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Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivasEL GIRASOL: EL PANEL SOLAR QUEGIRA CON EL SOLEsther Álvarez AparicioI. E. S. M. SANCHIS GUARNERSillaIntroducción:El sol es una fuente de energía inagotable. Los rayos solares inciden perpendicularmentesobre las células solares de un panel solar y producen un efecto fotoeléctrico. Es decir queel silicio, principal componente de los paneles solares, emite electrones al incidir sobre él laluz, y la circulación de estas cargas eléctricas crea una corriente eléctrica continua.Dejar estático un panel solar significa desperdiciar la potencia que el sol nos entrega cadadía. Para mejorar el rendimiento de los paneles solares fotovoltaicos suelen colocarse sobreun elemento que se orienta con el sol siguiendo su trayectoria, desde el amanecer alanochecer, con el fin de que los rayos siempre incidan perpendicularmente al panel yobtener así mayor rendimiento.Objetivos: Diseñar y construir la maqueta de un panel solar que se oriente según el movimientodel sol.Identificar los componentes necesarios para montar un circuito electrónico quecumpla una determinada función.Conocer el papel que desempeñan los diferentes componentes de un circuitoelectrónico: resistencias fijas, LDR, potenciómetro, condensador, transistor, LED,relé.Diseñar circuitos eléctricos y electrónicos con el software apropiadoSaber utilizar el soldador de estaño.Solucionar problemas en el diseño y construcción de sistemas mecánicos conmovimiento.Comprender y analizar el funcionamiento de operadores y sistemas mecánicossencillos: motor con reductora y tronillo sinfín-corona.Saber realizar cálculos de velocidades de engranajes.Reconocer la importancia de los sistemas electrónicos en nuestra sociedad.Sensibilizarse hacia el uso de energías alternativas para generar electricidad.1

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivasRelación del tema propuesto con el currículo del Curso:Está relacionado con el tema de electrónica analógica de la asignatura de Tecnología de 4ºde ESO.Material y recursos necesarios:Materiales Placa de circuito impreso perforada.Relé 6V, 1 circuitoTransistor BD135LDRResistencia fija de 100 ohms 1/2 w marrón, negro, marrónResistencia fija de 470 ohms 1/4 w amarillo, violeta, marrónPotenciómetro 10 KΩLed de 5 mmMotor reductor 1,5-6 V (microlog LOG 15)Eje varilla roscada de Ø 4mm de 150mmTornillo sinfín de latón: carrera 12 mm, diámetro 10 mm (LOG 245)Rueda dentada de 28 dientes para eje de 4 mm (LOG 68)Conmutador doble de tres posiciones (LOG 536)Perfil de aluminio LOG 290: 250x15x1,5 mmPlaca solar de 1 célula FV 0,5 V (LOG 1911)Cablecillo flexible (LOG 564)2 Pinzas de cocodriloPila de 4,5 VRegletas de conexiónTornillos rosca chapa de métrica 4 mm y dos palomillasListón de madera de pino 20x10x660Listón de madera de pino 30x10x660Un tablero de contrachapado de 3 mm de 297x210 (A4)2 tableros de contrachapado de 10 mm (A4)Tuercas y arandelas de métrica 4 mmHilo de estañoCola blancaHerramientas Sierra de vaivénSierra de arcoEscofinaLimaPapel de lija2

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas Taladro verticalSoldador de estañoTijerasNormas de seguridad: Manejar las herramientas y máquinas siguiendo las normas de seguridad propias decada una.Deben utilizarse gafas protectoras y guantes cuando se corta metal o madera.Tener mucho cuidado con no quemarse con el soldador de estaño.Procedimiento:En primer lugar al alumno se le plantea la propuesta de trabajo y las condiciones que ha decumplir el objeto que se ha de construir.Condiciones de la propuesta:1. Se construirá un circuito electrónico detector de luminosidad en una placa paracircuito impreso.2. Se construirá un sistema electromecánico regulado por el circuito electrónico,para hacer girar el panel solar.3. La estructura que soporta la placa solar se construirá con contrachapado.Antes de empezar a construir la maqueta, el alumno buscará en Internet posibles solucionespara su proyecto. De las soluciones encontradas tomará las ideas que le sean útiles.Seguidamente se le mostrará una foto del proyecto que se pretende que construya.El objeto construido será algo semejante a:3

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivasDespués, el alumno montará el circuito electrónico detector de luminosidad que diseñó enel programa de simulación de circuitos “Crocodile”. Para ello utilizará una placa de circuitoimpreso ya perforada sobre la que soldará los operadores electrónicos que se citan en elapartado de materiales.Una vez soldados todos los componentes comprobará que el circuito funciona tapando elLDR y observando que el Led se enciende.El circuito es el siguiente:4

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivasFuncionamiento del circuitoLa resistencia fotoeléctrica es una resistencia variable con la luz, es decir su valor dependede la luz que incide sobre ella.En presencia de un alto nivel de luminosidad, la LDR posee un nivel de resistencia bajo,por el contrario, por la noche o en condiciones deficientes de luminosidad, su resistenciaaumenta.En condiciones de luminosidad baja, la resistencia de la LDR aumenta, y la tensión que hayentre los terminales de la resistencia LDR, así como entre la base y el emisor del transistor,aumenta. Llega un momento en que la tensión entre la base y el emisor del transistor,alcanza los 0,7 V y circula una pequeña intensidad por la base, el transistor se satura, pasa acomportarse como un interruptor cerrado, la bobina del relé se activa provocando así, elcambio de posición de sus contactos, permitiendo la salida de tensión que utilizaremos paraencender el Led, (y/o poner en marcha un motor).Por el contrario, cuando existe un nivel de luminosidad alto, la LDR presenta una bajaresistencia, y por tanto la tensión que hay entre los terminales de la resistencia también serámuy baja; casi la totalidad del voltaje de la pila estará aplicado al potenciómetro. Entre labase y el emisor del transistor habrá muy poca tensión, y prácticamente no circularáintensidad por la base. El transistor estará en corte. En estas circunstancias, el transistor noconduce y como consecuencia al relé no le llegará corriente y lógicamente, el campomagnético de la bobina desaparece y como consecuencia los contactos del relé volverán aposición anterior. Ahora, la salida de tensión es nula y el Led se apagará.La función del potenciómetro de 10 KΩ es fijar el nivel de luminosidad al que queremosque se encienda el Led.Seguidamente utilizando un conmutador doble, un motor y dos finales de carrera tendrá quediseñar el circuito que hace mover la placa solar y que se pone en marcha al ser activado elrelé. Para ello se recordará el circuito que montaron para la puerta de garaje queconstruyeron el año pasado:5

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivasAcoplando los dos circuitos anteriores, el alumno llegará a diseñar el siguiente circuito quehará funcionar la maqueta del girasol.Posteriormente, basándose en los conocimientos adquiridos en 3º ESO sobre mecanismos,el alumno deberá elegir el mecanismo que permita transmitir el movimiento del motor a labase giratoria que soporta la placa solar.Para ello se proyectará la siguiente imagen y se le plantearan distintas cuestiones que llevenal alumno a justificar el que se utilice el sistema de transmisión tornillo sinfín-corona y acalcular la velocidad de giro de la placa solar en revoluciones por minuto.En la diapositiva se observa: En el tren de engranajes formado por tres engranajes, si elmotriz gira en el sentido de las agujas del reloj, el que engrana con él gira al contrarioy el tercero girará en el mismo sentido que el primero. Existe una transmisión demovimiento circular en circular en el mismo plano (entre ejes paralelos) aunque ensentido opuesto.En el tren de engranajes de colores también existe una transmisión de movimientoentre ejes paralelos y se observa que los engranajes que comparten el mismo eje giranen el mismo sentido, y también lo hacen a la misma velocidad. Cada par de engranajesque comparten eje gira en sentido contrario con que el que engrana.En el caso del tornillo-sinfín corona, también se observa que el movimiento circulardel engranaje se transmite al tornillo sinfín que se mueve con un movimiento circularen un plano perpendicular al del engranaje.En del piñón-cremallera se observa que existe transformación de movimiento circularen lineal.6

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivasCuestiones:1. Clasifica los mecanismos en dos grupos según tenga lugar solamentetransmisión de movimiento o también transformación de movimiento. Dentrodel grupo en el que hay sólo transmisión de movimiento destaca si esatransmisión se realiza entre ejes paralelos o ejes perpendiculares.2. Observa el tren de engranajes formado por tres engranajes. Sabiendo que elprimer engranaje gira a 30 rpm y que tiene 15 dientes ¿A qué velocidad giraráel engranaje del medio sabiendo que tiene 10 dientes? ¿Y cual será la velocidadde salida de todo el sistema, sabiendo que el tercer engranaje tiene 20 dientes?¿Es un mecanismo multiplicador o reductor?3. Observa el tren de engranajes compuesto. Calcula la velocidad de giro en r.p.m.del engranaje rosa sabiendo que: el engranaje rojo gira a 36 r.p.m. y tiene 19dientes, el engranaje azul oscuro tiene 57 dientes, el verde 19 dientes, el azulclarito 54 dientes, el naranja 16 dientes y el rosa 60 dientes.4. Observa el mecanismo tornillo-sinfín corona. ¿Cuantas vueltas da el tornillosinfín cuando la rueda da una vuelta completa? Si el tornillo sinfín es el motriz,¿el sistema es multiplicador o reductor?5. Observa el mecanismo piñón cremallera. Sabiendo que la cremallera tiene 8dientes por centímetro, calcula en cm/min. la velocidad de la cremallera. Elengranaje motriz gira a 20 rpm y tiene 8 dientes.7

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivasUna vez se ha diseñando el objeto y se tiene montada la placa de circuito impreso seprocede a la construcción de la estructura de madera, y al montaje del sistemaelectromecánico. Para ello se pueden seguir los siguientes pasos:1. Se cortan las piezas de madera que corresponden a la estructura que soporta la placasolar y se pegan.2. Se cortan y se pegan los listones que servirán de soporte al marco que soporta laplaca solar. Este soporte se une mediante tornillos y palomillas a dicho marco. Secorta la pieza que servirá de base giratoria y s une mediante el eje de giro (barraroscada) a la estructura que soporta la placa solar.3. Se cortan y se pegan las piezas de madera que forman la base del proyecto8

Cómo motivar a los estudiantes mediante actividades científicas atractivas4. Se coloca el eje con el engranaje sobre una estructura formada por perfiles dealuminio que sirve de soporte a la base giratoria.5. Se fija el motor en cuyo eje de salida se ha puesto un tornillo sinfín.6. Se coloca el LDR que va unido mediante cable a la placa de circuito impreso.7.Se ponen los cables que corresponden el circuito eléctrico que une la placa decircuito impreso con el sistema electromecánico según el esquema del circuitodibujado mas arriba ydiseñado en con elprograma Crocodile, olo que es lo mismosegún el esquema dela izquierda, masintuitivo. La situaciónde los interruptoresfinales está marcadaen los dibujos de lospasos 3 y 6 medianteflechas.Labasegiratoria lleva en laperiferia una varilla9