Llibre Tecnologia 4t ESO

  • Published on
    25-Jun-2015

  • View
    4.537

  • Download
    6

Transcript

  • 1. Tecnologia 4t ESO Ttol original: Tecnologa Direcci i coordinaci general: Instituto General de Tecnologas Educativas y de formacin del profesorado del Ministerio de Educacin, Cultura y Deporte. Disseny i coordinaci: Mara Jos Garca Cebrin Antonio Vzquez Prez Autors: Anglica Carbonell Gonzlez Celso Fernndez Lorenzo Jos Antonio Lpez lvarez Mara Loureiro Gonzlez Antonio Poyatos Dorado Luis Ramrez Vicente Ivn Sez Chicharro Antonio Vzquez Prez Tradut per: Josep V. Prez Aquesta obra est subjecta a una llicncia de Reconeixement-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Espanya de Creative Commons, 2012

2. Enlla a la versi original del llibre, en castell. http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/index.htm 3. Tecnologia 4t ESO 1 ndex Tema 1. Histria de la tecnologia 1. Introducci ......................................................................... 4 2. El desenvolupament tecnolgic al llarg de la histria ......... 4 3. El segle XXI ...................................................................... 15 Tema 7. Installacions elctriques en els habitatges 1. Introducci ........................................................................ 72 2. Installaci dins de ledifici ............................................... 72 3. Cablejat de la installaci .................................................. 73 4. Disseny de la installaci .................................................. 73 5. Esquema unifilar denllumenat ......................................... 74 6. Plnol de la installaci elctrica ....................................... 75 7. Consum i factura de llum .................................................. 76 Tema 2. Els objectes tcnics i la societat 1. Introducci ......................................................................... 18 2. Desenvolupament sostenible .............................................. 19 3. Levoluci dels objectes ..................................................... 21 4. Normalitzaci ..................................................................... 22 Tema 8. Altres installacions en els habitatges 1. Installaci de llanterneria ................................................. 80 2. Installaci amb aigua calenta centralitzada ...................... 85 3. El consum i la factura de laigua ....................................... 87 4. Installaci de gas ............................................................. 88 5. Calefacci i aire condicionat ............................................. 89 6. Domtica ........................................................................... 90 Tema 3. Tecnologies de la comunicaci 1. Introducci ......................................................................... 28 2. Mitjans de transmissi ....................................................... 30 3. Sistemes de comunicacions ................................................ 31 4. Control i protecci de la informaci ................................... 36 Tema 9. Pneumtica i hidrulica (I) 1. Principis fsics de la pneumtica ....................................... 92 2. Components del circuits .................................................... 96 Tema 4. Electrnica analgica 1. Introducci ......................................................................... 37 2. Resistncies electrniques .................................................. 38 3. Condensadors ..................................................................... 43 4. Dodes ................................................................................ 44 5. Transistors .......................................................................... 45 6. Miniaturitzaci de circuits .................................................. 47 7. Instruments de mesura ....................................................... 49 Tema 10. Pneumtica i hidrulica (II) 1. Comandament directe dun cilindre .................................. 104 2. Comandament indirecte dun cilindre ............................... 105 3. Comandament semiautomtic dun cilindre ...................... 107 4. Comandament automtic dun cilindre .............................. 107 5. Comandament dun cilindre des de diversos punts (vl. OR) 108 6. Comandament simultani dun cilindre des de diversos punts 108 7. Regulaci de velocitat ....................................................... 111 8. Comandament de ms dun cilindre .................................. 112 9. Nomenclatura .................................................................... 113 Tema 5. Lgica binria 1. Introducci ......................................................................... 54 2. Codi binari, decimal i hexadecimal .................................... 55 3. Taula de la veritat ............................................................... 56 4. Funcions lgiques .............................................................. 57 Tema 11. Robtica 1. Introducci ........................................................................ 114 2. Sistemes de control ........................................................... 117 3. Sensors .............................................................................. 119 4. Components i usos dun robot ........................................... 123 Tema 6. Portes lgiques 1. Portes lgiques bsiques .................................................... 64 2. Implementaci duna funci lgica amb portes bsiques ... 66 3. Obtenci de la taula de la veritat dun circuit ja dissenyat . 67 4. Anlisi dun sistema electrnic mitjanant blocs ............... 68 Tema 12. Control per ordinador 1. Comunicaci amb lordinador ........................................... 126 2. Primitives de programaci ................................................ 127 3. Variables de programaci ................................................. 135 4. Control del programa ........................................................ 139 4. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 3 Tema 1. Histria de la tecnologia Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Descobrir i comprendre la relaci existent entre levoluci histrica de la tecnologia i el desenvolupament de la histria de la humanitat. Conixer les fites fonamentals en la histria de la tecnologia. Saber quines van ser les tecnologies que van donar lloc a canvis en els models socials. Caracteritzar els models de societat des de la Prehistria fins als nostres dies en les seues facetes social, energtica, econmica, laboral i tecnolgica. ndex 1. Introducci .......................................................................................................................... 2 1.1. Qu s la tecnologia? ................................................................................................... 2 2. El desenvolupament tecnolgic al llarg de la histria ........................................................ 2 2.1. La prehistria ............................................................................................................... 2 2.1.1. Introducci .......................................................................................................... 2 2.1.2. El Paleoltic (abans del 10 000 a.C.) ................................................................... 2 2.1.3. El Neoltic (10 000 a.C. 4 000 a.C.) ................................................................. 3 2.2. Ledat antiga (3 000 a.C. segle V d.C.) .................................................................... 5 2.3. Ledat mitjana (segle V d.C. 1492) .......................................................................... 7 2.4. Ledat moderna (1492 1789) .................................................................................... 8 2.5. La primera revoluci industrial (1760 1840) ............................................................ 9 2.6. La segona revoluci industrial (1840 1945) ............................................................. 10 2.7. El segle XX .................................................................................................................. 11 3. El segle XXI ....................................................................................................................... 13 5. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 4 1. Introducci 1.1. Qu s la tecnologia? Sovint quan els mitjans de comunicaci parlen de la influncia de la tecnologia en les nostres vides es refereixen a les noves tecnologies o lalta tecnologia; nosaltres mateixos en escoltar la paraula tecnologia tendim a pensar en ordinadors dltima generaci, en naus espacials, satllits artificials, xarxes dalta tensi, centrals elctriques, grans mquines... No obstant aix els objectes ms domstics i quotidians tamb sn productes tecnolgics: els llibres, la roba que vestim o els bolgrafs no han estat sempre ac, van sorgir arran dun descobriment o duna invenci en un moment determinat de la histria; tamb van ser, en el seu dia, tecnologia punta. 2. El desenvolupament tecnolgic al llarg de la histria 2.1. La prehistria 2.1.1. Introducci s el perode de temps transcorregut des de laparici del primer ser hum fins a la invenci de lescriptura, fa ms de 5.000 anys (aproximadament lany 3000 a.C.). Els primers hmens prehistrics eren nmades dedicant-se a la caa i a la recollecci de fruits, els seus avanos tecnolgics estaven orientats a la seua supervivncia. La prehistria es divideix en tres etapes; Paleoltic, Mesoltic i Neoltic. Dolmen dAxeitos, a Galcia, Espanya La primera revoluci tecnolgica es va produir fa uns 10.000 anys, en el Neoltic, quan els essers humans van passar de ser nmades a sedentaris, desenvolupant les primeres tcniques agrcoles. 2.1.2. El Paleoltic (abans del 10 000 a.C.) Lpoca Fa uns sis milions danys, sorgeix lespcie humana per evoluci a partir dels prcers. Els simis ms avanats, com els ximpanzs i els gorilles, sn capaos demprar ferramentes rudimentries a partir de pedres i pals, aix que aquesta seria tamb la primera activitat tecnolgica de lesser hum: esmolar pedres colpejant-les unes contra daltres per a caar Se sol associar tecnologia amb modernitat, per realment lactivitat tecnolgica, la curiositat per modificar el nostre entorn per a millorar les nostres condicions de vida, s quelcom tan vell com la humanitat. Anomenem prehistria al perode transcorregut des de laparici dels primers homnids fins a laparici dels primers documents escrits. 6. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 5 o per a tallar els aliments; convertir les branques dels arbres en bastons per a anar anant, per a colpejar els animals que caaven, etc. Les primeres tribus o comunitats humanes eren nmades, vivien de la caa danimals salvatges i de la recollida de fruits i plantes que creixien espontniament, no conreaven la terra ni tenien animals domstics. No posseen vivendes sin que sarreceraven a coves o dormien a lintemprie; quan en el lloc en qu vivien ja no quedaven recursos per a subsistir (shavia acabat la temporada de la caa o de la recollida de fruita), es desplaaven cap a un altre lloc a peu. Aquests grups eren igualitaris, no tenien lders, i tots els seus membres realitzaven de forma conjunta totes les tasques, no existia el treball especialitzat. Els intercanvis de queviures amb altres grups nmades es produen de forma allada, sense arribar a formar un comer organitzat. Lactivitat tecnolgica La forma de vida nmada implica la necessitat de reduir les possessions i els objectes tcnics a un mnim, ja que els grups o tribus de lpoca havien de portar-los amb ells quan es desplaaven dun lloc a un altre, desplaaments que tenien lloc a peu i sense ajuda danimals de crrega. A limita el desenvolupament tecnolgic a les ferramentes de caa i pesca a partir de materials naturals (pedra, fusta, ossos) i lelaboraci de vestits per a protegir-se del fred a partir de pells danimals. La invenci ms destacada daquesta poca va ser el descobriment del foc, que va permetre una gran millora de les condicions de vida en permetre tenir llum durant la nit, escalfar-se, cuinar els aliments i espantar als animals salvatges. Impacte Ambiental Aquesta activitat tenia un impacte sobre el medi ambient molt baix, ja que no es caaven ni pescaven ms animals, ni es menjaven ms fruites ni vegetals dels necessaris per al dia; lhome convivia en equilibri amb la natura i amb els altres grups humans. Resumen de lpoca Objectes i eines ............. Instruments de caa i pesca: destrals, arcs, fletxes, arpons, canyes Materials emprats .......... Pedra, fusta, ossos, pells Noves tecnologies ......... Foc Fonts denergia .............. Foc Mitjans de transport ....... Prcticament inexistents 7. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 6 Mitjans de comunicaci Inexistents Impacte ambiental ......... Prcticament inexistents 2.1.3. El Neoltic (10 000 4 000 a.C.) Lpoca La vida humana experimenta una revoluci. Tal vegada siga la major transformaci que shaja donat mai, quan algunes comunitats abandonen la seua vida nmada i sestableixen en un lloc construint vivendes que sagrupen en poblacions habitades per comunitats jerarquitzades. Els grups humans es tornen ms nombrosos. Mentres entre els nmades del paleoltic tots els membres del grup es reparteixen totes les activitats, al neoltic sorgeix el treball especialitzat; cada un es va a dedicar noms a lactivitat en qu ms destaque, o la que li encomanen els seus lders o dirigents, ja que els grups deixen de ser igualitaris. Sorgeixen per tant els oficis. Daltra banda, la residncia en un lloc fix implica la necessitat de construir vivendes. I tamb, dacumular, dins delles, queviures per a poques en qu els recursos siguen escassos. Activitat tecnolgica i relaci amb el forma de vida Les innovacions tecnolgiques que donen origen a tota la revoluci neoltica sn el conreu de la terra, lagricultura, la domesticaci danimals i la ramaderia. Una altra invenci, la roda, permet millorar el transport amb la creaci de carros i desenvolupar la terrisseria, la tecnologia del fang cuit, mitjanant els torns. La nova forma de vida sedentria suposa la necessitat dun gran nombre dobjectes tecnolgics que ja no cal transportar, ja que es poden acumular en les vivendes. Entre ells tenim instruments de cuina o conreu, a ms darmes de caa i pesca ms sofisticades, ja que ara seran elaborades per artesans experts que es dediquen exclusivament a aix. Aquests estris selaboren, 8. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 7 Laparici de lescriptura desenvolupa lorganitzaci social, dels codis legislatius i de recopilaci de sabers cientificotecnolgics. a ms de amb fusta i pedra, amb els primers materials modificats artificialment per lhome mitjanant la terrisseria. Els animals domstics, per la seua banda, suposen no sols aliment, sin tamb una forma denergia, ja que poden realitzar treballs pesats de conreu i tamb es poden emprar com a transport. Impacte ambiental La vida sedentria i la necessitat dacumular queviures porta a lexplotaci i de vegades sobreexplotaci dels recursos al voltant dels grups de poblaci: la terra de conreu sempobreix i les espcies de caa comencen a escassejar. Resumen de lpoca Nous objectes ................... Recipients, coberts, atuells, aladres, arnesos. Armes i ferramentes de caa i pesca ms sofisticades. Nous materials .................. Cermica Noves tecnologies ............ Agricultura, ramaderia Noves fonts denergia ...... Foc, treball animal Nous mitjans de transport Carros, embarcacions primitives Mitjans de comunicaci ... Inexistents Impacte ambiental ............ Sobreexplotaci i escassetat de recursos 2.2. Ledat antiga (3 000 a.C. - segle V d.C.) Introducci A Mesopotmia, els sumeris van inventar lescriptura cuneforme (aproximadament lany 3000 a.C.) i a Egipte, Imhotep introdueix la pedra natural en les construccions. En aquesta poca apareixen les ciutats-estat a Grcia i els imperis territorials (Roma). Les aportacions gregues van ser ms cientfiques i filosfiques, mentres que els romans es van dedicar ms a lenginyeria tant civil com militar. Al final daquest perode, el desenvolupament tecnolgic decau, els historiadors ho atribueixen a lesclavisme. Els esclaus sn m dobra barata pel que no cal produir innovacions que faciliten les tasques manuals i repetitives. Pedra de Rosetta, objecte descobert el 1799 i lestudi del qual va permetre el comenament del desxiframent dels jeroglfics egipcis. 9. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 8 Lpoca Els poblats neoltics creixen i es converteixen en les primeres ciutats, sorgides al voltant dOrient Mitj i del Mediterrani. Lestructura social es torna ms complexa i ms jerrquica, formant-se els primers estats i imperis (Babilnia, Egipte, Grcia, Roma). El creixement de la ciutat comporta una gran necessitat dintercanvi de productes, ja que la caa, la pesca i el conreu als seus voltants es van fent progressivament ms difcils en disminuir els recursos. Es desenvolupa el comer, i amb ell simpulsa enormement el transport, tant per terra com per mar. Lexpansi dels imperis i dels intercanvis comercials va crear la necessitat de la comunicaci a distncia, per la qual cosa apareix el correu. Activitat tecnolgica i relaci amb el forma de vida Lalfabet s la gran innovaci tecnolgica de lpoca, marcant la barrera entre la prehistria i la histria i propiciant, en deixar registre de les activitats, la transmissi del saber i la formaci de millors treballadors especialitzats; a ms dna la possibilitat de comunicar-se a llarga distncia, quelcom vital per a lexpansi dun imperi. La recerca de bons suports per a la informaci escrita va portar a laparici de nous materials com el paper, el papir o el pergam. Aquest creixement de les ciutats i dels estats tampoc hauria sigut possible sense les millores en les comunicacions, que van consistir en la construcci de millors vaixells i de vies de comunicaci terrestre com ara les calades romanes. Un altre factor de gran importncia s la fabricaci de ferramentes ms fiables i eficaos per a la vida urbana i tamb per a lexpansi militar grcies al descobriment dels metalls (ferro, coure i bronze, principalment). Restes duna calada romana en Sogo, Pereruela de Sayago, Zamora. Fotgraf Fernando Cristbal Pintat. Banc Imatges ITE Daltra banda, la construcci dels grans edificis pblics que necessita la ciutat i la necessitat de mitjans de transport de persones i mercaderies impulsen la creaci de les primeres mquines simples: la palanca, la corriola o el pla inclinat. Aquestes permeten desenvolupar grans obres darquitectura i denginyeria civil, com ara temples, ponts, aqeductes, calades, etc. Impacte ambiental El creixement de la ciutat agreuja la sobreexplotaci dels recursos de les regions prximes als grans nuclis de poblaci, comportant la desforestaci i lextinci despcies animals i vegetals. Resumen de lpoca Nous objectes .......................... Ferramentes i estris de metall Nous materials ......................... Ferro, coure, bronze i paper Noves tecnologies ................... Alfabet, metallrgia i mquines simples Noves fonts denergia ............. Les ja existents: foc, treball animal 10. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 9 Nous mitjans de transport ....... Vehicles de tracci animal, vaixells Nous mitjans de comunicaci . Correu Impacte ambiental ................... Desforestaci, extinci despcies 2.3. Ledat mitjana (segle V d.C. - 1492) Introducci LImperi Rom dOccident cau definitivament en el segle V a causa de les invasions brbares. Es perd aix gran part del llegat intellectual de lantiguitat. En orient, els rabs sn els hereus de la cultura clssica, que sencarregaren de reintroduir-la a Europa. Parallelament, des del 2000 a.C., fins al segle XV els xinesos van construir una societat florent que va produir una infinitat dxits tecnolgics. Daquesta poca destaquen els alquimistes Sant Albert Magne, Ramon Llul, Roger Bacon i Yabir ibn Hayyan (Geber), els metges Avicenna i Averrois, i el matemtic Al-Karayi. A Europa a partir del segle XI, es produeix un ressorgiment intellectual en crear-se les universitats i les escoles catedralcies. En aquesta poca apareixen molts invents. Tres innovacions tecnolgiques destaquen sobre les altres: el paper, la impremta i la plvora. Astrolabi planisfric andalus, fabricat a Toledo (Espanya) per Ibrahim ibn Said al- Sahli lany 1067 d.C. Fotografia de Luis Garca, Zaqarbal, 3/12/2008. Font Wikipedia. Un laboratori alqumic, de la histria de lalqumia i els comenaments de la qumica. Lpoca Amb la caiguda de limperi rom la vida urbana desapareix en gran mesura i les ciutats no creixeran, de forma significativa, durant molts segles. Europa es torna rural i dominada pel pensament religis. Ms tard, en els darrers segles de ledat mitjana, les ciutats i el comer tornaran a comenar una certa expansi. Activitat tecnolgica i influncia sobre el forma de vida En una societat teocrtica i preocupada per la salvaci de les nimes i no per assumptes mundans. La innovaci tecnolgica es torna mnima. No hi ha una gran necessitat de desenvolupar el transport ni les comunicacions, ja que a penes hi ha estats en expansi ni grans rutes de comer, i lesfor tcnic es dedica a la construcci de grans catedrals i monestirs. En disminuir lactivitat tecnolgica, disminueix tamb limpacte ambiental de la mateixa. Linvent ms important dels primers segles de ledat mitjana s el mol, tant dhidrulic com de vent, que facilita enormement el treball de moldre el gra. Ms 11. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 10 tard, amb el renixer de les ciutats en els ltims segles de lpoca medieval, sorgeixen altres invencions importants, com ara la brixola, la filosa per a filar, el rellotge (fins llavors noms existien els rellotges de sol) i la plvora. Resumen de lpoca Nous objectes .......................... Mol, brixola, filosa, rellotge i plvora Nous materials ......................... Noves tecnologies ................... Noves fonts denergia ............. Elica i hidrulica Nous mitjans de transport ....... Nous mitjans de comunicaci . Impacte ambiental ................... Redut 2.4. Ledat moderna (1492-1789) Introducci Perode comprs entre el descobriment dAmrica i la Revoluci Francesa. En aquest perode destaquen els grans descobriments geogrfics com ara el descobriment dAmrica, el Renaixement, la Reforma Protestant i la Contrareforma. Amb el creixement de les ciutats es va produir un canvi en el sistema econmic: leconomia feudal va donar pas als primers indicis del sistema capitalista. Tota aquesta activitat va conduir a la necessitat de buscar noves terres on aconseguir les matries primeres, necessries per a fabricar els productes. A ms, va significar lobertura de nous mercats on vendrels. Reconstrucci del telescopi reflector que Isaac Newton va construir en 1672. (Autor Andrew Dunn, 5 /11/ 2004). En aquesta poca apareixen molts invents. Tres innovacions tecnolgiques destaquen sobre les altres: la brixola, la cartografia i les armes de foc. Lpoca Desprs del parntesi medieval, arriba una nova etapa de creixement de les ciutats i dels estats en expansi que formen imperis. Creixen la vida cultural, el comer i lactivitat econmica, configurant-se el que sanomena en lactualitat la societat capitalista. La riquesa es basa ms en el comer que en la possessi de terres, a diferncia de lpoca medieval; lexpansi dels territoris dominats pels estats europeus s possible pels avanos en el transport i les comunicacions que permeten el descobriment i la conquista de terres desconegudes per a dells. Activitat tecnolgica i influncia sobre el forma de vida La invenci de la impremta (el dibuix de lesquerra representa una impremta primitiva) possibilita la major revoluci en les comunicacions des de laparici de lescriptura. Els llibres, que abans calia copiar a m, poden fabricar-se en grans quantitats, divulgant el saber per totes les parts del mn. 12. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 11 La invenci de la brixola, en ledat mitjana, va assentar la base per a la navegaci a gran distncia, per aquesta necessitava tamb de grans vaixells. Seran els galions i les caravelles els que permeten als europeus conquistar Amrica i ms tard Oceania. La societat capitalista que es comena a desenvolupar a les ciutats exigeix que els aparells i mquines es facen ms precisos i rendibles, la qual cosa saconsegueix mitjanant invencions com el microscopi, el telescopi i els primers artefactes mecnics, com ara els telers mecnics o els torns per a roscar. Gali Espanyol. Museu Naval de Vencia, Autor fotografia Thyes. Font Wikipedia Resumen de lpoca Nous objectes .......................... Impremta, microscopi, telescopi Nous materials ......................... Noves tecnologies ................... Aparells mecnics Noves fonts denergia ............. Nous mitjans de transport ....... Grans vaixells Nous mitjans de comunicaci . Llibres Impacte ambiental ................... Creixent 2.5. La Primera Revoluci Industrial (1760-1840) Introducci La primera revoluci industrial naix a Anglaterra a finals del segle XVIII, amb linvent de la mquina de vapor. Per primera vegada, la Humanitat podia realitzar tasques agrcoles o industrials prescindint de lesfor de les persones o animals. Aquest invent va propiciar lagricultura a gran escala i el desenvolupament de les indstries. En millorar els mitjans de producci es va produir una migraci massiva del camp a les ciutats, on estaven les fbriques, canviant la societat perqu apareix la classe obrera. Els primers treballadors estaven obligats a complir llargues jornades de treball amb a penes descansos i vacances. A dna lloc a laparici dels moviments obrers que comencen a lluitar pels drets dels treballadors. Autombil fabricat per Daimler en 1886 (Klaus Enslin from Stuttgart/Germany) En aquesta poca apareixen molts invents i innovacions tecnolgiques com ara el telfon, la pereta, la siderrgia, el parallamps, el telgraf, la mquina de cosir i els vehicles de motor. Lpoca La societat experimenta una gran transformaci. Tal vegada la ms important des de la revoluci neoltica, quan en els pasos dEuropa Occidental comena una gran producci darticles que ja no es fabriquen a m sin en grans fbriques mecanitzades. Els llauradors abandonen en massa el cultiu de la terra i es traslladen del camp a les ciutats per a treballar en les fbriques; les zones rurals comencen a despoblar-se i les ciutats creixen de manera 13. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 12 espectacular, passant dun mn rural a una societat urbana. La necessitat de vendre les grans quantitats de productes elaborats en les fbriques provoca la competncia entre empreses i el naixement de lactual societat de consum. Activitat tecnolgica i influncia sobre el forma de vida Laparici dels motors de combusti (mquina de vapor) subministra lenergia necessria per a alimentar mquines grans i potents. Aquestes sn capaos de fabricar en poc de temps grans quantitats dobjectes iguals, a baix cost, durs i resistents, grcies al descobriment de lacer (un aliatge de ferro i carboni). La comercialitzaci de productes necessita un transport rpid i efica. Aquesta, basada tamb en la mquina de vapor, es fa mitjanant els moderns vaixells de vapor i el ferrocarril, els quals permeten viatjar a unes velocitats desconegudes fins llavors. Tamb augmenta la necessitat de comunicar-se de forma immediata a llarga distncia, la qual cosa saconsegueix al final daquesta poca mitjanant el telgraf, la primera aplicaci de lelectricitat a les comunicacions. No obstant aix, el desenvolupament de lelectricitat i la revoluci de les comunicacions no arribaran a la seua plenitud fins a letapa segent. Impacte ambiental Les noves fbriques i els mitjans de transport funcionen amb carb, la qual cosa suposa el comenament dels problemes dexplotaci de recursos naturals, de la contaminaci i de la producci de grans quantitats de fem i de residus en les ciutats, que duren fins a lactualitat. Resumen de lpoca Nous objectes .......................... Mquina de vapor, pila, premsa hidrulica, parallamps, termmetre Nous materials ......................... Acer Noves tecnologies ................... Grans mquines, comenaments de lelectricitat Noves fonts denergia ............. Carb Nous mitjans de transport ....... Ferrocarril, vaixells de vapor Nous mitjans de comunicaci . Telgraf, peridics, revistes Impacte ambiental ................... Contaminaci, explotaci de recursos 2.6. La Segona Revoluci Industrial (1840-1945) Lpoca La societat sorgida de la revoluci industrial es fa cada vegada ms urbana i ms consumista, ajudada pels avanos en els transports i les comunicacions. A ltim propicia tamb un accs, cada vegada major, al saber. Lescolaritzaci dels ms jvens es converteix en obligatria en els pasos desenvolupats. La major complexitat de les empreses provoca la necessitat dun nombre ms gran de burcrates, administratius i obrers especialitzats amb una major formaci que no en el passat. Tamb lexpansi del coneixement cientificotecnolgic, que viu un enorme desenvolupament en aquesta poca, serveix en no poques ocasions per a millorar o innovar en els productes de consum. 14. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 13 Activitat tecnolgica i influncia sobre el forma de vida Les aplicacions de lelectricitat i el magnetisme, que venien sent estudiats des del segle XVIII, canvien profundament la societat. Per un costat la pereta elctrica aconseguir illuminar i mantenir lactivitat en les ciutats per la nit duna manera eficient, neta i segura, i lascensor canvia radicalment laspecte de les ciutats en permetrels la possibilitat de crixer en altura i no sols en horitzontal. Per laltra banda, laplicaci de lelectricitat i de la incipient electrnica a les comunicacions produeix una autntica revoluci, que comena pel telfon i prossegueix amb la rdio. El carb es va veient reemplaat, com a primera font denergia, pels productes derivats del petroli: la invenci de lautombil canviar de manera irreversible la vida en la ciutat i les dues tecnologies estrela de lpoca, petroli i electricitat, suposaran dues alternatives per a levoluci de mitjans de transport com ara el ferrocarril, els vaixells, els tramvies, el metro o lavi. Impacte ambiental La proliferaci dels autombils i mitjans de transport augmenta els problemes de contaminaci, explotaci de recursos i generaci de residus. Resumen de lpoca Nous objectes .......................... Pereta elctrica, mquina fotogrfica, bicicleta, submar Nous materials ......................... Noves tecnologies ................... Elctrica, comenaments de lelectrnica Noves fonts denergia ............. Petroli, electricitat Nous mitjans de transport ....... Autombil, avi, metro, tramvia Nous mitjans de comunicaci . Telfon, rdio, fotografia, cine Impacte ambiental ................... Contaminaci, explotaci de recursos 2.7. El segle XX Introducci Al segle XX es produeix un desenvolupament tecnolgic extraordinari. Apareixen els primers avions, lelectricitat arriba a les ciutats i a les fbriques, naix lelectrnica que propicia el naixement dels primers ordinadors personals cap al 1980, naix i es desenvolupa la tecnologia nuclear, la medicina experimenta grans avanos que prolonguen la qualitat de vida i ledat de lesser hum, naix i es desenvolupa la tecnologia espacial que colloca satllits artificials en rbita (1957), lhome arriba a la Lluna (1969) i es llancen sondes interplanetries, es 15. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 14 desenvolupen les grans xarxes de comunicaci telefniques fixes i mbils, apareix Internet (1967) i el correu electrnic (1971) i les www. En aquesta poca apareixen molts invents i innovacions tecnolgiques com ara, la rdio, la televisi, el telfon mbil, les centrals nuclears, els robots, els CDs i els DVDs, el cine, els microprocessadors, els ordinadors personals, els electrodomstics... Lpoca La creixent complexitat de les mquines requereix dun nombre cada vegada major de tcnics especialitzats i menor de m dobra no qualificada. Lactivitat en les ciutats deixa destar basada en el sector secundari (indstries i fbriques) i passa a centrar-se en el terciari (informaci i serveis). La major part de la poblaci dels pasos ms desenvolupats treballa en oficines i no en fbriques, disposant duna quantitat dinformaci cada vegada major, de la possibilitat de viatjar prcticament per tot el mn grcies a lavan de laviaci civil, i de mltiples opcions doci. Activitat tecnolgica i influncia sobre el forma de vida Si en la segona revoluci industrial les mquines elctriques van reemplaar als mecanismes impulsats per la fora del vapor, en la tercera lelectrnica passa a ser la tecnologia dominant. Les plaques plenes de xips de silici capaos, fins a cert punt, de prendre decisions de forma autnoma i amb una necessitat de supervisi per part del tcnic cada vegada menor, dominen tant les grans mquines de fabricaci com els aparells domstics. Les llars somplin de mquines electrniques que es poden manipular amb escassos coneixements tcnics. Algunes milloren la nostra qualitat de vida, alleujant les tasques domstiques (rentadora, nevera, microones, aspiradora), i daltres creant noves alternatives doci i dinformaci (televisi, equips de vdeo i udio, telfon mbil, Internet). Els materials que aconsegueixen aquesta nova expansi de la societat de consum sn els semiconductors, que sn la base de lelectrnica, i els plstics, materials artificials de molt baix cost que es poden obtenir en un laboratori triant les seues propietats quasi a la carta. Impacte ambiental Aquesta etapa es caracteritza perqu limpacte ambiental comena a percebres com un problema al qual la societat ha de buscar solucions. Sinvestiguen les conseqncies de la desforestaci, de lemissi de gasos i de residus, i comena a parlar-se de lescalfament global i de qu el planeta podria trobar-se en perill. Aquesta tendncia ecolgica ve provocada, o almenys recolzada, per les tensions sociopoltiques derivades de la dependncia econmica respecte als pasos productors de petroli. La recerca denergies ms netes comena amb la substituci gradual del carb i del petroli pel gas natural, menys contaminant, i amb laparici de les centrals nuclears, que es converteixen quasi des del principi en polmiques a causa de la perillositat dels seus residus, i continua en els 16. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 15 darrers anys amb el desenvolupament de les energies alternatives i renovables (solar, elica, biomassa, etc.). Resumen de lpoca Nous objectes .......................... Electrodomstics, ordinadors Nous materials ......................... Plstics, semiconductors Noves tecnologies ................... Electrnica Noves fonts denergia ............. Gas natural, nuclear, alternatives Nous mitjans de transport ....... Desenvolupament de laviaci, tren dalta velocitat Nous mitjans de comunicaci . Internet, satllits de comunicacions, telfon mbil Impacte ambiental ................... Contaminaci, producci de fem i residus nuclears, conscincia ecolgica 3. El segle XXI Introducci Les distintes innovacions tecnolgiques que shan succet al llarg de la histria han anat modificant la vida de lhome. La tecnologia ens ha perms tenir un lloc de residncia fix en compte de portar un estil de vida nmada, que en el passat ens obligava a desplaar-nos. Els transports i les comunicacions han desenvolupat el comer i ens han perms gaudir de materials, menjar, objectes, etc. que no estan disponibles ni sn propis de la regi on habitem. A ms lescriptura, la impremta o Internet ens han possibilitat adquirir cada vegada majors coneixements, major informaci sobre el mn en qu vivim, mourens cada vegada ms rpid per tot el planeta i comunicar-nos amb persones que estan lluny de nosaltres. Si la tecnologia ens ha fet independents dels canvis en el medi natural (llevat de casos extrems) hui en dia podem continuar fent la nostra vida amb fred, calor, pluja o neu. No obstant aix, ens ha fet dependents de mquines cada vegada ms complexes i dalt consum energtic. Lactivitat tecnolgica t una repercussi al nostre entorn molt difcil de preveure i en pot tenir conseqncies negatives per a dell. 17. Tecnologia 4t ESO 1 - Histria de la tecnologia 16 El desenvolupament sostenible pretn fer compatible la qualitat de vida que ens proporcionen els avanos tecnolgics amb el respecte al medi ambient, tot buscant maneres de minimitzar limpacte ambiental de la tecnologia. Les claus per a aconseguir el desenvolupament sostenible sn: leficincia energtica, s a dir, lestalvi denergia, que impedisca el balafiament dels recursos naturals; el reciclatge dels residus i investigar i potenciar les energies renovables. 18. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 17 Tema 2. Els objectes tcnics i la societat Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Valorar la influncia de la tecnologia en la vida de les persones i el seu impacte mediambiental. Analitzar les propietats dun objecte tcnic i la seua evoluci, comprenent les raons daquesta ltima. Conixer i valorar la importncia de la normalitzaci en els objectes. ndex 1. Introducci .......................................................................................................................... 18 1.1. Tecnologia i condicions de vida .................................................................................. 18 1.2. Els objectes tcnics ...................................................................................................... 18 2. Desenvolupament sostenible .............................................................................................. 19 2.1. Les amenaces mediambientals ..................................................................................... 19 2.2. Concepte de desenvolupament sostenible ................................................................... 19 2.3. Mitjans per a aconseguir-ho ......................................................................................... 20 3. Levoluci dels objectes ..................................................................................................... 21 3.1. Objectes dahir i de hui ................................................................................................ 21 4. Normalitzaci ..................................................................................................................... 22 4.1. Avantatges de la normalitzaci .................................................................................... 22 4.2. Lmits de la normalitzaci ........................................................................................... 23 4.3. Tipus de normes ........................................................................................................... 24 4.4. Processos de normalitzaci .......................................................................................... 24 4.5. Certificaci i normalitzaci ......................................................................................... 25 19. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 18 1. Introducci 1.1. Tecnologia i condicions de vida Al tema anterior hem estudiat les distintes innovacions tecnolgiques que shan succet al llarg de la histria i hem vist, en molts casos, com la tecnologia ha anat modificant la vida de lhome. Tota lactivitat tecnolgica en el seu conjunt t unes conseqncies. Per tant a lhora de fabricar un nou objecte tcnic, o de modificar un objecte ja existent, s important plantejar-se la seua contribuci a la societat. En aquest tema veurem les conseqncies, tant positives com negatives, que levoluci tecnolgica ha tingut i t en la nostra vida. 1.2. Els objectes tcnics La tecnologia ens ha perms tenir un lloc de residncia fix en lloc de portar un estil de vida nmada que, en el passat, ens obligava a desplaar- nos quan les variacions en lentorn ens deixaven sense aliment, o ens dificultaven la supervivncia. Els transports i les comunicacions han desenvolupat el comer i ens han perms gaudir de materials, de menjar, dobjectes, etc. que no estan disponibles ni sn propis de la regi on habitem. A ms lescriptura, la impremta o Internet ens han possibilitat adquirir cada vegada majors coneixements, major informaci sobre el mn en qu vivim, mourens cada vegada ms rpid per tot el planeta i comunicar-nos amb persones que estan lluny de nosaltres. Aquest ltim punt fa que siguem cada vegada ms conscients de les desigualtats que produeix el diferent grau de desenvolupament tecnolgic en distints punts del planeta. Yakarta, ric Yakarta, pobre La integraci entre el mn postindustrial, en qu habiten uns, i les condicions prximes al paleoltic o neoltic, en qu continuen vivint altres, s una enorme font de conflictes. La tecnologia ens ha fet independents dels canvis en el medi natural. Llevat de casos extrems, podem continuar fent la nostra vida amb fred, calor, pluja o neu. No obstant aix, ens ha fet tamb dependents de mquines que cada vegada comprenem menys. De senzills mecanismes de palanques i corrioles es va passar a mquines de moltes peces, desprs a aparells elctrics plens de cables de recorregut cada vegada ms difcil de seguir, fins a arribar als moderns equips electrnics formats per targetes de circuits impresos el funcionament del qual noms comprn el seu fabricant. Qualsevol objecte o avan tecnolgic tindr conseqncies tant positives com negatives sobre la vida de les persones; s important saber valorar-les i sospesar-les. 20. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 19 Lactivitat tecnolgica t una repercussi en el nostre entorn molt difcil de preveure: linventor de lautombil difcilment va poder imaginar els embossos en les ciutats ni els accidents de trfic, o quan es van comenar a emprar els combustibles fssils (petroli i carb) ning no podia suposar que aix anara a provocar un efecte hivernacle, les conseqncies exactes del qual encara hui es desconeixen i es discuteixen. No hi ha manera de saber si els aparells que emprem actualment resultaran beneficiosos o perjudicials en el futur. Mentres la tecnologia ha augmentat espectacularment lesperana de vida, pel major confort que proporciona i pel desenvolupament de la medicina, tamb provoca nous perills per a la vida i la salut: accidents de trfic, accidents de treball, malalties degudes a la contaminaci, etc. 2. Desenvolupament sostenible 2.1. Les amenaces mediambientals El desenvolupament tecnolgic pot tindre conseqncies negatives per al nostre entorn: Fum procedent duna fbrica sucrera cobrint el cel, Peafiel, Valladolid Explota recursos naturals i riqueses de la Terra que no sn renovables (carb, petroli, boscos) i provoca canvis en els ecosistemes arribant fins a lextinci despcies animals i vegetals. Produeix una gran quantitat de fems i residus de qualsevol tipus. Provoca tamb lemissi de substncies txiques per a laire i laigua (contaminaci). Daltres substncies, concretament alguns gasos com ara el CO2, no sn txiques per s danyoses en impedir que la calor que entra en la Terra puga eixir, elevant aix la temperatura del planeta. Existeixen a ms altres tipus de contaminaci, com ara lacstica i la lumnica. 2.2. Concepte de desenvolupament sostenible Hi ha mltiples punts de vista a lhora dabordar el problema de la difcil convivncia entre el respecte al medi natural i el desenvolupament tecnolgic. Per a uns el deteriorament del medi ambient ha anat ja massa lluny i el planeta noms aconseguir sobreviure frenant o anant cap arrere en el desenvolupament tecnolgic i industrial, rebaixant la nostra qualitat de vida. Per a daltres, al contrari, neguen o minimitzen el canvi climtic i limpacte de lactivitat tecnolgica. Consideren que el planeta no corre cap perill, que el problema mediambiental s un invent dalguns cientfics i proclamen que la llibertat en lactivitat dels empresaris ha de ser el 21. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 20 principi fonamental en qu es base la societat, per damunt de qualsevol altra qesti, incloent lecologia. El desenvolupament sostenible intenta no caure en cap daquestes dues postures i tracta de fer compatible la qualitat de vida que ens proporcionen els avanos tecnolgics amb el respecte al medi ambient, cercant maneres de minimitzar limpacte ambiental de la tecnologia. Un desenvolupament es considera sostenible quan s capa de satisfer les necessitats actuals sense comprometre els recursos de les generacions futures. Hui en dia moltes de les activitats humanes no sn sostenibles a mitj i llarg termini, tal com estan plantejades ara. Les caracterstiques que ha de tenir un desenvolupament per a considerar-lo sostenible sn: Cercar la millor manera perqu lactivitat econmica mantinga o millore el sistema ambiental. Assegurar que lactivitat econmica millora la qualitat de vida de totes les persones i no sols duns pocs. Usar els recursos de manera eficient. Promoure el reciclatge i la reutilitzaci. Implantar i desenvolupar tecnologies netes. Restaurar els ecosistemes danyats. Promoure lautosuficincia regional. Reconixer la importncia de la natura per al benestar hum. 2.3. Mitjans per a aconseguir-ho Les claus per a aconseguir un desenvolupament sostenible sn: Leficincia energtica, s a dir, lestalvi denergia, que impedisca el balafiament dels recursos naturals. El reciclatge dels residus. Investigar i potenciar les energies renovables. La conscienciaci de la poblaci. Ladopci de mesures per part de lAdministraci i els poders pblics. Talar arbres assegurant la repoblaci s una activitat sostenible. Per contra, consumir petroli no s sostenible ja que hui en dia no es coneix cap sistema per a crear petroli. 22. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 21 Aquestes mesures poden ser de premi a les conductes i actituds que afavorisquen el medi ambient, de sanci a les empreses o particulars que provoquen un dany mediambiental, o es poden compaginar ambds tipus. En una economia globalitzada, el desenvolupament sostenible ha de ser tamb un objectiu global. Els esforos dun sol estat o grup destats aconseguiran uns resultats limitats si en altres llocs es continua fent cas oms de la qesti mediambiental. I per a aconseguir-ho hem de: Reciclar el fem tot separant els metalls, els plstics i el vidre dels residus orgnics. Comprar electrodomstics de baix consum o dalta eficincia energtica. Utilitzar el transport pblic en lloc del cotxe privat. No tenir aixetes obertes ni llums enceses que no les estem utilitzant. No adquirir productes que no necessitem i que acabaran convertint-se en fem. Sobretot productes amb grans envasos. Vestir de forma adequada a lestaci de lany i no abusar de la calefacci ni de laire condicionat. 3. Levoluci dels objectes 3.1. Objectes dahir i de hui Levoluci tecnolgica no sols consisteix en la invenci de nous objectes, sin que tamb els objectes ja inventats van evolucionant. Els autombils actuals sn diferents dels primers vehicles de motor de fa ms de cent anys; els telfons mbils han redut molt la seua grandria, ampliat la seua pantalla, incorporat la possibilitat dobtenir imatges i vdeos, etc. En el cas dels autombils, moltes innovacions han buscat la major eficcia (motors ms potents o de menys consum), major comoditat (millors amortidors, aire condicionat), major seguretat (el cintur de seguretat, el coix de seguretat) o el menor impacte mediambiental (la gasolina sense plom, els cotxes elctrics). Per a aix shan afegit nous elements, sha modificat el disseny i shan buscat nous materials i noves fonts denergia. Per exemple, levoluci de lordinador de sobretaula al porttil respon a una recerca de menys pes i de ms comoditat. En lnies generals, levoluci dels objectes es guia per algun o per diversos dels principis segents: Cercar el menor cost 23. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 22 Cercar la major eficcia Cercar la major comoditat en el seu s Cercar la major seguretat possible Cercar el menor impacte mediambiental Aquests objectius es poden aconseguir de distintes maneres: A. Canviant el disseny, s a dir, la forma de lobjecte. Ara est cada vegada ms en auge lergonomia, s a dir, que els aparells estiguen adaptats a la forma del cos hum. Teclat normal Teclat ergonmic B. Incorporant nous elements en lobjecte que el fan ms segur, ms cmode o ms funcional (els exemples que hem vist del coix de seguretat o de la cmera dels telfons mbils). Volant sense coix de seguretat Volant amb coix de seguretat C. Emprant noves fonts denergia. Cada vegada es tendeix ms a substituir aparells que funcionen amb combustibles per altres elctrics. Planxa no elctrica Planxa elctrica En aquesta poca apareixen molts invents. Tres innovacions tecnolgiques destaquen sobre les altres: el paper, la impremta i la plvora. 4. Normalitzaci 4.1. Avantatges de la normalitzaci Una forma daconseguir que els aparells siguen ms barats, eficaos, cmodes i segurs s la Normalitzaci. Les normes sn especificacions tcniques aprovades per una instituci lautoritat de la qual s mpliament reconeguda i que estableixen que els objectes tinguen unes determinades dimensions o caracterstiques. s a dir, crear estndards. Segons la ISO (International Organization for Standarization) la Normalitzaci s lactivitat que t com a objecte establir, davant de problemes reals o potencials, disposicions destinades a usos comuns i repetits, a fi dobtenir un nivell dordenament ptim en un context donat, que pot ser tecnolgic, poltic o econmic. 24. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 23 Altres organismes mundials de Normalitzaci sn: IEC (International Electrotechnical Commission) o IATA (International Air Transport Association). La normalitzaci repercuteix de forma positiva en molts aspectes, tant per al client com per al fabricant de productes. Per al client ls de productes normalitzats presenta els avantatges segents: Ajustar-se a la norma prova que un producte s efica i segur. Les normes fan que els distints productes siguen compatibles entre si, estalviant problemes al consumidor en canviar de marca, de pas, etc. Les reparacions o canvis sn ms senzills i rpids. El fabricant, per la seua banda, tamb es beneficia de la normalitzaci: Els productes que sajusten a la norma sn ms fcils demmagatzemar o dapilar, un gran avantatge per a fabricants i distribudors. Fabricar molts productes iguals o semblants baixa els costos de producci. Un exemple dobjecte normalitzat sn els famosos fulls DIN A4. En posar-nos tots dacord en la grandria dels fulls, s fcil apilar-los, arxivar-los en fitxers, utilitzar impressores, etc. Si no existira una norma, necessitarem distints tipus dimpressores, una per a cada grandria de full. Hi ha objectes que no estan normalitzats: si en la teua habitaci hi ha una prestatgeria amb llibres, veurs que cadascun s duna altura diferent. I segur que tens lexperincia de provar-te dos pantalons en una botiga que en teoria sn de la mateixa talla, i un et queda estret i laltre no. Els ports USB dels ordinadors, que pretenen substituir a la gran varietat de ports srie i parallel que existien anteriorment, sn un clar exemple dels avantatges de la normalitzaci. 4.2. Lmits de la normalitzaci En parlar de productes normalitzats o no normalitzats cal tenir en compte que es tracta sempre duna qesti relativa. Hi ha diferents nivells de normalitzaci i el mateix producte pot tenir alguns components normalitzats i daltres no normalitzats. Per exemple, el teclat del teu ordinador t les tecles situades en una determinada posici que est normalitzada, qualsevol altre teclat dun ordinador del teu pas t la mateixa configuraci. 25. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 24 No obstant aix, en canviar de pas la posici dalgunes tecles s diferent. Teclat amb carcters rabs Teclat amb carcters Altres aspectes daqueix mateix teclat, com ara el material de les tecles, no estan normalitzats, existint teclats de tecles ms dures, ms blanes, ms sorolloses, ms silencioses, etc. 4.3. Tipus de normes Les normes poden ser nacionals. A Espanya hi ha les normes UNE (Una Norma Espanyola); a Alemanya, les DIN. Poden ser europees, normes EN, o mundials, normes ISO. A Espanya, les normes UNE sn elaborades per AENOR. Aquest organisme a ms delaborar normes tcniques espanyoles (UNE), amb la participaci oberta a totes les parts interessades, i de representar a Espanya en els distints organismes de normalitzaci regionals i internacionals, tamb certifica productes, serveis i empreses. Una altra divisi important s entre normes dobligat compliment i recomanacions. LAdministraci i els poders pblics sn els responsables de decidir quines normes sn dobligat compliment i quines es queden en la categoria de recomanacions tcniques. En aquest darrer cas, seran els tcnics (enginyers, arquitectes, electricistes, mecnics, etc.) els encarregats de demanar i recolzar el seu s en els projectes. 4.4. Processos de normalitzaci Perqu una norma tinga xit i es complisca, no sols perqu un comit o una autoritat administrativa obligue a aix, sin perqu suposa un avantatge per a fabricants i compradors, ha de complir una srie de caracterstiques: 1. La norma ha de ser clara i estar ben definida. 2. A ser possible ha de satisfer a tots els implicats en ella, tant als fabricants, com als compradors, com a lAdministraci. 3. Ha de donar-se a conixer, tant la norma en si com els avantatges que comporta. 4. Si s dobligat compliment, ha de verificar-se que realment es compleix. 5. Ha de revisar-se per a comprovar que continua sent til i no sha quedat obsoleta. En cas contrari, es modificar o es derogar. 26. Tecnologia 4t ESO 2 - Els objectes tcnics i la societat 25 4.5. Certificaci i normalitzaci La NORMALITZACI s el conjunt de normes que adopten els pasos del mn per a facilitar la producci i comercialitzaci dels seus productes. Amb la normalitzaci saconsegueixen: 1. Productes de major qualitat amb menors costos de producci. 2. Facilita la difusi i lintercanvi. 3. Garanteix la qualitat dels materials emprats en lelaboraci del producte. Les normes sn dictades per organismes mundials com ara ISO (Organitzaci Internacional de Normalitzaci). La CERTIFICACI s lacci duta a terme per una entitat, independent de lempresa auditada, mitjanant la qual es manifesta que una organitzaci, producte, procs o servei, compleix els requisits definits en unes normes o especificacions tcniques. A Espanya, una entitat certificadora per a productes i serveis s AENOR. Les Entitats de Certificaci sn avaluades per Entitats Nacionals dAcreditaci. Cada pas t el seu propi ens Acreditador (ENAC, a Espanya). 27. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 27 Tema 3. Tecnologies de la comunicaci Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Conceptes i magnituds relacionats amb la transmissi dinformaci a travs dones o de corrent elctric. Descriure els sistemes de comunicaci amb fils i sense fils i els seus principis tcnics, per a transmetre so, imatge i dades. Comprendre el funcionament dels sistemes de comunicaci ds quotidi: rdio, televisi i telfon. ndex 1. Introducci .......................................................................................................................... 28 1.1. Conceptes bsics .......................................................................................................... 28 1.2. Evoluci de les telecomunicacions .............................................................................. 28 1.3. Classificaci segons el canal ....................................................................................... 30 1.4. Parmetres del canal .................................................................................................... 30 2. Mitjans de transmissi ........................................................................................................ 30 2.1. Tipus de mitjans de transmissi amb fils ..................................................................... 30 2.2. Tipus dones ................................................................................................................. 31 3. Sistemes de comunicacions ................................................................................................ 31 3.1. La rdio ........................................................................................................................ 31 3.2. El telfon fix ................................................................................................................ 33 3.3. El telfon mbil ........................................................................................................... 34 3.4. La televisi ................................................................................................................... 34 4. Control i protecci de la informaci ................................................................................... 36 4.1. Importncia .................................................................................................................. 36 28. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 28 Si lemissor i el receptor estan lluny un de laltre, es parla de comunicaci a distncia o telecomunicaci. 1. Introducci 1.1. Conceptes bsics La comunicaci consisteix en la transmissi duna informaci dun emissor cap a un receptor. En tot procs de comunicaci hi ha els elements segents: Emissor: Persona que transmet quelcom als altres. Missatge: Informaci que lemissor envia al receptor. Canal: Element fsic que estableix la connexi entre lemissor i el receptor. Receptor: Persona que rep el missatge a travs del canal i linterpreta. Codi: s un conjunt de signes sistematitzat junt amb unes regles que permeten utilitzar- los. El codi permet a lemissor elaborar el missatge i al receptor interpretar-lo. Lemissor i el receptor han dutilitzar el mateix codi. La llengua s un dels codis ms utilitzats per a establir la comunicaci entre els essers humans. Context: Relaci que sestableix entre les paraules dun missatge i que ens aclareixen i faciliten la comprensi del que es vol expressar. Un cos que t energia pot provocar canvis, per el canvi pot produir-se o no. En aquest aspecte lenergia podria comparar-se amb els diners. (Una persona que t diners pot provocar canvis, per la persona pot gastar els diners o no). 1.2. Evoluci de les telecomunicacions En lantiguitat la comunicaci a distncia es limitava al correu postal. A partir del segle XIX comena el desenvolupament accelerat de les telecomunicacions quan els missatges es comencen a transmetre a travs del corrent elctric, mitjanant el telgraf, primer i el telfon, desprs. Ms avant es va desenvolupar la comunicaci a travs dones electromagntiques. Aquestes viatgen a major velocitat que el corrent elctric, no necessiten cables per a la seua transmissi i es poden transmetre en lespai exterior. Veurem amb ms detall com van evolucionar les telecomunicacions centrant-nos en els sistemes segents: Correu postal. Telgraf. Telfon. Rdio. Televisi. Satllit. 29. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 29 El servici postal s un sistema dedicat a transportar documents escrits i daltres paquets de grandria xicoteta arreu del mn. Qualsevol paquet lliurat mitjanant el sistema postal sanomena correu o correspondncia. LImperi Rom ja tenia un sistema postal prou desenvolupat. El correu postal est sent desplaat per mitjans ms efectius com ara el telfon i el correu electrnic, convertint-se en un mitj per a transportar documents formals o comercials. El telgraf s un dispositiu destinat a la transmissi de senyals a distncia que apareix cap al 1832. Al principi no existia cap codi per a comunicar-se, fins que Morse va crear un alfabet basat en lamplria de les senyals: senyal curta s un punt ( . ), senyal llarga s una ratlla ( - ). El 1851 es va installar el primer cable submar entre Anglaterra i el continent. El 1866 es crea una comunicaci permanent entre Amrica i Europa. El telfon s un dispositiu de telecomunicaci dissenyat per a transmetre, a distncia, senyals acstiques mitjanant senyals elctriques. Alexander Graham Bell va ser el primer en patentar-lo. Hui en dia, la telefonia consta de dos sistemes: el tradicional (amb cable, un parell de coure), i el mbil que s un dispositiu demissi-recepci de rdio cap a una antena receptora-emissora. Ambds sistemes compten amb unes centrals de commutaci que sn les encarregades de connectar a lemissor i al receptor. La rdio s una tecnologia que possibilita la transmissi de senyals mitjanant la conversi de la veu en ones electromagntiques. Aquestes ones no requereixen dun mitj fsic de transport, per la qual cosa poden propagar-se tant a travs de laire com del buit. En un estudi de rdio es converteix el so de la veu a senyal elctric amb un micrfon. Aquest senyal es converteix en ones electromagntiques i semet a travs duna antena. Les ones viatgen fins arribar a lantena del receptor, on t lloc el procs invers. La televisi s un sistema per a la transmissi i la recepci dimatges en moviment i so a distncia. Aquesta transmissi pot ser efectuada mitjanant ones electromagntiques o per xarxes especialitzades de televisi per cable. El receptor de les senyals s el televisor. Els satllits artificials estan situats en rbita al voltant de la Terra. Un satllit actua com un repetidor situat a lespai: rep els senyals enviats des de lestaci terrestre i les emet de tornada als receptors terrestres. Les antenes utilitzades preferentment en les comunicacions via satllit sn les antenes parabliques. La forma de parbola fa que es concentre el senyal de les ones provinents del satllit en un element receptor. 30. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 30 1.3. Classificaci segons el canal Segons la natura del canal pel qual es transmeten lelectricitat o les ones, les comunicacions poden ser: amb fils si la informaci, que viatja en forma de corrent elctric o dones, es transmet a travs dun cable, sense fils si la informaci es transmet a travs de laire o del buit. A noms s possible si la informaci viatja en forma dones, ja que el corrent elctric noms es pot conduir mitjanant un cable. 1.4. Parmetres del canal Els parmetres ms importants relatius al canal de transmissi de la informaci sn: La seua capacitat mxima o ample de banda, s a dir, la quantitat de dades que es poden transmetre per aqueix canal per unitat de temps; si estem parlant dun sistema digital, lample de banda es mesura en bytes/segon. Les distorsions o interferncies amb altres senyals. Latenuaci que pateix el senyal en el seu recorregut pel canal o medi. El senyal tendeix a tornar-se ms dbil amb la distncia. 2. Mitjans de transmissi 2.1. Tipus de mitjans de transmissi amb fils Hem vist que, quan el senyal es transmet de forma elctrica, ha de fer-ho a travs dun cable. Tamb hi ha cables (de fibra ptica) que permeten la transmissi de llum o dones electromagntiques. Hi ha diferents tipus de cable; lelecci dun o daltre depn del que tenim que transmetre (corrent elctric o llum) i del risc datenuaci o dinterferncies en el senyal. Els principals tipus sn: a) Cable de parell trenat. s el cable ms senzill. Est format per fils enrotllats de dos en dos. Sempra quan no existeix massa risc dinterferncies o datenuaci i no cal un ample de banda elevat, com ara en les xarxes de telefonia o dordinadors. b) Cable coaxial. Consisteix en un nic cable rodejat duna capa allant i aquesta, a la vegada, duna malla metllica. Latenuaci i les interferncies sn menors que en el cable de parell trenat, mentres que lample de banda s superior, per la qual cosa sempra en xarxes dordinadors, televisi per cable i telefonia de mitjana i llarga distncia. c) Cable de fibra ptica. Consta duna o diverses fibres de vidre envoltades en una coberta de plstic. El cable de fibra ptica permet que viatge la llum pel seu interior, a ms de reduir al mnim les atenuacions i les interferncies, i permetre un gran ample de banda. Sempra en xarxes de comunicaci (telefnica o dordinadors) de llarga o molt llarga distncia. 31. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 31 2.2. Tipus dones Podem distingir dos tipus dones en les telecomunicacions: Ones sonores que es propaguen a travs de laire (o en alguns casos, de laigua), com ara la veu humana. Ones electromagntiques que es propaguen en el buit i que es transmeten a la velocitat de la llum, a 300.000 quilmetres per segon. Aquestes ltimes, les ones electromagntiques, sn les que ms inters tenen per a les telecomunicacions. Hi ha diferents tipus dones electromagntiques, que es distingeixen per la seua freqncia. El conjunt de totes elles s lespectre electromagntic. A la imatge segent es pot apreciar que les ones de rdio sn les de menor freqncia de tot lespectre. Els rajos X i gamma sn les ones de major freqncia i, per tant, les ms energtiques. En mig tenim la llum visible que els nostres ulls i el nostre cervell sn capaos de percebre i transformar en imatges. Dins de la llum visible, a cada color li correspon una freqncia. Normalment en les comunicacions es treballa en la part de lespectre electromagntic de freqncies ms baixes. s el que sanomena espectre radioelctric. 3. Sistemes de comunicacions 3.1. La rdio La rdio s un mitj de comunicaci que es basa en lenviament de senyals dudio a travs dones de rdio. s difcil atribuir la invenci de la rdio a una nica persona. En diferents pasos es reconeix la paternitat en clau local: Aleksandr Stepnovich Popov va fer les seues primeres demostracions en Sant Petersburg, Rssia; Nikola Tesla en Sant Llus (Missouri), Estats Units i Guillermo Marconi al Regne Unit. El 1895, a Itlia, un jove de a penes 20 anys, Guglielmo Marconi, rebia a travs del diari la notcia dels efectes de les ones electromagntiques engendrades per un oscillador elctric inventat per Hertz. El 1896, Marconi va obtenir la primera patent del mn sobre la rdio, la patent britnica 12039. 32. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 32 La primera transmissi radiofnica del mn es va realitzar en la Nit de Nadal del 1906, per no va ser fins al 1920 quan comencen les primeres transmissions radiofniques per a entreteniment amb una programaci regular, ja que fins llavors havien sigut experimentals o sense la continutat requerida. De so a ona electromagntica En un estudi de rdio, un locutor parla davant dun micrfon. La funci del micrfon s transformar la veu humana en un senyal elctric. A lestudi, aquest senyal elctric ser barrejat amb daltres senyals provinents de msica gravada, el senyal daltres micrfons o el duna telefonada. El tcnic de so s lencarregat de controlar el volum i de barrejar aquestes fonts de so. A aquest senyal que arreplega les oscillacions del so a emetre se lanomena senyal modulador. Es tracta duna ona com la primera de la imatge. Molts sons tenen una freqncia de lordre dels 100 Hz o menors. Si volgurem transmetre i rebre aquest senyal directament necessitarem antenes de diversos quilmetres de llargria. Per tal devitar a, es converteix el senyal original en un altre amb molta major freqncia. El receptor eliminar aquesta transformaci quedant lona electromagntica original. A lemissora de rdio es genera un senyal portador, s a dir, una ona electromagntica de freqncia ms alta. Aquest senyal es genera mitjanant uns circuits formats per bobines i condensadors, anomenats oscilladors. Les dues ones, la portadora i la moduladora, es modulen, s a dir, es barregen en lemissora. Existeixen dues formes de dur a terme aquesta barreja o modulaci: Modulaci en amplria o Amplria modulada (AM). Lona portadora es fa ms forta o ms feble en funci de lona moduladora, s a dir, la seua amplria varia encara que la seua freqncia roman constant. Modulaci en freqncia o Freqncia modulada (FM). Lona portadora oscilla amb major o menor velocitat, s a dir, es repeteix ms o menys vegades per segon en funci de lona moduladora. A la imatge anterior veiem dalt lona moduladora original; en el mig, aquesta ona modulada en amplria (lamplria varia i la freqncia s constant); i baix, lona modulada en freqncia (lamplria s constant i la freqncia varia). Dona electromagntica a so Lona modulada es transmet a travs de laire (es podria transmetre tamb en el buit) des de lantena de lemissora. Dels dos tipus de modulaci, la freqncia modulada genera menys interferncies. 33. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 33 Finalment lona es rebuda per lantena dels aparells de rdio dels oients. Laparell receptor de rdio es capa de desmodular lona, s a dir, tornar a recuperar el senyal elctric produt originalment a lestudi, i tamb de tornar-ho a convertir en so mitjanant els altaveus. El dispositiu consta tamb dun comandament que li permet de sintonitzar les ones, s a dir, seleccionar les duna determinada freqncia. 3.2. El telfon fix El telfon s un dispositiu de telecomunicaci dissenyat per a transmetre senyals acstics per mitj de senyals elctrics a distncia. Durant molt de temps Alexander Graham Bell va ser considerat linventor del telfon, junt amb Elisha Gray. No obstant aix, Bell no va ser linventor daquest aparell, sin noms el primer a patentar- lo. A va ocrrer el 1876. L11 de juny del 2002 el Congrs dels Estats Units va aprovar la resoluci 269, per la qual es reconeixia que linventor del telfon havia sigut Antonio Meucci, que el va anomenar teletrfon, i no Alexander Graham Bell. El 1871 Meucci noms va poder, per dificultats econmiques, presentar una breu descripci del seu invent, per no formalitzar la patent davant de lOficina de Patents dels Estats Units. Quan es requereix fer una telefonada hi ha que marcar al teclat el nmero de telfon amb el qual es desitja parlar. Aquesta informaci es transmet per tons a travs de la lnia telefnica. Els cables de les lnies de tots els usuaris de telefonia fixa duna poblaci o sector acaben fsicament en les anomenades centrals telefniques. Una central telefnica s el lloc (pot ser un edifici, un local, una caseta o un contenidor), utilitzat per una empresa operadora de telefonia, on salberguen lequip de commutaci i els dems equips necessaris per a loperaci de les telefonades. s a dir, una central telefnica s el lloc on sestableixen connexions entre les lnies de cada client (anomenat llaos dels abonats). Les centrals telefniques es connecten entre si mitjanant enllaos de comunicacions per ones de rdio, fibra ptica o via satllit. Tamb es connecten amb centrals daltres pasos o daltres operadors, tant fixos com de mbils. Hui en dia les centrals funcionen de manera automtica, encara que antigament la connexi fsica de les lnies es feia de forma manual per les operadores. Una vegada sha establert la connexi entre el telfon que fa la telefonada i el que la rep, el timbre del segon telfon sona fins que es despenja lauricular o saccepta la telefonada; en eixe moment ja es pot transmetre la veu entre un telfon i laltre. Laparell telefnic t un micrfon i un auricular. El micrfon converteix el so en un senyal elctric mentres que lauricular funciona com un altaveu, converteix un senyal elctric en so. 34. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 34 El telfon fix de lemissor o del receptor pot tenir un terminal sense fil. En eixe cas, el senyal elctric no arriba fins al propi terminal sin fins la seua base, que disposa duna antena des de la qual emet ones de rdio que sn rebudes pel terminal. 3.3. El telfon mbil El terminal de telefonia mbil funciona bsicament com un aparell emissor i receptor de rdio que treballa amb dues freqncies distintes, una per a emetre i una altra per a rebre informaci. Lesmentada informaci no s noms la veu humana, sin tamb missatges de text o qualsevol tipus de comunicaci que es puga transformar en una ona electromagntica. Una xarxa destacions dones de rdio arreplega o reexpedeix la informaci dins duna determinada rea, s a dir, li proporciona cobertura. En rees contiges, funcionen altres estacions que treballen amb distintes freqncies. A la vegada, aquestes estacions reben o envien informaci a una central. Les estacions i les centrals poden ser terrestres o estar situades en satllits artificials, en funci de tot aix parlarem de telefonia mbil terrestre o telefonia mbil per satllit. 3.4. La televisi La televisi s un sistema per a la transmissi i recepci dimatges en moviment i so a distncia. Hi ha diferents sistemes segons siga la seua transmissi: Televisi per ones s el model tradicional. Sempren ones de rdio duna freqncia ms alta que les utilitzades per a transmetre el so. Aquestes ones semeten des de les emissores de televisi fins a distints repetidors que les transmeten a les antenes receptores dels edificis. En funci de la freqncia del senyal, es parla de VHF (very high frequency, freqncia molt alta) o UHF (ultra high frequency, freqncia ultra alta). Encara que hui en dia la majoria de les emissions sn digitals (TDT). Televisi per cable El senyal de televisi no arriba a travs de laire o de lespai, sin dun cable coaxial o de fibra ptica que senganxa al receptor. Aquest cable permet tamb rebre dades, s a dir, enviar correus electrnics, connectar-se a Internet, etc. 35. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 35 Televisi per satllit Les ones que arriben a laparell receptor no venen de repetidors terrestres, sin de satllits artificials. Per a rebre-les sempren antenes parabliques. Autoria de la imatge: M Luisa Bello. Llicncia CC Televisi per Internet La televisi es rep a travs de la connexi a Internet, siga aquesta amb fils o sense fils. A ms, quelcom important que cal considerar s el tipus de receptor de televisi. Les primeres transmissions regulars de televisi es van efectuar cap al 1937. Des de llavors fins ara la tecnologia emprada en els receptors ha canviat substancialment. Podem distingir tres grans grups de tecnologia diferents: 1. Televisors de tub de rajos catdics. 2. Televisors TFT o LCD. 3. Televisors de plasma. 1. Televisi de tub de rajos catdics Aquesta tecnologia ha sigut lnica fins fa pocs anys. Consta de tres tubs o canons des dels quals es llancen electrons capa a la pantalla. La pantalla consta de fosforescncia roja, verda i blava, i cadascuna daquestes tres sactiva amb un dels tres tubs. El color de la imatge es forma per la combinaci daquests tres colors bsics (sistema RGB: red, green and blue; roig, verd i blau). Els electrons llanats pels tubs van recorrent o escombrant cadascuna de les lnies que formen la pantalla, tornant a compondre la imatge a la pantalla. Naturalment tot a passa a gran velocitat. La llargria dels tubs s el que provocava la gran fondria dels televisors tradicionals, davant les pantalles planes que predominen actualment. 2. Televisi de TFT-LCD Est format per molcules de cristall lquid, dac el seu nom, pantalla LCD (liquid cristal display). Aquestes molcules actuen com a interruptors que connecten i desconnecten cadascun dels molts punt o pxels de la pantalla. Aquesta engegada es regula mitjanant transistors TFT, dac laltre nom que reben aquestes pantalles. Cadascun dels pxels est dividit en tres parts corresponents als tres colors bsics: roig, verd i blau. En funci de la intensitat que els transistors TFT donen a cadascun dels pxels, es forma el color en la pantalla. 36. Tecnologia 4t ESO 3 - Tecnologies de la comunicaci 36 3. Televisi de plasma Al igual que els televisors tradicionals de tub, la pantalla dels televisors de plasma est recoberta de fosforescncies dels tres colors bsics: roig, verd i blau. Per, com en la tecnologia TFT, la pantalla dels televisors de plasma est dividida en molts pxels que sn connectats i desconnectats mitjanant xicotetes descrregues elctriques produdes per un gas (el plasma). 4. Control i protecci de la informaci 4.1. Importncia Ja que la tecnologia que permet les comunicacions pbliques (rdio, televisi) sn ones electromagntiques, molt semblants a les emprades en la comunicaci privada (telfon), les conversacions dutes a terme per un telfon mbil es poden rebre amb un dispositiu no molt ms sofisticat que un aparell convencional de rdio. Les conversacions telefniques estan protegides pel dret a la intimitat, que noms pot vulnerar-se mitjanant una orde judicial en el cas que el fet descoltar-ho afavorisca la investigaci de la policia o de les forces de seguretat de lestat. De no donar-se aqueix cas, escoltar i encara ms difondre conversacions privades va contra la llei, igual que manipular o tafanejar el telfon mbil duna altra persona sense el seu perms. 37. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 37 Tema 4. Electrnica analgica Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Dissenyar circuits electrnics analgics senzills amb la simbologia adequada. Descriure el funcionament i laplicaci dun circuit electrnic i els seus components elementals. Fer amb un simulador el muntatge de circuits electrnics prviament dissenyats amb una finalitat, tot utilitzant la simbologia adequada. Fer mesuraments de magnituds elctriques en circuits electrnics. Identificar els diferents components electrnics elementals. ndex 1. Introducci ....................................................................................................................................................... 37 1.1. Diferncia entre electricitat i electrnica ................................................................................................. 37 1.2. Components electrnics ........................................................................................................................... 37 2. Resistncies electrniques ............................................................................................................................... 38 2.1. Resistncies fixes ..................................................................................................................................... 38 2.1.1. Tipus de resistors fixos (linterior de les resistncies) .................................................................... 38 2.1.2. Funci de les resistncies en un circuit electrnic .......................................................................... 38 2.1.3. Codi de colors de les resistncies ................................................................................................... 39 2.1.4. Potencimetres ............................................................................................................................... 41 2.1.5. Resistncies dependents ................................................................................................................. 41 2.1.6. Fotoresistncies o LDR .................................................................................................................. 42 2.1.7. Termistors ...................................................................................................................................... 42 3. Condensadors .................................................................................................................................................. 43 3.1. Definici. Capacitat. Tipus ...................................................................................................................... 43 4. Dodes .............................................................................................................................................................. 44 4.1. Simbologia i polaritzaci ......................................................................................................................... 44 4.2. LED .......................................................................................................................................................... 44 5. Transistors ....................................................................................................................................................... 45 5.1. Transistors bipolars. PNP i NPN .............................................................................................................. 45 5.2. Transistors en tall o en saturaci .............................................................................................................. 46 5.2.1. Transistors en tall ........................................................................................................................... 46 5.2.2. Transistors en saturaci .................................................................................................................. 47 5.2.3. Transistors com amplificador ......................................................................................................... 47 6. Miniaturitzaci de circuits ............................................................................................................................... 47 6.1. Circuit integrat ......................................................................................................................................... 47 6.2. Circuit imprs .......................................................................................................................................... 48 7. Instruments de mesura ..................................................................................................................................... 49 7.1. Mesura de tensi ...................................................................................................................................... 49 7.2. Mesura dintensitat ................................................................................................................................... 50 7.3. Mesura de resistncia i de potncia .......................................................................................................... 51 38. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 38 1. Introducci 1.1. Diferncia entre electricitat i electrnica. Lelectricitat treballa amb conductors i lelectrnica amb semiconductors. Els semiconductors tenen unes propietats diferents. Lelectrnica ha perms la miniaturitzaci dels aparells, la possibilitat dautomatitzaci, la programaci de processos i un gran desenvolupament de les tecnologies de la informaci i la comunicaci. En les segents illustracions es mostren exemples daparells elctrics i electrnics. 1.2. Components electrnics Tot circuit electrnic est format per uns components bsics: Resistncies. Potencimetres. LDR. Termistors. Dodes i dodes LED. Condensadors. Transistors. Circuits impresos i integrats. Tots aquests components es troben, quan sobri qualsevol aparell electrnic (com ara un ordinador, un DVD o un reproductor de MP3), integrats en un circuit imprs o placa base. Per a fer els exercicis daquest tema ser til el programa Crocclip que es pot descarregar des del tema de la versi original del llibre. A ms, visualitza el vdeo que apareix en els continguts per a aprendre amb el simulador crocclip. Et recomanem que analitzes lanimaci que apareix a la pgina de continguts que explica com va ser la histria de lelectrnica. La RAE (Reial Acadmia Espanyola) defineix lElectrnica com el Estudi i aplicaci del comportament dels electrons en diversos mitjans, com ara el buit, els gasos i els semiconductors, sotmesos a lacci de camps elctrics i magntics. 39. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 39 2. Resistncies electrniques 2.1. Resistncies fixes En electricitat, loposici al pas del corrent fa que les resistncies produsquen calor (exemple: una cuina elctrica, un forn, un radiador elctric, una torradora de pa, un eixugacabells, etc.). En electrnica es treballa amb resistncies molt ms xicotetes que, en oposar-se al pas del corrent, limiten el valor de la intensitat que passa pel circuit. Les resistncies (o resistors per influncia de langls), tant en electricitat com en electrnica, es poden representar de dues formes, ambds igualment vlides: El programa de simulaci crocclip utilitza el segon smbol. El valor de la resistncia es mesura en ohms (). Quants ms ohms, ms soposa la resistncia al pas del corrent i ms baixa s aquesta ltima. Com en electrnica es treballa a vegades amb resistncies molt altes, poden emprar-se mltiples k, que equival a 1.000 (ohms). 2.1.1. Tipus de resistors fixos (Linterior de les resistncies) Segons el material i el procediment de fabricaci els resistors poden ser: Resistncies de pellcula de carb. Sn les resistncies ms utilitzades en lactualitat degut a la seua gran estabilitat trmica. Resistncies bobinades. Sn resistncies que dissipen grans potncies. Resistncies de pellcula metllica. Sn resistncies molt estables i fiables. 2.1.2. Funci de les resistncies en un circuit electrnic En els circuits electrnics utilitzem resistncies fixes per a: Limitar o regular la intensitat de corrent que circula per un determinat circuit. Per exemple: ac veiem dos circuits formats per una pila, una pereta i una resistncia en srie (se suposa que ja coneixes la simbologia). Qu hi podeu observar? 40. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 40 En el primer circuit la resistncia s de 10 k i en el segon de noms 10 . Pots veure que amb la resistncia de menor valor la pereta fa llum, per la resistncia de major valor limita el pas del corrent per la qual cosa no passa la suficient intensitat perqu aquesta puga fer llum. Protegir alguns components pels que no ha de circular una intensitat de corrent elevada. La resistncia actua com a divisor de tensi. Per exemple: En el primer la pereta sha fos perqu hem connectat una pereta de 9 V a una pila de 12 V. En posar una resistncia en srie de 100 , dividim la tensi, hem provocat una determinada caiguda de tensi entre els seus extrems, i a la pereta li arriba el voltatge necessari per a fer llum. Repeteix aquests circuits utilitzant el programa crocclip. Et recomanem que visualitzes lanimaci sobre associaci de resistncies en srie i en parallel que apareix en la pgina de continguts de la versi original del llibre. 2.1.3. Codi de colors de les resistncies Els quatre anells de color que pots veure en una resistncia tenen la funci dindicar-nos el seu valor, s a dir, de quants ohms sn. Encara que no sempre, en quasi totes les resistncies lltim color sol ser daurat o argentat, per la qual cosa per a saber si estem llegint els colors b o mal hem de collocar la resistncia amb el daurat o largentat a la dreta, com en la imatge. Et recomanem que visualitzes el vdeo sobre el codi de colors de les resistncies fixes que apareix en la pgina de continguts de la versi original del llibre. Practica i comprova com serien Per a identificar el valor, en ohms, duna resistncia emprem un codi de quatre franges. Les tres primeres indiquen el valor nominal i la quarta el valor de la tolerncia en tant per cent. Desprs llegirem el seu valor en una taula. 41. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 41 els anells de color en les resistncies segons la taula del codi de colors que apareix en lenlla corresponent de la pgina. Color de la banda Valor de la 1a xifra significativa Valor de la 2a xifra significativa Multiplicador Tolerncia Negre - 0 1 - Marr 1 1 10 1% Roig 2 2 100 2% Taronja 3 3 1 000 - Groc 4 4 10 000 4% Verd 5 5 100 000 05% Blau 6 6 1 000 000 025% Morat 7 7 - 01% Gris 8 8 - - Blanc 9 9 - - Daurat - - 0,1 5% Argentat - - 0,01 10% Cap - - - 20% Aquesta taula ens servir per a explicar el codi de colors de les resistncies fixes. A la pgina anterior tens una illustraci simplificada per a practicar els exercicis proposats. Veurem un parell dexemples: a) Suposem una resistncia amb els colors groc, blau, roig i daurat. Primer prenem els valors corresponents als dos primers colors, groc i blau. El groc s 4 i el blau 6; tenim per tant 46 , de moment. Tot seguit ens fixem en el tercer color, el roig. El tercer color s el nombre de zeros que hem dafegir; caldr afegir dos zeros, s a dir, multiplicar per 100. 46 x 100 = 4.600 = 4,6 k. Quan el valor supera els 1000 , s ms correcte parlar de k. Finalment, el quart color ens indica la tolerncia. El fabricant de la resistncia no ens pot garantir que el valor exacte siga 4,6 k, hi ha un marge derror. Si lltim color s daurat, vol dir que aqueixa tolerncia o marge derror s del 5%. La resistncia pot tindre un valor un 5% major o menor de 4,6 k. Per tant, el valor s 4,6 k 5%. b) Suposem ara una resistncia amb els colors negre, taronja, daurat i argentat. Comencem pels dos primers colors. El negre s 0 i el taronja 3, per tant partim dun valor de 3 . El tercer color s daurat; quan el tercer color s daurat o argentat, en compte de multiplicar cal dividir el valor de la resistncia, en aquest cas entre 10. 3 : 10 = 0,3 . Finalment, afegim la tolerncia. Com el quart color s argentat, ser dun 10%. Per tant, el valor s 0,3 10%. En electrnica podem treballar amb resistncies molt grans o molt xicotetes. 42. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 42 2.1.4. Potencimetres Els potencimetres o restats sn resistncies de valor variable; alguns potencimetres tenen una palanca perqu puguem modificar el seu valor girant-la. En altres el seu valor es modifica fent girar la pea de dins amb un tornavs. Ac tens un potencimetre amb palanca i un altre sense palanca. Sempre tenen tres terminals. El smbol del potencimetre s el de la resistncia, per afegint una fletxa que indica que el seu valor s variable: INTERIOR DUN POTENCIMETRE Es fabriquen bobinats o de grafit. Poden ser giratoris o lliscants. T 3 terminals: 1, 2 i c. La resistncia entre 1 i 2 s fixa. En girar la barra, variem la resistncia entre 1 i c, i la resistncia entre 2 i c. A lesquema elctric es connecten els terminals 1 i c del potencimetre lliscant. La pereta sengega quan baixa el valor de la resistncia. Com es tracta duna resistncia, el seu valor es mesurar en o en k. Et recomanem que visualitzes el vdeo sobre el funcionament del potencimetre amb el programa crocclip que apareix en la pgina de continguts de la versi original del llibre. 2.1.5. Resistncies dependents Les resistncies dependents sn resistncies el valor hmic de les quals varia en funci de diferents caracterstiques, com ara la llum ambiental, la temperatura i la tensi. 43. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 43 Distingirem dos tipus de resistncies dependents: Fotoresistncies Termistors Et recomanem que analitzes les animacions que apareixen en les pgines de continguts, de la versi original del llibre, que mostren aplicacions de les fotoresistncies i dels termistors. 2.1.6. Fotoresistncies o LDR LDR sn les sigles en angls de Light Dependant Resistor (resistncia que varia amb la llum). En valenci el nom ms correcte daquests components s fotoresistncies o fotoresistors, per el nom ms com s LDR. Sn resistncies variables com els potencimetres, per tenen la propietat que el seu valor varia en funci de la llum que reben. Quan no reben llum, tenen una gran resistncia; en canvi si reben molta llum la seua resistncia baixa i deixen passar el corrent. El seu smbol s el de la resistncia, per amb unes fletxes que representen la llum que incideix sobre elles. El seu valor es mesurar igualment en o k, com qualsevol resistncia. Et recomanem que veges lexplicaci del funcionament de la LDR amb el simulador crocclip que apareix en la pgina de continguts de la versi original del llibre. 2.1.7. Termistors Els Termistors sn resistncies de valor variable. En aquesta ocasi, varien amb la temperatura. Hi ha dos tipus: Els NTC (Negative Temperature Coefficient), la resistncia dels quals disminueix quan la temperatura augmenta. Els PTC (Positive Temperature Coefficient), la resistncia dels quals augmenta amb la temperatura. En la foto el regle mostra com sn de xicotets. A simple vista no es poden distingir els NTC dels PTC. Aquests sn els smbols dels termistors. De vegades sescriu en ells +t o t. +t voldria dir que es tracta dun PTC i t que es tracta dun NTC. Naturalment, el seu valor es mesura en o k. Et recomanem que analitzes el funcionament del termistor amb el simulador crocclip que apareix en la pgina de continguts de la versi original del llibre. 44. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 44 3. Condensadors 3.1. Definici. Capacitat. Tipus Es tracta de components capaos dacumular crrega elctrica que desprs poden alliberar quan ens interessa; s a dir, poden funcionar com a piles durant un temps limitat. Hi ha dos tipus de condensadors: Cermics Electroltic Els electroltics sn ms grans i presenten polaritat; s a dir, tenen un pol positiu i un de negatiu i cal parar atenci de connectar-los en polaritzaci directa. Es representen daquesta manera: El primer smbol representa un condensador cermic, sense polaritat. El smbol de la dreta s el condensador electroltic en el programa crocclip. Et recomanem que analitzes lanimaci que apareix en la pgina de continguts, de la versi original del llibre, que explica les caracterstiques i funcionament dels condensadors, aix com la seua capacitat i tensi de crrega i descrrega. Funcionament del condensador En primer lloc, tanquem linterruptor de lesquerra. En fer-ho, passar corrent pel condensador i el condensador es carrega. Una vegada carregat, podem desconnectar linterruptor de lesquerra i connectar el de la dreta. En fer-ho, el condensador far de pila subministrant corrent a la pereta durant un temps, fins que es descarrega. En funci de la capacitat del condensador, la pereta romandr ms o menys temps fent llum. La capacitat del condensador ens indica la quantitat de crrega que aquest pot acumular. Es mesura en farads (F) o, si s xicoteta, en millifarads (mF). 45. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 45 Passat un temps, que depn com hem dit de la capacitat del condensador, es descarregar i la pereta deixar de fer llum. Repeteix aquests circuits amb el programa crocclip. 4. Dodes 4.1. Simbologia i polaritzaci Els dodes sn components semiconductors que deixen passar el corrent en un sentit i el bloquegen en laltre sentit. En la segent imatge veiem dos dodes: I es representen mitjanant aquest smbol: La fletxa s el pol positiu del dode i la barra el pol negatiu. Polaritzaci de DODES A la imatge de lesquerra el dode est connectat en polaritzaci directa, s a dir, el pol positiu del dode va unit al positiu de la pila (i el negatiu al negatiu). En aqueix cas el dode condueix i la pereta sengega. En canvi a la imatge de la dreta el dode est en polaritzaci inversa, s a dir, el pol positiu del dode va unit al negatiu de la pila (i per tant el negatiu va al positiu). En aqueix cas el dode talla el corrent i la pereta roman apagada. 4.2. LED Els dodes que estem ms acostumats a veure sn els LED (Light emitter diode). Els LED emeten llum quan es troben en polaritzaci directa; una de les seues funcions ms tpiques s avisar que un aparell electrnic est encs: les llumenetes de colors dels televisors, ordinadors, DVDs, etc., sn dodes LED. La pota llarga dels LED s el pol positiu. El seu smbol s igual al del dode, per se li afigen les fletxes que representen la llum que emeten: 46. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 46 Al circuit de lesquerra el LED est en polaritzaci directa, passa corrent pel circuit, el LED fa llum i el motor gira (ho notes per la fletxa que indica moviment). Al circuit de la dreta el LED est en polaritzaci inversa: no passa corrent pel circuit, el LED no fa llum i el motor no gira. Et recomanem que veges el vdeo de protecci del dode emissor de llum explicat amb el simulador crocclip que apareix en la pgina de continguts. 5. Transistors 5.1. Transistors bipolars. PNP i NPN Els transistors sn semiconductors que consten de 3 terminals: emissor, collector i base. Ac tens imatges de transistors. En una delles, pots veure a quina patilla correspon cada terminal. Hi ha diferents tipus de transistors, per en aquest curs noms estudiarem els bipolars. Dins dells, segons com siga la connexi dels seus components, hi ha dos tipus, els NPN i els PNP. Se simbolitzen de la manera segent: El de lesquerra s un transistor NPN i el de la dreta un transistor PNP. En el NPN la fletxa que indica el sentit del corrent ix cap a fora (el corrent anir de collector a emissor) mentres que en el PNP la fletxa entra (el corrent anir demissor a collector). El transistor s un component una miqueta ms complex que els que hem estudiat fins ara. Pot funcionar de tres formes diferents que veurem tot seguit. 47. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 47 5.2. Transistor en tall o en saturaci Quan no passa corrent per la base, no pot passar tampoc pels seus altres terminals; es diu llavors que el transistor est en tall, s com si es tractara dun interruptor obert. El transistor est en saturaci quan el corrent en la base s molt alta; en aqueix cas es permet la circulaci de corrent entre el collector i lemissor i el transistor es comporta com si fra un interruptor tancat. Vegem un exemple en lanimaci, el ventilador (representat per una M) noms funcionar quan la temperatura siga alta. Lavantatge dutilitzar el transistor i no un interruptor convencional s que el transistor talla o reprn el corrent de forma molt ms rpida. 5.2.1. Transistor en tall Heus ac dos exemples de circuits amb transistors en tall. En ambds casos, la resistncia de la part inferior s molt xicoteta; en el circuit de lesquerra perqu incideix llum sobre la LDR i per tant la resistncia s baixa, i en el circuit de la dreta perqu la palanca del potencimetre est en posici de mnima resistncia. Com la resistncia en la zona inferior s xicoteta, el corrent prefereix anar-sen per ac i no per la base. Podrem pensar que el circuit pot tancar-se pel collector i lemissor i encendre la pereta, per no s aix. En no haver-hi corrent a la base no hi ha corrent en cap terminal. La pereta est apagada. El funcionament del transistor depn de la quantitat de corrent que passe per la seua base. El transistor treballa en commutaci quan pot passar de tall a saturaci segons la quantitat de corrent que reba per la seua base. 48. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 48 5.2.2. Transistor en saturaci Veiem els mateixos circuits que abans per amb transistors en saturaci; ara s de nit i la LDR no rep llum per tant la seua resistncia s alta. Al circuit de la dreta, la palanca del potencimetre est en posici de mxima resistncia. Com la resistncia en la part inferior s molt alta, el corrent preferir anar-sen per la base del transistor. Com hi ha corrent a la base, es permet tamb que hi haja corrent pels altres terminals; la pereta fa llum. 5.2.3. Transistor com amplificador Un cas intermedi entre tall i saturaci es produeix quan el corrent en la base no s tan xicoteta com per a tallar el corrent en els altres terminals, per tampoc tan gran com per a permetre-la passar completament. En aqueix cas el transistor funciona com un amplificador que ens proporciona entre el collector i lemissor un mltiple del corrent que passa per la base. En aquestes imatges es veu com en regular amb el potencimetre el corrent que passa per la base, la pereta fa ms o menys llum. 6. Miniaturitzaci de circuits 6.1. Circuit integrat Els circuits integrats o xips sn dispositius que contenen una gran quantitat de components electrnics (dodes, transistors, resistncies, etc.) de molt xicoteta grandria i connectats entre si. Daquesta manera sestalvia espai i es redueix la possibilitat derror en les connexions. Quan el transistor es comporta com un amplificador i condueix parcialment diem que treballa en la zona activa. 49. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 49 Els circuits integrats ms populars, a banda dels microprocessadors dels ordinadors, sn els anomenats 555, que susen com a temporitzadors per a regular llums intermitents, etc. Cada circuit integrat t la seua simbologia. Generalment es representen mitjanant una simple caixa amb el nombre de terminals que tinguen; dins de la caixa sescriu alguna indicaci sobre el tipus de circuit de qu es tracta. Et recomanem que visualitzes el vdeo del funcionament del circuit integrat 555 com a temporitzador que apareix en la pgina de continguts. 6.2. Circuit imprs Tots els components electrnics (dodes, condensadors, resistncies, transistors, circuits integrats, etc.) anteriorment vistos se solden sobre una placa de material conductor, configurant aix el que es coneix per circuit imprs. Si sobri qualsevol aparell electrnic (un ordinador, un DVD, etc.) el que es veur ser un munt de circuits impresos, de plaques amb components electrnics. Elaboraci dun circuit imprs Un circuit imprs s una placa o suport de material allant (baquelita, fibra de vidre...) que inicialment t una de les seues cares coberta de coure. Desprs dun procs, selimina part del coure, quedant la resta en forma de pistes conductores que uneixen components electrnics, seguint un esquema elctric. La placa de circuit imprs (PCI) tindr, en acabar el procs, per un costat els components electrnics i per laltre costat les pistes amb les soldadures. Procs delaboraci de PCI: 1. Dissenyar un esbs del circuit electrnic a escala real (noms pistes i punts de connexi) en paper pulgometrado (o millimetrat). Cal tenir en compte la grandria dels components i la distncia entre puntes de contacte (1/10 de polzada, 2,54 mm) sobre tot en alguns elements com ara potencimetres, transistors, circuits integrats. 2. Calcar el disseny anterior sobre paper vegetal. Aquest disseny del circuit imprs es pot realitzar tamb per mitjans informtics, utilitzant-hi ferramentes (programari) desenvolupades per a aix. 3. Preparar la placa verge. Tallar la placa de baquelita i de coure de la grandria del circuit dissenyat. Netejar la cara coberta per una fina capa de coure. Es realitza un escatat superficial, evitar tocar amb els dits. Realitzar la impressi de les pistes i punts de connexi en la cara amb coure. Es poden emprar diversos mtodes: Utilitzar retoladors especials. Es posa el paper vegetal sobre la placa (costat de la tinta amb el costat del coure). Mitjanant un contrapunx, es marquen lleument els punts on aniran collocats els terminals dels components. Desprs es lleva el paper vegetal i amb un retolador permanent es dibuixen les pistes i els punts de connexi. 50. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 50 Utilitzar tires adhesives. Es marquen els punts de connexi igual que en el cas anterior, per en compte dutilitzar retoladors senganxen tires adhesives i les volanderes de connexi. Utilitzar mtode fotogravat. Es posa el paper vegetal sobre la placa verge una vegada fotosensibilitzada, desprs sintrodueix en una insoladora. Aquest aparell emet llum ultraviolada que altera el verns fotosensible que recobreix la placa. En submergir la placa en un bany de lquid revelador, el verns endurit per la llum realitza la mateixa funci que el retolador o les tires adhesives. 4. Gravat (atacat) de la placa. Eliminar el coure no necessari de la placa, s a dir, el que no ha sigut cobert amb el retolador. Es pot fer en un recipient o safata de plstic on es posar el lquid atacador, que pot ser un daquests dos: Una part dcid clorhdric, dos daigua oxigenada i tres daigua de laixeta. Utilitzar clorur frric dissolt en aigua. Una vegada que la placa sha introdut en la dissoluci, al cap duns pocs minuts el coure formar part de la dissoluci com a clorur de coure. Sha de parar especial atenci en la manipulaci daquests compostos qumics, perqu poden ocasionar cremades greus en la pell. 5. Neteja i trepatge de la placa. Es netejar la placa amb aigua, seliminar amb alcohol el tra del retolador que encara queda sobre les pistes i punts de connexi (si foren tires adhesives es poden escatar suaument) i sassecar. Tot seguit es procedir a trepar, amb una broca del dimetre adequat (1 o 2 mm), en els punts de connexi, on hagen danar inserits els components. 6. Inserir els components i soldar. Una vegada fets els forats, es passa a inserir els components i pastilles de connexi en els llocs adequats per a posteriorment soldar-los a la placa. Per a aix sutilitza, com a ajuda, el dibuix de la vista de components realitzada prviament. 7. Connectar la placa i comprovar el seu funcionament. En la imatge de lesquerra es mostra un exemple de circuit imprs; Es veuen prou ben alguns dodes i condensadors cermics, moltes resistncies amb el seu codi de colors, scols per als circuits integrats (sn les capsetes negres amb potes metlliques dalt i baix) i condensadors electroltics de distinta grandria (sn els cilindres blancs de vora fosca). La imatge de la dreta representa les pistes i els punts de connexi duna placa de circuit imprs. 7. Instruments de mesura 7.1. Mesura de tensi La tensi en un circuit elctric o electrnic es mesura amb un aparell anomenat voltmetre. El voltmetre s laparell especfic per a mesurar tensi, per moltes vegades sempra el polmetre, que, com el seu nom indica, s un aparell polivalent que pot mesurar distintes magnituds. 51. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 51 Ac veiem, a la dreta aparells de mesura analgics i una imatge dun polmetre digital. El voltmetre (o el polmetre quan sutilitza per a mesurar tensi) es representa mitjanant la lletra V dins dun cercle. El pol positiu sindica amb un punt. Mesurar la diferncia de potencial entre els dos punts a qu es connecten els terminals roig i negre. El voltmetre pot donar un valor negatiu (imatge de la dreta) si s connecta del revs, s a dir, amb el terminal positiu (de color roig) en el punt de menor voltatge i el terminal negatiu (de color negre) en el punt de major voltatge. Et recomanem que analitzes el vdeo que apareix en la pgina de continguts que explica com funciona un polmetre. 7.2. Mesura dintensitat Laparell especfic per a mesurar la intensitat del corrent elctric s lampermetre. El polmetre es pot emprar tamb per a mesurar la intensitat. Lampermetre (o el polmetre emprat per a mesurar la intensitat) es representa mitjanant la lletra A dins dun cercle. En aquest cas la A sha substitut per mA perqu el corrent s molt ms menut que un ampere, i per tant es mesura en milliamperes (90 mA = 0,09 A). El punt indica, com en el cas del voltmetre, el pol positiu. Pot mesurar un valor negatiu si el corrent va en el sentit contrari del que se suposa. Et recomanem que veges el vdeo que apareix en la pgina de continguts que explica com mesurar amb el polmetre el corrent elctric. Per a mesurar la tensi el voltmetre (o el polmetre) sha de connectar en parallel amb el circuit. Per a mesurar la intensitat lampermetre (o el polmetre) sha de connectar en srie amb la branca del circuit en qu es vol mesurar el corrent. 52. Tecnologia 4t ESO 4 - Electrnica analgica 52 7.3. Mesura de resistncia i de potncia La resistncia es mesura amb un hmetre (ohmmetre) o amb un polmetre. Es representa mitjanant la lletra dins dun cercle. Laparell que sempra per a mesurar la potncia s el vatmetre. En aquest cas no hi ha alternativa, ja que generalment els polmetres no mesuren la potncia. El vatmetre es representa mitjanant la lletra W dins dun cercle. La seua connexi s ms complexa que la de la resta daparells de mesura i no s objecte destudi en aquest tema. Et recomanem que veges el segon vdeo sobre el mesurament de corrent elctric que apareix en la pgina de continguts. Per a dur a terme el mesurament de la resistncia s necessari allar lelement de la resta del circuit. 53. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 53 Tema 5. Lgica binria Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Distingir entre un senyal analgic i un digital. Realitzar conversions entre el sistema binari i el decimal. Obtenir la taula de la veritat dun sistema electrnic a partir de la seua descripci o de la seua funci lgica. Obtenir la funci lgica dun sistema a partir de la taula de la veritat i simplificar-la. Comprendre i obtenir el circuit elctric equivalent a una funci lgica. ndex 1. Introducci .......................................................................................................................... 54 1.1. Senyals analgiques i digitals ...................................................................................... 54 2. Codi binari, decimal i hexadecimal .................................................................................... 55 2.1. Introducci ................................................................................................................... 55 2.2. De binari a decimal ...................................................................................................... 55 2.3. De decimal a binari ...................................................................................................... 56 2.4. Sistema hexadecimal ................................................................................................... 56 3. Taula de la veritat ............................................................................................................... 56 3.1. La taula de la veritat .................................................................................................... 56 4. Funcions lgiques ............................................................................................................... 57 4.1. Introducci ................................................................................................................... 57 4.2. Funci lgica a partir de la taula de la veritat .............................................................. 58 4.3. Taula de la veritat a partir de la funci lgica ............................................................. 59 4.4. lgebra de Boole ......................................................................................................... 60 54. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 54 1. Introducci 1.1. Senyals analgics i digitals Quan un equip electrnic ens mostra una informaci, pot fer-ho de forma analgica o de forma digital. Analgica vol dir que la informaci, el senyal, per a anar dun valor a un altre passa per tots els valors intermedis, s contnua. El senyal digital, en canvi, va a bots, passa dun valor al segent sense poder prendre valors intermedis. Exemples: Senyal analgic: Senyal digital: Termmetre: En el termmetre de mercuri si la nostra vista fra prou precisa podrem percebre la diferncia entre una centsima o millsima i una altra i mesurar temperatures com 37,214 C. El termmetre digital, en canvi, no pot detectar cap valor intermedi entre una centsima i la segent. Un senyal analgic es continu i pot prendre infinits valors. Un senyal digital s discontinu i noms pot prendre dos valors o estats: 0 i 1, que poden ser impulsos elctrics de baixa i dalta tensi, interruptors oberts o tancats, etc. 55. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 55 Rellotges: Les agulles poden estar en infinites posicions, mentres que el rellotge digital no pot prendre valors intermedis. 2. Codi binari, decimal i hexadecimal 2.1. Introducci Un sistema electrnic maneja informaci en codi binari, s a dir zeros i uns: el zero vol dir que no passa corrent i lu que s que en passa. Habitualment treballem amb el sistema decimal que consisteix en el fet que els nombres enters menors que deu tenen una xifra assignada: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9. Per al deu ja no hi ha una xifra, sin que el que fem s tornar al 0 i posar davant un 1. En el sistema binari, noms el zero i lu tenen assignada una xifra: 0, 1. Per al dos ja no hi ha xifra, per la qual cosa hem de tornar al 0 i posar un 1 davant. s a dir, dos circuits en qu hi ha corrent. Per al quatre sens han acabat les combinacions amb dues xifres, cal afegir una tercera (100) i aix successivament. 2.2. De binari a decimal Decimal Binari 0 0000 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001 10 1010 11 1011 12 1100 13 1101 14 1110 15 1111 En el sistema decimal, les xifres que componen un nmero sn les quantitats que estan multiplicant a les distintes potncies de deu (10, 100, 1.000, 10.000, etc.). Per exemple, 745 = 7 100 + 4 10 + 5 1 O el que s el mateix, 745 = 7 102 + 4 101 + 5 100 En el sistema binari, les xifres que componen el nmero multipliquen a les potncies de dos (1, 2, 4, 8, 16...). 20 = 1, 21 = 2, 22 = 4, 23 = 8, 24 = 16, 25 = 32, 26 = 64... Per exemple, per a passar a decimal un nmero binari, comencem per lesquerra i anem multiplicant cada xifra per les successives potncies de 2, avanant cap a la dreta: 101102) = 020 + 121 + 122 + 023 + 124 = 01 + 12 + 14 + 08 + 116 = 2 + 4 + 16 = 2210) 1102) = 020 + 121 + 122 = 01 + 12 + 14 = 2 + 4 = 610) 56. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 56 2.3. De decimal a binari Per a passar de nmero enter en base decimal a base binaria es divideix el nmero decimal entre 2, el quocient es torna a dividir entre 2, i aix successivament; els residus obtinguts formen el nmero en sistema binari (la llista de 0 i 1, llegits de baix a dalt s el resultat). Procediment: Dividiu entre 2 successivament. Apunteu el quocient i el residu de cada divisi. Apunteu la llista de 0 i 1 de baix cap a dalt. Exemple: passar a binari 7910) 79 : 2, residu = 1, quocient = 39, el dividim entre 2 39 : 2, residu = 1, quocient = 19, el dividim entre 2 19 : 2, residu = 1, quocient = 9, el dividim entre 2 9 : 2, residu = 1, quocient = 4, el dividim entre 2 4 : 2, residu = 0, quocient = 2, el dividim entre 2 2 : 2, residu = 0, quocient = 1 Per tant, 7910) = 10011112) 2.4. Sistema hexadecimal Un altre codi que susa amb certa freqncia s lhexadecimal, s a dir, en base setze. Consisteix a utilitzar les lletres A, B, C, D, E i F per a representar els nmeros del 10 al 15, mentres que per al 16 emprarem l1 i el 0. 1016) = 1 161 + 0 160 = 1610) 1B16) = 1 161 + 11 160 = 2710) 3E16) = 3 161 + 14 160 = 6210) La ra per a ls del sistema hexadecimal s que la seua conversi a binari o la conversi de binari a hexadecimal s molt simple, ja que, en ser setze igual a dos elevat a quatre, quatre nmeros binaris componen un nmero hexadecimal. No obstant aix, en aquest tema no treballarem les conversions entre lhexadecimal i altres sistemes. 3. Taula de la veritat Dec Hex Binari 0 0 0000 1 1 0001 2 2 0010 3 3 0011 4 4 0100 5 5 0101 6 6 0110 7 7 0111 8 8 1000 9 9 1001 10 A 1010 11 B 1011 12 C 1100 13 D 1101 14 E 1110 15 F 1111 3.1. La taula de la veritat Lobjectiu dun sistema electrnic s produir un cert resultat, al qual anomenem eixida, si es compleixen unes condicions que anomenem entrades. Per exemple, a una mquina que funciona amb un motor que pot ser perills, a ms de linterruptor dengegada (A) li afegirem un altre interruptor de seguretat (B). 57. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 57 El motor noms ha darrancar quan linterruptor est tancat i, a ms, quan linterruptor de seguretat tamb ho est. Aquest seria lesquema elctric de funcionament de la nostra mquina. Observa la taula: Si un dels interruptors est tancat (A = 1) i laltre tamb ho est (B = 1), llavors el motor es posar en marxa (S = 1). En el cas que A o B estiguen oberts (valen 0), el motor romandr quiet (S = 0). A aquesta taula, que mostra la relaci entre lestat de les eixides i de les entrades dun sistema, se lanomena taula de la veritat. 4. Funcions lgiques 4.1. Introducci s necessari que el nostre sistema electrnic es comporte segons el que estableix la taula de la veritat. Per a aconseguir-ho, es redueix la taula de la veritat a una sola expressi que sanomena funci lgica. Les funcions lgiques poden ser molt complexes, per sempre seran una combinaci de les tres operacions lgiques bsiques. Suma: interruptors en parallel. S = A + B + C Producte: interruptors en srie. S = A B C Negaci: polsador normalment tancat. S = A A aquestes operacions lgiques bsiques i a les que deriven delles se les anomena, de forma genrica, lgebra de Boole. Suma lgica Leixida sactiva (s un 1) quan una qualsevol de les condicions dentrada sactiva. Noms no sactiva leixida quan totes les entrades sn 0. 58. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 58 Producte lgic Leixida sactiva noms quan totes les entrades estan actives. Exemple: En aquest circuit la pereta (S) noms sencn en polsar els tres interruptors. S = A B C Negaci o inversi lgica En actuar sobre lentrada (A = 1) leixida es det (S = 0) i a linrevs. Exemple: En aquest circuit, quan accionem el polsador A, que est normalment tancat, la pereta sapagar, i si no laccionem romandr engegada. S = A. La inversi se sol representar mitjanant una barra damunt de la funci ( A=S ) o mitjanant un apstrof (S = A). 4.2. Funci lgica a partir de la taula de la veritat Es parteix dun sistema electrnic del que noms es coneix la taula de la veritat. Per a obtenir la funci lgica se segueixen els passos segents: Localitzar els valors 1 de leixida. Llegir els valors de les variables dentrada per a cada cas en qu leixida s 1. Assignar, per exemple per a la variable A, A quan val 1 i A quan val 0. Multiplicar els valors obtinguts per a cada fila. Sumar tots els resultats. Exemple 1 En lexemple de lapartat 3 (pg. 56), en el que un motor es posa en marxa amb dos interruptors (marxa i seguretat) accionats. La taula de la veritat s: A B S Interruptor marxa Interruptor seguretat Eixida motor 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 A B Per a obtenir la funci lgica, ens fixem en les files en qu S = 1. En aquest cas, noms hi ha una, quan A i B valen 1. Es tracta dun producte lgic. S = A B 59. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 59 Exemple 2 Suposem ara la segent taula de la veritat: S val 1 quan A i B valen 0. Aix es pot considerar com el producte lgic de A invertit i B invertit, A B. Per S tamb val 1 quan A val 1 i B val 0. Aquest cas ser el producte lgic de A i B invertit, A B. A B S 0 0 1 A B 0 1 0 1 0 1 A B 1 1 0 En qualsevol daquests dos casos S val 1, per tant ser la suma lgica dels dos. S = A B + A B Exemple 3 Suposem ara un cas amb tres variables: A, B i C: Veiem on es fa 1 la funci deixida: Quan A i B valen 0 i C val 1, s a dir, A B C Quan A i C valen 0 i B val 1, s a dir, A B C Quan A i C valen 1 i B val 0, s a dir, A B C Ats que S val 1 en qualsevol daqueixos tres casos, fem la suma lgica dells: S = A B C + A B C + A B C A B C S 0 0 0 0 0 0 1 1 A B C 0 1 0 1 A B C 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 A B C 1 1 0 0 1 1 1 0 4.3. Taula de la veritat a partir de la funci lgica En aquest cas noms es coneix la funci lgica dun sistema i ens interessa omplir la seua taula de la veritat. Procediment: Construir una taula amb el nombre de variables que t la funci i leixida. Introduir els valors de les entrades segons lorde lgic. Interpretar en cada sumand quins sn els casos en qu la funci val 1. Completar amb zeros, 0. Exemple Donada la funci lgica: S = A + B C + A B C En primer lloc escrivim la taula posant les files en lorde lgic correcte i deixant buida la columna de leixida: A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 60. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 60 Desprs haurem de posar 1 en els casos segents: S = A + B C + A B C A: tots aquells en qu A valga 0 (000, 001, 010, 011). B C: aquells en qu B i C valguen 1, siga quin siga el valor de A (011, 111). Un daquests casos, el 011, tenia ja un 1 perqu complia la condici anterior, A = 1. A B C: quan A val 1, B val 0 i C val 1, (101). A B C S 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 En la resta dels casos la funci valdr 0; omplirem amb 0 els buits que ens hagen quedat. 4.4. lgebra de Boole La funci lgica pot ser prou llarga i complexa, per la qual cosa interessa simplificar-la el ms possible. La simplificaci es pot obtenir a partir de certes regles bsiques o propietats de llgebra de Boole, que pots veure tot seguit. Propietat commutativa a + b = b + a a b = b a Propietats de la inversi a + a = 1 a a = 0 Propietat associativa a + (b + c) = (a + b) + c = a + b + c a (b c) = (a b) c = a b c Idempotncia a + a = a a a = a Propietat distributiva a (b + c) = ab + ac a + bc = (a + b) (a + c) Llei dabsorci a + ab = a a (a + b) = a Altres propietats a + 1 = 1; a + 0 = a a 0 = 0; a 1 = a (a) = a Lleis de Morgan (a + b) = a b (a b) = a + b Les propietats associativa, distributiva i commutativa sn prou intutives, ja que existeixen igualment en la suma de nmeros naturals als quals estem acostumats; el mateix ocorre amb la propietat a 0 = 0. 4.5. Simplificaci de funcions lgiques Procediment: Buscar factors comuns. Aplicar la propietat distributiva. Eliminar termes aplicant a + a = 1 a + 1 = 1. 61. Tecnologia 4t ESO 5 - Lgica binria 61 Exemple 1: s = abc + b + abc + abc Busquem factors comuns: veiem que en els dos primers termes es repeteix ac i en els dos ltims b. s = abc + abc + b + abc Apliquem la propietat distributiva: s = ac (b + b) + b (1 + c) Segons les propietats que hem vist, b + b = 1 i 1 + c = 1 s = ac 1 + b 1 Soluci: s = ac + ba Exemple 2: s = abcd + abcd + abcd + ab Busquem factors comuns: veiem que en els dos primers termes es repeteix bcd i en els dos ltims b. s = abcd + abcd + abcd + ab Apliquem la propietat distributiva: s = bcd (a + a) + ab (d + 1) Segons les propietats que hem vist, a + a = 1 i d +1 = 1 s = bcd 1 + ab 1 Soluci: s = bcd + aba 62. Tecnologia 4t ESO 6 - Portes lgiques 63 Tema 6. Portes lgiques Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Implementar funcions mitjanant portes lgiques. Conixer i manejar la simbologia de les portes lgiques. Construir circuits lgics en el programa simulador informtic. A partir del funcionament dun sistema, obtenir la seua taula de la veritat i la seua funci lgica, i implementar aquesta ltima mitjanant portes lgiques. ndex 1. Portes lgiques bsiques ..................................................................................................... 64 1.1. Introducci ................................................................................................................... 64 1.2. Porta AND ................................................................................................................... 64 1.3. Porta OR ...................................................................................................................... 65 1.4. Porta NOT .................................................................................................................... 65 1.5. Porta NAND ................................................................................................................ 65 1.6. Porta NOR ................................................................................................................... 66 2. Implementaci duna funci lgica amb portes bsiques ................................................... 66 2.1. Obtenci del circuit ...................................................................................................... 66 3. Obtenci de la taula de la veritat dun circuit ja dissenyat ................................................. 67 3.1. Obtenci de la taula de la veritat ................................................................................. 67 4. Anlisi dun sistema electrnic mitjanant blocs ............................................................... 68 4.1. Entrada, procs i eixida ................................................................................................ 68 63. Tecnologia 4t ESO 6 - Portes lgiques 64 1. Portes lgiques bsiques 1.1. Introducci Les portes lgiques sn circuits electrnics capaos de realitzar operacions lgiques bsiques. Per exemple, per a realitzar loperaci producte utilitzem un circuit integrat a partir del qual sobt el resultat S = A B. Circuit srie Taula de la veritat Porta lgica AND En aparena, les portes lgiques no es distingeixen dun altre circuit integrat qualsevol. Noms els codis que porten escrits permeten distingir les distintes portes lgiques entre si o diferenciar-les dun altre tipus dintegrats. La imatge de la dreta representa un circuit integrat que cont 4 portes lgiques NAND. 1.2. Porta AND El senyal deixida sactiva noms quan sactiven tots els senyals dentrada. Equival al producte lgic S = A B. Es correspon amb la segent taula de la veritat (per a tres entrades) i al segent circuit elctric. Leixida sactiva noms quan totes les entrades estan activades. Hi ha dos smbols per a representar la porta AND. El normalitzat s el de lesquerra, encara que el de la dreta el podeu trobar tamb en llibres i webs. 64. Tecnologia 4t ESO 6 - Portes lgiques 65 1.3. Porta OR El senyal deixida sactiva si sactiva qualsevol dels senyals dentrada. Equival a la suma lgica S = A + B. Es correspon amb la segent taula de la veritat (per a tres entrades) i al segent circuit elctric: Leixida sactiva quan qualsevol de les entrades est activada. La porta OR es representa mitjanant aquests dos smbols (el de lesquerra s el normalitzat): 1.4. Porta NOT El senyal deixida sactiva lentrada est desactivada. s la inversa. Equival a la negaci o inversi S = A. Es correspon amb la segent taula de la veritat (per a una entrada) i al segent circuit elctric: Leixida s la inversa de lentrada. La porta NOT se representa mitjanant aquests dos smbols (el de lesquerra s el normalitzat). Recorda que A es pot representar tamb mitjanant una barra damunt de la A ( A ). 1.5. Porta NAND El senyal deixida sactiva sempre que no sactiven tots els dentrada. s igual a combinar una porta AND i una NOT. Equival a linvers del producte lgic S = (AB). Es correspon amb la segent taula de la veritat i al segent circuit elctric: 65. Tecnologia 4t ESO 6 - Portes lgiques 66 La porta NAND es representa mitjanant aquests dos smbols (el de lesquerra s el normalitzat). s una de les portes ms fcils de trobar i ds ms com: 1.6. Porta NOR El senyal deixida sactiva quan tots els senyals dentrada estan inactives. s igual a combinar una porta OR i una NOT. Equival a linvers de la suma lgica S = (A+B). Es correspon amb la segent taula de la veritat i al segent circuit elctric: La porta NOR es representa mitjanant aquests dos smbols (el de lesquerra s el normalitzat). s una de les portes ms fcils de trobar i ds ms com: 2. Implementaci duna funci lgica amb portes bsiques 2.1. Obtenci del circuit Una vegada obtinguda i simplificada la funci que relaciona leixida amb les entrades en un sistema electrnic, lesmentada funci pot implementar-se, s a dir, portar-se a la prctica, mitjanant un circuit de portes lgiques bsiques. La simplificaci de la funci s important perqu ens estalvia ls de portes lgiques. Procediment: 1. Dibuixa les entrades i afig portes NOT per tal de negar les variables necessries. 2. Realitza les multiplicacions mitjanant portes AND. 3. Realitza les sumes mitjanant portes OR. Exemple: Obtenci del circuit de la funci S = A B C + A B C Comencem per dibuixar les tres entrades, A, B i C, i situar al costat delles tres portes NOT que ens permeten obtenir les funcions negades A, B, C (figura 1). Per a obtenir A B C multipliquem les variables mitjanant portes AND (figura 2). Figura 1 Figura 2 66. Tecnologia 4t ESO 6 - Portes lgiques 67 Fem el mateix per a obtenir el producte A B C mitjanant portes AND (figura 3). Finalment, mitjanant una porta OR sumem A B C i A B C, obtenint la funci S (figura 4). Figura 3 Figura 4 3. Obtenci de la taula de la veritat dun circuit ja dissenyat 3.1. Obtenci de la taula de la veritat La taula de la veritat, com hem vist, serveix per a obtenir la funci lgica i amb ella poder dissenyar el circuit electrnic. Per s freqent el contrari, que ens donen el circuit electrnic ja dissenyat i que necessitem obtenir la seua taula de la veritat per a comprendre el seu funcionament. Suposem que ens demanen la taula de la veritat en el segent circuit amb dues entrades A i B: Primer mtode Hem danar seguint el recorregut del circuit i obtenint la funci en cada cable fins a arribar a leixida S. Sabent ja la funci deixida, podem obtenir la taula de la veritat, tal com vam estudiar al tema anterior (4.3.). Segon mtode: Podem obtenir la taula de veritat a partir de lobservaci del comportament del circuit. Necessitem construir el circuit en un simulador. Desprs anem accionant els interruptors buscant totes les combinacions de la taula de veritat, tot anotant el senyal deixida en cada cas. (Sense polsar = 0, polsat = 1). 67. Tecnologia 4t ESO 6 - Portes lgiques 68 A B S 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 4. Anlisi dun sistema electrnic mitjanant blocs 4.1. Entrada, procs i eixida Tot el que hem aprs ens serveix per a poder dissenyar, amb facilitat, qualsevol sistema electrnic; per molt complex que aquest siga, sempre ho anem a poder reduir a tres blocs: Primer bloc dentrada, format per les variables que posen en marxa o paren el sistema. Segon bloc de procs, en el qual el sistema genera una resposta a partir de les dades de les variables dentrada. Tercer bloc deixida, mitjanant el qual el sistema actua i realitza la funci que haja de fer. El bloc de procs estar format per les portes lgiques que relacionen les entrades amb les eixides, s a dir, que permeten que es complisca la taula de la veritat. La forma de dissenyar el sistema electrnic s tenir clars quants i quins sn els senyals dentrada del sistema i quin s el senyal deixida. Tot seguit, per mitj de la taula de la veritat, obtenir la funci lgica que ens permet dissenyar el bloc de procs, el qual constar de les portes lgiques que permeten implementar aqueixa funci. Exemple de disseny Suposem la segent situaci que desitgem resoldre. Hem didentificar les entrades i les eixides del sistema per tal de poder obtenir un circuit lgic que sajuste a les especificacions marcades. Un sistema daire condicionat es pot posar en marxa mitjanant un interruptor (A) manual. Sengegar de forma automtica, encara que linterruptor estiga obert, quan un termstat (B) detecta que la temperatura exterior passa de 30 C. Existeix tamb un detector (C) que desconnecta el sistema, fins i tot estant linterruptor tancat, quan la finestra estiga oberta. Dissenya el sistema electrnic que permet el control de laire condicionat. Soluci En primer lloc necessitem determinar els blocs dentrada i deixida Entrades: A: Interruptor manual. 0 = obert, 1 = tancat B: Termstat. 0 si T < 30 C, 1 si T > 30 C C: Detector. 0 = finestres tancades, 1 = finestres obertes Entrada Procs Eixida 68. Tecnologia 4t ESO 6 - Portes lgiques 69 Eixida: S ser la posada en marxa o la parada del sistema daire condicionat Una vegada determinades les entrades i les eixides, hem dobtenir la taula de la veritat que ens explique el procs del sistema. El sistema no funcionar (S = 0) quan hi haja finestres tancades (C = 1) o quan linterruptor estiga obert i tampoc no nhi haja temperatura alta a lexterior (A i B = 0). La resta dels casos leixida ser 1. Prenent els 1 de la taula de la veritat, obtenim la funci lgica del sistema, que hem de simplificar. A B C S 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 0 S = A B C + A B C + A B C Podem trobar dues maneres diferents de simplificar, ambdues correctes: S = A B C + A B C + A B C = A B C + A C (B + B) = A B C + A C S = A B C + A B C + A B C = B C (A + A) + A B C = B C + A B C Optem per la primera expressi S = A B C + A C i la implementem mitjanant portes lgiques. Hem de comprovar amb un simulador que el resultat s correcte. Procediment 1. Identificar les entrades i eixides. 2. Assignar 0 i 1 a cada estat de les entrades. 3. Obtenir la taula de la veritat. 4. Obtenir la funci deixida a partir de la taula de la veritat. 5. Simplificar la funci. 6. Construir el circuit amb portes lgiques. 69. Tecnologia 4t ESO 7 - Installacions elctriques en els habitatges 71 Tema 7. Installacions elctriques en els habitatges Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Reconixer els components propis dinstallacions elctriques: disseny, normes i utilitzaci daquestes. Identificar els elements de maniobra i seguretat del circuit en una installaci. Generar plnols elctrics emprant lesquema unifilar. Familiaritzar-se amb el model de factura elctrica i el clcul de la mateixa. Desenvolupar estratgies de consum responsable denergia. ndex 1. Introducci .......................................................................................................................... 72 1.1. Transport de lenergia elctrica ................................................................................... 72 2. Installaci dins de ledifici ................................................................................................ 72 2.1. Installaci denlla ..................................................................................................... 72 3. Cablejat de la installaci ................................................................................................... 73 4. Disseny de la installaci .................................................................................................... 73 5. Esquema unifilar denllumenat ........................................................................................... 74 5.1. Tipus de circuit denllumenat ...................................................................................... 74 6. Plnol de la installaci elctrica ........................................................................................ 75 6.1. Plnol de fora ............................................................................................................. 75 6.2. Plnol denllumenat ..................................................................................................... 76 7. Consum i factura de llum ................................................................................................... 76 7.1. Consum i factura de llum ............................................................................................. 76 7.2. Clcul de la factura de la llum ..................................................................................... 77 70. Tecnologia 4t ESO 7 - Installacions elctriques en els habitatges 72 En lnies dalta tensi el voltatge s de 40.000 a 150.000 volts i en les de baixa tensi s de 230 volts. 1. Introducci 1.1. Transport de lenergia elctrica Lenergia elctrica es produeix en centrals de diversos tipus (trmica, nuclear, hidrulica, denergies alternatives, etc.). Lelectricitat es transporta a travs de lnies dalta tensi des daquestes centrals, que es troben lluny dels nuclis de poblaci, fins a les nostres cases. De la gran installaci transformadora lelectricitat es trasllada a travs de les lnies de mitja tensi a xicotetes subestacions transformadores que hi ha a cada barri. En aquestes subestacions el corrent es transforma novament i passa a ser corrent de baixa tensi, que s el que tenim a casa. 2. Installaci dins de ledifici 2.1. Installaci denlla Lelectricitat ha darribar de la lnia de baixa tensi a linterior de la vivenda, per a aix es configura la installaci denlla. Lesmentada installaci consta de la connexi, que s el punt en qu es connecta la xarxa de distribuci pblica amb ledifici i est allada per la caixa general de protecci. s la lnia general dalimentaci la que connecta amb ledifici i passa pels comptadors que mesuren el consum denergia elctrica. Finalment, lelectricitat arriba a la vivenda a travs del cable de la derivaci individual. En una vivenda unifamiliar, no hi ha lnia general dalimentaci ni derivaci individual. 71. Tecnologia 4t ESO 7 - Installacions elctriques en els habitatges 73 2.2. Quadre elctric s el quadre de comandament i protecci, a partir dac es distribueixen els cables que van als punts de llum i a les preses de corrent (endolls) de la casa. Consta dels elements segents: El limitador de potncia: controla el consum i bota quan consumim ms potncia de la contractada. Linterruptor general automtic: desconnecta tot el sistema elctric de la vivenda. Bota quan hi ha un curtcircuit. Linterruptor diferencial: ens protegeix quan detecta que el corrent que ix del quadre no s el mateix que torna (fuites de corrent). A ocorre si hi ha cap cable que fa contacte i provoca una derivaci de corrent. Els xicotets interruptors automtics (PIA, inicials en castell) tallen o permeten el pas del corrent pels diferents circuits que formen la installaci. 3. Cablejat de la installaci Els cables que existeixen en una installaci elctrica sn tres: La fase: pot ser de color negre, marr o gris. Porta el corrent des del quadre als distints punts de llum i preses de corrent de la installaci. El neutre: de color blau. Porta el corrent de tornada des dels punts de llum i preses de corrent fins al quadre. La presa de terra: s de color verd i groc. Noms passa corrent a travs daquest en cas de fuites o derivacions de corrent, conduint lelectricitat cap al quadre elctric i desprs fins als elctrodes de terra. Ac veiem el contacte de presa de terra duna base dendolls. La presa de terra sn els borns metllics, mentres que els forats sn per a la fase i el neutre. 4. Disseny de la installaci El Reglament de Baixa Tensi ens indica el nombre mnim de punts de llum i de preses de corrent que ha dhaver-hi en cada habitaci per a una vivenda delectrificaci mitjana. Aix en un sal de 21 m2 situarem quatre preses de corrent i tres punts de llum. En un corredor de 7 m de llarg, dos punts de llum i dues preses de corrent. En una cuina installarem sis preses de corrent, dos es connecten al circuit general de fora, una altra al circuit especial per a la cuina elctrica i les altres tres per al circuit de rentadora i rentaplats (dos per a rentadora i rentaplats i una altra per a un possible termo elctric). En el bany, la presa de corrent no va al circuit general de fora sin a un circuit a banda. 72. Tecnologia 4t ESO 7 - Installacions elctriques en els habitatges 74 5. Esquema unifilar denllumenat 5.1. Tipus de circuit denllumenat Generalment els plnols es dibuixen en forma desquema unifilar, s a dir, dels tres cables dibuixem un noms, el de fase. Per a representar lesquema unifilar, es dibuixa linterruptor automtic de la fase (s a dir, el PIA) i dell es pengen les branques corresponents a les distintes habitacions. Segons les necessitats i s de lhabitaci hi ha diferents esquemes o circuits que integren diversos punts de llum, distints interruptors, usos de commutadors, etc. A permet que lenllumenat siga ms efica i accessible, en adaptar-lo a les caracterstiques de cada espai. Hi ha cinc modalitats: Punt de llum senzill. Punt de llum commutat. Punt de llum dencreuament. Dos punts de llum simultanis. Dos punts de llum independents. Punt de llum senzill En el corredor de la vivenda de lexemple tenim el circuit ms senzill: Un punt de llum que sencn noms des dun lloc amb un interruptor normal. 73. Tecnologia 4t ESO 7 - Installacions elctriques en els habitatges 75 Punt de llum commutat s el punt de llum que es pot engegar des de dos llocs al mateix temps, com ara el del sal de la imatge. Sinstalla amb dos commutadors. Punt de llum dencreuament Consta dels dos commutadors que acabem de veure i dun tercer (la clau dencreuament) que, en pitjar-lo, creua els cables fent que el corrent es moga en sentit contrari. Lesquema de funcionament que pots veure en la imatge de la pgina anterior s prou complex, la clau dencreuament es representa amb una aspa (X). A aquesta cuina el llum es pot engegar des de tres llocs diferents. Dos punts de llum simultanis En el bany de la casa de lexemple tenim dos punts de llum que sengeguen al mateix temps. Els punts de llum es connecten normalment en parallel perqu els llums brillen ms, per posant linterruptor daquesta manera, un nic interruptor connecta i desconnecta les dues llums. Dos punts de llum independents En les vivendes hi ha habitacions amb punts de llum independents. El circuit, que es connecta tamb en parallel, t dos interruptors, un per a cada punt de llum. Podem engegar un, laltre, les dues o cap. 6. Plnol de la installaci elctrica 6.1. Plnol de fora Les preses de corrent sn la primera cosa que es dibuixa en el plnol. Les preses de corrent es dibuixen perpendiculars a la paret i han de distribuir-se amb el suficient espai entre unes i daltres. Una vegada posades les preses, es connecten amb el quadre elctric dibuixant el cable de fase. En el plnol shan de destacar les preses especfiques: La presa del bany s un circuit a banda, el cable del qual sha pintat de groc per a major claredat. 74. Tecnologia 4t ESO 7 - Installacions elctriques en els habitatges 76 En el bany s important no collocar la presa de corrent damunt de la dutxa o la banyera. s convenient posar els interruptors i commutadors en llocs accessibles i prctics. Al voltant del 30% del consum energtic en les llars s una despesa innecessria. Lestalvi delectricitat ens afavoreix econmicament i beneficia el medi ambient. La presa de la cuina elctrica ha danar tamb en un circuit a banda, per la qual cosa el cable apareix en blau. En la cuina hi ha altres tres preses, unides per un cable verd, que tamb constitueixen un circuit a banda. 6.2. Plnol denllumenat Es dibuixa un nou plnol per a lenllumenat. Es distribueixen els punts de llum en relaci als metres quadrats, repartint-los de forma equilibrada i centrada. Tot seguit caldr saber la modalitat de punts de llum: punts senzill, dencreuament, independents, etc., per a representar-los inicialment en un esquema unifilar del circuit denllumenat i traslladar-los posteriorment al plnol (situant-los en lhabitaci corresponent). 7. Consum i factura de llum 7.1. Consum i factura de llum Lelectricitat que consumim a casa sestima tot posant en relaci la potncia (quilovats) dels aparells amb el temps (hores) ds. Sestableix, per tant, un clcul en kilovatshora (kWh). A major potncia major consum. Per ordre de despesa energtica ens trobem: els aparells de major potncia, que sn els que posseeixen resistncies elctriques (cuines, radiadors, la planxa...); els segueixen els que tenen motors (rentadora, frigorfic, rentaplats...); i finalment els electrnics (televisor, ordinador, vdeo), que sn els de menor potncia. 75. Tecnologia 4t ESO 7 - Installacions elctriques en els habitatges 77 El nostre usuari de lexemple pagar: 5,41 + 9,24 + 0,73 + 0,57 + 3,35 = 19,30 . 7.2. Clcul de la factura de la llum El rebut de lelectricitat a Espanya en lactualitat es paga mensualment i consta dels segents components: a) Potncia contractada. s el mxim de potncia que podem consumir sense que bote el limitador; normalment sn 3,3 o 5,5 kW. Per cada quilovat contractat es paga una quantitat fixada per llei, que s d1,64 al mes. Suposem un usuari que t 3,3 kW contractats. Pagar 3,3 1,64 = 5,41 . b) Consum. Es paga una quantitat per cada kilovathora consumit durant lltim mes, tamb fixada per llei, de 0,149823 /kWh. Suposem que lusuari anterior ha consumit 84 kWh. Pagar 0,11 84 = 9,24 . c) Impost especial sobre lelectricitat. A causa de lefecte mediambiental de les centrals elctriques, es recapta aquest impost per a finanar la investigaci en energies alternatives. Encara que el clcul s ms complex, ho arredonirem a un 5 %. Caldr multiplicar per 0,05 la suma dall que sha pagat per potncia contractada i consum. En lexemple anterior, lusuari haur de pagar per aquest impost (5,41 + 9,24) 0,05 = 14,65 0,05 = 0,73 . d) Lloguer del comptador. El comptador s propietat de la companyia i cal pagar una quantitat pel seu lloguer. Actualment sestan cobrant 0,57 al mes. e) IVA. Cal sumar lIVA, que ser el 21 % de la suma de tot lanterior. En el nostre exemple, lIVA ser 0,21 (5,41 + 9,24 + 0,73 + 0,57) = 0,21 15,95 = 3,35 f) Suma total. Ja noms queda sumar els cinc elements (potncia, consum, impost sobre lelectricitat, lloguer del comptador i IVA) per tal dobtenir el total. 76. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 79 Tema 8. Altres installacions en els habitatges Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Interpretar i dibuixar amb la simbologia adequada plnols de llanterneria i sanejament. Comprendre i calcular factures daigua i de gas. Conixer i comprendre el funcionament duna installaci de gas, climatitzaci o domtica, aix com els seus components i la funci de cadascun dells. Conixer i aplicar pautes destalvi energtic i daigua en els habitatges. ndex 1. Installaci de llanterneria ............................................................................................................................... 80 1.1. Components ............................................................................................................................................. 80 1.2. Aparells .................................................................................................................................................... 80 1.3. Simbologia ............................................................................................................................................... 81 1.4. Representaci sobre el plnol .................................................................................................................. 81 1.5. Presa daigua dels aparells ....................................................................................................................... 81 1.6. Escalfador, comptador i clau de pas ......................................................................................................... 82 1.7. Branques cap als distints quartos humits ................................................................................................. 82 1.8. Connectar les derivacions amb les preses ................................................................................................ 83 1.9. Installaci daigua calenta ...................................................................................................................... 84 1.10. Installaci amb aigua calenta centralitzada ............................................................................................. 84 2. Installaci de sanejament ............................................................................................................................... 85 2.1. Components i smbols .............................................................................................................................. 85 2.2. Representaci sobre el plnol .................................................................................................................. 85 2.3. Installaci en un pis alt ........................................................................................................................... 85 2.4. Installaci en una planta baixa ................................................................................................................ 86 3. El consum i la factura de laigua ..................................................................................................................... 87 3.1. Importncia de lestalvi ............................................................................................................................ 87 3.2. La factura de laigua ................................................................................................................................ 87 4. Installaci de gas ............................................................................................................................................ 88 4.1. Components ............................................................................................................................................. 88 4.2. Representaci sobre el plnol .................................................................................................................. 88 4.3. Factura del gas ......................................................................................................................................... 88 5. Calefacci i aire condicionat ........................................................................................................................... 89 5.1. Calefacci ................................................................................................................................................ 89 5.2. Aire condicionat ....................................................................................................................................... 89 5.3. Estalvi energtic ....................................................................................................................................... 90 6. Domtica ......................................................................................................................................................... 90 77. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 80 1. Installaci de llanterneria 1.1. Components Connexi: s el punt on la installaci de la vivenda suneix amb la xarxa pblica. Comptador: Mesura el consum daigua. Es posa al costat de la connexi. Clau general de pas: Permet o impedeix el pas de laigua. Es colloca al costat del comptador. Bomba o grup de pressi (noms en edificis de diverses plantes): Dna fora a laigua perqu puga pujar fins al pis de dalt. Muntants: Canonades verticals que pugen laigua als pisos. Exemple de comptador Derivacions: Canonades horitzontals que distribueixen laigua pels quartos humits (cuina i banys). Tamb on suneixen canonades que vagen baix terra. Escalfador: Element que puja la temperatura de laigua freda, per tal dobtenir aigua calenta. Lescalfador ha de portar la seua prpia clau de pas. Claus de pas: En vivendes antigues noms hi ha la clau de pas general, per en els pisos nous es posa una clau de pas en cada quarto humit (cuina i banys). Preses daigua: Connecten els aparells amb la installaci de llanterneria; porten sempre una clau de pas. Poden tindre aixeta o no. 1.2. Aparells Aparell sanitari Quarto Tipus de presa Nombre de preses Pica Cuina Amb aixeta Dues: aigua freda i calenta Rentadora Cuina Sense aixeta Una: aigua freda Safareig Cuina Amb aixeta Una: aigua freda Rentaplats Cuina Sense aixeta Una: aigua freda Lavabo Bany Amb aixeta Dues: aigua freda i calenta Banyera / Dutxa Bany Amb aixeta Dues: aigua freda i calenta Bidet Bany Amb aixeta Dues: aigua freda i calenta Inodor Bany Sense aixeta Una: aigua freda 78. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 81 En la cuina no hi ha llavaplats per hem de deixar la presa en previsi per si algun dia el volen installar. 1.3. Simbologia Aparell Smbol Aparell Smbol Comptador (control del consum dun habitatge) Bomba Clau de pas (tant general com de quarto) Escalfador Canonada daigua freda (muntant i derivaci) Canonada daigua calenta (muntant i derivaci) Presa daigua Aixeta 1.4. Representaci sobre el plnol Dibuixarem la installaci de llanterneria sobre el plnol dun habitatge, en aquest cas dun pis. Sol dibuixar-se sobre un plnol de planta (vista superior) com el mostrat a la imatge. 1.5. Presa daigua dels aparells Lobjectiu de la installaci s que laigua arribe als distints aparells. Dibuixem per tant les seues preses daigua, tenint en compte quines tenen dues preses (calenta i freda) i quines noms aigua freda. 79. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 82 Si ledifici disposara daigua calenta central, no existiria lescalfador. 1.6. Escalfador, comptador i clau de pas Laigua entra en el pis per una muntant que puja des del quarto de comptadors de ledifici. Com que ens resulta cmode per al dibuix, suposarem que entra per on est la porta principal. All situarem, per tant, el comptador i la clau de pas general, parant atenci en dibuixar-les prximes a una paret, ja que si no estarem posant el comptador i la clau en mig del sostre. 1.7. Branques cap als distints quartos humits La canonada principal haur de dividir-se en dues derivacions, una per a la cuina i una altra per al bany, cadascuna de les quals tindr la seua prpia clau de pas. Daquesta manera, podem tallar laigua en la cuina mantenint-la en el bany o a linrevs. Les claus de pas, que han destar sempre prop de la paret, no podem dibuixar-les al mig del sostre duna habitaci. 80. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 83 Lescalfador ha de tenir la seua prpia clau de pas, encara que estiga a la cuina. No rep laigua com un aparell ms de la cuina, sin que va a banda. 1.8. Connectar les derivacions amb les preses Per a acabar la installaci daigua freda, noms manca connectar la derivaci amb les preses dels aparells de cada quarto humit. 81. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 84 1.9. Installaci daigua calenta La installaci daigua calenta comena a lescalfador i desprs es divideix en dues branques, la de la cuina i la del bany. Hi haur una clau de pas a lescalfador i una altra en cada quarto humit. Les canonades daigua calenta poden dibuixar-se en lnia discontnua o en color roig per a distingir-les de les daigua freda. Sha optat pel roig per a major claredat. 1.10. Installaci amb aigua calenta centralitzada Quan laigua calenta est centralitzada, no hi ha escalfador. En compte duna, entraran dues muntants daigua a ledifici, una de freda i una altra de calenta, per la qual cosa hi haur dos comptadors i dues claus generals de pas. Daltra banda el disseny es fa igual. 82. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 85 2. Installaci de sanejament 2.1. Components i smbols El sanejament consisteix en la recollida de les aiges residuals dels desguassos dels habitatges. Tota installaci de sanejament consta duns components que es representen mitjanant smbols. Fossa sptica prefabricada 2.2. Representaci sobre el plnol s diferent la installaci quan es tracta duna planta baixa, en la que les canonades han danar soterrades, que quan es tracta dun primer pis o superior, on les canonades van pel fals sostre del pis de baix. Per als exemples de la installaci de sanejament utilitzarem el mateix plnol que en la installaci de llanterneria. 2.3. Installaci en un pis alt Primer que res cal situar les baixants de pluvials i fecals. Si no ens donen instruccions respecte daix posarem: Dos baixants daiges pluvials pel costat de fora de ledifici i en costats oposats del mateix (els canalons no es dibuixen), parant atenci de no posar-les davant de les finestres. Una baixant daiges residuals en la cuina. Es tracta duna canonada vertical, per tant no podem situar-la en mig de la cuina ni davant duna finestra, sin en un cant o junt a la paret. 83. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 86 Atenci: el plnol de sanejament suposa que el vter s laparell situat a la dreta i el bidet el de lesquerra en el bany. En el plnol de llanterneria, en canvi, el vter era el de lesquerra. Si els dos plnols es referiren a la mateixa vivenda, a seria una contradicci que sha devitar. Una baixant daiges fecals en el bany. Hem de situar-la al costat de linodor. De nou no pot estar davant duna finestra ni en mig del quarto, sin junt a la paret. 2.4. Installaci en una planta baixa La diferncia en la planta baixa s que hem de substituir les baixants per arquetes. Les arquetes de pluvials les situarem fora de ledifici i les de fecals dins; en aquest cas ja no importa si la seua situaci s prxima o no a la paret, ja que van soterrades. Tot seguit: Es porten les canonades de desgus a larqueta de la cuina. En el bany es porten a la caixa sifnica i aquest es porta a larqueta, llevat de linodor. Linodor es connecta directament a larqueta a travs duna canonada. Ara falta unir entre si les arquetes de fecals i traure laigua a una altra arqueta fora de ledifici; en aquest cas, com larqueta de la cuina est ja a la faana, nhi ha prou amb portar larqueta del bany a la de la cuina. Les arquetes de pluvials tamb cal unir-les entre si, assegurant-nos que els collectors van rectes i a ser possible sempre fora de ledifici (la terrassa es considera fora). No hem dunir arquetes de pluvials amb arquetes de fecals, ja que han de ser dues xarxes separades. 84. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 87 3. El consum i la factura de laigua 3.1. Importncia de lestalvi Estalviar aigua s important, i no sols per reduir el cost de la factura. Encara que podem pagar un consum alt daigua, s important desenvolupar un consum responsable, s a dir, pensant no sols en la nostra economia sin tamb en el medi ambient, especialment a Espanya i daltres pasos on algunes rees pateixen importants problemes de sequera. Aquestes sn algunes mesures que permeten estalviar en el consum daigua sense reduir la nostra qualitat de vida: Dutxar-se en compte de banyar-se. No mantenir les aixetes obertes ms temps del necessari. Per exemple mentres ens raspallem les dents o mentres ens ensabonem a la dutxa. Arreglar les aixetes o la cisterna de linodor quan gotegen. 3.2. La factura de laigua Els ajuntaments sn els encarregats de cobrar laigua als usuaris. Quasi sempre es distingeix entre aigua per a s domstic (rentar-se, cuinar, etc.) i aigua per a s industrial (empreses que utilitzen laigua en el seu procs productiu). Les empreses paguen tarifes ms cares perqu no usen laigua noms per a cobrir les seues necessitats sin tamb com a matria primera que els serveix per a obtenir beneficis. Generalment, al rebut hi ha els segents components: Un component fix, que generalment es divideix: una quota pel manteniment de les installacions de llanterneria i una altra per les de sanejament de ledifici. Un component variable en funci del consum. Aquesta part variable solia ser molt xicoteta, per en els ltims temps est augmentant per a penalitzar el consum alt. LIVA del 8% que safig a la suma de tot lanterior. En funci de lajuntament, poden sumar-se o no altres impostos. 85. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 88 4. Installaci de gas 4.1. Components La installaci de cada usuari comena en una clau general de pas que permet tallar el gas en tot el pis. Al costat de la clau de pas sha de situar el comptador que ens indica el consum en metres cbics de gas que estem realitzant. Del comptador ixen les derivacions, canonades amb un traat principalment horitzontal, encara que tindran tamb trams de pujada i de baixada, que transporten el gas als punts de consum. Eixos punts de consum solen ser generalment dos: la caldera o escalfador i la cuina. Cadascun ha de tenir la seua prpia clau de pas, a ms de la clau general. La cuina de la casa i el quarto que acull a la caldera han destar degudament ventilats per tal devitar el risc dacumulaci de gas en un lloc tancat (no hi ha prou amb que disposen duna finestra). Tant la caldera com la cuina tindran els seus corresponents tubs extractors de gasos que eixiran a lexterior mitjanant una reixeta. Clau de pas de gas natural a una cuina de Santiago de Xile This illustration was made by Elemaki. Please credit this: Jos Porras 4.2. Representaci sobre el plnol s prcticament idntica a la duna installaci de llanterneria daigua freda, amb la diferncia que els punts de consum sn noms dos i cada un t la seua clau de pas. 4.3. Factura del gas El pagament a la companyia de gas natural s ms senzill que en el cas de lelectricitat. Es paga una quantitat per cada kWh denergia consumida, igual que en lelectricitat. Els metres cbics de gas es tradueixen a quilovats per hora tenint en compte el poder calorfic del combustible, per la qual cosa tamb cal conixer la densitat, la relaci entre els metres cbics i els quilograms. A aquests dos termes cal sumar-los lIVA, que s del 21%. 86. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 89 Vegem-ho amb lexemple de la imatge: un usuari ha tingut en dos mesos un consum de 130 kWh i ha de pagar una quota fixa de 3,90 al mes. El cost del kWh de gas s aproximadament de 0,04 . Calculem el terme de consum: 130 0,04 = 5,20 Calculem el terme fix: 3,90 2 = 7,80 Sumem ambds termes per a calcular la base imposable: 5,20 + 7,80 = 13 Calculem lIVA: 13 21 / 100 = 2,73 Sumem la base imposable ms lIVA, obtenint el total: 13 + 2,73 = 15,73 5. Calefacci i aire condicionat 5.1. Calefacci El sistema de calefacci ms tradicional consta dels elements segents: Una caldera que calfa laigua duns tubs que passen pel seu interior. Pot ser elctrica o funcionar amb algun combustible fssil. A ms pot ser individual i estar situada a la vivenda de cada usuari, o collectiva. Canonades de distribuci que porten laigua calenta de la caldera als punts de consum, que seran els radiadors. Aquestes canonades hauran danar recobertes amb un material allant perqu no es produsca una gran prdua de calor durant el seu recorregut, sobretot en installacions collectives. Font Wikipedia. Autor ChNPP Radiadors que reben laigua calenta i la fan recrrer una gran superfcie de tubs perqu cedisca una gran quantitat de calor a laire de lhabitaci. El nombre daletes del radiador, i per tant la seu grandria, s proporcional a la grandria i a les necessitats de calor de cada quarto (per exemple, una habitaci exterior necessita un radiador ms gran que una interior). Els radiadors disposen duna clau de pas per a regular la quantitat daigua calenta que reben. Canonades de retorn que porten laigua freda que ix dels radiadors de tornada a la caldera, perqu es torne a repetir el procs. Laigua de la calefacci, per tant, no es renova sin que fa sempre un circuit tancat, passant de la caldera als radiadors i tornant una vegada i una altra. 5.2. Aire condicionat El principi fsic en qu es basa la refrigeraci s molt paregut al del funcionament dun frigorfic i s una miqueta ms complex que el de la calefacci; consisteix en un fluid capa devaporar-se a temperatura ambient absorbint calor del local en qu est situat; tot seguit es comprimeix mitjanant lacci dun compressor (que s el que produeix el soroll caracterstic de 87. Tecnologia 4t ESO 8 - Altres installacions en els habitatges 90 Tant laire condicionat com la calefacci sn sistemes de climatitzaci que permeten tenir, en cada moment, la temperatura adequada a la nostra vivenda. les neveres), es torna a convertir en lquid i sexpandeix per a repetir el procs. s a dir, es tracta dun circuit tancat. En el sistema daire condicionat ms habitual a les vivendes, el compressor, que s alimentat per un motor elctric i que per tant consumeix electricitat, se situa a lexterior perqu no moleste el soroll, mentres que a linterior se situen els evaporadors que prenen aire del local, el refreden i el tornen gelat a linterior del local. 5.3. Estalvi energtic Es pot estalviar una part considerable de lenergia gastada en climatitzaci domstica seguint unes pautes prou senzilles: Tant la calefacci com laire condicionat solen ser regulables; s convenient programar unes temperatures lgiques. No obrir les finestres ms del temps just per a ventilar lhabitaci. La tendncia a sobreescalfar o a sobrerefredar el local i obrir la finestra, per a corregir aquests excessos, s nefasta des dun punt de vista energtic. Deixar entrar la llum del sol tot el possible a lhivern i tancar les persianes o cortines a lestiu. 6. Domtica La domtica consisteix en la presncia dautomatismes en les installacions dels edificis. Minimitza el consum denergia desconnectant aparells que no sn necessaris, programant- los de manera que no treballen al mateix temps sobrepassant un cert consum, pujant o baixant persianes i cortines de forma automtica, etc. Incrementa la seguretat detectant fum, gas, humitat, persones desconegudes que entren, etc. Aquest tipus de sensors i alarmes sn ms freqents en els edificis pblics, per comencen a introduir-se ja en les vivendes. Possibilita el control remot de les installacions des de fora de la vivenda. Un automatisme consta de: Un sensor que mesura alguna variable del valor de la qual depn que el sistema es pose o no en marxa (la temperatura). Un actuador que pretn modificar el valor daqueixa variable; exemple el radiador o laparell daire condicionat. Un controlador que s el cervell que exerceix la tasca que tradicionalment feia lusuari. 88. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 91 Tema 9. Pneumtica i hidrulica (I) Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Conixer les magnituds fsiques ms importants que intervenen en els circuits pneumtics i hidrulics. Conixer les distintes relacions existents entre aquestes magnituds i les lleis fsiques que les regeixen. Saber distingir els distints elements que componen un circuit pneumtic/hidrulic i la seua funci dins del mateix. Conixer el funcionament i les principals caracterstiques de cadascun daquests elements. Adquirir els coneixements necessaris que faciliten lestudi dels principals circuits pneumtics i hidrulics. ndex 1. Principis fsics de la pneumtica ........................................................................................ 92 1.1. Introducci ................................................................................................................... 92 1.2. Pressi .......................................................................................................................... 92 1.3. Pressi hidrosttica I .................................................................................................... 93 1.4. Pressi hidrosttica II .................................................................................................. 93 1.5. Principi de Pascal ......................................................................................................... 93 1.6. Volum .......................................................................................................................... 94 1.7. Velocitat ....................................................................................................................... 94 1.8. Energia ......................................................................................................................... 95 2. Components del circuit ....................................................................................................... 96 2.1. Introducci ................................................................................................................... 96 2.2. Generadors ................................................................................................................... 96 2.3. Conductors ................................................................................................................... 97 2.4. Dispositius de control: vlvules ................................................................................... 98 2.5. Dispositius receptors: cilindres .................................................................................... 99 2.6. Dispositius de mesura: manmetres ............................................................................ 101 2.7. Dispositius auxiliars ..................................................................................................... 101 89. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 92 Un gas no t ni forma ni volum propi. 1. Principis fsics de la pneumtica 1.1. Introducci Una installaci pneumtica s la que utilitza aire comprimit per a produir treball. Una magnitud s qualsevol propietat dels cossos capa de ser mesurada. Sn magnituds: lespai, la massa, el temps, la velocitat, la temperatura, etc. 1.2. Pressi Els slids tenen forma prpia i ocupen un volum definit, ja que les molcules estan fortament unides entre si. Els gasos, no tenen ni forma ni volum propi, sin que prenen la forma i el volum del recipient on estan continguts, pel fet que les seues molcules estan molt separades i en continu moviment. La pressi es deu als xocs de les molcules contra la paret del recipient. Encara que la fora exercida per una molcula s xicoteta, el nombre de xocs en una determinada rea s gran. A ms, les molcules es mouen en totes les direccions, exercint la mateixa pressi en totes les parts del recipient. Qualsevol gas sotms a una pressi fa una fora sobre les parets del recipient que el cont. Sanomena pressi a la fora produda per unitat de superfcie. S F p en la que p s la pressi i ve expressada en Pascals (Pa); F s la fora, en Newtons (N); i S s la superfcie, en metres quadrats (m2 ). Unitats en el S.I. Encara que la unitat de pressi en el S.I. s el Pascal, no s ds habitual. Altres unitats que susen habitualment sn: Atmosfera: 1 atm = 101.300 Pa Bar: 1 bar = 100.000 Pa Kilogram fora per cm2 : 1 kgf/cm2 = 98.000 Pa Lliura per polzada quadrada: 1 psi = 6.894,76 Pa (sistema angls) Una altra caracterstica important dels gasos s la seua compressibilitat, que permet la reducci del seu volum. Quan es redueix el volum augmenten els xocs i, per tant, la pressi sobre les parets del recipient. Laire comprimit, t un comportament elstic (acumula energia). En quant cessa lacci que provoca la compressi, aquest intenta recuperar el seu volum inicial (expandir-se). 90. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 93 La pressi hidrosttica en un punt de linterior dun lquid s directament proporcional a la densitat del fluid d, a la profunditat h i a la gravetat del lloc g. El treball, W = Fd, sha de mantenir constant per tant d2 < d1. 1.3. Pressi hidrosttica I Els lquids no tenen forma per s volum propi. Estudiarem el cas en qu no hi ha cap sollicitaci (fora) externa sobre el fluid. Es pot comprovar que la pressi en un punt qualsevol del fluid depn de tres factors: 1. De lacceleraci de la gravetat (g), es mesura en m/s2 . 2. De la densitat del fluid (d), es mesura en kg/m3 . 3. De laltura (h), es mesura en m. p = dgh [Pa = N/m2 ] Aquesta pressi s perpendicular a les parets del recipient, i igual en qualsevol punt a una mateixa altura. 1.4. Pressi hidrosttica II Considerarem ara el cas dun fluid sotms a lacci duna fora externa (F). Suposem, com en la imatge de la dreta, que tenim un depsit cobert amb una tapadora de pes (P). La tapadora t una secci S. Es pot demostrar, que en aquesta situaci la pressi en qualsevol punt del fluid s la mateixa i de valor: S F p [Pa = N/m2 ] La pressi a linterior del fluid s igual en tots els seus punts i depn de la pressi de la tapadora, que es transmet al fluid en totes les direccions. Aquesta caracterstica s la que aprofitem per a fer transmissions hidruliques, com veurem en el segent apartat. 1.5. Principi de Pascal Com hem dit a lapartat anterior: en un fluid sotms a una fora externa, la pressi s igual en tots els seus punts. Suposem un fluid i dos mbols que es desplacen de forma lineal, com es pot veure en la figura de la dreta. Suposem que exercim una fora F1, sobre lmbol de menor secci (S1). La pressi exercida pel fluid ser: p = F1 /S1. Com aquesta pressi s constant en tot el fluid, la fora exercida sobre lmbol ms gran valdr: F2 = pS2. Com sn iguals, substituint: F2 = F1 S2 /S1 i com sabem que S2 >> S1, llavors F1 < F2. s a dir, la fora exercida en lmbol, s inversament proporcional a la relaci de seccions. 91. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 94 El producte de la pressi pel volum sha de mantenir constant: P1 V1 = P2 V2 = constant. Aquest s el principi de la premsa i del fre hidrulic, que es mostra en les segents imatges: Fre hidrulic 1.6. Volum El volum s lespai que ocupa un cos. La unitat de volum en el sistema internacional s el metre cbic (m3 ). Una altra unitat ds com s el litre (l), lequivalncia de les quals s: 1 1 = 1 dm3 Com recordareu, els lquids sn incompressibles (no es pot variar el seu volum), per els gasos no. I, com es relacionen pressi i volum? La resposta la tenim en la llei de Boyle i Mariotte: De lanterior es dedueix, que la pressi i el volum sn inversament proporcionals: si augmenta la pressi, disminueix el volum i a linrevs. En les segents imatges es mostra un cilindre en qu movent lmbol del pist es comprova com varia la pressi i el volum en cada una de les cambres del mateix: 1.7. Velocitat La velocitat s lespai que recorre el fluid per unitat de temps. Es representa per una v i es mesura en metres per segon (m/s). 92. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 95 La llei de la continuitat ens diu que un fluid que circula per totes les seccions duna canonada mant constant el seu cabal. En els fluids, molt unit a la velocitat hi ha una altra magnitud anomenada cabal, que s la quantitat de fluid que es desplaa per unitat de temps. El cabal es representa amb la lletra Q i es mesura en metres cbics per segon (m3 /s). Cabal i velocitat es relacionen per lequaci: Q = vS, sent S la secci en m2 . Suposem la canonada de la figura. Com els cabals shan de mantenir constants (Q1 = Q2), llavors: v1 S1 = v2 S2 v2 = v1 S1/ S2 Com S2>> S1, llavors v1>> v2. A indica que a major secci, menor velocitat, i a linrevs. 1.8. Energia Lenergia s la capacitat dun sistema per a fer un treball. La seua unitat en el sistema internacional s el joule (J), encara que tamb s ds com la caloria (cal) o el quilovat per hora (kWh). Lenergia que posseeix un fluid s la suma de tres factors: 1. Energia potencial. Deguda a laltura a qu es troba el fluid. El seu valor Ep = mgh. 2. Energia cintica. Deguda a la velocitat a la qual es desplaa el fluid. El seu valor Ec = 0,5mv2 . 3. Energia hidrosttica. Deguda a la pressi a la qual es troba el fluid. El seu valor Eh = pV. Lenergia total del fluid s la suma de les tres. El fsic sus Bernoulli va demostrar que en un fluid: Ep + Ec + Eh = constant En la imatge de la figura, en el tub hi ha tres punts distints: Es pot demostrar que EA + EB + EC = constant Al punt A lenergia ser: EA = EpA + EcA + EhA = mghA + 0,5mvA 2 + pA V En B hi ha un estretiment per la qual cosa hi ha un augment de la velocitat (llei de la continutat) i, en no haver-hi una disminuci de laltura, ha dhaver-hi un descens de pressi. 93. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 96 En B lenergia ser: EB = EpB + EcB + EhB = mghB=A + 0,5mvB 2 + pB V En C hi ha una prdua daltura. Com el tub t la mateixa secci que en B, per a compensar el descens daltura ha dhaver-hi un augment de la velocitat. En C lenergia ser: EC = EpC + EcC + EhC = mghC + 0,5mvC 2 + pC=B V Evidentment en la majoria de les vegades necessitarem una bomba, com en la font de doll de la figura. En aquest cas lenergia de laigua de lestany en el punt A s 0. La bomba aportar lenergia suficient, en forma denergia cintica, al punt B que posteriorment es transformar en potencial al punt C. 2. Components del circuit 2.1. Introducci El fonament del circuit pneumtic s que la recerca de la mnima energia provoca el moviment de laire cap a un punt en qu es puga expandir, o almenys tenir una pressi ms baixa, igual que els electrons es mouen a la recerca del pol oposat del generador en el circuit elctric. Aquesta pressi provocar que els gasos puguen desplaar un pist o els elements mbils dun motor. En els lquids, la fora que sefectua sobre ells pot produir tamb el desplaament dun pist o dels elements mbils dun motor, o que guanyen altura. Hi ha una gran semblana entre els circuits elctric i pneumtic/hidrulic, trobant en els dos els mateixos components: generadors, conductors, elements de control, receptors i instruments de mesura. Generador Mesura Conductor Control Actuador Circuit elctric Pila Ampermetre Cable Interruptor Lmpada Circuit pneu./hidr. Compressor Manmetre Canonada Vlvula Cilindre 2.2. Generadors Com en qualsevol altre tipus de circuit, necessitem un element que proporcione energia al sistema. Els compressors i les bombes, sn els elements anlegs a la pila en els circuits elctrics. 94. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 97 Definim la prdua de crrega com la prdua de pressi entre leixida del generador i el punt dutilitzaci. Els compressors (imatge de la dreta) sn els elements encarregats de comprimir laire (reducci de volum), transformant lenergia mecnica en energia potencial. Hi ha dos tipus de compressors: dinmics (ventilador) i volumtrics (alternatius o rotatius), dels que estudiarem noms els segons, que es basen en la llei de Boyle Mariotte. Laire comprimit semmagatzema en un depsit (de color blau a la imatge) per al seu s posterior. Les bombes hidruliques (imatge de lesquerra) sn els elements encarregats dimpulsar loli o lquid hidrulic, transformant lenergia mecnica rotatria en energia hidrulica. Succionen el fluid en una de les cambres i limpulsen en laltra. Quan el fluid troba resistncia la bomba espenta (augmenta la pressi) fins a vncer-la. Sn dues les caracterstiques ms importants que defineixen tant a la bomba com al compressor: Pressi. Indica la pressi de treball nominal o mxima. Es mesura en bars. Cabal. Indica la quantitat de fluid que s capa de subministrar. Es mesura en l/s. Smbol 2.3. Conductors Els conductors ens permeten connectar els distints dispositius del circuit pneumtic i hidrulic, a ms de transportar el fluid (aire o oli), com ocorre amb el cable elctric en els circuits elctrics. Com sabrs, un cable elctric presenta una certa resistncia elctrica ( S L R ) que fa que la tensi entre els punts de connexi disminusca. Generalment considerem aquesta resistncia nulla. En els circuits pneumtics i hidrulics ocorre quelcom semblant. En els conductors (tubs), en transportar el fluid tamb hi ha una prdua de pressi (prdua de crrega), que depn de: 1. Llargria del tub. A major llargria, major prdua de crrega. 2. Dimetre del tub. A major dimetre, menor prdua de crrega. 3. Elements intermedis, com ara colzes, tes (T), etc. Com ms gran siga el nombre dells, major prdua de crrega. 4. Pressi. A menor pressi, major prdua de crrega. 5. Cabal. A major cabal, major prdua de crrega. 95. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 98 En els nostres dissenys considerarem la prdua de crrega menyspreable. Per a representar un tub de treball fem servir una lnia contnua fina. Per a representar una lnia de pilotatge, una discontnua. 2.4. Dispositius de control: vlvules Les vlvules en pneumtica i hidrulica sn els elements que regulen, controlen o distribueixen el fluid, tot determinant la seua marxa, aturada, velocitat, sentit de circulaci... (en analogia amb operadors elctrics com interruptors, commutadors, polsadors, relens, etc.), sent per tant fonamentals. Com qualsevol dispositiu fsic quan el representem en un circuit sutilitzar un smbol. Vlvula real Smbol Vies Sanomena via a cadascun dels forats pels quals pot circular laire en el seu procs de treball o devacuaci. El nombre de vies est determinat pel nombre de forats de connexi destinats a presa de pressi (entrada daire), eixides dutilitzaci i eixides descapament. Com a mnim s de dos (entrada i eixida daire). El fluid sempre circula entre dues vies. Normalment al seu smbol es representa per nmeros (1, 2, 3...), o lletres (P, R, S...). Cada lletra o nmero t el seu significat. Per exemple, amb P o 1, es representa la presa de pressi. Posicions El nombre de posicions de maniobra duna vlvula est determinada pel nombre de possibilitats diferents de comunicar les vies entre s. El menor nombre de posicions duna vlvula s tamb de dos. Aquest parmetre es representa mitjanant quadrats (tants com posicions tinga la vlvula). La comunicaci entre les diferents vies es fa amb lnies i fletxes. En una determinada posici les vies 2 i 3 estan comunicades, estant la via 1 bloquejada (imatge de dalt). El nombre de vies i de posicions duna vlvula es representa mitjanant una fracci en la que el numerador es refereix a les vies, i el denominador a les posicions. Una vlvula 3/2 s una vlvula de 3 vies i 2 posicions de maniobra. Posici inicial En les vlvules es convenient saber quina s la posici inicial (quan la vlvula est en reps), s a dir, com estan comunicades les vies. A s important, sobre tot en els inicis de maniobra del circuit. 96. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 99 En la representaci simblica, la posici inicial s aquella en la qual estan els nmeros de les vies. Si aquests no estigueren, la posici inicial s la que t marcats uns traos prolongats fora dels lmits del quadrat. En les vlvules de 3 posicions, la central sempre s la de reps. Accionament i retorn Indica la manera de dur a terme el seu canvi de posici, s a dir, el sistema daccionament o el dispositiu de comandament. Aquest fa les funcions daccionador (pilotatge), tot desplaant lelement mbil per a aconseguir les diferents posicions de la vlvula. Existeixen bsicament dos tipus daccionament: manual (polsador, pedal, palanca...) i pilotat (pneumticament, hidrulicament o elctricament). Cada accionament t un smbol que es representa en un lateral de cadascuna de les posicions. Si el smbol s un moll, indica que la vlvula s monoestable. Exemples de smbols Exemples de vlvules 2.5. Dispositius receptors: cilindres Com en qualsevol altre tipus de sistema/energia, la finalitat ltima, s la realitzaci dun treball til, normalment mitjanant la transformaci denergia. Els cilindres o pistons sn dispositius que transformen lenergia del fluid (aire o oli), en energia cintica (moviment rectilini). El fluid, en realitzar pressi sobre lmbol del cilindre, fora a aquest a desplaar-se. Com qualsevol dispositiu fsic quan el representem en un circuit sutilitzar un smbol. Hi ha multitud de cilindres, tant en la seua forma, com en el seu funcionament intern, dissenyats cadascun per a la seua funci. Nosaltres estudiarem els ds ms com: cilindres (o pistons) de simple i de doble efecte. Parts 1. La camisa. s un recipient format per un tub, normalment de forma cilndrica, encara que pot ser de forma ovalada o quadrada. Al seu interior hi ha lmbol. 97. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 100 2. Les culates o tapadores. Sn els elements de tancament de la camisa. Una delles t un forat per on ix la tija (pea mbil). 3. Lmbol. s lelement que es desplaa per linterior de la camisa, separant les dues cambres. Laire o loli lespenten, tot transmetent el moviment a la tija, a la qual est unida. 4. La tija. s una barra dacer cilndrica que transmet cap a lexterior la fora de lmbol. 5. Les vies. Sn uns forats fets en les culates que permeten el pas de laire comprimit, o loli a pressi, a les cambres. 6. El cap. Unit a la tija, canvia en funci de ls que li volem donar al cilindre. Parmetres Els principals parmetres que defineixen un cilindre sn: 1. Tipus. Simple i doble efecte, amb o sense amortiment. 2. Carrera (c). s el desplaament mxim de la tija o llargria de treball. 3. Dimetre de lmbol (d). Determina la superfcie datac: S = d2 /4. 4. Forma constructiva. Depn de ls que se li dna al cilindre. Funcionament del cilindre de doble efecte La fora que fa avanar el pist s la pressi del fluid, de la cambra anterior del cilindre, sobre lmbol. El seu valor s: FA = pSe, sent p: pressi, Se: superfcie de lmbol. La fora que fa retrocedir el pist s la pressi del fluid, de la cambra posterior del cilindre, sobre lmbol tot restant la superfcie de la tija. El seu valor s: FR = p(Se - St), sent p: pressi, Se: superfcie de lmbol, St: superfcie de la tija. Si la pressi en les dues cambres del cilindre s la mateixa aquest es troba bloquejat, romanent en la mateixa posici en la que es trobava. Funcionament del cilindre de simple efecte Igual que al cilindre de doble efecte, la fora que fa avanar el pist s la pressi del fluid, de la cambra anterior del cilindre, sobre lmbol. El seu valor s: FA = pSe, sent p: pressi, Se: superfcie de lmbol. La fora que fa retrocedir el pist s la compressi del moll. El seu valor s: F = -kx, sent k: constant del moll, x: elongaci. El retrocs s automtic en el moment en qu deixa dhaver pressi a la cambra anterior. Exemples de smbols Exemples de cilindres 98. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 101 2.6. Dispositius de mesura: manmetres Com en qualsevol altre tipus de circuit, necessitem poder mesurar els parmetres de funcionament del mateix, per a comprovar que aquests estan dins del rang correcte, o per a conixer perqu el funcionament del circuit no s ladequat. La mesura bsica tant en els circuits pneumtics, com en els hidrulics, s la pressi. Laparell que mesura la pressi sanomena manmetre. Manmetre hidrulic Manmetre Pneumtic Smbol Els manmetres, sn dispositius cilndrics, amb una escala graduada (normalment en bars o en psi), i una agulla que gira en funci de la diferncia de pressi entre una estndard i la del circuit on volem mesurar. Tant els manmetres pneumtics com els hidrulics mesuren pressi relativa, tamb anomenada manomtrica. 2.7. Dispositius auxiliars Bsicament, un circuit pneumtic o hidrulic consisteix en un compressor o una bomba que dna pressi a un fluid i el posa en moviment, uns conductes per on el fluid es mou, unes vlvules que el distribueixen dun lloc a un altre, i un cilindre que es desplaa a causa de lacci daquest fluid. Per junt amb aquests constituents bsics hi ha daltres que tamb resulten essencials per al bon funcionament del circuit. Els elements auxiliars ds com en els circuits pneumtics sn: Silenciador. Sutilitza per a reduir el soroll que produeix laire comprimit quan escapa a latmosfera. Eixugador. T per objectiu, reduir la quantitat de vapor daigua que posseeix laire. Filtre. T com a objecte leliminaci del nombre ms gran possible de partcules de pols o dimpureses que presenta laire. Durant el filtrat tamb selimina humitat. 99. Tecnologia 4t ESO 9 - Pneumtica i hidrulica (I) 102 Lubricant. Els receptors pneumtics (cilindres i motors), sn elements mecnics sotmesos a fregament, per la qual cosa resulta necessari la seua lubricaci. Aquesta saconsegueix afegint oli a laire comprimit. Regulador de pressi. No tots els dispositius dun mateix circuit han de treballar a la mateixa pressi. s ms, un circuit no t per qu treballar a la pressi que subministra el compressor. Un regulador ens permet triar la pressi necessria (sempre menor que la del compressor). Aquests tres darrers dispositius solen formar el que sanomena unitat de manteniment. En els circuits hidrulics el manteniment s ms senzill, ja que els lquids sn prou menys problemtics que laire comprimit, i lnic element dels anteriors que s necessari, a banda del manmetre, s el filtre per tal deliminar partcules slides o en suspensi del fluid. 100. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 103 Tema 10. Pneumtica i hidrulica (II) Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Conixer els circuits bsics ds com en pneumtica i/o hidrulica. Saber distingir els distints elements que componen un circuit pneumtic/hidrulic i la seua funci dins del mateix. Saber interpretar un plnol pneumtic i/o hidrulic, tot deduint el funcionament del circuit i la funci que els distints elements exerceixen en el circuit. Conixer i saber usar la nomenclatura usada per a numerar els distints elements dun circuit pneumtic/hidrulic. Dissenyar un circuit pneumtic/hidrulic a partir dunes especificacions donades. ndex 1. Comandament directe dun cilindre ................................................................................... 104 1.1. Comandament dun cilindre de simple efecte ............................................................. 104 1.2. Comandament dun cilindre de doble efecte ............................................................... 104 2. Comandament indirecte dun cilindre ................................................................................ 105 2.1. Comandament dun cilindre de simple efecte ............................................................. 105 2.2. Comandament dun cilindre de doble efecte ............................................................... 106 3. Comandament semiautomtic dun cilindre ....................................................................... 107 4. Comandament automtic dun cilindre .............................................................................. 107 5. Comandament dun cilindre des de diversos punts (vlvula OR) ...................................... 108 6. Comandament simultani dun cilindre des de diversos punts ............................................ 108 6.1. Muntatge utilitzant la vlvula de simultanetat o vlvula AND .................................. 109 6.2. Muntatge sense utilitzar la vlvula de simultanetat o vlvula AND .......................... 110 7. Regulaci de velocitat ........................................................................................................ 111 7.1. Regulaci en un sentit .................................................................................................. 111 7.2. Regulaci en dos sentits ............................................................................................... 112 8. Comandament de ms dun cilindre ................................................................................... 112 9. Nomenclatura ..................................................................................................................... 113 101. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 104 1. Comandament directe dun cilindre 1.1. Comandament dun cilindre de simple efecte Element Quantitat Cilindre de simple efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 1 1 1 1 El que calga Aquest s el comandament ms bsic. El seu funcionament s el segent: Accionant la vlvula de polsador (3/2), aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), introduint pressi en la cambra anterior del cilindre, fent que aquest isca. El cilindre romandr en aquesta posici, mentres la vlvula estiga accionada. Quan deixem daccionar la vlvula el moll de la mateixa, fa que aquesta canvie de posici (comunica les vies 2 i 3), la qual cosa provoca que la cambra anterior es pose a escape, per la qual cosa el cilindre retorna per lacci del moll interior. La vlvula distribudora (en tots els muntatges) ens serveix per a posar en funcionament el circuit (semblant a un interruptor general en electricitat) fent que hi haja pressi en el sistema. 1.2. Comandament dun cilindre de doble efecte Element Quantitat Cilindre de doble efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 2 1 1 1 El que calga 102. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 105 El seu funcionament s el segent: En accionar la vlvula de polsador de lesquerra, aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), introduint pressi en la cambra anterior del cilindre, fent que aquest isca. El cilindre romandr en aquesta posici encara que deixem daccionar la vlvula. En accionar la vlvula de polsador de la dreta, aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), introduint pressi en la cambra posterior del cilindre, fent que aquest retorne. El cilindre romandr en aquesta posici encara que deixem daccionar la vlvula. Si accionem les dues vlvules al mateix temps el cilindre romandr en la mateixa posici, ja que hi ha pressi en les dues cambres (posici de bloqueig). 2. Comandament indirecte dun cilindre 2.1. Comandament dun cilindre de simple efecte Element Quantitat Cilindre de simple efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula accionament pneumtic 3/2 monoestable Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 1 1 1 1 1 El que calga El seu funcionament s el segent: En accionar la vlvula de polsador (3/2), aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), fent que la vlvula pneumtica tamb canvie de posici, introduint pressi en la cambra 103. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 106 anterior del cilindre, fent que aquest isca. El cilindre romandr en aquesta posici mentres la vlvula de polsador estiga accionada. Quan deixem daccionar la vlvula de polsador el moll de la mateixa fa que la vlvula canvie de posici (comunica les vies 2 i 3), la qual cosa provoca que tamb canvie de posici la vlvula pneumtica, que fa que la cambra anterior del cilindre es pose a escape, per la qual cosa el cilindre retorna per acci del moll interior. 2.2. Comandament dun cilindre de doble efecte Element Quantitat Cilindre de doble efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula accionament pneumtic 4/2 (o 5/2) biestable Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 2 1 1 1 1 El que calga El seu funcionament s el segent: En accionar la vlvula de polsador de lesquerra, aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), la qual cosa fa que tamb canvie la vlvula pneumtica (comunica vies 1 i 4, 2 i 3), introduint pressi en la cambra anterior del cilindre i deixant la cambra posterior a escape, fent que aquest isca. El cilindre romandr en aquesta posici encara que deixem daccionar la vlvula. En accionar la vlvula de polsador de la dreta, aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), la qual cosa fa que tamb canvie la vlvula pneumtica (comunica vies 1 i 2, 3 i 4), introduint pressi en la cambra posterior del cilindre i deixant la cambra anterior a escape, fent que aquest retorne. El cilindre romandr en aquesta posici encara 104. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 107 que deixem daccionar la vlvula. Si accionem la dues vlvules al mateix temps el cilindre romandr en la mateixa posici, ja que la vlvula pneumtica es bloqueja (hi ha pressi en les dues cambres). 3. Comandament semiautomtic dun cilindre Element Quantitat Cilindre de doble efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula accionament mecnic (corr) 3/2 monoestable Vlvula accionament pneumtic 4/2 (o 5/2) biestable Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 1 1 1 1 1 1 El que calga El seu funcionament s el segent: En accionar la vlvula de polsador de lesquerra, aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), la qual cosa fa que tamb canvie la vlvula pneumtica (comunica vies 1 i 4, 2 i 3), introduint pressi en la cambra anterior del cilindre i deixant la cambra posterior a escape, fent que aquest isca. Quan el cilindre arriba a la posici on est collocada la vlvula de corr, lacciona, per la qual cosa aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2). A fa que tamb canvie la vlvula pneumtica (comunica vies 1 i 2, 3 i 4), introduint pressi en la cambra posterior del cilindre i deixant la cambra anterior a escape, fent que aquest retorne. El cilindre romandr en aquesta posici encara que el cilindre deixe daccionar la vlvula de corr. 4. Comandament automtic dun cilindre Element Quantitat Cilindre de doble efecte Vlvula accionament mecnic (corr) 3/2 monoestable Vlvula accionament pneumtic 4/2 (o 5/2) biestable Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 2 1 1 1 1 El que calga 105. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 108 El seu funcionament s el segent: Inicialment (en donar pressi) suposem que la vlvula de corr de lesquerra (FC1) est accionada pel cilindre (comunica les vies 1 i 2), la qual cosa fa que tamb canvie la vlvula pneumtica (comunica vies 1 i 4, 2 i 3), introduint pressi en la cambra anterior del cilindre i deixant la cambra posterior a escape, fent que aquest isca. El cilindre romandr en aquesta posici encara que deixem daccionar la vlvula. Quan el cilindre arriba a la posici on est collocada la vlvula de corr de la dreta (FC2), lacciona, per la qual cosa aquesta canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), i fa que tamb canvie la vlvula pneumtica (comunica vies 1 i 2, 3 i 4), introduint pressi en la cambra posterior del cilindre i deixant la cambra anterior a escape, fent que aquest retorne. Quan el cilindre arriba de nou on est collocada la vlvula de corr de lesquerra, lacciona, iniciant-se de nou el procs (moviment de vaiv), fins que llevem pressi al sistema tot accionant la vlvula amb enclavament. 5. Comandament dun cilindre des de diversos punts (vlvula OR) Element Quantitat Cilindre de simple efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula selectora de circuit (vlvula OR) Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 1 1 1 1 1 El que calga La vlvula OR, tamb anomenada vlvula selectora de circuit, s una vlvula que fa la funci lgica O (OR en angls). Aquesta vlvula disposa de dues entrades i una nica eixida. La vlvula deixar passar el fluid quan arribe senyal per una de les dues entrades. s a dir, fa loperaci suma lgica. El smbol amb el qual es representa i la taula de la veritat (0 = sense pressi, 1 = amb pressi) sn: E1 E2 S 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 106. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 109 El seu funcionament s el segent: En leixida de la vlvula OR (2) hi ha pressi quan nhi ha en qualsevol de les dues entrades (1). En accionar qualsevol de les dues vlvules de polsador (P1 o P2), canvia de posici (comunica les vies 1 i 2), per la qual cosa tenim pressi en leixida de la vlvula OR, introduint pressi en la cambra anterior del cilindre i fent que aquest isca. El cilindre romandr en aquesta posici mentres qualsevol de les vlvules, o les dues, estiguen accionades. Quan no sacciona cap de les dues vlvules, en leixida de la vlvula OR no hi ha pressi, la qual cosa provoca que la cambra anterior es pose a escape i el cilindre retorna per lacci del moll interior. Aquesta vlvula es necessria sempre que es vullga fer una acci des de diversos punts. 6. Comandament simultani dun cilindre des de diversos punts 6.1. Muntatge utilitzant la vlvula de simultanetat o vlvula AND Element Quantitat Cilindre de simple efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula de simultanetat (vlvula AND) Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 2 1 1 1 1 El que calga La vlvula AND, tamb anomenada vlvula de simultanetat, s una vlvula que fa la funci lgica Y (AND en angls). Aquesta vlvula disposa de dues entrades i una nica eixida. La vlvula deixar passar el fluid quan les dues entrades estiguen activades. s a dir, fa loperaci multiplicaci lgica. El smbol amb el qual es representa i la taula de la veritat (0 = sense pressi, 1 = amb pressi) sn: E1 E2 S 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 El seu funcionament s el segent: En accionar les dues vlvules de polsador simultniament (P1 i P2), fem que canvien de posici, per la qual cosa tenim pressi en leixida de la vlvula AND, introduint pressi en la 107. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 110 cambra anterior del cilindre, fent que aquest isca. El cilindre romandr en aquesta posici mentres les dues vlvules estiguen accionades. Quan el fluid arriba noms des duna vlvula distribudora, la vlvula AND li tanca el pas i, per tant, no hi ha pressi en la seua eixida. A provoca que la cambra anterior es pose a escape i el cilindre retorna per lacci del moll interior. Aquesta vlvula sutilitza quan una acci necessita que estiguen presents dues senyals, b siga per seguretat o b per control. (Per exemple, loperaci de tall duna guillotina daccionament pneumtic noms sha de fer si saccionen dos polsadors; daquesta manera sobliga a loperari a tenir les dues mans ocupades i es redueix el risc daccident.) 6.2. Muntatge sense utilitzar la vlvula de simultanetat o vlvula AND Element Quantitat Cilindre de simple efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 2 1 1 1 El que calga El seu funcionament s el segent: Les dues vlvules de polsador estan posades en srie. Si qualsevol de les dues vlvules no est accionada no tenim pressi, per tant el cilindre roman en la posici de reps. En accionar simultniament les dues vlvules distribudores, amb el polsador corresponent (P1 i P2), introdum pressi en la cambra anterior del cilindre, fent que aquest isca. El cilindre romandr en aquesta posici mentres les dues vlvules estiguen accionades. Quan deixem daccionar qualsevol de les dues vlvules, llevem la pressi del sistema, amb la qual cosa provoquem que la cambra anterior es pose a escape, per tant el cilindre retorna per acci del moll interior. 108. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 111 7. Regulaci de velocitat 7.1. Regulaci en un sentit Element Quantitat Cilindre de doble efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula reguladora de cabal unidireccional Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 2 1 1 1 1 El que calga El funcionament del conjunt format per una vlvula reguladora de cabal i una antiretorn (vlvula reguladora de cabal unidireccional) s el segent: Figura 1. Quan laire entra en el sentit marcat per les fletxes, el dispositiu de bloqueig (bola) es espentat i tapa lorifici, obligant a laire a circular per lestrangulaci deixada pel caragol de regulaci, amb la consegent disminuci de cabal. La pressi de laire refora lefecte de tancament. Per tant, podem regular el cabal daire que circula augmentant o disminuint lobertura de lestrangulaci amb el caragol dajust. Figura 2. Quan laire entra ara en el sentit marcat per les fletxes, la pressi daquest ven la fora exercida pel moll, la qual cosa fa que la bola isca del seu seient i que laire puga fluir lliurement per aquest orifici, sense passar per lestrangulaci del caragol de regulaci (ja que s el cam que li ofereix menys resistncia). Figura 1 Figura 2 El funcionament del circuit s igual que el de comandament directe dun cilindre de doble efecte, al qual se li ha afegit una vlvula reguladora de cabal unidireccional. En el circuit de la figura, en accionar el polsador de lesquerra, laire ha de travessar obligatriament la vlvula reguladora, per la qual cosa podem regular la velocitat deixida del cilindre. En accionar el polsador de la dreta, laire de la cambra anterior escapa per la vlvula antiretorn, per la qual cosa la velocitat deixida no es pot regular. 109. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 112 7.2. Regulaci en dos sentits Element Quantitat Cilindre de doble efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula reguladora de cabal unidireccional Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 1 2 2 1 1 1 El que calga El funcionament del circuit s igual que lanterior, per en aquest hem afegit una altra vlvula reguladora de cabal unidireccional. En el circuit de la figura, quan accionem el polsador de lesquerra, laire ha de travessar obligatriament la vlvula reguladora de cabal unidireccional daquesta branca, per la qual cosa podem regular la velocitat deixida del cilindre. Laire de la cambra posterior del cilindre escapa per la vlvula antiretorn de la reguladora de cabal unidireccional de la branca de la dreta. Quan accionem el polsador de la dreta, laire ha de travessar obligatriament la vlvula reguladora de cabal unidireccional daquesta branca, per la qual cosa podem regular tamb la velocitat dentrada del cilindre. Laire de la cambra posterior del cilindre, escapa per la vlvula antiretorn de la reguladora de cabal unidireccional de la branca de lesquerra. 8. Comandament de ms dun cilindre Element Quantitat Cilindre de doble efecte Vlvula accionament mecnic (polsador) 3/2 monoestable Vlvula accionament mecnic (corr) 3/2 monoestable Vlvula accionament pneumtic 4/2 biestable Vlvula distribudora amb enclavament mecnic 3/2 (opcional) Unitat de manteniment Unitat de pressi (compressor, depsit i elements comandament) Tub de connexi 2 1 2 2 1 1 1 El que calga El que es pretn amb aquest circuit s mostrar com es pot comandar ms dun cilindre (en aquest cas dos). En accionar la vlvula de polsador, fem que el primer cilindre isca. Quan el cilindre passa per la vlvula de corr (FC1), lacciona, fent que isca el segon cilindre. 110. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 113 Quan aquest passa per la segona vlvula de corr (FC2), lacciona, fent que els dos cilindres retornen. En aquesta posici es mantenen fins que es torne a accionar la vlvula de polsador i es repetisca la seqncia. 9. Nomenclatura Quan es representa un circuit pneumtic, els components han docupar una posici prefixada. Cada component se situa en un nivell, o jerarquia, de tal forma que lelement jerrquic ocupa en vertical la part ms alta, el segon davall de lanterior i aix successivament. La distribuci delements per nivell s com segueix (potser no existisquen tots els nivells, i que una vlvula puga pertnyer a ms dun nivell): Nivell 1. Actuadors (pistons i motors) Nivell 2: Vlvules reguladores de cabal (estranguladora, antiretorn) Nivell 3: Vlvules lgiques (AND i OR) Nivell 4: Vlvules de potncia (les que piloten directament els actuadors) Nivell 5: Vlvules de senyal (vlvules de polsador, finals de carrera...) Nivell 6: Elements de tractament del fluid (unitat de manteniment, compressor) Servisca com a exemple el circuit segent: 111. Tecnologia 4t ESO 10 - Pneumtica i hidrulica (II) 114 A ms dun lloc, a cada component hem dassignar-li una identificaci que ens proporcione la mxima informaci possible: 1) Els cilindres o elements de potncia es numeren amb 1.0, 2.0, 3.0, etc. 2) Els elements de potncia porten numeraci: 1.1, 2.1, 3.1, 4.1... La primera xifra identifica lelement de potncia que controla i la segona (l1) indica que es tracta dun element de potncia. 3) Els captadors es numeren de la forma: 1.2, 1.4, 2.2, 2.4..., quan influeixen en leixida de la tija del cilindre, i 1.3, 1.5, 2.3, 2.5..., quan influeixen en el retrocs de la tija. La primera xifra sempre indica lelement de potncia de qu es tracte. 4) Els elements de regulaci es numeren de la forma: 1.02, 1.03, 2.02, 2.03, etc., indicant el primer dgit lelement de potncia a qu estan connectats. 5) Els elements denergia porten la numeraci: 0.1, 0.2, etc. Ho veiem al nostre voltant on es produeixen canvis contnuament: moviments dels cossos, realitzaci de forces, canvis destat dels cossos, una substncia que es crema, un aparell elctric que comena a funcionar, un aliment que es cuina, etc. Servisca com a exemple el circuit segent: 112. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 115 Tema 11. Robtica Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Analitzar sistemes automtics, distingint entre mquines, automatismes i robots, comprenent i descrivint la funci dels seus distints components. Distingir sistemes de control en lla obert i en lla tancat. Conixer i identificar els distints sensors que transmeten informaci a un sistema de control. ndex 1. Introducci .......................................................................................................................... 116 1.1. Automatitzaci ............................................................................................................. 116 1.2. Robotitzaci ................................................................................................................. 116 2. Sistemes de control ............................................................................................................. 117 2.1. Sistemes de lla obert .................................................................................................. 118 2.2. Sistemes de lla tancat ................................................................................................. 118 3. Sensors ................................................................................................................................ 119 3.1. Tipus de sensors ........................................................................................................... 119 3.2. Sensors de contacte ...................................................................................................... 119 3.3. Sensors ptics .............................................................................................................. 120 3.4. Sensors de temperatura ................................................................................................ 121 3.5. Sensors dhumitat ........................................................................................................ 121 3.6. Sensors magntics ........................................................................................................ 122 3.7. Sensors infrarojos ........................................................................................................ 122 4. Components i usos dun robot ............................................................................................ 123 4.1. Arquitectura dun robot ............................................................................................... 123 4.2. Aplicacions .................................................................................................................. 124 113. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 116 1. Introducci 1.1. Automatitzaci La recerca duna major comoditat per als usuaris i de leliminaci de la possibilitat de lerrada humana en lactivitat tecnolgica i els processos industrials es pot dividir en tres fases: 1a fase - Mecanitzaci. Lusuari passa de fer un treball a limitar-se a controlar o programar una mquina que el fa. Les mquines no noms redueixen el treball manual, sin el nombre dusuaris ocupats en eixa tasca. Per exemple, pujar una crrega pesada per mitj dun ascensor suposa que una nica persona, lascensorista, pot fer el treball de molts i a ms sense cansar-se. Passem de necessitar diverses persones a noms una per a alar una crrega, i a ms eixa persona realitza un treball ms cmode que els antics portadors. 2a fase - Automatitzaci. Quan la mquina puga treballar sense necessitat dun control permanent per part de lusuari una vegada que sha posat en marxa. Per exemple, substituir lascensor anterior per una escala mecnica; ja no necessitem a ning que puge i baixe amb lescala, sin noms que la pose en marxa, lapague i larregle en cas davaria. Passem de necessitar mltiples ascensoristes a noms un tcnic que pot controlar totes les escales de ledifici. 1.2. Robotitzaci 3a fase - Robotitzaci. Lltim pas consisteix a substituir no noms el treball manual de lhome sin tamb lintellectual, per mitj duna mquina intelligent que no sols s capa de fer una tasca repetitiva sense necessitat de supervisi externa, sin que sap prendre decisions. Per exemple, substitum el tcnic de les escales mecniques per un control per ordinador capa de posar en marxa lescala, de bloquejar-la en cas davaria i dinterrompre el seu funcionament quan no hi ha ning pujant, per a estalviar energia. Un nic tcnic pot supervisar uns quants ordinadors, i cadascun daquests, totes les escales mecniques de molts edificis. 114. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 117 Et recomanem que analitzes lanimaci que apareix a la pgina de continguts que explica els avantatges i inconvenients de la progressiva automatitzaci, aix com les caracterstiques principals de les mquines, els autmats i els robots. Aix, doncs, la mquina s capa de realitzar un treball dirigit per un usuari, lautmat s capa de realitzar el treball senzill i repetitiu que li manen sense necessitat de supervisi i el robot s capa de decidir quin s el treball que ha de fer. Mquina Autmat Robot Androide Hi ha robots antropomorfs, s a dir, construts amb una estructura semblant a la del cos hum, que reben el nom dandroides. No obstant aix, fora de les novelles de cincia-ficci els androides no sn ds habitual en la indstria, sin que la major part dels robots que podem veure en les empreses sn mquines electrniques que poden o no tenir algun bra articulat. 2. Sistemes de control Recordem que els automatismes i els robots sn capaos diniciar i de parar processos sense la intervenci manual de lusuari. Per a aix necessitaran rebre informaci de lexterior, processar-la i emetre una resposta. En un automatisme eixa resposta ser sempre la mateixa per, 115. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 118 en un robot, podem tenir diferents comportaments segons les circumstncies. A a se lanomena un sistema de control. A la informaci que rep el sistema de lexterior se lanomena, de forma genrica, entrada o input. A les condicions que existeixen en lexterior desprs de lactuaci (o no actuaci) del robot sels anomena, de forma genrica, eixida o output. Hi ha dos tipus de sistemes de control dun robot: sistemes de control de lla obert i sistemes de control de lla tancat. 2.1. Sistemes de lla obert En els sistemes de lla obert o sistemes sense realimentaci, leixida no t efecte sobre el sistema. Aquest seria lesquema que els defineix: La major part de sistemes de lla obert seran automatismes als quals no podrem anomenar, en sentit estricte, robots. A s degut a qu, al no tenir en compte leixida, la seua capacitat de presa de decisions intelligents s molt limitada. Per exemple, un sistema de reg en lla obert t un temporitzador que el posa en marxa tots els dies a una determinada hora; rega les plantes durant un cert temps passat el qual sinterromp, amb independncia que les plantes hagen rebut la quantitat daigua adequada, una quantitat excessiva o una quantitat insuficient. Es tracta dun automatisme, per no dun autntic robot. Et recomanem que analitzes lanimaci que apareix en la pgina de continguts que mostra el funcionament duna torradora, com a sistema de control de lla obert. Al no tenir termstat, la mquina deixa de funcionar sense saber si est torrada o no la llesca de pa. 2.1. Sistemes de lla tancat Sistemes de lla tancat o sistemes amb realimentaci o feedback. La presa de decisions del sistema no depn noms de lentrada sin tamb de leixida. El sistema s ms flexible i capa de reaccionar si el resultat que est obtenint no s lesperat; els sistemes a qu podem anomenar robots quasi sempre sn de lla tancat. Senyal dentrada (Input) Elements de control Procs Senyal deixida (Output) 116. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 119 Aquest seria lesquema que els defineix: Un sistema de reg en lla tancat, no es parar al cap dun temps fix, sin quan detecta que sest aconseguint lobjectiu buscat, s a dir, que la humitat de les plantes s ladequada. I es posar en marxa, no a una hora determinada, sin en qualsevol moment en qu la humitat se situe per davall dun valor determinat. Et recomanem que analitzes lanimaci que apareix en la pgina de continguts que mostra el funcionament dun forn, com a sistema de control de lla tancat. Al tenir termstat, la mquina deixa de funcionar quan aconsegueix la temperatura assenyalada, i torna a elevar la temperatura si aquesta baixa. 3. Sensors Les dades dentrada i de realimentaci dels sistemes de control sintrodueixen mitjanant uns dispositius, normalment electrnics, que sanomenen sensors. El sensor tradueix la informaci que li arriba de lexterior mitjanant un impuls elctric, normalment digital (passa corrent o no en passa), que pot ser analitzada i processada per la unitat de control del sistema. 3.1. Tipus de sensors Hi ha diferents tipus de sensors, en funci del tipus de variable que hagen de mesurar o detectar: De contacte. ptic. Trmics. Dhumitat. Magntics. Dinfrarojos. 3.2. Sensors de contacte Sempren per a detectar el final del recorregut o la posici lmit de components mecnics. Per exemple: saber quan una porta o una finestra, que sobrin automticament, estan ja completament obertes, i per tant el motor que les acciona sha de parar. Senyal dentrada (Input) Elements de control Procs Senyal deixida (Output) Realimentaci 117. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 120 Els principals sn els anomenats final de carrera o final de recorregut. Es tracta dun interruptor que consta duna xicoteta pea mbil i duna pea fixa que sanomena NO (normalment obert), o NT (normalment tancat). La pea NO est separada de la mbil. Noms fa contacte quan el component mecnic arriba al final del seu recorregut i acciona la pea mbil, fent que passe el corrent pel circuit de control. La pea NT fa contacte amb la mbil i noms se separa quan el component mecnic arriba al final del seu recorregut i acciona la pea mbil impedint el pas del corrent pel circuit de control. Segons el tipus de fi de carrera, pot haver-hi una pea NO, una NT o ambds. Punxa en la imatge que apareix en la pgina de continguts per a veure el vdeo dun robot amb sensors de proximitat en la seua part superior, i amb sensors de contacte en el seu para-xocs inferior. 3.3. Sensors ptics Detecten la presncia duna persona o dun objecte que interrompen el feix de llum que li arriba al sensor. Els principals sensors ptics sn les fotoresistncies, les LDR. Recordem que es tractava de resistncies el valor de les quals disminua amb la llum, de manera que quan reben un feix de llum permeten el pas del corrent elctric pel circuit de control. Quan una persona o un obstacle interromp el pas de la llum, la LDR augmenta la seua resistncia i interromp el pas de corrent pel circuit de control. Circuit automtic: detector dobscuritat Les LDR sn molt tils en robtica per a regular el moviment dels robots i parar-lo quan van a entropessar amb un obstacle, o b disparar alguna alarma. Tamb serveixen per a regular la illuminaci artificial en funci de la llum natural. El circuit que apareix en la imatge superior ens permetria controlar la posada en marxa duna alarma en disminuir la intensitat lluminosa que incideix sobre una LDR. Senyal dentrada (Input) Ex. Llum Elements de control Procs Senyal deixida (Output) Ex. So 118. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 121 3.4. Sensors de temperatura Els termistors sn els principals sensors de temperatura. Es tracta de resistncies el valor de les quals augmenta amb la temperatura (termistor PTC) o b disminueix amb la temperatura (termistor NTC). Per tant, depn de la temperatura que el termistor permeta o no el pas del corrent pel circuit de control del sistema. El smbol i laparena dun termistor s: La principal aplicaci dels sensors trmics s, com s lgic, la regulaci de sistemes de calefacci i aire condicionat, a ms de les alarmes de protecci contra incendis. Punxa en la imatge que apareix en la pgina de continguts per a veure el vdeo duna curiosa aplicaci dels sensors de temperatura. 3.5. Sensors dhumitat Es basen en qu laigua no s un material allant, com ara laire, sin que t una conductivitat elctrica; per eixa ra el Reglament Electrotcnic de Baixa Tensi prohibeix la presncia de preses de corrent prximes a la banyera, com vam veure en el tema anterior. Per tant un parell de cables elctrics nus (sense cinta allant recobrint-los) conduiran una xicoteta quantitat de corrent si lambient s humit; si posem un transistor en zona activa que amplifique aquest corrent, tenim un detector dhumitat. Sensor dhumitat Smbol Sensor dhumitat de fabricaci casera Els sensors dhumitat sapliquen per a detectar el nivell de lquid en un depsit, o en sistemes de reg de jardins per a detectar quan les plantes necessiten ser regades i quan no. 119. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 122 Lesquema elctric mostra una sonda que detectaria la humitat i grcies als transistors samplifica el senyal per a posar en marxa la bomba de reg. 3.6. Sensors magntics Detecta els camps magntics que provoquen els imants o els corrents elctrics. El principal s lanomenat interruptor Reed. Consisteix en un parell de lmines metlliques de materials ferromagntics ficades a linterior duna cpsula. Aquetes lmines metlliques satrauen en presncia dun camp magntic, tancant el circuit. El seu smbol recorda vagament al de linterruptor convencional: Linterruptor Reed pot substituir als finals de carrera per a detectar la posici dun element mbil, amb lavantatge que no necessita ser espentat fsicament per lesmentat element sin que pot detectar la proximitat sense contacte directe. A s molt til quan interessa evitar el contacte fsic, per exemple per a detectar el nivell daigua dun depsit sense risc de curtcircuits. Punxa en la imatge que apareix en la pgina de continguts per a veure el vdeo en qu un interruptor Reed s activat per un pndol magntic. 3.7. Sensors infrarojos Si recordem lespectre electromagntic estudiat al tema 3, existia una franja dones electromagntiques la freqncia de la qual s molt baixa perqu els nostres ulls la detecten; sn els infrarojos. Hi ha dodes capaos demetre llum infraroja i transistors sensibles a aquest tipus dones i que, per tant, detecten les emissions dels dodes. Aquesta s la base del funcionament dels 120. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 123 comandaments a distncia; el comandament cont dodes que emeten infrarojos que sn rebuts pels fototransistors de laparell. Els dodes dinfrarojos sn, a simple vista, idntics als LED, com es pot apreciar en la imatge. Es representen de la mateixa manera. El smbol dels fototransistors s semblant al dels transistors normals, per afegint les fletxes que representen la llum que reben. Recordem que les fletxes ixen de lelement quan aquest emet llum o radiaci infraroja i, entren en ell, quan lelement rep lesmentada radiaci. 4. Components i usos dun robot 4.1. Arquitectura dun robot Dacord amb lestructura dun sistema de control (entrada, control i eixida) que hem estudiat anteriorment, en un robot podem distingir els segents components: Els distints tipus de sensors que hem vist i que sencarreguen de subministrar les dades dentrada i/o de realimentaci del sistema. La unitat de control que processa la informaci que proporcionen els sensors i pren decisions dacord amb la informaci rebuda. Generalment es tracta de la CPU (unitat central de procs) dun ordinador. En la prxima unitat veurem com es programa el robot per a donar-li ordres. Els actuadors, que sn els elements que executen les ordres de la unitat de control. Poden ser elctrics, mecnics, hidrulics o pneumtics. En un sistema de calefacci robotitzat, els actuadors posaran en marxa o apagaran la caldera i obriran o tancaran les vlvules dels radiadors. En una fbrica, els actuadors dotaran de moviment o pararan els braos mecnics, les cintes transportadores, els elements de tall, etc. Punxa en la imatge que apareix en la pgina de continguts per a veure un vdeo explicatiu de les parts dun bra robot i com es construeix. 121. Tecnologia 4t ESO 11 - Robtica 124 4.2. Aplicacions Vegem les principals aplicacions que tenen els robots en la indstria: Soldadura. El robot pot soldar estalviant-li a loperari el perill de les altes temperatures i els vapors txics que es desprenen en el procs. Aplicaci de pintura, esmalt i adhesius. s un treball repetitiu adequat perqu ho faa una mquina en qu, a ms, se sol treballar amb productes txics. Operacions de tall: torns, fresadores, trepants, polidores, etc. Les mquines de control numric permeten dur a terme aquestes operacions amb la mxima precisi i sense risc. Plantes nuclears. Els robots poden treballar en les zones sotmeses a radiacions. Moviment de peces. Els robots sencarreguen de posar les peces o els materials en plataformes, de subministrar-li-les a les mquines o dextraure daquestes ltimes els productes acabats. Muntatge i acoblament. Sn robots els que sencarreguen de peces molt xicotetes, que necessiten una gran precisi, com poden ser els components elctrics o electrnics. Punxa en la imatge que apareix en la pgina de continguts per a visualitzar un vdeo on es veuen els robots treballant en diferents sectors de la indstria. 122. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 125 Tema 12. Control per ordinador Objectius En aquest tema aprendrs sobre: Conixer i comprendre els conceptes relacionats amb la comunicaci i el control dun sistema. Entendre i implementar programes senzills en un llenguatge de programaci senzill com MSWLOGO. Comprendre el funcionament bsic duna targeta controladora. ndex 1. Comunicaci amb lordinador ............................................................................................ 126 1.1. Llenguatge ................................................................................................................... 126 1.2. Targetes controladores ................................................................................................. 126 1.3. Entrades i eixides ......................................................................................................... 127 2. Primitives de programaci .................................................................................................. 127 2.1. Programaci en llenguatge LOGO .............................................................................. 127 2.2. Entorn de MSWLogo ................................................................................................... 127 2.3. Primitives bsiques ...................................................................................................... 128 2.4. Utilitzant colors ........................................................................................................... 130 2.5. Creant seqncies repetitives ....................................................................................... 131 2.6. Mostrar text: ROTULA ................................................................................................ 132 2.7. Crear finestres i botons ................................................................................................ 133 2.8. Procediments ................................................................................................................ 133 2.9. Control de temps: ESPERA ......................................................................................... 134 3. Variables de programaci ................................................................................................... 135 3.1. Concepte ...................................................................................................................... 135 3.2. Usant variables en text ................................................................................................. 135 3.3. Procediments amb variables ........................................................................................ 136 3.4. Variables de dades en finestres .................................................................................... 136 3.5. Variables datzar .......................................................................................................... 137 3.6. Avaluant condicions .................................................................................................... 138 4. Control del programa .......................................................................................................... 139 4.1. Bucles: ordres reiteratives ............................................................................................ 139 4.2. Primitives de control de la targeta ............................................................................... 140 123. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 126 1. Comunicaci amb lordinador 1.1. Llenguatge El llenguatge de programaci o codi s la forma que tenim de comunicar-nos amb un ordinador; els circuits electrnics digitals de la mquina li permeten transformar les nostres instruccions en senyals elctrics. Recordem que s el codi binari el que ens permet interactuar amb la mquina. Als zeros i uns sels anomena llenguatge mquina, perqu sn instruccions que el sistema electrnic s capa de comprendre (passa o no passa corrent). Per seria molt laboris traduir a zeros i uns les instruccions que volem que realitze lordinador. El codi ens permet recrrer a un llenguatge molt ms comprensible per a nosaltres, anomenat llenguatge de programaci dalt nivell; davall aquest codi hi ha un subcodi encarregat de traduir les nostres instruccions al llenguatge mquina, s a dir, a zeros i uns, per ja no necessitem conixer-lo. Hi ha centenars de llenguatges de programaci i sn molt diversos; alguns dells sn molt antics, mentres que daltres sn relativament nous. A ms, varien molt segons la seua complexitat, existint alguns ms o menys simples. A finals dels anys 60 es va desenvolupar un llenguatge senzill per a educaci anomenat LOGO. Aquest llenguatge s el que utilitzarem en aquesta unitat didctica. Imatge per Scientus en en.wikipedia.org 1.2. Targetes controladores Les targetes de control o controladores serveixen denlla entre lordinador i el sistema a controlar o un robot. Reben les instruccions de lordinador en forma digital i han de convertir-les en senyals, normalment analgiques, que siguen comprensi- bles per al robot; i viceversa, tamb han de rebre els senyals del sistema robtic i enviar-li-les a lordinador per al seu processament. s a dir, aquestes targetes tenen una srie dentrades i una srie deixides. Hi ha diferents tipus de controladores per la seua aparena s la de qualsevol circuit imprs. Les controladores necessiten la seua prpia font dalimentaci. Targeta controladora. Font ITE. 124. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 127 1.3. Entrades i eixides Les controladores disposen de diverses entrades i eixides; aquestes poden ser analgiques o digitals: Digitals. Admeten noms informaci del tipus passa-no passa; permetran o no el pas del corrent pel circuit; sn adequades per a connectar elements del sistema robtic com ara llums, dodes LED o indicadors del funcionament de la mquina. Analgiques. Permeten regular la quantitat de corrent que passa (recordem que les variables analgiques admeten qualsevol valor). Seran adequades si volem regular la llum que emet una pereta, la velocitat de gir dun motor. Analgic Digital Llum (ms o menys intensitat) Motor (ms o menys velocitat) Llum (engegat / apagat) Motor (engegat / apagat) 2. Primitives de programaci 2.1. Programaci en llenguatge LOGO Una vegada que tenim una idea de com es transmeten les nostres ordres al robot, comenarem a estudiar-les, s a dir, els llenguatges de programaci; per molt variats que siguen aquests, la seua estructura s semblant: sempre parteix dunes ordres bsiques anomenades primitives. Estudiarem les primitives que usa el programari MSWLogo, basat en el llenguatge Logo, pensat amb fins didctics per a explicar els conceptes bsics de programaci. 2.2. Entorn de MSWLOGO La pantalla de Logo es divideix en dues parts. Un llen, en la zona superior on podem veure la posici i direcci del cursor, i el resultat de les ordres que hgem donat fins llavors. En la zona inferior podem veure la consola de comandaments amb el codi que hgem escrit. Consola de comandaments Llen 125. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 128 2.3. Primitives bsiques Les ordres o instruccions bsiques de MSWLogo sanomenen primitives. Les primitives han descriures en el quadro inferior de la finestra de treball. En polsar Enter o fer clic en el bot Executar, la primitiva sexecuta. Si la primitiva sescriu malament o si li falten dades, lintrpret contesta no s com.... Cadascuna de les ordres queda anotada en la finestra de treball. La primitiva pot escriures completa o mitjanant abreviatures i tant en minscules com en majscules. AVANZA n (AV n) Serveix per a desplaar el cursor una determinada longitud (n) que sha despecificar tot seguit dAVANZA o dAV. Per exemple, AV 40 desplaar el cursor 40 unitats. s important separar amb un espai la primitiva (AV) del parmetre (40) o el programa no entendr lordre. GIRADERECHA n (GD n) i GIRAIZQUIERDA n (GI n) Serveixen per a canviar lorientaci del cursor; el parmetre (n) que acompanya la primitiva ser el nombre de graus de gir i haur danar separat mitjanant un espai de la primitiva. En obrir el programa, el cursor est orientat en direcci vertical amb sentit cap amunt. GD 90 girar el cursor 90 graus en el sentit de les agulles del rellotge. GD 180 o GI 180 dna la volta al cursor i el posa en posici de retrocs. RETROCEDEIX n (RE n) Fa retrocedir el cursor el nombre dunitats que li indique el parmetre (n) que vinga a continuaci. s equivalent a GD 180 o a GI 180 seguit dAV. BORRAPANTALLA (BP) Posa la pantalla en blanc i torna a portar el cursor a la seua posici i la seua orientaci inicial. BORRATEXTO (BT) Borra tot el codi escrit en lrea de comandaments. SUBELAPIZ (SL) Serveix per a avanar sense que el rastre quede marcat. BAJALAPIZ (BL) En avanar el rastre deixa marca; s lopci que est seleccionada per defecte si no hem utilitzat SL. CIRCLE Dibuixa un cercle; ha danar acompanyada dun parmetre que indique el valor del radi. 126. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 129 Codi font dun programa per a dibuixar un triangle equilter de costat 100 Comandament llarg Abreviatura Explicaci AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARDERECHA 120 GD 120 La tortuga gira 120 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARDERECHA 120 GD 120 La tortuga gira 120 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARDERECHA 120 GD 120 La tortuga gira 120 cap a la dreta OCULTATORTUGA OT Fa que la tortuga desaparega de la pantalla Codi font dun programa per a dibuixar un quadrat de costat 100 Comandament llarg Abreviatura Explicaci MUESTRATORTUGA MT Fa que la tortuga aparega en la pantalla, si est amagada SUBELAPIZ SL Fa que les segents ordres no pinten AVANZA 50 AV 50 Fa que la tortuga avance 50 GIRARIZQUIERDA 90 GI 90 La tortuga gira 90 cap a lesquerra AVANZA 50 AV 50 Fa que la tortuga avance 50 GIRARDERECHA 180 GD 180 La tortuga gira 180 cap a la dreta BAJALAPIZ BL Fa que les segents ordres pinten AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARDERECHA 90 GD 90 La tortuga gira 90 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARDERECHA 90 GD 90 La tortuga gira 90 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARDERECHA 90 GD 90 La tortuga gira 90 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 OCULTATORTUGA OT Fa que la tortuga desaparega de la pantalla 127. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 130 2.4. Utilitzant colors PONCOLORLAPIZ n (PONCL n) Susa per a seleccionar el color dels traos que anir produint el cursor en avanar. PONCOLORPAPEL n (PONCP n) Susa per a seleccionar el color de la pantalla. PONCOLORRELLENO n (POCCR n) Susa per a seleccionar el color de farcit de les figures que dibuixem. Per a omplir una figura que hgem dibuixat, desprs de definir el color de farcit amb POCCR sempra la primitiva RELLENA. Aquestes tres primitives necessiten un parmetre que indique el color, que s un nmero segons la taula segent: 0 Negre 4 Roig 8 Marr 12 Rosa clar 1 Blau obscur 5 Violeta 9 Daurat 13 Morat 2 Verd clar 6 Groc 10 Verd obscur 14 Taronja 3 Blau clar 7 Blanc 11 Turquesa 15 Gris Codi font dexemple ds de colors Comandament llarg Abreviatura Explicaci PONCOLORPAPEL 3 PONCP 3 Estableix el color del paper com a color nmero 3: blau clar PONCOLORLAPIZ 8 PONCL 8 Estableix el color del llapis com a color nmero 8: marr RETROCEDE 100 RE 100 Fa que la tortuga retrocedisca 100 GIRARDERECHA 90 GD 90 La tortuga gira 90 cap a la dreta AVANZA 50 AV 50 Fa que la tortuga avance 50 GIRARDERECHA 90 GD 90 La tortuga gira 90 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARDERECHA 90 GD 90 La tortuga gira 90 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARDERECHA 90 GD 90 La tortuga gira 90 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 128. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 131 GIRARDERECHA 90 GD 90 La tortuga gira 90 cap a la dreta AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARIZQUIERDA 120 GI 120 La tortuga gira 120 cap a lesquerra AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 GIRARIZQUIERDA 60 GI 60 La tortuga gira 60 cap a lesquerra (roman horitzontal) GIRARIZQUIERDA 60 GI 60 La tortuga gira 60 cap a lesquerra AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 SUBELAPIZ SL Fa que les segents ordres no pinten CENTRO Posa la tortuga al centre de la pantalla RETROCEDE 150 RE 150 Fa que la tortuga retrocedisca 150 PONCOLORRELLENO 14 POCCR 14 Estableix el color de farcit com a color nmero 14: taronja RELLENA Ompli linterior de la figura amb el color designat en PONCOLORRELLENO AVANZA 75 AV 75 Fa que la tortuga avance 75 PONCOLORRELLENO 4 POCCR 4 Estableix el color de farcit com a color nmero 4: roig RELLENA Ompli linterior de la figura amb el color designat en PONCOLORRELLENO OCULTATORTUGA OT Fa que la tortuga desaparega de la pantalla 2.5. Creant seqncies repetitives Un programa mnimament complex implica lexecuci dun gran nombre de primitives. El primer pas per a estalviar-nos codi s emprar la primitiva REPITE, que va acompanyada dun parmetre que indica quin s el nombre de vegades que sha de repetir, i duna altra primitiva, que ser la instrucci que ha de repetir-se un nombre de vegades. Un dels exemples ms tpics que explica la comoditat de ls de la primitiva REPITE s la construcci dun quadrat. Per a aix s necessari fer avanar el cursor la longitud del costat i girar la seua direcci 90; caldr repetir aquesta instrucci quatre vegades. Utilitzant REPITE podem reduir quatre lnies de codi a noms una; les primitives que han de repetir-se es posen entre claudtors: Sintaxi: REPITE n [instruccions] Exemple: REPITE 4 [AV 50 GD 90] Amb aquesta ordre lordinador entn que volem repetir 4 vegades la seqncia segent: avana 50 i gira dreta 90. El resultat final s el dibuix dun quadrat. Vegem aquest exemple amb ms detall aix com un altre exemple de dibuix dun pentgon. 129. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 132 Codi font dexemple ds de REPITE Comandament llarg Abreviatura Explicaci REPITE 4 [AV 50 GD 90] Repeteix 4 vegades les segents ordres: avana 50, gira cap a la dreta 90. Dibuixa un quadrat. SUBELAPIZ SL Sala el llapis per a no deixar el tra RETROCEDE 100 RE 100 Fa que la tortuga retrocedisca 100 BAJALAPIZ BL Fa que baixe el llapis per a escriure AVANZA 100 AV 100 Fa que la tortuga avance 100 REPITE 5 [AV 50 GD 72] Repeteix 5 vegades les segents ordres: avana 50, gira cap a la dreta 72. Dibuixa un pentgon. 2.6. Mostrar text: ROTULA ROTULA s una de les primitives ms interessants perqu ens permet escriure en la pantalla. Hem de parar atenci perqu el text ser escrit en la direcci del cursor (si el cursor est vertical el text sescriur en vertical). Per a introduir el text podem fer-ho amb cometes al principi (no al final) si es tracta noms duna paraula, o entre claudtors si es tracta de diverses paraules. Sintaxi: ROTULA [frase] Exemple: ROTULA "Hola Exemple: ROTULA [Hola, amic] Per a escriure diverses lnies, haurem de desplaar el cursor desprs de cada una o en cas contrari els textos se superposaran. Abans de desplaar el cursor, caldr pujar el llapis per a no anar deixant empremta i tornar a abaixar-lo abans descriure novament. Codi font dexemple: ROTULA Comandament llarg Abreviatura Explicaci GIRADERECHA 90 GD 90 Per escriure el text en horitzontal ROTULA Hola Escriu el text Hola SUBELAPIZ SL Sala el llapis per a no deixar el tra GIRADERECHA 90 GD 90 Gir per a avanar cap avall AVANZA 30 AV 30 Fa que la tortuga avance 30 GIRAIZQUIERDA 90 GI 90 La tortuga gira 90 cap a lesquerra per poder escriure una altra lnia BAJALAPIZ BL Fa que baixe el llapis per a escriure ROTULA [Hola, amic] Escriu el text Hola, amic OCULTATORTUGA OT Fa que la tortuga desaparega de la pantalla 130. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 133 2.7. Crear finestres i botons En els programes sol ser molt til disposar de botons que ens permeten controlar el cursor (recordem que el que faa el cursor ser el que far el sistema a controlar o el sistema robtic) i donar-li instruccions des de la pantalla, sense tenir que entrar a modificar el codi. Hi ha diverses primitives per a fer aquestes accions. Les ms importants sn CREAVENTANA i CREABOTON, que ens permeten mostrar una finestra amb botons dins del nostre programa. (Polsa sobre elles per a obtenir ms informaci). Si ens hem enganyat en crear el bot o tota la finestra, els esborrem amb les primitives BORRABOTON o BORRAVENTANA, seguides del nom del bot o de la finestra precedits duna cometa. BORRABOTON "AVANCE BORRAVENTANA "MIVENTANA Codi font dexemple: pantalla amb botons Comandament llarg Explicaci CREAVENTANA Mi ventana [Esta es mi ventana] 120 60 100 70 [PONCP 4] Crea una finestra amb el text Esta es mi ventana, se situa a 120 unitats a la dreta i 60 davall, i tindr 100 unitats dample i 70 dalt. En crear la finestra la pantalla es pinta de color roig. CREABOTON Mi ventana Avance [Avance] 10 20 50 15 [AV 50] Crea un bot situat a 10 unitats a la dreta i 20 davall de la finestra Mi ventana, i tindr 50 unitats de llarg per 15 dample. En prmer el bot la tortuga avanar 50 unitats. CREABOTON Mi ventana Retroceso [Retroceso] 10 40 50 15 [RE 50] Crea un bot situat a 10 unitats a la dreta i 40 davall de la finestra Mi ventana, i tindr 50 unitats de llarg per 15 dample. En prmer el bot la tortuga retrocedir 50 unitats. 2.8. Procediments De vegades hi ha una combinaci de primitives que hem dusar amb certa freqncia. Les primitives sn text i, per tant, es poden copiar i enganxar dun lloc a un altre. Per, aix suposa afegir moltes lnies de codi. Intentar eliminar codi superflu s molt important en un programa de certa complexitat. Per a aix es creen els procediments; sassigna un nom a aqueix conjunt de primitives de manera que sexecuten automticament cada vegada que escrivim el seu nom. Com a exemple, vegem un procediment que ens permet dibuixar quadrats. Ja havem redut amb anterioritat el codi necessari per a dibuixar un quadrat. Grcies a la primitiva REPITE, havem convertit les quatre primitives necessries per a dibuixar els quatre costats en noms una: REPITE 4 [AV 50 GD 90] No obstant aix, si hem de dibuixar molts quadrats, repetir constantment aquesta primitiva complica el codi del programa; creem per tant un procediment anomenat quadrat: PARA quadrat REPITE 4 [AV 50 GD 90] FIN 131. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 134 La primera lnia dun procediment consta sempre de PARA seguit del nom (no sadmeten espais, ni titles, ni carcters diferents de lletres i nmeros en el nom). Lltima lnia dir nicament FIN i les lnies intermdies, que poden ser ms duna, inclouen les primitives que van a executar-se mitjanant el procediment. Per a escriure un procediment utilitzarem leditor del programa; per a aix farem clic en el cant inferior dret on posa Editar. Sens obrir una finestra en qu podem escriure el procediment. Desprs descriure el procediment, seleccionem dins del men Fitxer lopci desar i eixir. El procediment quedar emmagatzemat en la memria i saccedir a dell com si es tractara duna primitiva. La segona forma descriure un procediment consisteix a escriure la primera lnia (PARA + nom del procediment) i polsar intro. Ens sorgir una finestra perqu afegim les primitives amb les instruccions; desprs de cada primitiva polsem intro. Quan hgem introdut totes les lnies intermdies del procediment (en el cas del quadrat noms s una) fem clic a Cancellar, perqu el programa afija la lnia FIN. Quan tenim definit el procediment, nhi ha prou amb escriure el seu nom (quadrat) perqu sexecute, igual que si es tractara duna primitiva. Per a modificar el procediment, fem clic a Editar i ens sorgir una finestra amb el codi de tots els procediments que hgem definit. Podem modificar-los i desar els canvis. 2.9. Control de temps: ESPERA Amb ESPERA podem generar un interval entre una primitiva i una altra. Ha danar seguit dun parmetre que indique el temps: cada segon sn 60 unitats de temps. Daquesta manera podem definir al nostre gust el temps dexecuci de les distintes ordres dun procediment. Per exemple, anirem introduint un text per parts: NOTA: els comentaris dins del codi desprs del ; (punt i coma) no seran processats per lordinador. 132. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 135 PARA salutacio ;inici del procediment salutacio GD 90 ;gira a la dreta 90 ROTULA "Hola ;escriu a la pantalla la paraula Hola ESPERA 30 ;espera mig segon abans dexecutar el segent comandament BP ;en cas contrari, els textos se superposaran GD 90 ROTULA [Com ests?] ESPERA 30 BP FIN ;final del procediment salutacio Si el que volem s que el programa es repetisca de forma indefinida, lltima instrucci del programa ha de ser el propi nom del programa. Daquesta forma el programa es cridar a si mateix i tornar a comenar abans dacabar. 3. Variables de programaci 3.1. Concepte Les variables sn dades, numriques o de text, que poden prendre diferents valors. A les variables sels assigna un valor mitjanant la primitiva HAZ. Perqu el programa les identifique com a variables, el seu nom ha danar precedit de cometes. HAZ "numero 80 ;assigna el valor 80 a la variable numero Una vegada que li hem assignat un valor, per a utilitzar-la escriurem el seu nom precedit de dos punts: AV :numero ;avana la quantitat dunitats emmagatzemades a la variable numero Per tant, sempren les cometes per a definir la variable i els dos punts per a llegir-la. Si la variable s de text, es defineix el seu valor introduint-lo entre claudtors: HAZ "nom [Pau] ;assigna el text Pau a la variable nom Amb el comandament segent sescriur a la pantalla el text contingut a la variable nom: ROTULA :nom Anem a veure un exemple: HAZ "numero 80 GD 90 AV :numero HAZ "nom [Pau] ROTULA :nom Explicaci del codi de lexemple: el valor 80 semmagatzema en la variable numero. Accedim a aquest valor usant els dos punts. Tot seguit, semmagatzema el text "Pau" en la variable nom. Accedim a aquest valor usant els dos punts. 133. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 136 3.2. Usant variables en text De vegades ens interessa introduir variables en mig dun text. Per a aix disposem de la primitiva FRASE. Hem de posar el text entre claudtors i tota la frase, el text i les variables, entre parntesis perqu el programa ho considere tot com una unitat. Vegem-ho amb un exemple: GD 90 HAZ "nom [Pau] ROTULA (FRASE [Em diuen ] :nom) Apareixer en la pantalla Em diuen Pau 3.3. Procediments amb variables Els procediments permeten incloure variables en el seu nom; daquesta forma, en cridar al procediment li estarem donant tamb el valor que li ha daplicar a la variable. Vegem-ho reprenent lexemple del quadrat. Ens resulta molt til definir una variable per al costat del quadrat, i donar-li el seu valor en el mateix moment de cridar al procediment. PARA quadrat :costat REPETEIX 4 [AV :costat GD 90] FIN Definit aix el procediment, en cridar-lo podrem donar ja el valor del costat i dibuixar molt fcilment un gran nombre de quadrats del costat que desitgem: quadrat 40 quadrat 60 quadrat 80 3.4. Variables de dades en finestres Una utilitat molt habitual de les variables s la de permetre que lusuari introdusca dades. Per a aix hem de conixer, en primer lloc, la primitiva PREGUNTABOX, que serveix per a obrir una finestra en qu el programa ens demane informaci. PREGUNTABOX [Nom de la caixa] [Pregunta] Els parmetres de text que acompanyen aquesta primitiva sn el nom que figurar en la finestra i el text de la pregunta o la petici dinformaci que la finestra dur a terme. PREGUNTABOX es pot emprar com a parmetre de HAZ, de manera que la resposta que introdum en la finestra quede emmagatzemada en forma de variable. El contingut de PREGUNTABOX sassimila com a valor tipus text; si es tractara demmagatzemar un nmero hem dusar la segent sintaxi: PREGUNTABOX PRIMERO [Nom de la caixa] [Pregunta] Exemple de variables de dades en finestres: 134. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 137 GD 90 HAZ "nom PREGUNTABOX [Dis-me el teu nom] [Com et diuen?] ROTULA (FRASE [Hola, ] :nom [!]) SL GD 90 AV 100 GI 90 HAZ "numero PRIMERO PREGUNTABOX [Dis-me la teua edat] [Quants anys tens?] ROTULA (FRASE [Tens ] :numero [anys]) OT Explicaci: Introdum en una pantalla anomenada Dis-me el teu nom i amb el text Com et dius? un valor i lemmagatzemem en la variable de text nom. Usem el nom en una frase i ho escrivim en pantalla com Hola nom! Ens colloquem davall daquest text. En una pantalla anomenada Dis-me la teua edat i amb el text Quants anys tens? introdum un valor i lemmagatzemem en la variable numrica (per aix usem PRIMERO) numero. Ho usem en una frase i ho escrivim en pantalla com Tens numero anys. Amaguem la tortuga. 3.5. Variables datzar La primitiva ATZAR tria a latzar un nmero entre el 0 i linferior al qual li posem com a parmetre. Per exemple, ATZAR 11 triar un nmero aleatori entre el 0 i el 10. Vegem un exemple. Dibuix dun quadrat de costat aleatori entre 0 i 100. PARA quadrat :costat REPITE 4 [AV :costat GD 90] FIN HAZ "numero ATZAR 101 quadrat: numero En la primera part del programa creem un procediment anomenat quadrat, que necessita una variable per a definir el costat del quadrat a dibuixar. En lordre HAZ "costat ATZAR 101, el programa tria a latzar un valor entre 0 i 100, i lemmagatzemar en la variable numero. Desprs dibuixa un quadrat amb la variable numero com a costat. Ara b, qu passaria si tornrem a donar lltima ordre? El programa tornaria a dibuixar un quadrat de la mateixa grandria, ja que no hem modificat la variable numero. Podrem modificar el valor del costat del quadrat repetint lordre HAZ "numero ATZAR 101, emmagatzemant-se un altre valor a latzar en la variable nmero. Si dibuixrem ara un altre quadrat :numero segurament tindria un valor diferent. 135. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 138 3.6. Avaluant condicions De vegades ens interessa que una primitiva, o una part del programa, sexecute noms si es compleix una condici. Per a aix hi ha la primitiva SI; la condici ha descriures entre claudtors. Vegem un exemple: SI :costat > 40 [RETOLA [Costat molt gran] Si el valor de la variable costat s major que 40 llavors escriu en la pantalla "Costat molt gran". Si fra menor o igual no faria res. La primitiva SISINO perfecciona a la SI en permetre donar dues instruccions: la primera si la condici es compleix i la segona si no es compleix. Les dues condicions aniran entre claudtors. Vegem un exemple senzill: SISINO :costat > 40 [ROTULA [Costat molt gran]] [REPITE 4 [AV :costat GD 90]] Si el valor de la variable costat s major que 40 llavors escriu en la pantalla "Costat molt gran". Si fra menor o igual realitza lordre que hi ha dins de lltim claudtor, dibuixa un quadrat la grandria del qual est definit per la variable costat. Exemple: Programa dun joc pel qual hem dendevinar un nmero a latzar de l1 al 5. Per tal devitar el 0, utilitzarem la primitiva ATZAR 5, que obtindr un nmero entre 0 i 4, i li sumarem 1: PARA joc BP GD 90 HAZ "numero 1 + ATZAR 5 HAZ "intent PRIMERO PREGUNTABOX [Endevina el nmero] [Escriu un nmero de l1 al 5:] SISINO :intent = :numero [RETOLA [Has encertat!]] [RETOLA [Has fallat]] FIN Farem una millora en el joc; que ens done una segona oportunitat i una pista dient-nos si el nmero buscat s major o menor que el que hem posat: PARA joc BP GD 90 HAZ "numero 1 + ATZAR 5 HAZ "intent PRIMERO PREGUNTABOX [Endevina el nmero] [Escriu un nmero de l1 al 5:] SI :intent > :numero [HAZ "intent2 PRIMERO PREGUNTABOX [Endevina el nmero] [Massa gran! Escriu un nou nmero:]] SI :intent < :numero [HAZ "intent2 PRIMERO PREGUNTABOX [Endevina el nmero] [Massa xicotet! Escriu un nou nmero:]] SISINO :intent2 = :numero [ROTULA [Has encertat!]] [ROTULA [Has tornat a fallar]] SI :intent = :numero [BP GD 90 RETOLA [Has encertat!]]; FIN En lltima lnia li afig BP i GD 90 perqu el programa esborre el missatge anterior i escriga en lnia recta, cas dhaver encertat a la primera (ja que no sha assignat cap valor a intent2, no coincidir amb el nmero i en la lnia anterior escriur que hem tornat a fallar). 136. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 139 4. Control del programa 4.1. Bucles: ordres reiteratives Es tracta de primitives o procediments que es repeteixen un nmero indefinit de vegades fins que lusuari els para manualment, o fins que es compleix alguna condici programada perqu faa detindres el procediment. Per a fer una instrucci o un procediment reiteratiu hi ha dues maneres: la primera s emprar la primitiva SIEMPRE, en la que la instrucci o instruccions que es posen a continuaci entre claudtors es repetiran una vegada i una altra de forma indefinida. Per exemple, mitjanant aquesta instrucci tindrem un quadrat intermitent; el programa dibuixar un quadrat, esperar, ho esborrar, ho tornar a dibuixar i aix successivament: SIEMPRE [REPETEIX 4 [AV 40 GD 90] ESPERA 20 BP ESPERA 20] Per a parar la instrucci farem clic en el bot Alto de lrea de comandaments. Laltra forma s crear un procediment que es cride a si mateix en finalitzar (en la lnia anterior a FIN). Daquesta manera es repetir sempre: PARA Quadratintermitent REPITE 4 [AV 40 GD 90] ESPERA 20 BP ESPERA 20 Quadratintermitent FIN De vegades no ens interessa que lordre es repetisca sempre de la mateixa forma, sin que volem anar modificant-la cada vegada que sexecute. Per exemple, dibuixar quadrats de costat cada vegada ms gran. Per a aix podem crear una variable i programar-la perqu patisca alguna modificaci en les successives reiteracions del procediment. Vegem com fer quadrats el costat del qual va augmentant en 10 unitats: HAZ "costat :costat + 10 ;s a dir, suma-li 10 al valor actual que tinga el costat PARA Quadratscreixents :costat REPITE 4 [AV :costat GD 90] ESPERA 50 HAZ "costat :costat + 10 Quadratscreixents :costat FIN En cridar al programa caldr assignar un valor al costat del primer quadrat, per exemple 5 unitats. Per tal devitar que continue fent quadrats fins a linfinit, podem afegir la condici que en el moment en qu el costat supere un cert valor el programa cride la primitiva ALTO, s a dir, pare. Naturalment caldr posar aquesta condici abans de donar lordre de repetir el programa. PARA Quadratscreixents :costat REPITE 4 [AV :costat GD 90] ESPERA 50 HAZ "costat :costat + 10 Si :costat > 150 [ALTO] Quadratscreixents :costat FIN 137. Tecnologia 4t ESO 12 - Control per ordinador 140 4.2. Primitives de control de la targeta MSWLogo serveix com a base per a aprendre lestructura dun llenguatge de programaci. En tecnologia t, no obstant, un altre s ms especfic del que ja hem parlat, que s el de donar ordres a un robot a travs duna targeta controladora. La targeta es connecta a un port de lordinador i en el seu driver dinstallaci ha de tenir un arxiu que es copia i enganxa a la carpeta del disc dur on est installat el programa de control (en aquest cas MSWlogo). Tot seguit sobri el programa i des dell es carrega aquest arxiu, que obri el port de comunicaci entre lordinador i la controladora, i habilita les primitives que permeten controlar les entrades i eixides de la targeta. Algunes daquestes primitives sn: CONECTA 3, connecta leixida nmero 3 en aquest cas. APAGA 3, desconnecta leixida nmero 3. ENTRADA 3, comprova si lentrada nmero 3 est activada o no, i torna una resposta lgica: vertader o fals. VOLTATGE 3 3, fixa en leixida analgica 3 una tensi de 3 volts. Controladora Arduino En la part superior de la targeta podem distingir unes entrades / eixides digitals. En la part inferior, unes entrades analgiques i daltres per a alimentaci denergia. Cadascuna daquestes entrades i eixides tenen un nmero per a identificar-les. A lesquerra, de perfil, hi ha un element metllic. Es tracta dun port USB per a connectar- la a lordinador.