan losllamados panelessolares compues-tos de célulasfotovoltaicas quetransforman laenergía radiante,proveniente delSol, en energíaeléctrica (fenó-meno fotoeléctri-co).

De estas tresfuentes provee-doras de energía eléctrica (mecánica, quí-mica, radiante), la mecánica es sin duda lamás importante.

1177

El aprovechamientode la energía solar,motor de la vida enla Tierra, todavía noha alcanzado la im-portancia que posi-blemente le depareel futuro, porque elcosto de los panelessolares es todavíamuy elevado; pero,es muy importantetenerla en cuenta enlugares alejados endonde no se disponede otras fuentes deenergía.

Los lugares en donde se efectúa la transforma-ción de energía mecánica en eléctrica, se lla-man usinas o centrales de generación. El nom-bre centrales de generación merece un comen-tario, pues la energía no se genera ni se des-truye sino que se transforma; lo que tienelugar en estas usinas o centrales es la transfor-mación de energía térmica, hidráulica, nucle-ar, etc., en energía mecánica y, luego, en ener-gía eléctrica. Según sea el tipo de energía quealimenta la central, hablamos de central térmi-ca, central hidráulica, central nuclear, etc.

Las centrales térmicas son aquéllas queusan combustibles fósiles (energía químicaque durante el proceso de combustión setransforma en energía térmica) para ali-mentar, ya sea un motor de combustióninterna (normalmente, un motor diesel) oun generador de vapor que actúa sobre unaturbina; solidario al eje del motor o de laturbina se encuentra el alternador queentrega energía eléctrica cuando gira.

En las centraleshidráulicas, lafuerza que mue-ve el alternadorproviene de unaturbina hidráuli-ca; en las centra-les eólicas, de pa-letas movidas porla fuerza delviento; y, en lascentrales nuclea-res, del calor pro-ducto de la fisiónnuclear que ge-nera vapor quealimenta una tur-

bina que mueve el alternador.

La energía eléctrica (de alta y media ten-sión) proveniente de la central, se distribu-ye mediante una red eléctrica (red de distri-bución) cuyas ramas terminan en las llama-das subestaciones de transformación querebajan la tensión de la red antes de distri-buirla a los usuarios. Para uso familiar seutiliza 220 volt (monofásica) y para usoindustrial, 380 volt (trifásica).

Las redes de distribución pueden ser aéreaso subterráneas; actualmente, en las ciuda-des se trata que sean subterráneas (porrazones de seguridad y, además, por razo-nes estéticas) por lo que normalmente,están tendidas debajo de las veredas y calles(Si imaginamos un corte vertical de lasveredas de nuestra ciudad nos encontramoscon una interesante variedad de circuitosconductores de electricidad, de gas, de tele-fonía, de agua, de residuos cloacales, etc.).

De las subestaciones de transformación sur-gen redes de distribución secundarias a lascuales está conectado cada usuario a travésde un medidor y de un interruptor general;en el caso de instalaciones familiares con-viene, por razones de seguridad, colocarluego del medidor y el interruptor general,un interruptor diferencial que actúa y cortala corriente cuando por uno de los dos con-ductores del circuito eléctrico circula máscorriente que por el otro, debido a una acci-dental derivación a tierra.

El medidor mide el consumo de electrici-dad; la unidad de medida es el kilowatt-hora (un kilowatt = 1000 watt). Al medidorestá conectada la red eléctrica interna que

1188

Hablamos de alter-nador porque la co-rriente que generaes alterna; su senti-do se invierte a unritmo de 50 vecespor segundo (50 ci-clos). La corrientealterna tiene la ven-taja que puede mo-dificarse la tensión,elevándola o baján-dola con muy pocaspérdidas, medianteel simple uso de untransformador.

distribuye la energía eléctrica a los poten-ciales puntos de consumo, portalámparas,tomacorrientes, etc., en algunos casos, pre-vio paso por un circuito interruptor (lallave interruptora o llave de luz).

El circuito eléctrico de una casa de familianormalmente está embutido en las paredes;su presencia física se pone de manifiesto enlas llaves interruptoras, los tomacorrientes,las cajas de conexión, los portalámparascon sus correspondientes cables y lámpa-ras, etc. En algunos casos particulares –y,sobre todo cuando se amplía una instala-ción–, parte de los cables suele correr por laparte exterior de las paredes; pero, esto nodebería ser lo normal.

Los conductores que conforman el circuitoeléctrico (la red eléctrica) son de cobre, conuna cubierta aislante de plástico, y estánalojados en caños embutidos en la mam-postería. La co-rriente circulapor dos conduc-tores uno de loscuales, el neutro,está prácticamen-te al potencial detierra; el otro, el polo vivo, al potencial de220 volt. Además, hay un tercer conductorconectado directamente a tierra que sirvecomo protección, ya que a él pueden deri-varse todas las eventuales pérdidas en losartefactos conectados a la red; normalmen-te, el conductor de tierra debería ser decolor verde-amarillo rayado.

Existen dos tipos de conductores, el for-mado por un solo alambre de cobre y elformado por una serie de alambres de

menor diámetro, retorcidos (cable), enambos casos con una cubierta aislante deplástico; el cable es mucho más flexible yel único que se usa para conectar artefac-tos móviles. En cuanto a la sección de losconductores, podemos decir que los queestán embutidos en la pared son de mayorsección (2 mm2 o más) según sea la cargaeléctrica a la que pueden llegar a estarsometidos; los que exteriormente conec-tan los diversos artefactos a la red sonsiempre flexibles y de menor sección. Paraalimentar lámparas, radios, etc. es suficien-te usar cables de conexión de 0.50 mm2;pero, para consumos mayores se requiereconductores de 0.75 o 1.00 mm2 y, enalgunos casos, más aún. Existen normasque establecen la máxima corriente quepuede circular por un conductor en fun-ción de su sección.

Se debe aclarar que las tensiones que sumi-nistran los equipos o dispositivos que tra-bajan con pilas o baterías no representanningún riesgo para la vida humana; sinembargo, cuando se realizan trabajos en cir-cuitos conectados a la red eléctrica, la cosacambia: Un golpe de corriente puede llegara electrocutar a una persona y costarle lavida, incluso tratándose de tensiones bajascomo 110 V. Por esa razón, nunca seránexcesivas todas las precauciones que setomen.

1199

Se usa el cobre porser un metal muybuen conductor dela corriente eléctri-ca.

En nuestro caso es fundamental lapuesta a tierra de la estructura

metálica de la estufa mediante un tomaco-rriente apropiado (con puesta a tierra), paraevitar eventuales problemas deelectrocución.

EEll eeffeeccttoo JJoouullee

Se llama Efecto Joule al fenómeno delcalentamiento de un conductor debido alpaso de una corriente eléctrica. La energíade la corriente que se emplea para vencer laresistencia de un circuito se transforma encalor (la energía eléctrica se convierte enenergía térmica).

La ley relativa a ese fenómeno es la llamadaLey de Joule, que dice que la cantidad decalor “Q” que se genera en un conductorpor el paso de una corriente constante esproporcional a la resistencia “R” del circui-to, al cuadrado de la intensidad “I” de lacorriente y al tiempo “t” que dura su pasopor el conductor:

Q = R I2 t joule

Recordando que R = E/I, tenemos que laenergía disipada en un conductor (que sedesprende bajo la forma de calor) es pro-porcional al producto de la diferencia depotencial “E” (en volt) medida en sus extre-mos, por la intensidad de la corriente “I”(en ampere) y por el tiempo “t” (en segun-dos).

LLooss ssiisstteemmaass ddee ccoonnttrrooll

El concepto de con-trol está presente endiversas disciplinas(ingeniería, biología,economía, sociolo-gía, etc.), Si bien lapalabra “control”

implica, fundamentalmente, mando, verifi-cación, regulación, puede tener connota-ciones particulares según sea el campo deaplicación.

Para introducirnos en el tema comen-zaremos analizando el cuerpo huma-no. Normalmente, su temperaturapermanece constante, cualquiera seala temperatura del medio que lo rodeao la actividad que realiza; esto se debea que tiene un complejo sistema decontrol de temperatura (control deregulación) que, entre sus mecanis-mos de termorregulación, tiene unoque lo hace transpirar cuando la tem-peratura sube o que lo hace temblarcuando la temperatura baja. Además,posee otro sistema (cuyo centro estáen el cerebro) que controla sus movi-mientos musculares (control de posi-ción que le posibilita desarrollar susactividades).

Éste es un ejemplotípico que nos per-mite ir anticipan-do que cualquiersistema de controlforma parte y con-trola un Sistemamás grande, al quepertenece.

Pero, debemostener en cuenta que también el hombreha creado sistemas de control en subúsqueda de medios para controlaracciones físicas.

Resumiendo, podemos reconocer, básica-

2200

En el recur-so didáctico

que proponemos,hemos incluido elcontrol detemperatura.

En nuestrocaso, el

mencionado sis-tema de controlde temperaturaintegra el Sistemacuerpo humano ycontrola su tem-peratura.

mente, dos tipos de sistemas de control.

• Sistemas de control naturales o biológi-cos. Por ejemplo, el mencionado sis-tema de control de temperatura delcuerpo humano.

• Sistemas de control artificiales (creadospor el hombre). Por ejemplo, el sistemade control de temperatura de una estu-fa de laboratorio, el piloto automáticode un avión o, simplemente, un conmu-tador eléctrico.

En nuestro desarrollo nos ocuparemos, fun-damentalmente, de sistemas de control arti-ficiales vinculados al campo de la tecnolo-gía, aún cuando muchas veces se presentananalogías entre los sistemas de controlnaturales y los artificiales creados por elhombre.

En el campo de la industria, los primerossistemas de control estuvieron basados casiexclusivamente en componentes mecánicosy electromecánicos (palancas, relés, bimetá-licos, etc.); pero, en la segunda mitad delsiglo XX, debido a los progresos revolucio-narios de la electrónica (los circuitos inte-grados, los microprocesadores y las compu-tadoras), se generalizaron los sistemas decontrol electrónicos.

Los desarrollos de los sistemas de controlhan producido grandes cambios en el que-hacer humano, desde facilitar el funciona-miento de artefactos corrientes de la vidacotidiana, pasando por la automatizaciónde los sistemas de producción industriales,hasta la colaboración en los explosivosdesarrollos que han tenido lugar en la

segunda mitad del siglo XX; por ejemplo,serían impensables los viajes al espacioexterior si no se contara, entre otras cosas,con los sistemas de control que permiteny/o garantizan el correcto funcionamientode los dispositivos implicados en estasempresas.

Cuando hablamos de sistemas de controlnos referimos a un amplio espectro queabarca, tanto los manuales como los auto-máticos, sencillos o complicados. Por ejem-plo: desde la simple llave que controla elencendido de una lámpara eléctrica, o lallave que controla la llama de la hornalla deuna cocina de gas, o una canilla que con-trola un flujo de agua (controles manuales),hasta los complejos dispositivos de controlde un satélite artificial, pasando por los sis-temas de control asociados a múltiplesobjetos de la vida cotidiana de hoy, como eltermotanque (control automático de tem-peratura mediante un termostato), el multi-procesador (control de velocidad, de fun-ciones a cumplir, etc.), el refrigerador, elhorno a microondas, el aparato de aireacondicionado, la estufa de laboratorio, etc.El tema es muy amplio y especializado; sóloplantearemos un esquema general que nospermita entender los principios que gobier-nan su funcionamiento y sus usos, sobretodo los vinculados a nuestro caso específi-co, la estufa de laboratorio.

Los sistemas de control son subsistemas desistemas más grandes; su objetivo es regular(controlar) el funcionamiento de estos últi-mos. Por ejemplo, el “sistema de control deuna canilla” regula un flujo de agua y formaparte de un sistema más grande, el “sistemacanilla” (la canilla propiamente dicha);

2211

pero, a su vez, (el sistema canilla) formaparte de un sistema más grande, el “sistemade distribución de agua de la casa”, el que asu vez forma parte de un sistema más gran-de aún, el “sistema de distribución de aguade la ciudad”. Otro ejemplo: El “sistemallave de control de la llama de una cocinade gas” regula un flujo de gas y forma partede un sistema más grande, el “sistema coci-na” (la cocina), que podemos considerar asu vez formando parte de un sistema másgrande aún, como el “sistema de prepara-ción de comidas” o el “sistema de distribu-ción de gas de la ciudad”.

Con referencia a la automatización de lossistemas de control, podemos hablar de doslógicas de sistemas: Una, la llamada lógicacableada, en la que la función de controldepende de los componentes que integranel sistema y de la forma en que están inter-conectados (de allí el nombre cableada); esla que aplicaremos en las estufas que des-cribiremos. Pero, con la llegada de losmicroprocesadores, sumados a la demandade la industria en cuanto a sistemas de con-trol económicos, robustos, flexibles, fácil-mente modificables, con posibilidad demanejar tensiones y corrientes fuertes, apa-rece como alternativa a la lógica cableada,una lógica programada y, como consecuen-cia, los sistemas programables generalmen-te llamados PLC –Programmable LogicControllers; en español, controladores lógi-cos programables (CLP) o autómatas pro-

gramables industriales (API)–. Estos siste-mas pueden realizar distintas funciones decontrol sin alterar su configuración física,con sólo cambiar el programa de control.

Para analizar los sistemas de control utiliza-remos los diagramas de bloques. En nuestrocaso, posiblemente sea más preciso hablarde “diagramas funcionales de bloques”(aunque es de uso corriente llamarlos conla primera denominación) pues son larepresentación gráfica de las funciones querealiza cada elemento y de las señales (por-tadoras de información) que actúan en elsistema (señales que en los diagramasrepresentaremos con líneas llenas finas). Enel diagrama funcional, los bloques repre-sentan sobre todo las funciones y no loscomponentes del sistema. Un diagramafuncional de bloques contiene informacióncon respecto al comportamiento funcional,pero no contiene información respecto a laconstitución física del sistema. Por lo tanto,muchos sistemas disímiles no relacionadosentre sí, pueden estar representados por elmismo diagrama funcional de bloques. Enlos diagramas de bloques de sistemas decontrol no se suelen representar los flujosde materia y de energía, excepto en la últi-ma etapa –porque su representación nointeresa a los efectos del control–.

2222

En nuestro caso, el “sistema de con-

trol” regula la temperatura del “sis-

tema estufa de laboratorio”.

Señalde salida

Señalde entrada Unidad

funcional

Elemento de un diagrama funcional de bloques

EEll pprroocceessoo yy ssuu ccoonnttrrooll

Los sistemas pue-den estar asocia-dos o ser susten-to de procesosque implicantransformación,y/o producción,y/o transporte, demateria, energíao información, yque tienen comoresultado pro-ductos o fines,materiales o in-materiales (obje-tos, bienes en ge-neral, energíaeléctrica, proce-dimiento, etc.).En todo procesohay magnitudes que influyen, y que definenlos estados y el desarrollo del proceso; éstasse pueden medir y/o regular. Para el correc-to desarrollo del proceso y el buen funcio-namiento del sistema asociado a él, engeneral, es necesario controlar alguna deesas magnitudes de estado.

En la figura se esquematiza el diagrama debloques de un Sistema que cuenta con sis-tema de control cuyo puntode funcionamiento se regu-la con la mano. Podemosobservar dos bloques: unorepresenta el sistema decontrol y el otro, el sistemacontrolado (en nuestrocaso, la estufa).

Hemos dicho que el control implica verifi-cación, regulación, etc. La verificación–muchas veces presente en el control, aun-que no siempre– plantea una señal de retor-no (información) al sistema de control, laque informa sobre el desarrollo del proceso.En nuestro caso, puede ser una luz queindique que el aparato está funcionando.

En cuanto a la regulación, ésta se basa encomparar, en la entrada de un sistema, unaseñal de referencia (o consigna, o entradade referencia) con una señal proveniente dela salida (señal de realimentación) que llegaa través de un lazo de realimentación ycuyo valor depende de la magnitud de lasalida. La comparación tiene lugar en unelemento de comparación; como resultadode ésta se tiene una señal (función de ladiferencia entre el valor real a la salida y el

2233

El control es un pro-cedimiento, manualo automático, quepermite regular y/ofijar las condicionesde desarrollo de unproceso (es decir,del funcionamientodel sistema en elcual tiene lugar elproceso), y/o el nivelo magnitud de lasalida (en el caso dela estufa, la salidadel sistema es elcalor que genera elelemento calefac-tor). El sistema decontrol es el querealiza esta opera-ción de control.

Señalde control

Energíatérmica

Energía eléctrica

(Mano) Sistemade

control

Estufade

laboratorio

Sistema de control

Señalde control

Información

Energíatérmica

Energía eléctrica

(Mano) Sistemade

control

Estufade

laboratorio

Sistema de control con retroinformaciónsobre si funciona o no

valor deseado fijado por la señal de referen-cia), llamada señal de desviación, que actúasobre el sistema de corrección. La compara-ción y el ajuste pueden ser realizados auto-máticamente por la máquina, o sensorial,intelectual y muscularmente por el hombre(control automático o control manual).Como ejemplo de control automático pode-mos mencionar un horno cuya llama seprende o se apaga en función de la infor-mación que le proporciona un termostatoregulable asociado; o una estufa cuya resis-tencia recibe o no corriente eléctrica enfunción de la información que le proporcio-na un sensor (en nuestro caso, el sensorpuede ser un bimetálico o un termistor).Como ejemplo de control manual podemosmencionar la llama de una cocina de gas,que se regula observándola y girando de unlado o de otro la llave de control, hastalograr la intensidad deseada; o, en el casode la estufa de laboratorio, un potencióme-tro que se regula manualmente en funciónde la información que proporciona un ter-mómetro asociado a la estufa. Los sistemascon realimentación (o retroinformación) sellaman sistemas realimentados.

CCllaassiiffiiccaacciióónn ddee llooss ssiisstteemmaass ddeeccoonnttrrooll

Considerando las características del con-trol, los sistemas se pueden clasificar en dostipos:

- Sistemas de control de lazo (o bucle)abierto.

- Sistemas de control de lazo (o bucle)cerrado (sistemas realimentados).

En ambos casos, el control puede sermanual o automático.

Para explicar la diferencia entre los dos sis-temas, planteemos un ejemplo sencillo:Supongamos tener un calefactor eléctricocon el que deseamos calefaccionar unahabitación. El calefactor tiene dos elemen-tos de calefacción de 1 Kw de potencia cadauno y una llave selectora (conmutador) quepermite conectar uno o los dos –es decir,optar por 1 ó 2 Kw–; calculamos que,conectando un elemento, podemos alcan-zar la temperatura deseada y actuamos en

2244

Sistema de control con lazo de realimentación (lazo cerrado)

consecuencia. Ahora bien, si cambian lascondiciones ambientales –supongamos, porla abertura de una ventana– y no cambia-mos las condiciones de funcionamiento delcalefactor, no hay posibilidad de compensarla pérdida de calor. Éste es el caso de un sis-tema de control de lazo abierto; la variablede salida (la temperatura de la habitación–aún si fuera inferior a la deseada–) no rea-limenta la entrada.

El sistema podría convertir-se en uno de lazo cerrado siuna persona con un termó-metro en la mano controlala temperatura, y conecta odesconecta el sistema (en elcaso de la habitación, elsegundo elemento) buscan-do mantener la temperatu-ra en el valor deseado. Eneste caso, hay realimenta-ción porque la variable desalida –o variable controla-da: la temperatura– condi-ciona la entrada al sistema.Aquí, quien compara latemperatura real con ladeseada es una persona(normalmente, el elementode comparación suele serun dispositivo tecnológico,un termómetro).

En el diagrama de lazo cerrado, los distin-tos elementos son:

2255

Para nuestro equipo, si los requeri-mientos no son muy grandes y el

período de funcionamiento es relativamen-te corto, podemos imaginar una estufa decontrol manual sin control de reali-mentación.

Variable controlada

Valor de referencia

Elemento de comparación

Señal de desviación(señal de error)

Unidad de control(controlador)

Unidad de corrección

Dispositivo de medida

La temperatura.

La temperaturarequerida.

La persona que compa-ra la temperatura medi-da con la requerida.

La diferencia entre latemperatura medida yla requerida.

La persona que decideen función de la señalde error.

El regulador(conmutador).

El termómetro.

Sistema de calefacción (a) de lazo abierto,(b) de lazo cerrado

SSiisstteemmaass ddee ccoonnttrrooll ddeellaazzoo aabbiieerrttoo

Los sistemas de control de lazo abierto sonaquellos en los que la única señal que ejer-ce una acción de control sobre el sistema esla que entra a éste mediante el selector deentrada. En estos casos, la salida no actúasobre la entrada; la salida no influye en laacción de control.

Como ejemplo de selector de entrada o con-troladores, podemos mencionar la llave o eldispositivo de control de una estufa, de uncalefactor (en el caso mencionado, el con-mutador que permite seleccionar entre 1 y 2kW), de una cocina eléctrica, del quemadorde una cocina de gas, de un horno a mi-croondas, de un lavarropas automático, deun ventilador, de una canilla, etc. En estoscasos, la señal de mando es la acción de lamano del hombre. Cuando el selector deentrada está calibrado, suele estarlo en fun-ción de los valores a la salida del sistema.

Ejemplos de artefactos con sistemas de con-trol de lazo abierto son: la cocina de gas, elhorno de microondas, etc. Profundicemosel análisis de este último...

En el horno de microondas, las llaves o botonesde control fijan las señales de entrada (magni-tud y tiempo); la elevación de temperatura dela comida o la cocción (la comida calentada ococinada) es la salida. Si, por cualquier razón, latemperatura alcanzada o el tiempo de aplica-ción de las microondas ha sido insuficiente y,como consecuencia, la comida no ha alcanzadolas condiciones deseadas, esto no altera el ciclode funcionamiento; es decir que la salida no

ejerce influencia sobre la entrada.

Otro ejemplo es la máquina automática delavar ropa, en la que las acciones de prela-vado, lavado, centrifugado, etc. se cumplensiguiendo una secuencia preestablecida (unprograma), independientemente de la salida–es decir, de que la ropa salga más o menoslimpia–; la máquina no mide la señal de sali-da, es decir, la limpieza de la ropa. En estoscasos, se habla de control por programa. Elbuen funcionamiento del sistema dependede una correcta fijación de las secuencias,así como de las otras magnitudes que pue-dan estar en juego. Éste es un ejemplo decontrol automático; pero, también tenemosmáquinas de lavar de control manual.

Los sistemas secuenciales como el del lavarro-pas automático –es decir, los que funcionansobre la base de tiempo– son, generalmente, delazo abierto. Un ejemplo más es el sistema decontrol del tránsito automotor mediante semá-foros, cuyo funcionamiento (exceptuando elcaso de los llamados semáforos inteligentes)responde a una secuencia preestablecida.

SSiisstteemmaass ddee ccoonnttrrooll ddeellaazzoo cceerrrraaddoo

Los sistemas de control de lazo cerrado sonaquellos en los que la acción de controldepende tanto de la entrada de referenciacomo del valor de la salida. En estos casos,la salida del sistema actúa sobre la entradapara mantener su valor dentro de los lími-tes fijados. Cuando la salida ejerce influen-cia sobre la entrada, decimos que hay reali-mentación. Los sistemas de control de lazo

2266

cerrado son sistemas realimentados.Mediante la realimentación se corrigen lasvariaciones existentes entre el valor real(detectado) de la salida y el valor deseado.

RReeaalliimmeennttaacciióónn

En un sistema hay realimentación (o retro-a l i m e n t a c i ó n )cuando, a travésde un circuitollamado lazo (obucle) de reali-mentación, la sa-lida actúa sobrela entrada.

Existen dos tiposde realimentación:realimentación positiva y realimentaciónnegativa.

- Hay realimentación positiva cuando unaumento de la señal de realimentaciónprovoca un aumento de la salida del sis-tema. La realimentación positivaaumenta la divergencia y, generalmente,conduce a la inestabilidad del sistema(bloqueo o destrucción).

- Hay realimentación negativa cuando unaumento de la señal de realimentaciónprovoca una disminución de la salida delsistema. La realimentación negativa favo-rece la convergencia hacia un fin y condu-ce a la estabilidad; en otras palabras, tien-de a mantener el equilibrio de los sistemas,sean éstos artificiales (eléctricos, mecáni-cos, térmicos, etc.) o naturales (homeostá-ticos, por ejemplo).

El siguiente diagrama1 ilustra con claridadel tema:

La realimentación negativa es la base de lamayoría de los sistemas automáticos decontrol (tanto los naturales como los artifi-ciales) que buscan la estabilidad del sistemaque integran. Casi todos los procesos bioló-gicos incluyen la realimentación, así comotambién está presente en muchos sistemashechos por el hombre; la realimentación ensistemas ingenieriles puede estar basada enmecanismos eléctricos, electrónicos, mecá-nicos, hidráulicos, neumáticos o químicos.

En los sistemas de control, la señal de reali-mentación se combina con la señal de refe-

2277

Se entiende por rea-limentación el hechode reinyectar a laentrada de un siste-ma una parte (o unafunción) de la salida,por medio de laseñal de realimenta-ción.

Realimentación positiva

1 de Rosnay, Joel (1977) El macroscopio. AC. Madrid.

Realimentación negativa

rencia en el elemento de comparación, lla-mado detector de error, y como resultado seobtiene una señal de desviación, llamadaseñal de error (señal de control) que actúasobre los accionamientos que regulan lasalida. El elemento de comparación odetector de error se representa en un dia-grama de bloques mediante un círculo conaspas al que llegan las señales de entrada yde realimentación, y del que sale la llamadaseñal de error o de control. El signo positi-vo o negativo en cada punta de flecha indi-ca si la señal se suma o se resta; las magni-tudes que se suman o restan deben tener lasmismas dimensiones y las mismas unida-des. Las señales más usadas como entradasde referencia en los sistemas artificiales sue-len ser: tensión eléctrica, presión hidráulicao neumática, o posición mecánica.

Según cómo se maneje la realimentación,los sistemas de control de lazo cerrado pue-den ser de control manual o de controlautomático.

Como ejemplo de sistemas de controlmanual podemos considerar el siguientesistema térmico:

En este sistema, un ser humano actúa comocontrolador; su objetivo es mantener elagua del depósito a una determinada tem-peratura. Un termómetro colocado a la sali-da indica la temperatura del agua; esta tem-peratura es la variable de salida. Si obser-vando el termómetro, el operador constataque la temperatura es mayor o menor de larequerida, reduce o aumenta la entrada delvapor (variable de entrada), buscandolograr el valor deseado. En este caso, esta-mos en presencia de un sistema de lazocerrado de realimentación manual, pues laacción de control es efectuada por un serhumano.

Si se reemplaza al operador humano porun detector de temperatura (bimetálico,termistor, etc.) asociado a un controladorautomático en forma tal que detecte encada instante el valor de la temperatura desalida, compare este valor con uno dereferencia que ha sido preestablecidomediante la perilla del controlador y, sihay variaciones, suministre una señal deerror que actúe sobre la entrada hasta res-

2288

Señal dereferencia

Señal de erroro desviación

Señal derealimentación

Diagrama de un detector de error con reali-mentación negativa

Sistema de control manual de temperatura

tablecer la condición fijada, se dice queestamos en presencia de un sistema decontrol de realimentación automática(sistema de regulación automática). Enestos casos, el hombre queda fuera delciclo de control.

AAnnaallooggííaass yy llíínneeaassddeell ddeessaarrrroolllloo tteeccnnoollóóggiiccoo

Los sistemas de control de realimentaciónmanual y los de realimentación automáti-ca operan en forma análoga. La visión deloperador es el equivalente al dispositivode medición; su cerebro, al del controladorautomático; y sus músculos, a los de loselementos que actúan sobre el elementoregulador. Éste es un ejemplo típico dedelegación a la máquina de acciones quepuede realizar el hombre. Esta delegaciónde acciones o funciones puede concebirsecomo una de las grandes líneas que impul-saron el desarrollo técnico-tecnológico alo largo del desarrollo de la civilización,especialmente durante los períodos de laPrimera y Segunda Revolución Industrial;pero, hoy, en modernos desarrollos tecno-lógicos como los aeroespaciales, la avia-ción, la iluminación, las biotecnologías,etc., no siempre hay transferencia a lamáquina de acciones o funciones que rea-liza o que puede realizar el hombre; aun-que, posiblemente, la ambición de transfe-rirle a ésta todas las funciones humanas,de crear un hombre artificial, unFrankenstein tecnológico2, no deja de estarpresente en muchos proyectos. El hombrecon sus creaciones ha ampliado el hori-

zonte de sus inquietudes y posibilidadeshasta límites impensables hasta hacepocos años. Hoy, las líneas del desarrollotecnológico están motorizadas por múlti-ples y complejas causas relacionadas conaspectos culturales, económicos, psicoló-gicos, de poder, etc., y no siempre pasanpor la transferencia a la máquina de accio-nes o funciones que realiza o que puederealizar el hombre.

SSiisstteemmaass ddee ccoonnttrroollrreeaalliimmeennttaaddooss

Los sistemas realimentados (sistemas delazo cerrado) tienden a mantener un valora la salida, comparando la salida con laentrada mediante la señal de realimenta-ción; toda diferencia que pueda haber conrespecto a un valor preestablecido se con-sidera señal de error y se toma como pa-rámetro de control, a fin de restablecer elvalor deseado a la salida. Para ello, serequiere la existencia de sensores quedetecten el comportamiento de dichaplanta y de interfaces para adaptar lasseñales de los sensores a las entradas delsistema de control; los sensores puedenser analógicos o digitales, y el control,continuo, o de todo o nada. En una plantacon sistema de control de lazo cerrado, losoperadores manipulan únicamente lasmagnitudes llamadas de referencia (o deconsigna) y el sistema de control se encar-ga de gobernar la salida a través de losaccionamientos.

Los sistemas de control de lazo cerradoestán presentes en campos muy diversos:ingeniería, economía, biología, etc. El orga-

2299

2 Esta expresión es usada por Sfez, Lucien (1995) Crítica dela comunicación. Amorrortu. Buenos Aires.

nismo humano, por ejemplo, puede serconsiderado como una intrincada plantaquímica, en donde tiene lugar una gran va-riedad de operaciones (reacciones quími-cas, transferencias, etc.) que involucranmúltiples lazos de control, por lo que pode-mos decir que el cuerpo humano es uncomplejo sistema con control por realimen-tación.

SSeerrvvoossiisstteemmaass..SSeerrvvoommeeccaanniissmmooss

En los diversos libros y diccionarios pue-den encontrarse concepciones disímilessobre las palabras servosistemas y servome-canismos, pese a lo cual a continuacióndesarrollamos algunas que nos parecen bas-tante generales.

A los sistemas de control de lazo cerrado(sistemas realimentados) se los llama, gené-ricamente, servosistemas (en forma abre-viada, simplemente, servos). Muchos auto-res clasifican a los servosistemas en:

• servosistemas reguladores y

• servosistemas de posición.

Los servosistemas reguladores (en oca-siones, simplemente, reguladores) contro-lan variables como velocidad, temperatu-ra, tensión, presión, flujo, nivel de unlíquido, etc. Ejemplos de servosistemasreguladores son, el regulador de Watt dela máquina de vapor (que veremos másadelante), los estabilizadores de rumbopara barcos y aviones, los estabilizadoresde tensión, los reguladores de velocidad,

etc. En estos sistemas, la señal de referen-cia tiene un valor constante en el tiempo,y la señal de error en estado de régimentiene un valor finito y no cero. La razónde esto es que, en condiciones de funcio-namiento, las variables mencionadas nopermanecen constantes y la señal de errores la que permite obtener la salida deseadaen régimen permanente. Un ejemplo deseñal de referencia de un servosistemaregulador de temperatura, es la posicióndel tornillo que separa o aproxima lasláminas de un control de temperaturabimetálico.

Los servosistemas de posición son conoci-dos con el nombre de servomecanismos ycontrolan posiciones. En estos sistemas, laseñal de referencia tiene un valor variableen el tiempo y la señal de salida no perma-nece constante, sino que sigue estas varia-ciones. En estos sistemas, y bajo condicio-nes ideales de funcionamiento (ausencia deperturbaciones), la señal de error en estadode régimen es cero.

Tanto los servo-sistemas regula-dores como losservomecanis -mos, tienen unamplio campo deaplicación en laindustria moder-na.

Algunas veces segeneraliza el término servomecanismo y selo aplica a todo sistema realimentado decontrol.

3300

El funcionamientoautomatizado de lasmáquinas herra-mientas con instruc-ciones programadas(máquinas de con-trol numérico) esposible debido aluso de servomeca-nismos y sistemascomputadorizados.

3311

• SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD DE

WATT (REGULADOR DE WATT)

Este sistema, desarrollado por James Watten 1788 para gobernar la velocidad de lasmáquinas de vapor, es uno de los primerossistemas realimentados de control (Nodecimos el primero porque, posiblemente,el más antiguo sea el control de la entradade agua a una cisterna mediante un flota-

dor). El regulador de Watt se basa en lafuerza centrífuga que actúa sobre dos masasvinculadas a un sistema de palancas y aso-ciadas a un eje que gira en consonancia conla velocidad de la máquina. El funciona-miento es el siguiente: De acuerdo con lavelocidad deseada y con la fuerza centrífu-ga actuante, mediante el control de ajustese fija la posición de la válvula de control y,consecuentemente, la entrada del vapor

OOttrrooss eejjeemmppllooss ddee ssiisstteemmaass ddee ccoonnttrrooll

Un caso típico de sistema realimentado de control esla conducción de un vehículo automotor que debemantener una dirección prescrita por el camino arecorrer. La dirección prescrita (salida deseada) es laentrada de referencia, la trayectoria del vehículo (ladirección real del movimiento) es la variable de sali-da que es consecuencia de la posición de las ruedasdelanteras que, indirectamente, van transmitiendoseñales al cerebro del conductor, que las interpreta,y transmite otras a los brazos para que giren elvolante haciendo que la dirección real del movi-miento corresponda con la dirección deseada. En laconducción de un vehículo automotor hay una rea-limentación adicional debido a la sensación percibi-da por la mano sobre el volante.

Diagrama del sistema de control en la conducción de un vehículo automotor

• EL CONTROL EN LA CONDUCCIÓN DE UN VEHÍCULO

(entrada de referencia). Si la velocidad delregulador disminuye, decrece la fuerza cen-trífuga, cambia la posición relativa de lasmasas con respecto al eje de giro y, pormedio del sistema de palancas, la válvula decontrol se desplaza hacia arriba y aumentala entrada del vapor, con lo que aumenta lavelocidad de la máquina hasta alcanzar lavelocidad deseada. Si a partir de esemomento la velocidad aumenta más de lodeseado, el aumento de la fuerza centrífugainvierte el proceso.

Este sistema tuvo muchas aplicaciones;entre ellas podemos recordar el sistemaregulador de velocidad de muchos motoresa cuerda, por ejemplo el de los fonógrafos.

• SISTEMA DE CONTROL DE ENTRADA DEAGUA A UNA CISTERNA MEDIANTE UNFLOTADOR

SSiisstteemmaass ddee ccoonnttrrooll ddeetteemmppeerraattuurraa

Hemos analizado sistemas de control utili-zando los diagramas funcionales de blo-ques, que son la representación gráfica delsistema y de las funciones que realizan losdiversos elementos; lo hicimos sin entrar ensu constitución física.

En este apartado analizamos los sistemas decontrol de temperatura desde la óptica de laconstitución física de los elementos que losintegran, centrándonos en aquellos vincu-lados a artefactos en los que el calor provie-ne de la conversión de energía eléctrica entérmica.

3322

En nuestra estufa de laboratorio seregistra conversión de ener-

gía eléctrica en térmica.

Regulador de velocidad de Watt

Variable controlada

Valor de referencia

Elemento decomparación

Señal de desviación(señal de error)

Unidad de control(controlador)

Unidad de corrección

Dispositivo de medida

El nivel de agua en lacisterna.

La posición inicial de lapalanca articulada delflotador.

La palanca articuladadel flotador.

La diferencia entre laposición actual e inicialde la palanca articulada

La palanca articuladadel flotador.

El dispositivo que abre ycierra la entrada deagua.

El flotador.

En estos casos, los sistemas de control detemperatura pueden ser:

- Electromecánicos

- Electrónicos.

SSiisstteemmaasseelleeccttrroommeeccáánniiccooss ddee ccoonnttrrooll ddee tteemmppeerraattuurraa((““ttooddoo--nnaaddaa””))Los sistemas electromecánicos de controlde temperatura son dispositivos de controlque actúan sobre el suministro de energía ala carga y, normalmente, tienen dos posi-ciones (todo o nada).

Los automáticos (de lazo cerrado) general-mente se basan en termostatos que detec-tan el nivel de temperatura y, en función delresultado, conectan o desconectan la fuentede energía.

LLooss tteerrmmoossttaattooss

Los termostatos son dispositivos que per-miten regular automáticamente la tempera-tura de un sistema, manteniéndola relativa-mente constante o variándola dentro de unrango específico. Constan de dos partesasociadas, un detector (elemento termomé-trico) y un dispositivo de mando, eléctrico,mecánico, neumático o hidráulico (queacciona un interruptor, conmutador, etc.).

Regulando el sistema detector a la tempera-

tura deseada, se logra que el dispositivo demando apague la fuente de calor cuandollegue al límite deseado y la encienda cuan-do no es alcanzado; se trata, así de un dis-positivo de dos posiciones fijas (todo onada).

Como detectores podemos mencionar:

- bimetálicos que se flexionan,

- varillas metálicas que se alargan,

- líquidos o gases que se dilatan(el termostato de las heladeras).

En todos los casos, a consecuencia delcalor.

LLooss bbiimmeettáálliiccooss

Los bimetálicos son elementos que se basanen el coeficiente de dilatación diferente dedos metales soldados, remachados o lami-nados conjuntamente –como, por ejemplo,latón y hierro, o latón (o acero) y una alea-

3333

Relación entre la corriente que circula por elelemento calefactor y la temperatura delmedio

Los bimetálicos pueden tener sucampo de aplicación en una estufa

de laboratorio como la que estamospresentándole.

ción de ferro-níquel llamada invar (hierro-níquel 35,5 %)–.

Se presentan como láminas bimetálicas quepueden ser rectas o curvas, formando espi-ral o hélices. Cuando varía su temperatura,se pone de manifiesto la diferencia en laexpansión (o contracción) de uno y otromaterial, curvándose si son rectas o varian-do su curvatura si son curvas.

Como ejemplo, tomamos una tira bimetáli-ca de latón (aleación de cobre y cinc) y hie-rro; cuando se calienta, el latón se expandemás que el hierro y la tira se curva en unsentido; y, cuando se enfría, el latón se con-trae más que el hierro y la tira se curva ensentido contrario.

Los bimetálicos se pueden usar como:

• interruptores de corriente,

• termómetros,

• reguladores del funcionamiento deválvulas, etc.

3344

Ejemplo de un bimetálicocomo interruptor de corriente

Termostato bimetálicode plancha eléctrica automática

En el caso de la estufa de laborato-rio, podemos usar un dispositivo

bimetálico en serie con el elemento cale-factor para abrir o cerrar el circuito eléctri-co, en función del aumento o disminuciónde la temperatura con referencia al valorrequerido.

A continuación, presentamos el ejemplo deun bimetálico como termómetro:

Los termómetros bimetálicos poseen pocaspiezas móviles: el elemento bimetálico conun extremo fijo y otro libre, y la aguja indi-cadora sujeta al extremo libre de la espiralo de la hélice. El eje de la aguja está soste-nido por cojinetes; el conjunto está cons-truido con precisión para evitar rozamien-tos. Su campo de medición puede ir de–100 °C o menos, a +500 °C.

OOttrroo eejjeemmpplloo ddee aapplliiccaacciióónn ddee uunntteerrmmoossttaattoo aa bbiimmeettáálliiccoo

Los sistemas de calefacción ambiental cuen-tan, normalmente, con un termostato quetiene un elemento bimetálico que se flexiona yacciona cuando baja la temperatura, o una vál-vula que abre el paso del gas, o un interruptorque cierra el circuito eléctrico (según cuál seala fuente de calor); mientras que, una vezobtenida la temperatura prevista, una flexión

de sentido contrario hace que el bimetálicocierre la válvula e interrumpa el paso del gas,o abra el circuito eléctrico impidiendo la cir-culación de la corriente eléctrica.

SSiisstteemmaass eelleeccttrróónniiccooss ddeeccoonnttrrooll ddee tteemmppeerraattuurraa

Los sistemas electrónicos de control detemperatura son dispositivos que actúanregulando el suministro de energía al ele-mento calefactor.

Suelen ser:

> control “todo-nada” (relés estáticos),

> control de fase (por variación del ángu-lo de conducción),

> control proporcional por ciclo entero.

3355

1. Bimetálico que seflexiona por el calor

2. Vástago de la válvula3. Membrana elástica

Termostato bimetálico para gas

4. Cámara de gas5. Válvula6. Muelle

El elemento clave que maneja la entrega deenergía a la carga es un dispositivo llamadotriac, colocado en serie entre la fuente deenergía y el elemento calefactor. El triac esun semiconductor que pertenece a la fami-lia de los dispositivos de control por tiris-tores y que, respondiendo a señales de con-trol, abre y cierra el circuito de suministrode energía, regulando el flujo de corrientepromedio en la carga.

Los sistemas de control pueden ser de lazoabierto o de lazo cerrado, y, en ambos casos,mediante un resistor variable (potencióme-tro) que forma parte de un divisor de ten-sión resistivo, se fija un punto de funciona-miento que responde a la temperaturarequerida.

En los sistemas de lazo abierto, una vezfijado el punto de funcionamiento, la ener-gía suministrada a la carga permanece cons-tante, independientemente de las variacio-nes de temperatura que pudieran producir-se. En los de lazo cerrado –si bien tambiénse fija un punto de funcionamiento–, laenergía suministrada a la carga varía en res-puesta a desviaciones de la temperatura realcon respecto a la temperatura requerida ode referencia (que fija el punto de funcio-namiento), tratando de compensar esasdesviaciones.

En los sistemas de lazo cerrado, el elemen-to que normalmente detecta estas desvia-ciones de temperatura es un termistor(resistor cuya resistencia varía con la tem-peratura) que integra el divisor de tensiónmencionado. Este termistor, que va deter-minando las variaciones en torno al puntode funcionamiento, está instalado en el

ambiente que se busca controlar. Las varia-ciones de resistencia del termistor y lasconsecuentes variaciones de tensión en susextremos son las que, a través de un circui-to integrado, provocan el apagado o elencendido del triac.

En el control todo-nada y en el proporcio-nal, la tensión en los extremos del termistor(que varía con la temperatura), se aplica auna entrada de un circuito integrado (quetiene un amplificador diferencial); allí, secompara con una tensión de referencia apli-cada a otra entrada del citado circuito inte-grado. Este circuito integrado es el quecontrola el encendido y el apagado de triacque alimenta la carga. Por ejemplo: Si latensión en los extremos del termistor NTCes inferior a la de referencia, el triac,comandado por el amplificador diferencial,se apaga y, en consecuencia, no pasa ener-gía a la carga, y viceversa.

Veamos las características del tiristor, deltriac y del termistor.

EEll ttiirriissttoorr

El tiristor es un dispositivo semiconductorque posee tres terminales: ánodo (A), cáto-do (K) y compuerta, puerta o electrodo dedisparo –G; Gate, en inglés–; sus siglas sonSCR –Silicon ControlledRectifier–.

El tiristor funciona básica-mente como un diodo rec-tificador controlado, per-mitiendo circular la

3366

corriente en un solo sentido; la compuertaes la encargada de controlar el paso decorriente entre el ánodo y el cátodo.

Mientras no se aplique ninguna tensión enla compuerta del tiristor, éste permanecebloqueado y no hay conducción; pero, en elmomento en que se aplica una tensión dedisparo en la compuerta, el tiristor comien-za a conducir. Una vez que ha arrancado,se puede anular la tensión de disparo y eltiristor continúa conduciendo hasta que lacorriente de carga pase por cero. El tiristorse desexcita en cada alternancia del ciclo.

El dispositivo puede cumplir diversas fun-ciones:

• Rectificación: Usando la propiedad defuncionamiento unidireccional, puedecumplir la función de diodo.

• Interrupción de corriente: Como inte-rruptor, puede reemplazar a contactoresmecánicos; es decir, actuar como inte-rruptor o conmutador ideal.

• Regulación: Ajustando el momentopreciso de disparo, se puede gobernar lapotencia o la corriente media de salida.

• Amplificación: Teniendo en cuenta quela corriente de mando puede ser muydébil en comparación con la corrienteprincipal, puede cumplir la función deamplificador de corriente.

EEll ttrriiaacc

El triac es la versión bidireccional del tiristor;en esencia, es la unión de dos tiristores en

paralelo pero conectados en sentido opuestoy compartiendo la misma compuerta. Sólo seutiliza en corriente alterna y, al igual que eltiristor, se dispara comandado por la com-puerta, es decir por el terminal de mando(G). Como el triac funciona en corrientealterna, hay una parte de la onda que es posi-tiva y otra, negativa.

La parte positiva de laonda (semiciclo positi-vo) pasa por el triacsiempre y cuando hayauna señal de disparo enla compuerta. La corrien-te circula de A2 a A1,pasando por el tiristor que, en el caso deldibujo, apunta hacia abajo. De igual mane-ra, la parte negativa de la onda (semiciclonegativo) pasa por el triac, siempre y cuandohaya una señal de disparo en la compuerta;la corriente circula de A1 a A2, pasando porel tiristor que apunta hacia arriba.

Para ambos semiciclos, la señal de disparose aplica a la única compuerta. Lo intere-sante es que se puede controlar el disparo y,así, monitorear el tiempo en que cada tiris-tor está en conducción. Y, si se controla eltiempo en que cada tiristor está en conduc-ción, se puede controlar la corriente que seentrega a una carga y, por consiguiente, lapotencia que consume.

LLooss tteerrmmiissttoorreess

Los termistores son semiconductores denaturaleza cerámica (compuestos de unamezcla de óxidos de metales como níquel,

3377

cobalto, manganeso, hierro, cinc, cobre,magnesio, titanio) que se comportan comoresistores; pero, cuyo valor de resistenciavaría considerablemente con la temperatu-ra a la que se hallan sometidos. Los óxidosseleccionados y su porcentaje definen lascaracterísticas del termistor.

Existen dos tipos de termistores:

• los NTC –Negative TemperatureCoeficient–, que tienen un coeficientetérmico de temperatura negativo; esdecir, cuya resistencia disminuye con latemperatura;

• los PTC, que tienen un coeficiente tér-mico de temperatura positivo; es decir,cuya resistencia aumenta con la tempe-ratura.

La elevada sensibilidad de los termistores avariaciones de temperatura hace que resul-ten muy adecuados para medición o detec-ción de temperatura.

Los termistores son de pequeño tamaño;sus configuraciones constructivas máscomunes son glóbulos, varillas y discos.

Los de tipo glóbulo se fabrican aplicandopequeñas gotitas viscosas (del orden de0,15 a 1,52 mm de diámetro) de una mez-cla de óxidos metálicos sobre alambresfinos separados unos 0,25 mm. Por coc-ción, la gota cerámica se adhiere a los alam-bres que se convierten en los terminales. Alser extremadamente pequeños (del ordende 0,15 mm a 1,3 mm de diámetro), tienenmasa reducida y una constante de tiempopequeña; es decir, ofrecen una respuesta

extremadamente rápida a variaciones detemperatura.

Los de tipo varilla se obtienen por sinteri-zación de delgadas varillas de una mezclade óxidos metálicos (varillas del orden de 1a 3 mm de diámetro y de 6 a 50 mm de lon-gitud). Estos termistores, por lo general,son más robustos que los de tipo glóbulo yrequieren más espacio; pero, tienen unamayor constante de tiempo.

Los de forma de disco se fabrican prensan-do y sinterizando una mezcla de óxidosbajo una presión de varias toneladas enmoldes redondos; así, se logran piezas pla-nas de un diámetro del orden de 5 a 16 mmde diámetro y 1 a 12 mm de espesor. Losdiscos, de gran diámetro y delgados, tienenbaja resistencia, pequeña constante de tiem-po y alta disipación de potencia; las unida-des gruesas, de pequeño diámetro, pre-sentan alta resistencia, constante de tiempogrande y baja disipación de potencia.

El gran coeficiente térmico de la resistenciadel termistor es ideal para mediciones detemperatura. En la medición de temperatu-ra, la potencia disipada debe ser lo suficien-temente pequeña como para no calentar eldispositivo.

Entre otras aplicaciones del termistor,podemos mencionar la compensación detemperatura. Muchos componentes eléctri-cos y electrónicos de un circuito tienen uncoeficiente térmico positivo que puede oca-sionar inestabilidad térmica del sistema; untermistor NTC en el circuito, en cambio,puede proporcionar la necesaria compensa-ción del efecto temperatura.

3388

CCoonnttrrooll ““ttooddoo--nnaaddaa””eelleeccttrróónniiccoo ((rreelléé eessttááttiiccoo))

En el sistema de control todo-nada electró-nico, el triac funciona como interruptor,conectando o desconectando (conmutando)el circuito y, por ende, la potencia entregada.

Como en el casoanterior –control“todo-nada” elec-tromecánico–, elcircuito planteados posiciones(sí o no) para unvalor único de lafunción, y el dis-positivo de con-trol opta alternativamente por una u otra.En los sistemas de lazo cerrado, el controlestá comandado por un termistor.

Cuando la conmutación es sincrónica –esdecir, a tensión nula o cruce por cero–, eltriac se enciende al comienzo del ciclo deCA y no produce interferencias de radiofre-cuencia (IRF). En los controles todo-nada,la fuente suministra a la carga solamentedos niveles de potencia: plena potenciacuando la temperatura en el ambiente con-trolado es menor que la fijada por el puntode funcionamiento y potencia nula duranteel resto; por lo tanto, la potencia mediaentregada a la carga depende de la relaciónentre el intervalo de conducción y el de blo-queo. Como el elemento de control depotencia es de estado sólido –y, por lotanto, libre de inercia mecánica–, la histére-sis del sistema puede hacerse muy pequeñay obtenerse un control efectivo.

En el gráfico se ilustran las característicasde respuesta de un sistema de calefaccióndotado de un control de este tipo.

A continuación se presenta un circuito de“Control automático de temperatura todo-nada” con termistor, tomado del libroCircuitos integrados lineales RCA3:

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La función es similara la que desempe-ñan los relés elec-tromagnéticos; deallí el nombre relésestáticos con el quese los suele desig-nar.

3Circuitos integrados lineales RCA (1971) Arbó. Buenos Aires.Es interesante destacar que el libro es una traducción del ori-ginal impreso en los EE.UU., en donde la tensión es de 120V y la frecuencia 60 ciclos (En Argentina, la tensión es de220 V y la frecuencia 50 ciclos).

En este circuito de lazo cerrado automáticoconstatamos la presencia de un circuitointegrado CA 3059 que, comandado por untermistor NTC, se utiliza como circuito dedisparo para el control del triac, que seenciende a tensión cero cuando la tensiónVs en los extremos del termistor es superiora la de referencia Vr.

El circuito integrado CA 3059 contiene: unlimitador diódico, un detector de umbral,un amplificador diferencial y un excitadorde salida en configuración Darlington parala conmutación.

En los sistemas que controlan espacios contemperaturas de gran inercia térmica–como los sistemas de calefacción domici-liaria–, los controles todo-nada del tipo des-crito pueden presentar problemas de excur-siones demasiado grandes, por arriba y pordebajo de la temperatura deseada. En estoscasos, puede obtenerse una regulación másprecisa utilizando el control proporcionalpor ciclo entero.

CCoonnttrrooll ddee ffaassee oo ppoorr vvaarriiaacciióónn ddeell áánngguulloo ddee ccoonndduucccciióónn

Se basa en que el momento de disparo deun triac se puede fijar con toda precisiónluego del comienzo de cada semiciclo, loque permite gobernar a voluntad el valormedio de la corriente que circula por él y,consecuentemente, la potencia disponibleen la carga.

Un triac puede pasar del estado de bloqueoal de conducción, o viceversa, medianteuna señal de disparo en la compuerta.

Un elemento frecuentemente utilizado paradisparar un triac es otro semiconductor: eldiac.

El diac –Diode Alternative Current– es unelemento bidireccional que, por lo tanto, noposee polaridad, y que no tiene puerta oelectrodo de disparo. La conducción se ini-cia cuando, partiendo de cero, la diferenciade potencial aplicada a sus bornes crecehasta llegar a VBO (tensión de cebado o de

disparo); el diac, nor-malmente bloqueado,cambia de estado. Latensión de disparo sueleser cercana a los 30 V.

4400

Curvacaracterística

de un diac

El siguiente circuito de lazoabierto, que hace uso deldiac, es el más sencillo con-trol de potencia por variacióndel ángulo de conducción.Veamos cómo funciona.

En cada alternancia, el capa-citor C se carga a través delresistor R con un desfasajerespecto a la sinusoide pre-sente en la línea. En el instante t1, cuando

la diferencia de potencial sobre el diacalcanza el valor VBO, este elemento se hace

conductor y aplica una tensión de disparoal triac que se desbloquea, entregandopotencia a la carga; el capacitor C se des-carga a través del triac.

Los disparos siguientes en los instantes t2,

t3, etc. se sitúan, entonces, en puntos análo-

gos subsiguientes. El régimen permaneceestable y la potencia suministrada a la cargaes proporcional a las áreas rayadas limitadaspor la sinusoide correspondiente a la ten-sión en la línea, el eje de abscisas y las verti-cales vinculadas a los momentos de disparo.

4411

Se puede variar esta potencia cambiando elvalor del resistor R (usando un potenció-metro), lo que modifica el ángulo de blo-queo � y, consecuentemente, cambia lasuperficie que en el gráfico está rayada.

Normalmente, se suelen producir diferen-cias entre los desfasajes del primer disparoy los siguientes, por variaciones en la cargadel capacitor C. Para eliminar este fenóme-no se busca que esta carga se mantengaconstante. Para esto, se plantea el siguien-te circuito de lazo abierto.

Aquí, el diac es comandado por la diferen-cia de potencial entre las armaduras delcapacitor C2. Cuando ésta adquiere un

determinado valor, se produce el disparo.Ahora bien, en el momento del disparo, C2

se descarga debido al consumo; pero, ins-tantáneamente, la carga es restituida por elaporte de C1 a través de R2, de modo que la

diferencia de potencialsobre C2 se mantiene

prácticamente constante.

La carga puede ser resis-tiva o inductiva; si esinductiva, cuando el triacse bloquea se producenvariaciones muy rápidas

de la tensión de alimentación –pulsos dealto valor y corta duración–. Este fenómenopuede provocar el disparo del triac en unmomento no requerido y en forma total-mente impredecible. Para reducir la veloci-dad de variación de la tensión de alimenta-ción –evitando, así, esos pulsos– se colocaun capacitor en paralelo con el triac. Pero,por otra parte, deben evitarse las descargasinstantáneas de este capacitor cuando eltriac se dispara, ya que el exceso de corrien-te a través de él podría destruirlo. A fin delimitar esta corriente de descarga, se coloca

un resistor limitador enserie con el capacitor.

A continuación se plantea el circuito com-pleto, con la red que evita disparos aleato-rios cuando la carga es inductiva.

4422

Red RC para evi-tar disparos ale-atorios del triacfrente a cargas

inductivas

Una aplicación muycorriente del sistemade control de fase sonlos atenuadores lumi-nosos de lámparasincandescentes.

Actuando sobre el potenciómetro (P1) se

regula el ángulo de bloqueo y, consecuente-mente, el valor mediode la potencia entrega-da a la carga –es decir,a la o las lámparasincandescentes–, pu-diendo regular suluminosidad.

Este circuito también se puede utilizar paracomandar pequeños motores.

CCoonnttrrooll pprrooppoorrcciioonnaall ppoorrcciicclloo eenntteerroo

En los circuitos de control por variación delángulo de conducción, durante el disparodel triac se generan señales parásitas que setransmiten por la línea de CA a distanciasrelativamente grandes, provocando pertur-baciones en otros equipos conectados a la

red, sobre todo cuando la potencia en juegoes grande.

Una solución para eliminar este inconve-niente es plantear el circuito en forma talque pase la onda completa pero limitandoel número de ondas (a fin de lograr la regu-lación); es decir, dejando pasar algunas ybloqueando otras en función de la deman-da de calor.

El sistema se basa en la variación de lapotencia suministrada a la carga, utilizandoun sistema de control proporcional por cicloentero con conmutación sincrónica (el triacse enciende al comenzar el ciclo de CA); enél, el valor promedio de la corriente en lacarga varía gradualmente a medida que sereduce la señal de error (diferencia de tem-peratura entre el valor real y el deseado) y,como consecuencia, la temperatura realtiende más suavemente al valor deseado.

Este sistema de control proporcional es bas-

4433

Utilizamoseste último

sistema de controlen una de las ver-siones de la estu-fa de labo-ratorio.

R1 = 8,2 k�

R2 = 8,2 k�

P1 = Potenciómetro 250 k�

C1 = 100 nf / 400 V

C2 = 47 nf / 400 VDiac = 30 VTriac = 226 DCarga = hasta 1000 W

Los circuitos porvariación del ángulode conducción tam-bién pueden confi-gurarse como reali-mentados.

tante preciso y, aplicado al control de tem-peratura, nos da el siguiente esquema decurva de transferencia:

En los sistemas proporcionales se fija unabanda o base de tiempo dentro de la cualvaría el ciclo de trabajo; en nuestro caso, elencendido y el apagado del triac. La basede tiempo debe ser bastante mayor que unciclo de corriente y bastante menor que eltiempo de respuesta del sistema. En dichointervalo, la relación de tiempo de encen-dido y de bloqueo depende de la inerciatérmica del sistema y de la temperaturadeseada.

El principio del control propor-cional se ilustra en el gráfico.

En el gráfico vemos una serie derampas de pendientes pronun-ciadas engendradas por un gene-rador de rampa cuya salida seconecta a un terminal de unamplificador diferencial que,normalmente, forma parte de uncircuito integrado (por ejemplo,

el amplificador diferencial del circuitointegrado CA 3059). A otro terminal delcitado amplificador llega una tensión decontrol de CC, proveniente de un divisorresistivo, que fija el punto de funciona-miento del sistema (en los circuitos delazo cerrado, esta tensión de control esvariable y suministrada por un circuitoque tiene un sensor: termistor NTC). Elamplificador diferencial compara las dostensiones recibidas y transmite el resulta-do al electrodo de disparo del triac. Alcomenzar la rampa, el triac se enciende y,cuando la tensión de la rampa llega a unvalor superior a la tensión de control deCC, se apaga y permanece bloqueadodurante el resto del período. Durante elperíodo de conducción pasa un númerode ondas (es decir, energía eléctrica) quees función de los requerimientos de tem-peratura. El resultado es que la potenciase aplica a la carga en forma proporcionala la demanda de calor del sistema.

Como ejemplo de un control de temperatu-ra proporcional, presentamos un circuitoque cuenta con un integrado CA3059 y untriac TIC 226D.

4444

Cuando la tensión de la rampa, aplicada alterminal 9, excede a la de control de CC(presente en los extremosdel termistor) aplicada alos terminales 13-14, eltriac se apaga y per-manece bloqueado du-rante el resto del período.

A continuación presentamos el circuito deun generador de rampa4.

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4Los números 9, 2 y 7 están referidos a terminales del circuito integrado CA3059.

Ubicación de los termi-nales del circuito inte-grado CA3059 en elesquema anterior

La tensión de la rampa se genera por la cargade C1 a través de R1 y R2. La base de tiem-

po se determina por los resistores R3 y R4, el

capacitor C2 y la tensión de ruptura del diac.

Cuando la tensión sobre C2 alcanza aproxi-

madamente 30 V, el diac conmuta y encien-de al transistor, que descarga el capacitor C1

a través del circuito colector emisor. El tiem-po que dura dicha descarga es el tiempo deretroceso o retorno de la rampa. En el cir-cuito, el período de la rampa depende delvalor de R3, y puede variar entre 0,3 y 2

segundos mediante su ajuste.

En el siguiente diagrama tenemos el circui-to completo del sistema de control de tem-peratura proporcional para un rango decontrol de 30 °C a 90 °C.

Se utiliza el circuito integrado CA3059 (quees un interruptor de tensión cero) como cir-cuito de control y disparo del triac. Un cir-

cuito de protección interno impide que lospulsos de disparo se apliquen a la compuer-ta, en caso de que el sensor NTC se abra o secortocircuite.

El CA3059 posee una fuente interna de ali-mentación de CC, regulada por diodo zener,que tiene una capacidad de corriente sufi-ciente para excitar los elementos externosdel circuito.

El control proporcional de lazo cerrado pro-porciona una precisión en el control de latemperatura que puede llegar al orden de ±0,2 °C, dependiendo del termistor usado ydel nivel de temperatura que se controla.

El circuito compuesto por el diac, el tran-sistor y sus elementos asociados, genera

una rampa de tensión de1,5 a 6 VCC; la tensiónde la rampa aplicada alterminal 9 es comparadacon la tensión presenteen los terminales 13-14.Esta última está determi-nada por el divisor resis-tivo constituido por eltermistor y el potenció-metro de ajuste de latemperatura. El períodode conducción decrece amedida que aumenta latemperatura del sensor.El triac nunca está apa-gado todo el tiempo. Losincrementos de potenciaestán basados en el nú-

mero de semiciclos de tensión de línea quese producen durante el período de conduc-ción.

4466

4477

Le proponemos incluir una estufa delaboratorio como recurso didácticopara sus clases.

Como buscamos plantear más deuna alternativa de control de tem-peratura, concebimos una estufa contres sistemas diferentes que actúanen forma independiente:

•• Sistema automático electromecánico(lazo cerrado).

•• Sistema manual electrónico(lazo abierto).

•• Sistema automático electrónico(lazo cerrado).

Normalmente, las estufas tienen sóloun sistema de control; y, considera-mos que esto es lo correcto. Pero, eneste caso, se trata de una "estufadidáctica".

3. HACIA UNA RESOLUCIÓN TÉCNICAManual de procedimientos para la construcción yel funcionamiento del equipo

EEll pprroodduuccttoo

Un control de selección permite optar poruno de los tres.

Usted puede elegir el sistema que respondacon más solvencia a los requerimientos queel aprendizaje de sus alumnos plantee.

En cuanto a la estructura de la estufa, los tressistemas son similares.

La estufa de laboratorio propuesta, porrazones de simplicidad constructiva, es deforma cilíndrica y consta de tres partes:

• Una primera, la bbaassee ddee llaa eessttuuffaa; en ellaestán ubicados el circuito eléctrico, el ele-mento calefactor, los sensores y el con-junto de elementos vinculados al control.

• Una segunda, el eessppaacciioo eessttuuffaa; incluyeuna plataforma sobre la que, durante eluso de la estufa en el laboratorio, se colo-ca el material a investigar o tratar. Estasegunda parte se enchufa en la primera.

• Una tercera, la ttaappaa.

La altura total de la estufa es de 300 mm y eldiámetro de 200 mm -pero, este último algomayor en la tapa y en un aro que integra labase-.

LLooss ccoommppoonneenntteess

LLaa bbaassee ddee llaa eessttuuffaa

El cilindro de base tiene una altura de 150mm, más 20 mm que corresponden a un arofijo (soldado) que permite enchufar "el espa-cio estufa".

En su interior, esta base tiene una separaciónmetálica horizontal que la divide en dosvolúmenes:

• uno superior, en el que está el elementocalefactor y el sensor de temperatura (ennuestro caso particular, dos sensores: elbimetálico que forma parte de un sistemay el termistor de otro; ambos sistemasson de lazo cerrado);

• otro inferior, en donde hay órganos decontrol (llaves interruptoras, poten-ciómetros, circuitos integrados, triac,etc.).

El elemento calefactor (en este caso, común alos tres sistemas de control de temperaturaplanteados) que transforma energía eléctricaen energía térmica, es un resistor de alambrebobinado sobre un cilindro cerámico (largo100 mm, diámetro 18 mm), de 150 W dedisipación. Este resistor está fijado, mediantedos tornillos, a la separación metálica men-cionada y está aislado eléctricamente de éstamediante aisladores pasantes. Los tornillos,que actúan como conductor eléctrico, per-miten conectar el resistor al circuito, en elsector inferior del cilindro de base.

Para evitar que elcalor generado enel volumen supe-rior de la base setransmita al infe-rior se aíslan tér-micamente estosdos volúmenesmediante dosláminas de fibracerámica de 3 mm

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La fibra cerámica(sustancia un pocoesponjosa que nocontiene amianto)es un aislante tér-mico muy efectivoque permite traba-jar con temperatu-ras altas, hasta unorden muy supe-rior a los 1000 °C.

de espesor, aplicadas enla parte superior e infe-rior respectivamente dela separación metálica.

En el aro se han fijadodos pequeñas manijas deplástico que permitenasir la estufa con comodi-dad.

EEll eessppaacciioo eessttuuffaa

El espacio estufa (de 150mm de altura) es un cilin-dro. También incluye unaseparación metálica (plata-forma) horizontal que lodivide en dos volúmenesparciales (1/3 y 2/3 del vo-lumen total). Esta platafor-ma tiene perforaciones ypermite el paso (por con-ducción, radiación y con-vección) del calor generadopor el elemento calefactor,al volumen superior, que esel espacio estufa propia-mente dicho.

Este espacio estufa sepuede enchufar a la basepor cualquiera de sus dosextremos; en un caso, laaltura del espacio estufaútil es de 50 mm, en elotro caso de 100 mm. Sepuede usar, indistinta-mente, una u otra posi-ción.

4499

5500

LLaa ttaappaa

La tapa cumple la función de la puerta de lasestufas de laboratorio convencionales; en sucentro tiene una perilla de plástico que per-mite levantarla.

El material de la estructuray la construcción

La estructura de laestufa que presenta-mos es de acero ino-xidable. Para lograruna forma cilíndricaperfecta, la curvaturade la chapa se lleva acabo mediante una roladora.

Las soldaduras son por arco eléctrico.

La superficie exterior de la estufa ha sufridoun acabado superficial llamado rosetado, quela hace más agradable a la vista. Éste se llevaa cabo mediante un taladro eléctrico de manoprovisto de un sencillo dispositivo como elque ilustra la figura, que consta de una piezade metal (hierro, bronce, etc.) a la cual seadhiere un pequeño círculo de goma de unos

20 mm de diámetro y, luego, otro de telaesmeril de grano muy fino.

Con el taladro funcionando se va apoyando,sucesivamente, el elemento giratorio a lasuperficie de acero, lográndose así el resulta-do esperado.

Como pieza de metal se puede utilizar la vál-vula de una canilla de agua, previo a haberalisado la superficie en la que normalmenteva ubicado lo que llamamos el cuero de laválvula.

En la construcción de la estufa también sepueden utilizar otros materiales, como porejemplo chapa galvanizada; puede ser untubo (�� = 200 mm) similar a los que se usanen los sistemas de aire acondicionado degrandes superficies; en este caso, en lugarde soldaduras se pueden utilizar remachespop.

Si lo que tenemos que ensayar es algode poco volumen, posiblemente sea

más cómodo disponer de un espacio de pocaprofundidad. Si lo que necesitamos colocar esun recipiente, posiblemente sea nece-sario disponer de más altura.

Posiblemente, en eltaller de la escuelano se la pueda curvarfácilmente; en estecaso, puede ser con-veniente recurrir a untaller especializado.

LLooss ssiisstteemmaass ddee ccoonnttrrooll ddeetteemmppeerraattuurraa

Planteada la estructura física de la estufa,pasemos a analizar los diferentes sistemas decontrol de temperatura.

SSiisstteemmaa aauuttoommááttiiccooeelleeccttrroommeeccáánniiccoo

Al proyectar un sistema lazo cerrado "todo-nada", analizamos las dos posibilidades:electromecánico o electrónico.

Por razones de simplicidad, optamos por elelectromecánico (lazo cerrado; hay reali-mentación) pues, desde el punto de vista delcircuito eléctrico, es relativamente sencillo.Lo esquematizamos de la siguiente manera:

En este caso, elelemento de con-trol es un bime-tálico.

Uno de los extre-mos del bimetáli-co está fijo a laestructura del dis-positivo que losustenta, y el otrotiene libertad demovimiento; este último puede accionar(cuando se curva el bimetálico) contactosque abren y/o cierran un circuito eléctrico(en este caso, el que alimenta al resistor de laestufa). Un dispositivo de aproximación,vinculado al extremo libre del bimetálico,que se controla mediante una perilla conmovimiento de giro, permite regular elmomento de apertura y/o cierre del circuitoeléctrico y, consecuentemente, regular lapotencia eléctrica suministrada al resistor. Lainercia mecánica de este sistema plantea unmargen de variaciones de temperatura (delorden de ± 2 °C), que es mayor que uno elec-trónico.

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Recordemos que elbimetálico es unatira de dos metalessuperpuestos (dedistintos coeficien-tes de dilatación)que tiene la propie-dad de curvarsebajo la acción delcalor.

Modelo enchapa galvanizada

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Construir el elementobimetálico y el corres-pondiente montaje, es-capa a las posibilidadescorrientes de un tallerescolar, por lo queapelamos a un termosta-to bimetálico fabricadopara planchas eléctricasautomáticas, que es defácil obtención en elmercado.

El termostato bimetálicose fija a la pared interiordel cilindro de base, alnivel del elemento calefac-tor. Los cables eléctricosconectados a sus termi-nales pasan al sector infe-rior, a través de perfora-ciones en la separaciónmetálica. Uno de los doscables se conecta, vía uninterruptor, a un polo dela red eléctrica y el otro auno de los extremos delresistor, cuyo otroextremo se conecta al otropolo de la red. El inte-rruptor se fija a la pared del cilindro de baseen su parte inferior y se comanda desde elexterior.

La electricidad que alimenta la estufa llegapor medio de un cable con enchufe que tiene

tres conductores: dos se conectan a los dospolos de la red y el tercero a tierra. El con-ductor de tierra se conecta a la estructurametálica de la estufa para prever riesgos deelectrocución frente a eventuales falsos con-tactos en el circuito eléctrico.

Termostato bimetálico de plancha eléctrica automática

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SSiisstteemmaa mmaannuuaall eelleeccttrróónniiccoo

El control de temperatura manual adoptadoes el de control de fase o variación del ángu-lo de conducción.

Aquí se presentan dos opciones: Construir elcircuito electrónico de control de fase sobreuna plaqueta, u optar por una plaqueta co-mercial de fácil obtención en el mercado y,normalmente, de costo muy accesible. Lasdos posibilidades son válidas; la elección deuna u otra depende del marco en el que sedesarrollan las actividades de construccióndel equipo.

La construcción del circuito electrónico nopresenta grandes dificultades; lo interesante,en este caso, es hacer un circuito impreso yallí montar los elementos. Los docentes deelectrónica serán los encargados de hacersecargo de la construcción del dispositivo.

En nuestra estufa optamos por uno comercial,cuyo circuito presentamos a continuación.

Los componentes del circuito son:

•R: Resistor 8 k�

•P: Potenciómetro 200k�

•C1: Capacitor 100 nf

•C2: Capacitor 47 nf

•Triac: BT137 600E

•Diac: 30 V

•Carga: Resistor de 150 W

El conjunto del sistema comprende la pla-queta en la cual está el circuito impreso y loscomponentes asociados, un potenciómetro,la carga (el resistor que convierte la energíaeléctrica en energía térmica) y el cableado deconexión (normalmente, de 0,75 mm2).

La plaqueta se coloca en la parte inferiordel cilindro de base. El potenciómetro,que se fija a la pared de este cilindro, seconecta a los terminales 1 y 4 de la pla-queta; el terminal 1 se conecta también aun extremo de la carga, cuyo otro extremose conecta a uno de los polos de la redeléctrica, y el otro polo de la red al termi-nal 2 de la plaqueta a través de un inte-rruptor colocado en serie.

En potenciómetro P permite fijar el puntode funcionamiento del sistema. El rangode temperaturas va desde la del ambientehasta 150 °C o más.

Como en el sistema anterior, la electri-cidad que alimenta la estufa llega pormedio de un cable con enchufe que

tiene tres conduc-tores: dos se conec-tan a los dos polosde la red y el ter-cero a tierra. Elconductor de tierrase conecta a laestructura metálicade la estufa paraprever riesgos deelectrocución frentea eventuales falsoscontactos en el cir-cuito eléctrico.

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Plaqueta con el circuito impreso y los componentes del circuito que montan en la plaqueta

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SSiisstteemmaa aauuttoommááttiiccoo eelleeccttrróónniiccoo

En este caso, pensamos en un sistema decontrol proporcional por ciclo entero, por sumayor precisión en cuanto a los márgenes devariación de temperatura, márgenes quepueden llegar al orden de ±0,2 °C.

Adoptamos, entonces, el circuito que leplanteábamos en el título "Control propor-cional por ciclo entero" .

1Este circuito fue diseñado y construido por el Ing. Esteban Mondino.

5566

Las características de los elementos presentes en el circuito, son:

1 Circuito integrado CA30591 Triac TIC 226D1 Transistor BC5471 Diac ST-2 (30 V)1 Elemento calefactor 150 W1 NTC 10k1 Diodo 1N4007

2 Diodos 1N41481 Capacitor electrolítico 10 µF

63 V1 Capacitor electrolítico 100 µF 25 V1 Capacitor 470 nF1 Resistor 33 �

1 Resistor 180 �1 Resistor 270 �1 Resistor 1 k�1 Resistor 2,7 k�2 Resistores 10 k� 2W1 Resistor 1 M� 1W1 Resistor 1 M�

Seguidamente, proyectamos y construimos el dispositivo de control en una plaqueta, con uncircuito impreso que responde al siguiente dibujo:

A continuación, vemos el mismo esquema; pero, con el perfil de la plaqueta y, por trans-parencia, el perfil de los elementos colocados en el otro lado de la plaqueta.

Una vez armada la plaqueta con todos loselementos del control de temperatura, ésta sepresenta como podemos observarla en lassiguientes fotografías:

Esta plaqueta se coloca en la parte inferiordel cilindro de base. A través de un agujero

en la separación metálica, el sensor (termis-tor) se ubica en la zona en donde se genera elcalor que alimenta la estufa.

Por razones cons-tructivas, el con-junto queda in-vertido con res-pecto a la po-sición normal enque suelen ubi-carse los compo-nentes; además,cons ide ramosque esto es másconveniente parala evacuación delcalor, que colo-carlo en el otrosentido. Parac o m p e n s a ralgún problemade sobreeleva-ción de tempe-ratura en el triac,se ha colocadoun disipador másgrande del nor-malmente re-querido.

El circuito se fi-ja, mediante dostornillos, a la se-paración metá-lica del cilindrode base; y, a lapared del cilin-dro, a través de

la tuerca del potenciómetro solidario a la pla-queta.

5577

Bornera para conectar el calefactor

Bornera para conectar los 220 V

El límite superior del rango de temperaturaque se puede alcanzar con la estufadepende, en muchos casos, de la distanciadel termistor con respecto al elemento cale-factor; por esto, es conveniente que estadistancia sea grande para que el límite seaalto.

En el circuito impreso hay dos borneras contornillos. En una, se conectan los 220 V de lared, previo paso a través de un interruptor decorriente; en la otra, se conecta el elemento

calefactor.

Los cables que conectan entre sí los distintoselementos deben tener una cubierta protec-tora para alta temperatura (fibra de vidrio,etc.). El alambre de cobre que vincula el ter-mistor al circuito impreso debe protegersecon un forro (espagueti) de plástico termo-contraible. Por razones de seguridad, se debecubrir el circuito electro-electrónico con uncírculo de cartón de protección colocado enla parte inferior de la estufa.

5588

5599

LLaass mmeeddiicciioonneess yy eell ccoonnttrrooll

A fin de efectuar las mediciones de tempera-tura, en el espacioestufa y al nivelde la plataformaque lo divide ho-rizontalmente, serealizan dos per-foraciones, una acada lado de la

plataforma. Allí colocamos un termómetro,usando una u otra de las perforaciones,según del lado en que se inserte este espacioen la base. Las perforaciones son de un diá-metro del orden de 7 a 10 mm, dependiendodel diámetro del termómetro a utilizar.

El termómetro puede ser de vidrio, bimetáli-co o termoeléctrico; cada uno puede cumplircorrectamente su misión. Pero, hay que teneren cuenta que los de vidrio son frágiles y suuso requiere más cuidado.

Éste es el circuito

eléctrico del modelo

de estufa de laborato-

rio descrito. En él

pueden observarse

dos llaves: una per-

mite una selección

entre el sistema

electromecánico y los

electrónicos; la otra,

entre el sistema elec-

trónico manual y el

automático. Una lám-

para piloto (ojo de

buey) conectada en

paralelo con el cale-

factor informa sobre el

funcionamiento del

equipo.

Recordemos queel espacio estufase puede enchufara la base por cual-quiera de sus dosextremos.

6600

Antes de efectuar mediciones en las que serequiera una determinada precisión, con-viene que la estufa esté prendida varias

horas, para que toda la estructura adquierauna temperatura de régimen.

6611

Las actividades que pueden desarrollarse contando con el equipo EEssttuuffaa ddee llaabboorraattoorriioo en elaula, abarcan un campo amplio. Entre ellas podemos diferenciar:

4. EL EQUIPO EN EL AULA

Ponen en evidencia los conocimientoscientíficos y tecnológicos presentes

ACTIVIDADESCON LA ESTUFA DE

LABORATORIO

Integran sus funciones

ANÁLISIS

USO

Análisis de la estufa

Las actividades de análisis de la estufa de la-boratorio exigen al alumno vincular la teoríacon el producto tecnológico (la estufa); esdecir, la ciencia (asociada al mundo natural, y

a las leyes y principios que lo rigen) con la

tecnología (asociada al mundo artificial, al

mundo construido por el hombre); en este

caso, con referencia a un producto del taller

de la escuela, lo que puede atraer más el

interés de los alumnos.

En el mundo físico en que transcurre la existencia humana se pueden distinguir claramente dossistemas superpuestos e interrelacionados: uno abarca todo lo natural, lo dado, lo que no esobra del hombre; el otro abarca todo lo artificial, lo que es obra humana.

La relación entre estos dos sistemas marca, en forma indeleble, el desarrollo social. El mundode hoy es, sin lugar a dudas, más artificial que natural; es un mundo que el hombre ha ido cons-truyendo en su búsqueda por mejorar las condiciones de existencia.

Se puede hablar, así, de dos mundos estrechamente imbricados; pero, cada uno con caracte-rísticas propias: un mundo natural (el mundo dado) y un mundo artificial (el mundo construidopor el hombre). Este mundo artificial, producto del accionar técnico-tecnológico, hoy enmar-ca la existencia cotidiana; la artificialidad que lo sustenta es lo más típicamente humano.

Dentro de este contexto se desenvuelven dos actividades: la ciencia y la tecnología. La cien-cia (fundamentalmente, las ciencias naturales) se ocupa del mundo natural, mientras que latecnología se ocupa del mundo artificial, el mundo construido.

Este enfoque, bien manejado por eldocente, puede despertar muchas pre-guntas e inquietudes; desde cómo se lohizo, por qué se lo hizo así, etc., hastael planteo de otras soluciones posiblesa los problemas que se fueron presen-tando durante el proceso de construc-ción.

La vinculación de los conocimientos cientí-fico-tecnológicos con objetos de la vida reales un lazo de consolidación de losconocimientos teóricos. La estufa construi-da en el taller de la escuela puede ser elcomienzo del planteo de preguntas vincu-ladas a otros objetos tecnológicos delentorno cotidiano y, consecuentemente, seruna fuente de aprendizaje.

Preguntarse o preguntar es la forma bási-ca de adquirir conocimientos; en otraspalabras, de aprender. Quien no pregun-ta o no se pregunta, no se plantea laadquisición de nuevos conocimientos. Lapalabra preguntar implica, también, porsupuesto, la búsqueda de respuestas enlos libros.

En la búsqueda de estas soluciones seapela tanto a los conocimientos que setienen, como a los nuevos que es necesariointegrar; todo, dentro de un esquema derazonamiento que permita arribar a solu-ciones coherentes.

Se puede decir que:

Desarrollar la capacidad de resolver proble-mas científico-tecnológicos es preparar pararesolver problemas de la vida cotidiana.

Este enfoque que proponemos implica inte-grar conocimientos con una visión holística yresponde a nuestro planteo de vincular lateoría con la práctica.

Vivimos en un mundo en el que los desarro-llos científicos y tecnológicos marcan el que-hacer cotidiano. Imaginémonos por uninstante cómo serían nuestras vidas si no

6622

La estufa de laboratorio es un casoconcreto de resolución de proble-

mas: Necesitamos un espacio donde semantenga una determinada temperaturadurante un determinado tiempo, para anali-zar el comportamiento de determinado pro-ducto o sustancia. Y la tecnología loprovee.

LOS OBJETOS SON RESPUESTAS TECNOLÓGICAS

A DEMANDAS DE LA SOCIEDAD

LAS DEMANDAS SURGEN DE NECESIDADES

LAS NECESIDADES PUEDEN SER TANTO

FISIOLÓGICAS COMO PSICOLÓGICAS Y, EN MUCHOS

CASOS, TAMBIÉN COMERCIALES

LA TECNOLOGÍA RESUELVE PROBLEMAS

CREANDO OBJETOS

Plantear preguntas es plantear pro-blemas cuyas soluciones son las res-puestas a las preguntas planteadas.

LAS DEMANDAS PLANTEAN PROBLEMAS

6633

contáramos con los modernos medios decomunicación (teléfono, radio, etc.), o detransporte (avión, automóvil, motocicleta,etc.), o la luz eléctrica, etc.; y, por otro lado,tengamos en cuenta que estos desarrollos seremontan tan sólo a unos 100 años -enalgunos casos, menos-, cifra insignificantefrente a los miles de años de existencia del ser

humano sobre la Tierra.

El acelerado desarrollo de la ciencia y de latecnología en los últimos años ha provocadograndes cambios en la producción de bienesy servicios, y, como consecuencia, ha cambia-do substancialmente el ambiente en el quedesarrollamos nuestras actividades.

Las fuentes de energía

Las transformaciones de energía

La electricidad

ANÁLISIS DE LA

ESTUFA DE LABORATORIO

Sistemas electromecánicos de control de temperatura

Sistemas electrónicos de control de temperatura

Los termostatos

Los bimetálicos

El tiristor

El triac

Los termistores

Control "todo-nada"

Control de fase o porvariación del ángulo de conducción

Control proporcional por ciclo entero

UUssoo ddee llaa eessttuuffaaeenn ssuuss ffuunncciioonneess eessppeeccííffiiccaass

Vamos a plantear algunas de estas aplica-ciones; pero, lo haremos reconociendo queson los docentes de las correspondientesáreas quienes van a encontrar, dentro de susactividades en el aula, las aplicaciones quemejor respondan a sus requerimientosespecíficos.

OObbtteenncciióónn ddeell ppeessoo sseeccoo yy ddeetteerrmmii--nnaacciióónn ddeell ppeessoo sseeccoo // ppeessoo ffrreessccoo

En el campo de la biología vegetal, para laobtención del peso seco (PS) se parte demuestras de pocos gramos de material vege-tal triturado, las que se colocan en estufa atemperaturas que dependen de las caracterís-ticas de la muestra -están dentro del orden de60°- y con precisión de ±2 °C.

Estas muestras se pesan, sucesivamente,hasta la obtención de peso constante (pro-cedimiento que puede llevar desde tresdías hasta muchos más, dependiendo delmaterial).

En agronomía se utiliza este procedimientopara ensayos comparativos de biomasa enforrajes.

El índice peso seco/peso fresco (PS/PF) seemplea frecuentemente en estudio de bio-monitoreo para, por ejemplo, obtener datosdel efecto de la contaminación sobre distin-tos niveles del ecosistema. Un aumento deeste índice indica que la biota ha sufrido unadeshidratación.

PPrruueebbaa ddee ggeerrmmiinnaacciióónn

Teniendo en cuenta que la germinación esel primer paso en el desarrollo de las plan-tas, la prueba de germinación en el labora-torio permite determinar la capacidad quetienen las semillas de un determinado lotepara producir plántulas normales y vi-gorosas en condiciones favorables dehumedad, temperatura y luz.

6644

La estufa de laboratorio puede usarse enel aula para:

• Obtención del peso seco (PS) demuestras.

• Determinación del peso seco/pesofresco (PS/PF) de determinados pro-ductos o substancias.

• Determinación del contenido de agua(humedad) de determinados materia-les o productos, como papel, madera,semillas, etc.

• Pruebas de germinación.

• Cultivos de bacterias, hongos, etc.

• Fabricación de productos, como elyogur,

• Esterilización de objetos y materiales.

• Etc.

6655

BENEFICIOS QUE PUEDENESPERARSE DE UN LABORA-TORIO DE PRUEBAS PARAPAPEL Y CARTÓN2

Porcentaje de humedad

La humedad es la cantidad de agua que contie-ne un papel, expresada como porcentaje de supeso. Al referirnos a papel, debe entendersepapel o cartón. El papel puede contener hume-dad entre las fibras o dentro de ellas.

Existe una interacción entre el agua y el papel,debido a que las fibras de celulosa, que com-ponen el papel, son higroscópicas (tienen lapropiedad de absorber o liberar la humedad); loanterior hace que el papel tome o ceda hume-dad, hasta llegar al equilibrio con el ambienteque lo rodea. De acuerdo con lo anterior, elcontenido de humedad de una hoja de papeldepende de la humedad relativa de la atmósfe-ra que lo rodea y, en igual forma, al estar encontacto con el agua, la absorbe.

La cantidad de agua que puede absorber un papeldepende de los tipos de fibras que lo constituyen,

del proceso de fabricación y de los ingredientesno fibrosos como las cargas y los encolantes.

El agua puede ser absorbida por el papel en elámbito físico en dos formas: una es por efectocapilar, penetrando entre las fibras y fibrillas–en este caso, podría llegar hasta un 25 % delpeso del papel–; la otra sucede al alojarse aguaen los huecos o poros grandes que existenentre las fibras, saturando todos los espaciosdisponibles –en este caso, puede llegar a cons-tituir hasta un 300 % del peso del papel, enpapeles muy absorbentes–. Para regular laabsorción de agua del papel, se aplica el enco-lado en diversos grados, dependiendo del usopara el cual se destina.

Es conveniente que el papel contenga unpequeño porcentaje de humedad, para darleflexibilidad, ya que si es muy bajo su contenidode humedad, se vuelve quebradizo e inestable.

Normalmente, sale de la máquina con unahumedad de alrededor del 5 % –base pesoseco–; aunque suele variar, dependiendo deltipo de papel y de los materiales utilizados en sufabricación. En papeles para impresión se reco-mienda, de acuerdo con el tipo de papel y el pro-ceso de impresión, que el contenido de hume-

Esta prueba permite, así, obtener informa-ción del valor de la semilla para la siembra(poder germinativo, vigor)1 y concretarresultados que se puedan utilizar para com-parar el valor de lotes diferentes.

La prueba de germinación consiste en man-tener constante una temperatura del ordende 28 a 35 °C en la estufa, durante un deter-minado período de tiempo y constatar el por-

centaje de semillas que germinan.

DDeetteerrmmiinnaacciióónn ddeell ccoonntteenniiddoo ddeeaagguuaa ((hhuummeeddaadd))

a. Del papel

1 Éste puede no ser un indicador preciso del comportamientoen el campo bajo condiciones menos ideales o adversas; eneste caso se requiere, además, implementar otras pruebas.

2 Unión de Industriales Litográficos de México:hhttttpp::////wwwwww..uuiillmmaacc..ccoomm..mmxx

6666

b. De la madera

Los ensayos físicos y mecánicos de la made-ra suelen ser de mucha importancia ya que,en muchos casos, condicionan sus usos y/oposteriores tratamientos. Entre estos ensa-yos podemos destacar la determinación dela humedad.

De los tres métodos que figuran en laNorma IRAM 9532 sobre determinación dela humedad –método de secado en estufa,método de extracción con disolventes ymétodo eléctrico–, el más aconsejable paramaderas sin contenidos volátiles es elmétodo de secado en estufa, que implica lassiguientes operaciones:

• Se pesan las muestras con una precisiónde 0,01 g y se colocan en la estufa.

•Se aplica un calentamiento gradual hastaalcanzar 103 °C ± 2 °C, dejando lasmuestras a esta temperatura no menosde 20 horas.

dad del papel se mantenga entre el 6 y el 10 %.

En los papeles para offset es muy importante tenerun control adecuado del contenido de humedad.Lo ideal es conservar en equilibrio el contendidode humedad del papel con la humedad relativa dela atmósfera en la cual se va a imprimir, para evi-tar problemas durante la impresión.

El contenido de humedad de un papel afecta suspropiedades; principalmente, el peso base, lasresistencias, la planicidad, la estabilidad dimen-sional y la acumulación de electricidad estática.Debido a esto, se debe mantener un controladecuado para muchos de los procesos detransformación del papel; especialmente, los deimpresión, recubrimiento e impregnación.

Al absorber agua el papel, las fibras de celulo-sa se hinchan (a lo ancho, unas 15 o 20 vecesmás que a lo largo), ocasionando los cambiosde dimensiones que ocurren en el papel alambientarse, que son mayores en el sentidotransversal que en el sentido de fabricación delpapel, y que resultan en diversos problemasdurante la impresión –por ejemplo: falta deregistro, ondulaciones y arrugas–.

Debido a esta característica del papel, cuandova a ser impreso en hojas, se debe cortar con elsentido de fabricación o grano, en el lado largode la hoja, quedando del lado más corto de lahoja la mayor expansión o encogimiento delpapel, al tomar o ceder humedad del ambiente.El papel, al ser alimentado a la prensa en estaforma, tiene su dirección más estable paralelaal eje del rodillo impresor; entonces, las varia-ciones que sufre en su otro sentido quedanalrededor del rodillo y el prensista puede com-pensarlas cambiando empaques.

Existen diversos métodos para determinar elcontenido de humedad del papel; entre los másutilizados podemos mencionar: el secado enestufa, el de la medición de la conductibilidadeléctrica, el de la radiación infrarroja, el de laabsorción de ondas electromagnéticas.

El de secado en estufa es el más utilizado; con-siste en colocar una muestra de papel, previa-mente pesada en una estufa a 105 °C, hastapeso constante. El peso que perdió el papeldurante el secado es su contenido de humedad,del cual se calcula su porcentaje sobre el pesode la muestra original.

HHuummeeddaadd es la cantidad de agua contenida enel leño.GGrraaddiieennttee ddee hhuummeeddaadd es el valor de la varia-ción en el contenido de humedad en zonassucesivas de la madera de una pieza.

HHuummeeddaadd mmeeddiiaa es la cifra que expresa elvalor medio de las humedades de una pieza demadera.

6677

• Se retiran las muestras de la estufa y sedejan enfriar en un desecador provistode una sustancia higroscópica, y sepesan.

• Se repite este último tratamiento hastala constancia de peso (0,01 g), reiteran-do las pesadas cada 2 horas.

c. Del suelo

El cálculo de la humedad edáfica se obtienetomando muestras del suelo, y determinan-do su peso húmedo (PH) y, luego de secaren estufa, su peso seco (PS).

La diferencia, es decir la cantidad de aguaque posee el suelo, se utiliza para decidir ono la siembra de algunos cultivos, funda-mentalmente en épocas del año en que nor-malmente no llueve (cultivos invernales;trigo, por ejemplo).

d. De las semillas

El contenido de humedad no afecta en símismo la calidad de la semilla; pero, si inci-de en otros parámetros como:

• La capacidad de almacenamiento.

• La susceptibilidad al ataque microbio-lógico o de insectos.

Los parámetros de medición dependen deltipo de semillas.

CCuullttiivvoo ddee bbaacctteerriiaass

Una estufa que mantiene temperaturas delorden de 30, 37, 41, 45 °C, etc., con un mar-gen de variaciones de ±2 °C, permite llevar acabo cultivo de bacterias, hongos, etc.

Normalmente, las cepas se siembran en unmedio de cultivo específico. Luego, éste secoloca en la estufa y se somete a la tempe-ratura óptima para la reproducción.

SSeeccaaddoo ddee vveeggeettaalleess ccoommeessttiibblleess

La estufa, a una temperatura de ± 40 °C,permite el secado de hongos, tomates, etc.,a los fines de conservarlos y poder utilizar-los en la preparación de comidas.

FFaabbrriiccaacciióónn ddee yyoogguurr

Una estufa quemantenga constan-te una temperaturadel orden de 40 °C,puede utilizarse pa-ra fabricar yogur.Para esto, se colocaleche con un pocode yogur en un reci-piente; se ubica ésteen la estufa a la tem-peratura especifica-da y se lo deja unasseis horas o un poco más, al cabo de las cuales laleche se convierte en yogur.

El yogur, conse-cuencia de la accióndel llamado bacilobúlgaro, fue popula-rizado por ElíasMetchinicoff, inves-tigador que tambiéndescubrió el papelde los glóbulos blan-cos de la sangre enla fagocitosis de lasbacterias.

6688

Esta parte final de nuestro módulo de capa-citación contiene un cuadernillo para la eva-luación del recurso didáctico que le presen-tamos y, de las experiencias didácticas y con-tenidos propuestos a partir de él:

Esta evaluación tiene dos finalidades:

• Brindarle a usted, como docente que uti-liza este material, la oportunidad de do-cumentar el seguimiento de las activi-dades que realice con sus alumnos, a par-tir de nuestras propuestas y, en funciónde esta memoria de acciones, propiciaruna reflexión acerca de los cambios,mejoras o enriquecimiento de su propiatarea de enseñanza.

• Obtener de su parte, como usuario deeste material, información sobre todoslos aspectos en torno a los cuales gira lapropuesta.

Para este relevamiento de información, ustedencontrará, a continuación, una serie decuestionarios organizados básicamente entablas o matrices para completar. Con losdatos que usted exprese en ellos esperamostener una realimentación que nos permitamejorar todos los componentes de la serie depublicaciones “Recursos didácticos” yenriquecerla con propuestas o docu-mentación complementaria para aquellosdocentes que planteen iniciativas, interro-

gantes o dificultades específicas con relacióna la construcción del recurso didáctico, a lasactividades de aula, a los contenidos cientí-ficos y tecnológicos, a la metodología deenseñanza, a los procedimientos incluidos, ala información sobre materiales y a otrosaspectos.

Dada la importancia que esta información deretorno tiene para nuestro trabajo deseguimiento, mejora y actualización, leagradecemos que nos remita el cuadernillocon todas las observaciones, comentarios osugerencias adicionales que nos quiera hacerllegar. Para ello puede remitirnos una copia,a través de correo postal, a

Área de Monitoreo y Evaluación –CeNET–Oficina 112Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

O, si lo prefiere, solicitarnos el archivo elec-trónico de las páginas que siguen aeevvcceenneett@@iinneett..eedduu..aarr, enviándonos la versióndigitalizada de sus respuestas a través delmismo correo electrónico.

Desde ya, muchas gracias.

5. LA PUESTA EN PRÁCTICA

Identificación del material:

Las dimensiones que se consideran para la evaluación del módulo de capacitación y delrecurso didáctico son:

IILa puesta en práctica

1. Nivel educativo

2. Contenidos científicos y tecnológicos

3. Componentes didácticos

4. Recurso didáctico

5. Documentación

6. Otras características del recurso didáctico

7. Otras características del material teórico

8. Propuestas o nuevas ideas

(*) Por favor, indique la modalidad, la orientación, la especialidad, etc.

Escuela técnica (*)Nivel educativo EGB2

Polimodal(*)

Trayecto técnico-profesional (*)

Formaciónprofesional (*)

Otra (*)

1 2 3 1 62 3 4 5

EGB3

Nivel en el queusted lo utilizó

Asignatura/espacio curricular en el que usted lo utilizó:

2. Contenidos científicos y tecnológicos trabajados:

1. Nivel educativo en el que trabajó el material:

3. Componentes didácticos:

3.1. Testimonios (situaciones problemáticas) presentados en el material

a. ¿Le resultaron motivadores para iniciar las actividades propuestas?

b. ¿Le facilitaron el desarrollo de contenidos curriculares que ustedtenía previstos?

c. A su criterio, ¿están vinculados con el recurso didáctico que se lepropone desarrollar?

d. ¿Le facilitan la organización de situaciones didácticas para el tra-bajo de los contenidos científicos y tecnológicos propuestos?

e. El nivel de las situaciones problemáticas que se plantean, ¿es eladecuado al nivel educativo para el que está previsto?

f. En caso negativo, ¿permiten adecuaciones para ser trabajados enel nivel educativo de sus alumnos o en otro nivel educativo?

g. Los testimonios iniciales, ¿permiten generar diferentes soluciones(soluciones tecnológicas o didácticas)?

En caso que su respuesta sea negativa (en cualquier ítem), le pedimos que nos indique porqué (señale el número del ítem a que corresponde su comentario)

Otro (indique el ítem al que corresponde el comentario):

La puesta en prácticaIIII

Sí Otro1No

1 Utilice esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la matriz.

La puesta en práctica

3.2. Estrategias

A partir de la utilización de las propuestas de trabajo en el aula contenidas en el material ydel recurso didáctico con el que se asocian, le solicitamos que nos indique (tomando comoreferencia su forma de trabajo anterior a disponer del material), cómo resolvió las activida-des consignadas en la tabla siguiente:

IIIIII

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado2

Inco

rpor

ado3

3.2.1. Contextualización de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

a. Determinar las capacidades, habilidades, conocimientos previosnecesarios para iniciar las actividades propuestas.

b. Organizar, asociar, relacionar los conocimientos científicos y tec-nológicos para resolver un problema tecnológico.

c. Recortar (identificar) los contenidos científicos y tecnológicos atrabajar con sus alumnos para el desarrollo de un sistema/produc-to tecnológico como el propuesto por el material.

d. Vincular estos conocimientos con los saberes previos de los alum-nos.

e. Establecer la secuencia adecuada de los contenidos científicos ytecnológicos, y de los procedimientos para generar una solucióntecnológica (la propuesta por el material u otra diferente).

f. Organizar una experiencia didáctica integrando conocimientoscientíficos y tecnológicos, metodología de resolución de problemasy procedimientos propios del trabajo tecnológico.

g. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

2 No aplicado: No lo hizo antes ni ahora con este recurso didáctico.3 Incorporado: Integró la estrategia a sus clases a partir de la utilización del recurso didáctico propuesto.

La puesta en prácticaIIVV

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.2. Desarrollo de la estrategia didáctica


h. Encuadrar la tarea a partir de la formulación de uno (o varios)problemas.

i. Explicitar consignas de trabajo que plantean una situación pro-blemática.

j. Organizar las actividades de aprendizaje atendiendo a las etapaspropias de la resolución de problemas.

k. Utilizar técnicas de trabajo grupal.l. Promover el trabajo colaborativo y cooperativo.m. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.3. Aspectos cognitivos (proceso de aprendizaje de sus alumnos)


n. Estimular a sus alumnos en la búsqueda de información e investi-gación en torno al problema eje del material.

o. Promover la consulta a variadas fuentes de información.p. Rescatar, incorporar los aportes del grupo para identificar aspectos

o variables críticas del problema.q. Evaluar los conflictos cognitivos propios del proceso de aprendizaje.r. Detectar, evaluar, la comprensión asociativa.s. Promover la reflexión sobre las actividades realizadas y las estrate-

gias utilizadas en cada parte del proceso.t. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

4. Recurso didáctico:

4.1. Construcción del recurso didáctico

Tomando en cuenta la finalidad prevista en el material para el recurso didáctico (equipamien-to o software), le pedimos que nos indique si, a partir de la propuesta contenida en el mate-rial:

4.1.1. Utilizó:

VVLa puesta en práctica

a. Un equipo ya construido, según lapropuesta del material.

c. Otro que ya tenía disponible(de características similares).

b. Un software.

d. Ninguno.

Si su respuesta fue “d.” indíquenos la razón, por favor:

a. ¿Pudo seguir sin dificultades los procedimientos indicados en el “Manual deconstrucción”?

b. La secuencia indicada, ¿fue la adecuada para la construcción?

c. El grado de complejidad, ¿fue el apropiado para el nivel educativo a que sedirige el recurso?

d. Los contenidos científicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo delrecurso propuesto?

e. Los contenidos tecnológicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollodel recurso propuesto?

f. Con sus alumnos, ¿construyó el recurso didáctico siguiendo el proceso y lametodología de resolución de problemas?

g. ¿Siguió todos los procedimientos propuestos para la construcción peroincorporó sus propios contenidos científicos y tecnológicos?

h. Por el contrario, ¿hizo adaptaciones en los procedimientos de construcciónpero mantuvo los mismos contenidos?

i. ¿Realizó la construcción siguiendo las actividades de aula propuestas en elmaterial?

j. ¿Diseñó sus propias experiencias en función de su grupo de alumnos?

¿Completó todas las etapas del proceso de construcción propuesta?

En caso negativo, indíquenos a qué fase llegó:

Sí No


4.1.2. ¿Realizó todo el proceso de construcción del recurso didáctico con susalumnos? (Conteste este apartado en caso de que haya construido un equipoigual al propuesto. En caso contrario, pase al apartado 5 “Documentación”)

4.1.3. En caso de que su respuesta sea afirmativa, le pedimos que nos indique:

Sí No

Sí No

a. Planificación.

c. Construcción, armado.

b. Diseño en dos dimensiones.

d. Ensayo y control.

e. Superación de dificultades (evaluación del funcionamiento, siguiendo las indica-ciones y la lista de control que brinda el material).

f. Construcción de otro equipo que se adapta más a sus necesidades curriculares(Si marcó esta alternativa, lo invitamos a responder, directamente, el apartado 4.1.5.).

VVII

VVIIIILa puesta en práctica

4.1.4. Complete este ítem sólo si realizó el proceso de construcción del equipo siguiendo losprocedimientos indicados en el Manual. Si no fue así, lo invitamos a responder elapartado 4.1.5.

Acerca de los materiales, herramientas e instrumentos:

a. La especificación de los materiales para la construcción, ¿fue suficiente paraconseguirlos?

b. ¿Utilizó los mismos materiales (en calidad y tipificación) indicados en ladocumentación?

c. ¿Reemplazó materiales, instrumentos, componentes, piezas, etc., sin alterarel resultado final previsto en el material?

d. La especificación de las herramientas a utilizar, ¿le resultó adecuada?

e. La cantidad de herramientas indicadas, ¿fue la necesaria?

f. Los instrumentos, ¿estuvieron bien especificados?

g. El tipo y cantidad de instrumentos, ¿fueron los adecuados para armar elrecurso didáctico?

Sí No

4.1.5. En caso de que usted haya construido un recurso didáctico diferente al propuesto porel material de capacitación, le pedimos que nos indique si la razón fue:

a. El propuesto no se ajustaba a susnecesidades curriculares.

c. No pudo interpretar el manual deconstrucción.

b. No pudo conseguir los materi-ales o instrumentos indicados.

d. Otra (Por favor, especifíquela).


4.1.6. ¿Qué características específicas destacaría en este recurso didáctico diferente al pro-puesto por el material, que sus alumnos han construido. (Marque todas las opcionesque considere necesarias):

a. Se ajusta mejor a los contenidoscurriculares que necesita trabajar.

c.

b. Es más económico.

d. Es más adaptable(a diversos usos).

e. Otra (Por favor, especifique):

Permite su reutilización(mediante el desarme y armado, enfunción de necesidades didácticas).

Descripción del recurso didáctico construido:f.

Indique las principales diferencias con el equipo propuesto(estructurales, funcionales, didácticas):

g.

VVIIIIII


a. Aprovechando todo el proceso y lasecuencia de construcción pro-puestos en el material.

c.

b. Aplicándolo (como algo ya comple-to) a la solución de problemas dife-rentes al propuesto en el material.

d. Otra (Por favor, especifique):

Utilizándolo como un sistema tecnológico (ya construido) en las funciones paralas que está pensado (manejo de las variables, control de operaciones, etc.).

4.2. Utilización del recurso didáctico

4.2.1. ¿Cómo utilizó el recurso didáctico (hecho por usted o ya construido), en las experien-cias didácticas que concretó? (Puede marcar todas las opciones que crea necesarias)

IIXX


Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso didáctico lepermitió a usted, como docente:

a. Integrar contenidos científicos y tecnológicos en la solución de situa-ciones problemáticas de carácter tecnológico.

b. Diseñar situaciones de enseñanza y de aprendizaje centradas en laresolución de problemas tecnológicos.

c. Planificar y promover en sus alumnos la organización del trabajo(planificación y secuenciación de tareas), según el proceso tecnológico.

d. Favorecer la identificación de aspectos o variables críticas de unasituación problemática.

e. Organizar las actividades de manera que facilite la toma de decisionespor parte de los alumnos (determinación y selección de alternativas,opciones de diseño, materiales, etc.).

f. Organizar la actividad de sus alumnos en función de solucionesdiversas a los problemas planteados.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

4

Otro

5

4.2.2. Ya sea que haya desarrollado el recurso didáctico con sus alumnos según las especifi-caciones del material, ya sea que haya construido otro diferente o que haya utilizadoun equipo ya construido, en relación con las actividades que usted venía realizando,la utilización del recurso didáctico propuesto por el material le permitió (seleccione laopción que coincida con sus experiencias):

g. Agregue otras que usted considere haber logrado de una mejor manera con este recursodidáctico

4 NA: No aplicable; es una actividad que no realizó antes ni ahora.5 Otro: Recuerde utilizar esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la tabla.

XX


Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso le permitió alos alumnos (habilidades intelectuales):

Capacidad de planificar

h. Identificar variables o aspectos fundamentales de un problema tec-nológico.

i. Organizar su trabajo en etapas (identificar y seguir la secuencia deoperaciones de un proceso).

j. Ejecutar las actividades en los plazos o etapas previstas.

k. Seleccionar materiales, herramientas y piezas, de acuerdo con lasnecesidades del diseño.

l. Anticipar y resolver dificultades que podrían surgir en el proceso.

m. Prever puntos críticos de todo el proceso.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

n. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XXII


Capacidad para tomar decisiones

o. Analizar alternativas en función de un problema.

p. Seleccionar alternativas en función de las restricciones planteadasen el problema, o en el contexto de enseñanza y de aprendizaje.

q. Adecuar la propuesta para la solución del problema planteado.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

r. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XXIIII


Capacidad de aplicar y transferir

s. Interrelacionar los datos, técnicas y procedimientos en el diseño dela solución.

t. Utilizar técnicas de representación adecuadas al equipo que seconstruye o en el ya construido que se utiliza.

u. Integrar los conocimientos científicos y tecnológicos en losmomentos pertinentes para el diseño de la solución.

v. Relacionar, ensamblar componentes en la secuencia adecuada.

w. Utilizar de manera correcta la simbología y los lenguajes propios dela tecnología (representación gráfica, simbólica, etc.).

x. Transferir conocimientos científicos y tecnológicos en otras activi-dades similares.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

y. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

Otro (Por favor, exprese aquí los comentarios que tenga, identificando el ítem con la letra quecorresponda):

XXIIIIII


5. Documentación (Material teórico, manual de procedimientos y propuestas didácticas):

5.1. ¿Cómo calificaría los aportes del material recibido (encuadre y desarrollo teórico, y expe-riencias propuestas para el aula)?

a. Por su potencialidad didáctica (sugerencias, propuestas de trabajo en elaula, papel motivador, etc.).

b. Para sus necesidades curriculares (desarrollo de los contenidos y experien-cias previstas en su planificación).

c. Para organizar, planificar, concretar experiencias didácticas relacionadascon problemas de Educación Tecnológica.

d. Para renovar, actualizar, ampliar (subraye el que se ajusta más a su expe-riencia) los contenidos que desarrolla en su área/ disciplina.

e. Para trabajar conocimientos científicos y tecnológicos de manera asociadaa un problema tecnológico.

f. Para organizar experiencias de aprendizaje en torno a la utilización derecursos didácticos.

g. Para utilizar un recurso didáctico en el marco de experiencias didácticasorganizadas en función de la resolución de problemas.

h. Para integrar mejor contenidos científicos y tecnológicos en la soluciónde problemas de carácter tecnológico.

i. Para estimular la generación creativa de otros recursos didácticos.

MV6

V PV

Otras (Especifíquelas, por favor)

6 Escala= MV: Muy valioso / V: Valioso / PV: Poco valioso

XXIIVV

Sí OtroNo


5.2. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamientodel recurso didáctico

En caso de que haya seguido los procedimientos contenidos en el Manual (ya sea para hacerun equipo igual o uno diferente al propuesto), le pedimos nos indique si:

a. ¿Pudo seguir todos los procedimientos descriptos, sin dificultad?

b. ¿La secuencia descripta le resultó la adecuada?

c. ¿La secuencia establecida le planteó alternativas según algún crite-rio (disponibilidad de los materiales, trabajo de contenidos especí-ficos, etc.)?

d. ¿La finalidad (para qué sirve) del equipo está indicada con clari-dad?

e. ¿Se establecen cuáles son los contenidos (científicos o tecnológicos)que se asocian al equipo a construir?

f. ¿Se determina la relación entre conocimientos implicados, proce-dimientos a seguir, materiales a utilizar y experiencias posibles derealizar?

g. ¿Considera que la relación anterior es pertinente (es la que corres-ponde) para la construcción que se propone?

h. ¿La descripción de los procedimientos le facilitaron la organizaciónde las experiencias de trabajo con sus alumnos?

i. ¿Pudo seguir las indicaciones para la puesta en funcionamiento?

j. ¿Todas las indicaciones para el uso son claras?

Otro (identifique con la letra que corresponda el ítem sobre el que hace observaciones)

Por favor, fundamente sus respuestas negativas o agregue los comentarios que crea pertinentes(identifique el ítem a que se refiere):

XXVV


6. Otras características del recurso didáctico:

6.1. Constructivas (Por favor, conteste sólo si realizó el proceso de construcción). Indique siel proceso de construcción reúne las siguientes características:

a. Simplicidad.. Es sencillo de construir por parte de los alumnos.

b. Economía. Es posible hacerlo con materiales de bajo costo.

c. Compatibilidad. Todos los componentes, bloques y sistemas permiten serintegrados entre sí.

d. Acoplabilidad. Puede ser unido o combinado con otros recursos didácticos.

e. Sencillez. Permite combinar diferentes tipos de materiales (madera, cartón,plástico, otros similares).

f. Facilidad de armado y desarmado. Permite, sencillamente, realizar pruebas,correcciones, incorporación de nuevas funciones, etc.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué (Por favor, identifique sucomentario con la letra del rasgo aludido):

XXVVII


6.2. Técnicas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno ya cons-truido)

a. Portabilidad. Puede ser utilizado en el taller, aula, laboratorio.

b. Modularidad. Puede ser adaptado a diversos usos; para trabajar diversos con-tenidos curriculares o para realizar diferentes experiencias didácticas; paraaprendizaje, demostraciones, análisis, etc.

c. Reutilización. Posee partes, componentes, bloques o subsistemas que puedenser desmontados para volver a su estado original, y usados en sí mismos o enforma independiente.

d. Incrementabilidad. Puede complejizarse agregando piezas o completando elsistema para mejorar su funcionalidad, rendimiento, precisión o calidad.

e. Aplicabilidad múltiple. Como sistema tecnológico, permite que usted selec-cione las variables con las que desea trabajar (algunas de las que maneja el sis-tema, todas las previstas o agregar otras).

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificando su comentariocon la letra correspondiente:

XXVVIIII


6.3. Didácticas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno yaconstruido)

a. Congruencia. Tiene relación con los testimonios de realidad incluidos en elmódulo de capacitación.

b. Pertinencia. Los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos curriculares de la educación técnico-profe-sional.

c. Integración. Posibilita el tratamiento asociado de los conocimientos científicosy tecnológicos propuestos en el material.

d. Escalabilidad. Es posible utilizarlo con proyectos o problemas con diferentesniveles de complejidad.

e. Complejidad creciente. Las soluciones alcanzadas para una parte del proble-ma, sirven de base para las siguientes o permite que, agregando componentes,sea utilizado como solución a problemas más complejos.

f. Adaptabilidad. Permite su adaptación a soluciones diversas en torno a lasproblemáticas planteadas.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificándola con la letracorrespondiente:

XXVVIIIIII


7. Otras características del material teórico:

¿Cómo calificaría el diseño del módulo escrito (desarrollo de contenidos científicos y tec-nológicos, y propuestas de experiencias didácticas)?

a. Formato gráfico del material (distribución del contenido, márgenes, dis-tribución de texto e imágenes, inserción de gráficos, diseño gráfico glo-bal, etc.).

b. Lenguaje utilizado (claridad, adecuación al destinatario).

c. Organización (secuencia entre cada parte).

d. Adecuación al destinatario (evidencia que se toma en cuenta que es unmaterial para ser trabajado en un ámbito escolar).

e. Pertinencia de los conocimientos científicos con las problemáticasplanteadas.

f. Pertinencia de los conocimientos tecnológicos con las problemáticasplanteadas.

g. Vinculación (pertinencia) del recurso didáctico que propone con lassituaciones didácticas planteadas.

h. Congruencia (vinculación) de los contenidos propuestos con el recursodidáctico.

i. Aporte metodológico para enriquecer sus estrategias didácticas.

j. Aporte teórico (en general) para su trabajo docente.

k. Valor motivador para el trabajo con sus alumnos.

l. Valor orientador para generar sus propios recursos didácticos.

m. Concepción innovadora para el trabajo didáctico en la educación técni-co-profesional.

MB7

B MR

Si marcó la opción “Malo”, le pedimos que nos explique por qué:

7 Escala= MB: Muy bueno / B: Bueno / R: Regular / M: Malo

XXIIXX


8. Propuestas o nuevas ideas:

Tanto para los autores de este material, como para el CeNET como institución responsablede su elaboración y distribución, una de las finalidades más importantes es suscitar en loseducadores nuevas ideas, aplicaciones o propuestas creativas a partir de la lectura o el traba-jo con el módulo.

En función de ello, le solicitamos que nos indique:

Si a partir del módulo (contenido teórico y recurso didáctico) usted, en su calidad de(marque todas las opciones que correspondan):

a. docente a cargo de un grupo de alumnos

c. responsable de la asignatura:

b. directivo

d. lector del material

e. otro (especifique):

ha generado nuevas ideas o propuestas:

Respecto de los contenidos (independientemente del recurso didáctico):

a. Organización de su asignatura.

b. Contenidos científicos y tecnológicos (formas de asociarlos, ampliarlos,desarrollarlos, etc.)

c. Planificación de las experiencias didácticas.

d. Trabajo con resolución de problemas.

Sí No

XXXX


Otras (Por favor, especifique en qué ámbitos ligados con los contenidos ha generado estasnuevas ideas o propuestas):

Si su respuesta fue afirmativa le pedimos que la amplíe:

XXXXII


En relación con el recurso didáctico. Le pedimos que nos relate (libremente) las nuevas ideaso propuestas que el trabajo con este material le ha suscitado:

XXXXIIII

Sí


No

En caso negativo, por favor, indíquenos por qué:

¿Puso en práctica alguna de estas ideas o propuestas?

¿Cuál/es?

XXXXIIIIII

Títulos en preparación de la serie “Desarrollo de contenidos”.

• Colección: Tecnología química en industrias de procesos

• El aire como materia prima

• El azufre como materia prima

• Los minerales como materia prima –bauxita y minerales de hierro

• Colección: Construcciones

• Construcción de edificios. Cómo enseñarla a través de la resoluciónde problemas

• Construcciones en hormigón armado: tecnología, diseño estructuraly dimensionamiento

• Colección: Telecomunicaciones

• Técnicas de transmisión banda base aplicadas a redes LAN y WAN

• Cálculo de enlaces alámbricos

• Colección: Materiales

• Fundamentos y ensayos en materiales metálicos

• Colección: Tecnología en herramientas

• Historial de las herramientas de corte

• Diseño y fabricación de herramientas de corte

• Colección: Electricidad, electrónica y sistemas de control

• Instalaciones eléctricas

• Familia TTL (Lógica transistor-transistor)

• Familia lógica CMOS

Documents

Serie: Recursos didácticos · 2013-07-02 · Gay, Aquiles Estufa de laboratorio / Aquiles Gay y María Gabriela Durán; coordinado por Juan Manuel Kirschenbaum. - 1a ed. - Buenos