el paei-57711, o proyecto generación de un ecosistema de innovación sustentable en colegios,...

El PAEI-57711, o Proyecto Generación de un ecosistema de innovación sustentable en Colegios, Liceos y la Universidad a través de Aprendizaje y Servicio (Proyecto SIETE), es un Proyecto apoyado por CORFO, el Departamento de Ciencias de la Computación, EdV de la Universidad de Chile y la Oficina de Ingeniería para la Sustentabilidad.

Jocelyn Simmonds Wagemann Directora del Proyecto

Alejandra Avila MorenoSub-directora del Proyecto

Claudia Mac-Lean BravoEncargada de Sustentabilidad

EQUIPO DIRECTIVO

Lissette Astorga BasoaÁrea Metodología

Rodrigo López InsinillaÁrea Sustentabilidad

Martín Pérez ComissoÁrea Innovación

Felipe Smith AlbornozÁrea Ingeniería

Daniela Orellana ClaveroAdministración y Gestión

DiseñoMacarena Cerda Ampuero

ÍNDICE

Acerca del Proyecto................................................................................................................................................................................5

Bases conceptuales de sustentabilidad 6Gestión Ambiental Escolar ...................................................................................................................................................................7

Bases conceptuales de Tecnología e Innovación 8¿Qué es la tecnología? ...........................................................................................................................................................................8Perspectivas de investigación de la tecnología: Internalismo y Externalismo..............................................................9¿Qué es la innovación? ..........................................................................................................................................................................10¿Cómo estudiamos la innovación? ....................................................................................................................................................11¿Cómo aplicar la innovación al aula escolar? ..............................................................................................................................11

Contexto de Problemas a resolver 12Consumo de Agua ..................................................................................................................................................................................12Eficiencia Energética (Control de la Calefacción) .....................................................................................................................13Contaminación del Aire ........................................................................................................................................................................16Biodiversidad.............................................................................................................................................................................................18Eficiencia Energética (Control de Prendido y Apagado de Luces).....................................................................................18

Background Tecnológico 20¿Qué es Arduino?....................................................................................................................................................................................20La computación física .........................................................................................................................................................................20El software libre ......................................................................................................................................................................................21El concepto de Tinkering .....................................................................................................................................................................21Programando el Arduino......................................................................................................................................................................21Sensores ....................................................................................................................................................................................................22

Guías de proyecto de aplicados en los colegios seleccionados 24Actividad 1: Monitoreo de la calidad del aire..............................................................................................................................24Actividad 2: Detección de fugas de calor en aislaciones de edificios ............................................................................28Actividad 3: Monitoreo de consumo de agua no invasivo ....................................................................................................30Actividad 4: Control de luces automático....................................................................................................................................32

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Proyecto SIETE “Generación de un ecosistema de innovación sustentable en Colegios, Liceos y la Universidad a través de Aprendizaje y Servicio”

ACERCA DEL PROYECTO

OBJETIVO GENERALFomentar una cultura de emprendimiento y sustentabilidad, a través de un Curso de Formación General con metodología de Aprendizaje y Servicio (A+S), finalizando en una Feria Tecnológica Escolar, que permita transferir y desarrollar una capacidad local en colegios y liceos de Santiago a través de la entrega de herramientas metodológicas para profesores y escolares de educación básica y media.

El Proyecto Generación de un ecosistema de innovación sustentable en Colegios, Liceos y la Universidad, a través de Aprendizaje y Servicio, busca fortalecer la cultura de la innovación para la sustentabilidad basada en asignaturas de ciencia, tecnología, matemáticas e ingeniería (STEM), enfo-cado en transferencia y apoyo metodológico a estudiantes universitarios, profesores de colegios y liceos, y escolares de Educación Básica y Media, a través de la validación, implementación y transferencia de herramientas a través de talleres prácticos.

En este proyecto, el equipo de expertos de la Universidad de Chile se enfocará en entregar tecnologías para hacer auditorías energéticas e hí-dricas, permitiéndoles monitorear y visualizar en tiempo real los datos de consumo de su entorno. La tecnología a usar será un MakerKit diseñado específicamente para el desarrollo de habilidades en proyectos de inno-vación sustentable. Estas herramientas son el punto de partida para en-tender, mediante la tecnología, la relación con el entorno medioambiental, pero asimismo, una vez dominados estos fundamentos, los estudiantes universitarios y escolares tendrán los conocimientos y habilidades para proponer y ejecutar sus propios proyectos de innovación sustentable.

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1. BASES CONCEPTUALES DE SUSTENTABILIDAD

En la literatura se pueden encontrar diversas definiciones de lo que en-tendemos por sustentabilidad, algunas tienen como punto de vista central al ser humano, otras se sustentan directamente en el medio natural que nos rodea, y otras versan respecto al uso responsable de los recursos na-turales, pero lo que todas tienen en común, es la importancia en mantener saludable y protegido el medio ambiente para que esté disponible para las futuras generaciones. En esta idea, entendemos el medio ambiente no solo como el entorno natural sino como el conjunto de componentes físi-cos, químicos, biológicos y sociales en el que se desarrolla una sociedad y sus individuos.

El medio ambiente comprende todos los “valores” naturales, sociales y culturales existentes en un lugar y en un momento determinado. No se trata solo del espacio en el que se desarrolla la vida, sino que también considera a los seres vivos, objetos de valor natural como el agua, el suelo y el aire, así como también aquellos de valor inmaterial como las relacio-nes entre ellos, la cultura, el bienestar y el desarrollo.

Al construir una sociedad bajo este principio es posible resolver proble-máticas sociales que van mucho más allá de los conflictos en la natura-leza. La UNESCO ha propuesto que el desarrollo sustentable se enfoque en conocer y actuar sobre los siguientes problemas: Mitigación al Cambio Climático, Disminución de la Inequidad Social, Resolver la pérdida de Biodi-versidad, la sobreexplotación de Recursos Naturales, el mal uso de Suelos, Mejorar la Calidad Laboral, Tener una mejor Movilidad por la ciudad y dis-minuir la Contaminación Atmosférica, Resolver los problemas de Malnu-trición (Hambruna/Obesidad) y tener una mejor cadena de Alimentación, entre otros problemas.

De aquí se desprende que mantener un adecuado equilibrio entre la so-ciedad, los intercambios económicos y el medio ambiente natural per-miten el desarrollo de manera sustentable. En los colegios hay muchas actividades que se pueden hacer para cuidar este equilibrio, por ejemplo, las mismas recomendaciones de la UNESCO, y reconocidas por el MINE-DUC incluyen el trabajo específico en los siguientes temas:

• Reducción de la pobreza• Paz y seguridad humana• Reducción de riesgo de desastre• Calidad del Aire• Biodiversidad• Diversidad Cultural• Agua• Igualdad de género• Urbanización sustentable• Conocimiento indígena• Promoción de la salud• Energía Eficiente


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La gestión ambiental escolar son aquellas prácticas amigables con el me-dio ambiente que se pueden desarrollar en el colegio y en donde se busca la participación toda la comunidad.

En específico, se consideran los siguientes ejes de trabajo:

Gestión de Residuos: Este eje dice relación con el correcto manejo de los residuos que se generan en el quehacer humano, con el objetivo de volver a dar valor a materiales que de otra forma serían destinados al tacho de la basura.

Eficiencia Energética: Este eje hace relación con el conjunto de acciones que mejoran la re-lación entre la cantidad total de energía consumida y los productos o servicios finales que se obtuvieron con dicha energía. Un mejoramiento continuo de esta relación se pude lograr a través de medidas tanto a nivel tecnológico, como en los hábitos culturales de la comunidad escolar. Es importante dar mayor énfasis a los hábitos culturales, ya que las trans-formaciones tecnológicas requieren de implementación de diagnósticos y desembolso de dinero para cambiar de tecnología.

Alternativas de Transporte: Este eje se enfoca en las alternativas de transporte que puedan facilitar y hacer eficiente nuestro traslado, mejorar la calidad del aire, disminuir la congestión y promover estilos de vida más saludables y cooperativos.

Conservación de la diversidad: Este eje nace por el gran distanciamiento que existe entre las ciudades y la naturaleza. El refuerzo en la toma de conciencia y comprensión de la biodiversidad como componente fundamental en el desarrollo de la vida realza nuestra preocupación hacia el medio ambiente y por sobre todo a la flora y fauna de nuestro país.

Cuidado del Agua: El agua es un recurso escaso, solo el 3% del agua del planeta es dulce pero únicamente el 1% es aprovechable por el ser humano (MMA, 2011), por lo que debemos cuidarla y ser conscientes de su uso. Para esto es necesa-rio identificar y tomar las medidas necesarias para reducir el consumo de agua del establecimiento. También buscar alternativas que permitan aprovechar aquella que posiblemente hemos estado desperdiciando.

GESTIÓN AMBIENTAL ESCOLAR

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La tecnología es una construcción humana, que se puede definir como el conjunto de conocimientos técnicos, ordenados científicamente que per-miten diseñar y crear artefactos y sistemas que nos ayudan a adaptarnos al medio ambiente, y que satisfacen necesidades y deseos de la humani-dad. Toda tecnología genera impactos en su entorno, sea este natural o artificial.

En la tecnología, el proceso tecnológico es el conjunto de fases que descri-be la trayectoria de construcción de un artefacto o sistema. Este modelo es el método científico para la tecnología. Como tal, a pesar de mostrarse como un proceso lineal, este es recursivo, dinámico y complejo, siendo no lineal y pudiendo devolverse o avanzar entre las fases con facilidad. Cada una de estas etapas es clave en la generación de una nueva tecnología, lo que denominamos innovación.

2.1 ¿QUÉ ES LA TECNOLOGÍA?

2. BASES CONCEPTUALES DE TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN

Necesidad: En esta etapa los grupos de innovadores reconocen proble-mas del entorno o deseos de su interés que quieran abordar. Para esto se utilizan técnicas de búsqueda de necesidades (needfinding) y se orga-nizan todos los potenciales requerimientos y condiciones de producción. Es una etapa dinámica y abierta que orienta todo el trabajo por delante del proceso.

Diseño: EEs un proceso complejo y multiescalar que proyecta la tecno-logía, así como su implementación y materialidad futura. No hay una sola forma para diseñar las cosas, pero si, hay caminos más conocidos que otros. El diseño utiliza metodologías hoy conocidas como design thinking, las cuales traen la traducción del diseño gráfico e industrial en un formato simplificado.

Figura 1: Etapas del proceso tecnológico. A pesar de representarse linealmente, es un proceso iterativo y reiterado. Las primeras cinco fases

son internalistas y las últimas dos son externalistas.


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PERSPECTIVAS de investigación de la tecnología: Internalismo y Externalismo

Planificación: La planificación es el conjunto de pasos que permi-te asignar recursos, tiempos y personas a la generación de un proyec-to tecnológico. Técnicas tradicionales para esta fase son la carta Gantt, diagramas de tareas y la metodología CANVAS (usada particularmente en emprendimiento). La planificación permitirá validar y sistematizar los métodos productivos.

Desarrollo: Es la etapa en la cual se ensambla, sintetiza, genera e imple-menta la tecnología. Cada tecnología tiene su propio proceso de desarro-llo, el cual es profundamente experiencial y particular.

Evaluación: En esta fase la tecnología es revisada desde su inversión hasta su financiamiento. Se compara con los criterios iniciales de necesi-dad y deseos, así como la trazabilidad de la planificación .

Diseminación: Son los procesos de difusión de una tecnología, sean estos comercialización, transporte, comunicación o propagación.

Impacto: Corresponde a la dimensión social luego del establecimiento de la tecnología. Esta es abordada desde los estudios de ciencia, tecnología y sociedad. Las consecuencias de las prácticas y discursos sobre la tecnología son relevantes, pues configuran su forma en que son incluidas en la cultura.

Toda cultura humana es tecnológica, pero cada tecnología (artefacto/sistema) funciona de manera diferente según el contexto. Las formas de acceso, aprendizaje, uso y transformación son parte de un proceso de apropiación tecnológica.

Dentro del proceso tecnológico hay dos tipos de preguntas, a las que de-nominaremos “perspectivas de estudio”. Estas serán muy relevantes para focalizar nuestras preguntas y definir nuestra estrategia de investigación. Las perspectivas son internalista y externalista.

• La perspectiva internalista busca responder ¿Cómo funciona una tecnología? Para ello nos concentramos en las primeras 5 fases del proceso tecnológico, reconociendo sus funciones tecnológicas (ej: ¿Para que necesidad sirve?), su diseño (ej: ¿Cuáles son las caracterís-ticas deseables?), su historia (ej: ¿Cuáles son las etapas que ocurren en su producción?), su ensamblaje e implementación (ej: ¿Cuáles son los fundamentos de sus mecanismos?) y su calidad (ej: ¿Cuáles son los estándares que lo hacen un producto sustentable?). Muchas de estas preguntas tendrán respuestas desde el diseño, la ingeniería y las cien-cias naturales.• La perspectiva externalista se centra en ¿Cómo afecta la tecnología a las personas?, teniendo foco en la diseminación e impacto de una tecnología. Preguntas como ¿Cuál es el impacto energético? ¿Cuáles son los canales de distribución más efectivos? ¿Cómo son los usuarios del sistema? ¿Cuánto es la demanda de reparaciones del artefacto? Son preguntas que aborda el externalismo. La mayor parte de estas preguntas se abordará con metodologías de economía, historia y cien-cias sociales.

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La innovación es el proceso por el cual se genera una nueva tecnología. Este proceso tiene fenómenos internos (proceso tecnológico) y externos (apropiación tecnológica), relevantes para identificar las condiciones de innovación. La innovación ocurre cuando una persona o grupo de estas buscan o desea resolver un problema de forma tecnológica (no científica, no religiosa, etc). Este proceso permite dotar de sentido, novedad y valor a un artefacto o sistema.

La innovación es un proceso de cambio, el cual incorpora en un sistema tecnológico nuevas propiedades, así como, nuevas formas de compren-derse. Es una actitud natural e innata de los seres humanos cuando de-ben sobrevivir y todos hacemos cosas innovadoras. Reconocer nuestra creatividad y generar condiciones para innovar son claves para lograr hacer nuevos desarrollos.

2.2 ¿QUÉ ES LA INNOVACIÓN?

La innovación se puede distinguir entre diferentes naturalezas descritas en la tabla 1.

Tabla 1: Naturalezas de la innovación

INCREMENTAL REVOLUCIONARIA DISRUPTIVA

La innovación tiene un pequeño grado de separación de las prácticas exis-tentes pero esta propuesta muestra una nueva aplicación de la misma.

La innovación muestra la aplicación de un nuevo paradigma. Es un cambio fundamental en el proceso y prácticas tecnológicas previas.

La innovación tiene el potencial de afec-tar a todos y a todo. Propone un cambio en el paradigma cultural actual.

Sobre las condiciones de la innovación, esta ocurre con más frecuencia o efectividad en espacios que:

• Las personas generan confianzas y establecen redes y plataformas sociales.

• Existen recursos materiales de fácil disponibilidad para probar diver-sos formatos.

• Las personas se dedican a generar nuevos desarrollos, pero también tienen otras responsabilidades que cumplir y los acercan a las necesi-dades o deseos que quieren enfrentar.

• Las personas tienen más conocimientos. Entre mayor el capital cul-tural, más posibilidades se pueden ir construyendo y probando.

• La motivación intrínseca establece procesos más efectivos de inno-vación.

• El espíritu emprendedor empuja las transformaciones de la tecnolo-gía. El espíritu emprendedor puede ser cultivado y potenciado a través de la metodología de proyectos.


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¿Cómo estudiamos la innovación?La innovación es un proceso diverso, complejo, dinámico y multiescalar, realizado por personas. Estudiar la innovación requiere observar cuidado-samente y, por lo mismo, se utilizan metodologías de investigación cuali-tativa.

Entre las técnicas de investigación cualitativas más comunes se encuen-tra la etnografía, la entrevista y la bitácora. Esta última es la estrategia que se utilizará para documentar el trabajo de innovación propuesto.

Una bitácora es un documento secuenciado por fecha, el cual informa las acciones ocurridas durante cierto periodo, así como las observacio-nes, curiosidades y otros fenómenos que durante ese periodo acontecen. Asume que el observador (quien lleva la bitácora) analiza críticamente su entorno y recupera por medio de este documento los comentarios, percepciones, observaciones e impresiones sobre la situación analizada.

Una bitácora puede ser exploratoria, analítica o reflexiva. En una bitácora exploratoria se toman apuntes de forma desorganizada y con baja es-tructuración. No tiene una metodología de inclusión o clasificación previa de la información de los datos y observaciones. Una bitácora analítica se ordena con datos o preguntas que sistemáticamente considera y replica en sus observaciones. Esta se ordena con preguntas significativas que se reiteran y profundizan en las visitas sucesivas.

Por último, una bitácora reflexiva busca describir en profundidad tanto las observaciones como los reflexiones sobre estos datos. Se estructura la bitácora como un documento que incorpora las reflexiones subjetivas y personales.

Mantener una bitácora sobre el proceso de innovación permite sistemati-zar tanto las condiciones como los caminos recorridos al desarrollar y/o estudiar una innovación. Esta tiene por ventaja el identificar las fortalezas y debilidades, los comportamientos y conductas que en una comunidad de innovación ocurren.

La bitácora puede llevarse por medios análogos (un cuaderno de observación) o digitales (como un blog en Wordpress). Los medios digitales tienen las ventajas de poder organizar registros visuales, sonoros y audiovisuales. Existen múltiples etnografías sobre aulas escolares, grupos de innovación y equipos de trabajo que son bue-nos ejemplos de interpretaciones que usan bitácoras para su reco-pilación de datos.

La innovación en el aula escolar puede llevarse a través de múltiples ins-tancias.

• Incorporar metodologías de búsqueda de necesidad (también llama-do Needfinding) en los proyectos de los estudiantes.

• Aplicar estrategias de diseño y evaluación en proyectos tecnológicos.

• Desarrollar proyectos basados en problemas país (contaminación, seguridad, energía, entre otros) de forma de establecer procesos de innovación para enfrentarlos.

• Evaluar procesos, a través de la evaluación de bitácoras, de modo de reconocer y evaluar las dificultades del proceso de generación de una tecnología.

Si se desea profundizar en los temas, se recomienda revisar las siguientes revistas especializadas:

• Technology and Society (SHOT) http://muse.jhu.edu/journals/technology_and_culture/

• Social Studies of Science (4S-SAGE) http://sss.sagepub.com/

• Science & Human Values (4S-SAGE) http://sth.sagepub.com/

• Forecasting Technology and Social Change (Elsevier) http://www.journals.elsevier.com/technological-forecasting-and -social-change/

• MIT Tech Review http://www.technologyreview.com/

• Wired http://www.wired.com/

• Reddit r/technology https://www.reddit.com/r/technology/

• Backchannel Blog https://medium.com/backchannel:

¿Cómo APLICAR la innovación AL AULA ESCOLAR?

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Agua en el Mundo y en ChilePodemos pensar que el agua es un recurso abundante pues la utilizamos en innumerables ocasiones a lo largo del día para nuestro aseo personal o para saciar nuestra sed. Si miramos un mapamundi, observaremos que las dos terceras partes del planeta están cubiertas por agua. Sin em-bargo, no toda esta agua es apta para el consumo humano, y no toda la población del mundo, como sucede con otros muchos recursos, tienen las mismas posibilidades de acceso a este preciado elemento, lo que impide el desarrollo de muchas zonas del planeta.

Si el agua se extendiera en la superficie de la Tierra, formaría una capa de unos 3.000 metros de profundidad. Pero esta distribución es diferente si el agua es de origen salado o dulce. De esta forma, el 97.5% del agua se encuentra en mares y océanos en forma salada, lo que la hace inútil para la alimentación, la agricultura y la mayor parte de los usos industriales. El 2.5% del agua restante es dulce, pero casi toda ella está en los hielos de polos o glaciares, en depósitos subterráneos o en otros lugares de difícil utilización. Por todo esto, sólo un 0,26% de la masa total del agua del pla-neta es fácilmente aprovechable para los usos humanos.

3.1 CONSUMO DE AGUA

3. contextode problemas a resolver

Figura 2: REF: José Fernando Crespo y Patricia Garcés Andreu. Guía de trabajo en el aula para

educación secundaria: “El agua, un recurso indispensable”. Departamento de Campañas y Educación para el Desarrollo. Ayuda en Acción 2003.

Las principales fuentes de agua para uso humano son los lagos, ríos, la humedad del suelo y las cuencas de aguas subterráneas relativamente poco profundas. La gran parte de esta agua disponible está ubicada lejos de las poblaciones, lo que complica aún más las cuestiones relativas al aprovechamiento de esta.

De aquí surge la motivación de cuidar el recurso hídrico para las gene-raciones actuales, y para que las futuras puedan tener acceso a este preciado recurso.

En cuanto a la situación en Chile, el estudio “Consumo de Agua Potable 2007-2008” reveló que los clientes usan más agua de la que realmente necesitan para satisfacer sus necesidades.


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Consumo ResponsableEn Chile se llegan a gastar, durante febrero, alrededor de 170 litros diarios per cápita, pese a que se estima que con 100 litros se pueden satisfacer todas las necesidades sin empeorar la calidad de vida de una persona.

En el presente gráfico se aprecian tres zonas: de color rojo, amarillo y verde, las cuales, al igual que un semáforo, nos alertan si el nivel de con-sumo es responsable o no. La zona verde marca el área de consumo responsable, la amarilla revela que con simples cambios de hábitos se puede ingresar fácilmente a la zona verde y el área roja indica que se deben introducir profundas modificaciones en las conductas de consumo.

Figura 3REF: Superintendencia de Servicios Sanitarios,

http://www.siss.gob.cl/577/w3-article-7663.html

¿sabe usted si realiza un Consumo Responsable?Invitamos a todos quienes tengan interés en auto-evaluarse, ingresen en el sitio www.siss.gob.cl donde encontrarán el “Test del Consumo Familiar” y el “Mapa de Consumo”. A través de estas aplicaciones y respondiendo sencillas preguntas usted podrá establecer si en su casa se consume agua potable en forma responsable.

Al analizar el consumo diario por habitante a nivel nacional vemos que éste se sitúa en la zona amarilla del gráfico, es decir, en un consumo no responsable, pero que puede mejorar con cambios de hábitos mínimos.

Situación de la Energía en el Mundo El consumo de energía en el mundo se incrementará en un 57% entre 2004 y 2030, a pesar de que se espera que el aumento de precios tanto del petróleo como del gas natural siga en aumento. Gran parte de este incremento será producido por los países con economías emergentes. En el informe “Internacional Energy Outlook 2005 (IEO 2007)” se prevé que el consumo de energía en el mercado experimente un incremento medio de un 2,5% por año hasta 2030 en los países ajenos a la OCDE, mientras que en los países miembros será tan solo del 0,6%; así, durante este pe-riodo, los países OCDE incrementarán su demanda energética en un 24%, mientras que el resto de países lo harán al 95%. En cifras, el uso total de energía en el mundo crecerá.

Las economías emergentes serán, con mucho, las responsables del creci-miento proyectado en el consumo de energía dentro del mercado en las dos próximas décadas. La actividad económica medida por el producto interior bruto como medida del poder adquisitivo, se espera que se incre-mente en un 5,3% por año en los mercados de los países fuera de la OCDE, frente al 2,5% de los países miembros.

3.2 Eficiencia Energética (Control de la Calefacción)

Situación de la Energía en Chile y Nuestra Matriz EnergéticaDesde que nos levantamos hasta que realizamos la última actividad del día e, incluso, mientras dormimos, utilizamos energía. Las calles y nuestros hogares están iluminados gracias a su existencia y desarrollo. Lo mismo sucede con los sistemas computacionales en las oficinas, el agua caliente que usamos para darnos duchas o lavar ropa, el sistema de semáforos y GPS en el transporte público, el combustible que permite el desplaza-miento de automóviles y el encendido constante de electrodomésticos como el refrigerador, entre otros cientos de fines que requieren consumo energético para funcionar.

Es probable que esta realidad no resulte sorprendente porque estamos acostumbrados a que sea así, sin embargo, enterarnos de que Chile tiene un nivel de dependencia energética del 73% (2007) y que, actualmente, su consumo de energía per cápita equivale a casi el doble del promedio del resto de Latinoamérica es una señal clara que podría utilizarse como motivación para comenzar a hacer cambios con respecto al uso eficiente de la energía y el ahorro energético.

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Figura 4REF: http://top-ten.cl/article/estado-actual-de-la-energia-en-chile-y-su-futuro

Pérdidas de Calor en EdificacionesLos principios básicos para la mejora de la eficiencia energética de los edificios son: reducir la demanda energética, aumentar el uso de las ener-gías renovables disponibles y aumentar la eficiencia energética de las instalaciones. El estándar PassivHaus es un buen ejemplo, cuyos edificios certificados consiguen reducir la demanda de calefacción y refrigeración a valores menores o iguales a 15kWh/m2año. Construir y rehabilitar edifi-cios, de manera que funcionen de forma autónoma, reduciendo su depen-dencia energética, es posible mediante la aplicación de medidas efectivas, y una adecuada legislación que lo permita.

Figura 5Imagen: ibsee.us

La buena noticia es que, recientemente, se abrió una gran oportunidad para darle un giro a la situación energética de nuestro país y transfor-marla en una mucho más eficiente. ¿Cómo? La Presidenta de la República, Michelle Bachelet, firmó el Decreto Supremo que aprueba la nueva estra-tegia para el sector energético chileno: “Energía 2050”. Eso sí, es importan-te tener claro que esta iniciativa es a largo plazo y, por lo mismo, siguen siendo necesarias las medidas de eficiencia energética que adopten los chilenos en su día a día.

La nueva estrategia energética “Energía 2050” fue plasmada en el docu-mento “Hoja de Ruta 2050”, donde se especifican los objetivos, lineamien-tos estratégicos y planes de acción para alcanzar dichas metas en Chile durante los próximos 35 años. Dentro de los focos a desarrollar destaca el uso eficiente de la energía y cultura energética, aspecto que pretende que los usuarios finales de la energía sean más responsables, eficientes y conscientes con respecto a su buena utilización y, por supuesto, estén bien informados.


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Figura 6Imagen: Isover

Reducir la Demanda EnergéticaLa reducción de la demanda energética, en el interior del edificio, es una estrategia pasiva directamente relacionada con su envolvente térmica; consiste en la aplicación de una serie de medidas, que afectan a fachadas, huecos -vidrios y marcos-, suelos y cubiertas, y su objetivo es reducir el consumo energético, garantizando la temperatura interior de confort, du-rante todas las estaciones del año. Por otro lado, el control de la demanda, también tiene que ver con el control de la ventilación de los espacios interiores, para garantizar la calidad del mismo.

Un buen ejemplo de esta estrategia, es la aplicación del estándar Passi-vHaus, que incluye entre sus criterios de certificación, valores máximos de la demanda de calefacción y refrigeración -también para demanda de energía primaria. Para cumplir con estos criterios, y alcanzar la cer-tificación, es necesario la aplicación de una serie de requerimientos que afectan al diseño y construcción del edificio:

A. Una buena orientación aporta ganancias gratuitas en los espacios inte-riores, que si son aprovechadas durante los días de más frío, contribuyen a reducir la demanda de calefacción. Por el contrario, el control de la radiación solar en verano, permite evitar ganancias de calor no deseadas, reduciendo así la demanda de refrigeración.

B. Una alta compacidad y un buen aislamiento térmico, son criterios de diseño, que permiten reducir las pérdidas de energía por transmisión.

C. Los edificios con una alta hermeticidad, permiten aumentar la eficien-cia energética de la ventilación controlada, ya que se reducen las pérdidas de energía, debidas a infiltraciones de aire (ventilación no controlada y no deseada). Al eliminar dichas infiltraciones, mejora la permeabilidad al aire o hermeticidad del edificio.

D. La instalación de recuperador de calor como parte del sistema de ven-tilación controlada, permite reducir pérdidas debidas la necesaria renova-ción del aire interior para garantizar la calidad del mismo.

El estándar PassivHaus, para la certificación de edificios, requiere el cum-plimiento de los siguientes criterios:

• Limitar la demanda de calefacción y refrigeración, a valores iguales o inferiores a 15kWh/m2año.• Limitar la demanda de energía primaria para calefacción, refrigera-ción, ACS y electricidad a 120kWh/m2año.• Hermeticidad alcanzada en el test de presurización (Blower-door) de valor igual o inferior a 0,6 renovaciones a la hora (valor de n50).

Ref:http://www.certificadosenergeticos.com/principios-basicos-eficiencia-energetica-edificios?utm_content=buffer88c63&utm_medium=social&utm

_source=twitter.com&utm_campaign=buffer

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Situación de Calidad del Aire en el Mundo y su Impacto en la Salud Humana

Impactos sobre la salud de la contaminación atmosféricaLos principales efectos de la contaminación atmosférica sobre la salud van desde alteraciones de la función pulmonar, problemas cardíacos y otros síntomas y molestias hasta un aumento del número de defunciones, de ingresos hospitalarios y de visitas a urgencias, especialmente por cau-sas respiratorias y cardiovasculares.

El efecto de la contaminación atmosférica mantiene una graduación, tan-to en la gravedad de sus consecuencias, como en la población en riesgo afectada (Figura. 7). Así, a medida que los efectos son menos graves, el porcentaje de población afectada es mayor.

3.3 CONTAMINACIÓN DEL AIRE

Los efectos de la exposición crónica superan en magnitud a los efectos agudos debidos a exposiciones en el corto plazo.

En los últimos años ha habido un importante avance en el conocimiento y comprensión de los efectos de la contaminación atmosférica sobre la salud proporcionado por un gran número de trabajos científicos en todo el mundo. Estos estudios han puesto de manifiesto la importancia de la calidad del aire en la salud de la población y han permitido identificar los principales mecanismos de acción por los cuales la exposición a contami-nación atmosférica causa daños en la salud.

A finales de los años 70 y durante la década siguiente, la mayoría de ex-pertos pensaban que, con los niveles que se registraban en la mayoría de ciudades de los países más desarrollados, la contaminación atmosférica no representaba un peligro importante para la salud. Hoy en día, unos 30 años después, las principales agencias encargadas de la protección de la salud y del medio ambiente -como la OMS, la Agencia Europea de Medio Ambiente o la Agencia de Protección Ambiental de los EEUU (EPA)-, reco-nocen que la inhalación de contaminantes, especialmente de partículas finas, representa un aumento de riesgo de defunción prematura. Este cambio tan importante, comenzó con el análisis de los efectos agudos, o a corto plazo, de los incrementos de la contaminación atmosférica. Con el tiempo, y los resultados de estudios posteriores, se sabe que los efectos debidos a la exposición crónica (efectos a largo plazo), pueden ser consi-derablemente más importantes en términos de reducción de la esperanza de vida y morbilidad crónica.

REF: http://ecodes.org/salud-calidad-aire/201302176117/Impactos-sobre-la-salud-de-la-contaminacion-atmosferica#sthash.TpbAAWjx.dpuf

Figura 7


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Normas de Calidad del Aire en ChileLa Ley sobre Bases Generales del Medio Ambiente (Ley N° 19.300, modifi-cada por la Ley N° 20.417/2010, ambas del Ministerio Secretaría Regional de la Presidencia), estable en su artículo 32, la existencia de dos tipos de nor-mas de calidad ambiental: primarias y secundarias. Las normas de calidad primarias, son aquellas normas de calidad ambiental que tienen como objetivo proteger la salud de la población humana dentro del territorio nacional; las normas de calidad secundaria, tienen por objetivo proteger o conservar el medio ambiente o la naturaleza y son de carácter local y no necesariamente nacional.

Una definición más precisa de norma primaria y secundaria es la que se establece en artículo 2° de la Ley:

Norma Primaria de Calidad Ambiental: aquella que establece los valores de las concentraciones y períodos, máximos o mínimos permisi-bles de elementos, compuestos, sustancias, derivados químicos o biológi-cos, energías, radiaciones, vibraciones, ruidos o combinación de ellos, cuya presencia o carencia en el ambiente pueda constituir un riesgo para la vida o la salud de la población.

Norma Secundaria de Calidad Ambiental: es aquella que establece los valores de las concentraciones y períodos, máximos o mínimos per-misibles de sustancias, elementos, energía o combinación de ellos, cuya presencia o carencia en el ambiente pueda constituir un riesgo para la protección o la conservación del medio ambiente, o la preservación de la naturaleza.

A continuación se presentan las normas primarias de calidad del aire, actualmente vigentes:

1.- Norma de calidad del aire para MP2,5 (D.S. N° 12/2010 del Ministerio de Medio Ambiente)

2.- Norma de calidad del aire para MP10 (D.S. N° 59/1998, modificado por D.S. N° 45/2001, ambos del Ministerio Secretaría General de la Pre-sidencia)

3.- Norma de calidad del aire para SO2 (D.S. N° 113/2002 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia)

4.- Norma de calidad del aire para NO2 (D.S. N° 114/2002 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia)

5.- Norma de calidad del aire para CO (D.S. N° 115/2002 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia)

6.- Norma de calidad del aire para Plomo (D.S. N° 136/2000) del Minis-terio Secretaría General de la Presidencia)

En lo que respecta a las normas secundarias de calidad del aire, las si-guientes son las vigentes en nuestro país:

1.- Norma de calidad del aire para SO2 (D.S. N° 22/2009 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia)

2.- Norma de calidad del aire para MPS en la cuenca del río Huasco, III Región (D. Exento N° 4/1992 del Ministerio de Agricultura)

REF: http://sinca.mma.gob.cl/index.php/pagina/index/id/norma

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Eficiencia Energética (EE)Gran parte de la energía que usamos se desperdicia por diversas razones. Usar la energía de manera eficiente nos permite realizar todas nuestras actividades y ahorrar dinero.

El uso eficiente de la energía es reducir la cantidad de energía eléctrica y de combustibles que utilizamos, pero conservando la calidad y el acceso a bienes y servicios. Usualmente dicha reducción en el consumo de energía se asocia a un cambio tecnológico, ya sea por la creación de nuevas tec-nologías que incrementen el rendimiento de los artefactos o por nuevos diseños de máquinas y espacios habitables, los que pueden disminuir la pérdida de energía por calor. No obstante, no siempre es así, ya que la reducción en el consumo de energía puede estar vinculada a una mejor gestión o cambios en los hábitos y actitudes.

Ahorrar energía, en cambio, puede significar reducir o dejar de realizar determinadas actividades, para evitar el consumo de energía. Por ejemplo, el ahorro energético se genera cuando apagamos la luz para reducir el consumo de energía. Si, en cambio, reemplazamos la ampolleta incandes-cente por una eficiente, estamos tomando una medida de Eficiencia Ener-gética, que nos proporcionará una disminución en el consumo de energía, sin perjuicio del desarrollo de nuestras actividades.

Tampoco se debe confundir la EE con la Energía Renovable (ER), esta úl-tima corresponde a la energía que se obtiene de fuentes naturales vir-tualmente inagotables, tales como el sol o el viento. En resumen, la ER es un tipo de fuente de energía, mientras que la EE es un análisis de todo el sistema, que podrá presentar como medidas de reducción de consumo de energía, el uso de ER.

Es fundamental fomentar la Eficiencia Energética debido a que es la for-ma más económica, segura y limpia de utilizar la energía.

REF: http://www.acee.cl/eficiencia-energetica/que-es-ee/

3.5 Eficiencia Energética (Control de Prendido y Apagado de Luces)

La importancia de las plantasDesde tiempos remotos hasta la actualidad la humanidad ha dependido de las plantas. De ellas se obtienen productos para satisfacer necesida-des de alimento, vivienda, energía, salud, vestido y estética. El interés por las plantas ha permitido observar mejor sus características y hacer un mayor uso de ellas. Las plantas tienen un notable valor económico, esté-tico y recreativo, pero sobre todo ecológico:

• El valor económico de las plantas proviene de los productos que se extraen de ellas, como madera, materias primas, sustancias orgánicas y medicinales.• El valor estético y recreativo de las plantas mejora nuestra calidad de vida, brindándonos espacios para descansar o estimular los sentidos.• El valor ecológico de las plantas es fundamental, pues además de proporcionarnos oxígeno, actúan como filtros de los contaminantes del aire y el agua, protegen y fertilizan el suelo, regulan la temperatura, aminoran el calentamiento del planeta y son la base de la cadena ali-menticia.

3.4 BIODIVERSIDAD

Figura 8REF:http://reservaeleden.org/plantasloc/alumnos/manual/03e_importancia.html


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Uso Racional de la EnergíaCuando se habla de “Uso Racional de la Energía” se tiende a pensar ma-yoritariamente en la escasez del recurso y el recorte del uso del mismo, pero, el verdadero significado de “Uso Racional de la Energía” es el uso “Eficiente del recurso”. Esto es directamente proporcional al “No desper-dicio” del recurso “energía” en todos sus aspectos. El uso eficiente de la energía, y cuando hablamos de energía no solo nos referimos a la eléc-trica, sino también a todas las derivadas de los recursos naturales como el gas natural, comprimido, combustibles líquidos, carbón etc,etc., es la maximización de los recursos utilizando correctamente y solo la energía necesaria, sin malgastar ó simplemente “derrochar”.

Esto se traduce no solo en la aplicación de políticas de uso racional de la energía , sino, y lo más importante, en políticas ó campañas educaciona-les acerca del uso eficiente de la energía y cómo los aportes de esto se traducirán en ahorro energético y de los recursos naturales involucrados.

A modo de ejemplo de uso eficiente del recurso energía vamos a hacer el siguiente planteo:Supongamos que tenemos que hervir agua y solo disponemos de la si-guientes fuentes de energía: una corriente de aire caliente a 70 °C y otra corriente de aire caliente pero de 120 °C, termodinámicamente hablando y sin importar la cantidad ó volumen que tenga, sabemos que no podre-mos elegir la corriente caliente de 70 °C porque no herviríamos el agua . Ahora, con la corriente de aire a 120 °C podremos tranquilamente obtener el agua hervida.

¿Por qué explicamos esto?, porque si lo llevamos a términos domésticos, con la corriente de aire de 70 °C si la aplicamos a un sistema de calefac-ción de una vivienda, tranquilamente podremos tener confortablemente a sus ocupantes en período invernal.Es evidente que la otra corriente de aire a 120 °C, también tiene esa ca-pacidad de calefacción, pero lo que queremos resaltar es que estaríamos derrochando energía y además sería peligroso para este propósito.

Otro ejemplo cotidiano sería la iluminación eficaz de un local que según por cálculos de cantidad de luz que se logrará mediante el uso de 2 lám-paras incandescentes de 100 watts c/u, sabemos hoy positivamente que cambiando la tecnología de aplicación por lámparas fluorescentes de 32 watt c/u se obtiene el mismo resultado ó aún mejor pero con un gasto de energía eléctrica mucho menor

Tenemos que comprender que la energía disponible en todos sus aspec-tos (Energía eléctrica, agua, aire comprimido, vapor, etc.) si se ajusta a las reales necesidades de un trabajo definido mediante el proceso más eficiente que se pueda diseñar u obtener, entonces podemos afirmar que la utilización de la energía estará optimizada y se hará un uso eficiente de la misma.

Si lográsemos un uso eficiente de la energía desde el nivel domiciliario hasta el nivel industrial significaría un ahorro de entre el 15 al 20 % del consumo.

REF: http://www.construsur.com.ar/Article251.html

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La computación física, en el sentido más amplio de la palabra, significa construir sistemas físicos interactivos con el uso de software y hardware capaz de responder al mundo real. En general, la computación física es un marco creativo para entender la relación de los humanos con el mundo digital. En el uso práctico de la palabra, el término computación física generalmente se ocupa para describir proyectos de diseño o proyectos caseros, que usan sensores y microcontroladores para traducir entradas análogas desde el mundo real hacia un software, y/o controlar dispositi-vos electromecánicos como motores, servos, luces u otro hardware.

LA COMPUTACIÓN FÍSICAArduino es una plataforma de computación física de hardware libre basa-do en una placa de entradas-salidas y un ambiente de desarrollo que im-plementa el lenguaje de programación Processing (www.procesing.org). Arduino puede ser usado para crear objetos interactivos o bien puede ser conectado a un software de apoyo (como Flash, Processing, VVVV u otros).

En palabras simples, Arduino es un mini-computador que nos permite controlar diferentes dispositivos electrónicos.

La parte de interés para el control de dispositivos electrónicos son los PINs digitales y analógicos, cuyo funcionamiento puede ser controlado totalmente por un programador hábil, lo que permite controlar completa-mente una serie de instrumentos electrónicos a voluntad.

¿QUÉ ES ARDUINO?

4. BACKGROUND TECNOLÓGICO

Figura 9.Arduino UNO R3 con el detalle de cada PIN


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En producción y desarrollo de software, el código abierto como modelo promueve el acceso universal vía licencias gratuitas al diseño o los planos de un producto, y la posterior redistribución de dicho diseño o planos in-cluyendo subsecuentes mejoras hechas a él por cualquier persona.

Generalmente, código abierto hace referencia a un programa computa-cional del cual el código fuente se encuentra accesible para el uso o modificación de forma abierta y gratuita. Programas de código abierto son generalmente producto de la colaboración y el esfuerzo de muchos programadores través de múltiples colaboraciones y mejoras que se comparten con la comunidad para llevar el conocimiento más lejos. Esto nos ayuda en general a facilitar el proceso de aprendizaje. Ya no hay que partir de cero, basta con buscar un ejemplo libre en internet para comen-zar a practicar y entender por partes hasta poder, eventualmente, crear nuestros propios programas.

EL SOFTWARE LIBRE

El concepto de tinkering ha sido adoptado en el mundo como una meto-dología de trabajo característica, la cual consiste en aprender a través de la experiencia de crear cosas nuevas con elementos conocidos aun cuan-do no se conoce completamente su funcionamiento interno. El hackeo de instrumentos electrónicos, o la construcción de sistemas caseros de au-tomatización corresponden a ejemplos de tinkering. Una buena definición, se puede encontrar en la web del Exploratorium (www.exploratorium.edu).

Tinkering es lo que ocurre cuando intentas algo que no sabes muy bien cómo hacer, guiado por corazonadas, imaginación y curiosidad. Cuando practicas el tinkering no hay instrucciones, pero tampoco hay fallos, no hay forma correcta o incorrecta de hacerlo. Es todo sobre entender cómo funcionan las cosas y reinventarlas. Dispositivos, o máquinas, objetos ex-tremadamente dispares trabajando en armonía. Ese es el objetivo del tinkering. El tinkering es, en su forma más básica, un proceso que une el juego y la investigación.

Sacado de: www.exploratorium.edu/tinkering

EL CONCEPTO DE TINKERING

La principal característica de un Arduino es su capacidad de ser progra-mable. Es decir, es posible generar una serie de instrucciones para que los componentes electrónicos que estén conectados al Arduino se com-porten como nosotros queramos.

Para esto, usaremos el IDE el IDE (Integrated Development Environment) oficial de Arduino, el que se puede descargar gratis desde el sitio oficial www.arduino.cc

PROGRAMANDO EL ARDUINO

Figura 10Entorno de desarrollo de Arduino

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Un sensor es un dispositivo que detecta eventos o cambios en cantida-des dadas. Los sensores son los elementos fundamentales al momento de obtener información del medio que rodea al Arduino. En la práctica, existen muchas formas diferentes de medir las cosas. Por lo mismo, exis-te una amplia gama de sensores de todo tipo disponibles para trabajo electrónico. La mayoría de los sensores además tienen una contraparte compatible con Arduino.

En las figuras siguientes se presentan algunos de los sensores que se usarán a lo largo del proyecto por los distintos colegios participantes.

SENSORES

Figura 11 Sensor de partículas de polvo

Figura 12Módulo detector de sonido

Figura 13Sensor de humedad de suelo

Figura 14Sensor de proximidad infrarroja (PIR)

Un programa de Arduino consta de 2 secciones fundamentales, la ini-cialización y la ejecución, las cuales se representan en dos bloques de instrucciones: setup() y loop().

Una vez conectado el Arduino, ocurre lo siguiente:

1. Se ejecutan todas las instrucciones en el bloque setup una vez.2. Se ejecutan las instrucciones del bloque loop una vez.3. Una vez se ejecuta la última instrucción del bloque loop, este se repite.

Dentro de las muchas instrucciones posibles para darle al arduino, nos serán de interés las siguientes:

• Encender o apagar un dispositivo conectado al arduino (Luz, motor, pantalla, etc).• Leer un sensor y guardar el valor de la medición.• Hacer operaciones matemáticas con estos valores.• Tomar decisiones según el resultado de estas mediciones


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El funcionamiento de un sensor se puede abstraer como una variación de voltaje proporcional a la intensidad de un fenómeno asociado que ocurre en el rango de medición del sensor. Con el Arduino se capturará el valor de dichas variaciones y se transformarán a información numérica la cual nos ayudará a tomar decisiones respecto a dichos fenómenos, usando estos valores.

Por ejemplo, es posible abstraer qué tan húmedo está el suelo de una ma-ceta en un número entre 0 y 1023 donde cada número representa un valor entre 0% y 100% de humedad, con esto podemos decidir, por ejemplo, abrir una llave de agua cada vez que la medición del sensor sea menor a un 50% de humedad. Es importante notar que este umbral es decidido por el programado, y por lo tanto es lo suficientemente flexible como para deci-dir cualquier nivel de humedad, lo que nos permitirá finalmente controlar casi en su totalidad el porcentaje de humedad que queramos mantener en la maceta.

A modo de introducción al programa Arduino:

EJEMPLOS

Como se mencionó anteriormente, un programa de Arduino consiste en 2 bloques principales. Setup y loop. Analizaremos línea por línea lo que hace cada instrucción.

SetupEn el bloque setup hay una sola instrucción: pinMode(13, OUTPUT); Esta instrucción configura el Arduino de forma que el pin digital 13 queda-rá configurado como una salida. De forma interna, el arduino tiene un LED conectado al pin 13 por lo que prender o apagar este pin se traducirá en ver una luz encendida o apagada según corresponda. Usaremos esto para hacer que la luz parpadee al ritmo que nosotros queramos.

LoopEn el bloque loop hay 4 instrucciones:

• digitalWrite(13,HIGH); enciende el pin 13 (como consecuencia, se en-ciende la luz)• delay(500); suspende el programa por 500ms• digitalWrite(13,LOW); apaga el pin 13 (como consecuencia, se apaga la luz)• delay(500); se suspende el programa por 500ms

Las instrucciones se ejecutan una tras otra de forma secuencial, recuerde que las instrucciones del loop se ejecutan de forma cíclica.

Figura 15Ejemplo - Hacer parpadear un led

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5. GUÍAS DE PROYECTO DE APLICADOS EN LOS COLEGIOS SELECCIONADOS

Materiales principales:• Sensor polvo/ppm Sharp GP2Y1010AU0F• Sensor de temperatura y humedad relativa DHT11• Pantalla I2C de 16x2

Requisitos previos: • Instalación de la librería DHT11• Instalación de la librería SensorAire• Instalación de la librería LiquidCrystal_I2C

Dificultad principal: Lectura de sensores

ACTIVIDAD 1:MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE

OBJETIVOEl objetivo de esta actividad consiste en mostrar en la pantalla el resulta-do de las lecturas de los sensores de humedad y de polvo, lo que permitirá analizar la calidad del aire en un sector localizado dentro del colegio.

ENFOQUELa idea principal es entender qué es lo que el sensor mide y cómo se relaciona con nuestro entorno (i.e. cómo influye la calidad del aire en nuestras actividades diarias) y entender qué es lo que se requiere para monitorearlo.

Algunas preguntas de investigación relevante

¿Cómo funciona un sensor de polvo?El sensor de material particulado funciona, muy simplificadamente de la siguiente forma: Dentro del sensor se encuentra un emisor de luz y un receptor de luz, los cuales se encuentran espacialmente separados y ali-neados a través de espejos. Al ingresar polvo, humo u otra sustancia al sensor, la sombra que se produce cuando las partículas interactúan con el emisor de luz es detectado por el receptor, que es capaz de emitir una señal eléctrica en respuesta a esta variación.


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Figura 16Esquema simplificado del funcionamiento del sensor de material particulado

¿Cómo se mide la calidad del aire?Una componente principal de la calidad del aire es la cantidad de elemen-tos nocivos que hay suspendidos en el aire en un momento específico. A este material se le llama material particulado y su presencia se asocia a una mala calidad del aire. Hay distintos estándares internacionales para definir cuando un aire es de buena calidad o de mala calidad, la referencia chilena se puede encontrar en la página:http://sinca.mma.gob.cl/index.php/pagina/index/id/faq

¿Este sensor mide la calidad del aire igual que una estación del gobierno?No. Es necesario entender que cada sensor funciona diferente y, en par-ticular, poseen rangos de operación (valores de ppm) y resolución (can-tidad de valores distintos que puede medir) muy diferentes a un equipo profesional. Sin embargo, el principio de funcionamiento es el mismo y, por lo tanto, el aprendizaje que obtengan desde este sensor sigue siendo válido.

¿Cómo puedo mejorar este sensor?Hay dos caminos principales para mejorar el desempeño de este sensor:

• Software: Es posible crear algoritmos que ocupen mejor las medicio-nes para tener una estimación más precisa del problema. Sin embargo, requiere de esfuerzo, tiempo y conocimiento específico del problema a resolver para poder plantear métodos de estimación más potentes.

• Hardware: Es posible además utilizar sensores más precisos o que midan otras variables de interés para resolver el problema. Para esto, se debe buscar algún sensor similar con un rango de operación más cercano a lo que se quiere medir (¿qué es lo que se quiere medir real-mente? ¿En qué rangos de valores están esas mediciones?

¿Qué mide realmente este sensor? Este sensor mide la cantidad de material particulado en el aire que para por su hendidura (el circulo al medio del sensor) y su rango de operación ideal es entre 0 y 0.6 mg/m3

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ARMADO DEL SENSOR

Pantalla LCDLa pantalla LCD utiliza básicamente la misma lógica que la impresión en puerto serial. La pantalla cuenta con 2 filas con 16 columnas cada una, antes de escribir es necesario posicionar el cursor manualmente en la posición donde queremos escribir. La pantalla no maneja de forma in-teligente el largo de las palabras escritas (no centra, no acorta ni alarga expresiones) y, en caso de imprimir algo de mayor tamaño que la pantalla, solo imprimirá lo que puede.

Para usar la pantalla es necesario instalar la librería LiquidCrystal_I2C, la cual se le proveerá en U-cursos junto con las instrucciones de instalación.

Las conexiones entre la pantalla y el Arduino son como sigue:

PANTALLA ARDUINO

GND

VCC

SDA

SCL

GND

5C

SDA

SCL

Por último, en la parte trasera de la pantalla se encuentra un potencióme-tro (tornillo) que regula el contraste, si la pantalla no muestra nada debe asegurarse primero que el contraste esté correctamente calibrado.

Figura 17


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Breadboard (protoboard)Una breadboard, también llamadas protoboards, es una herramienta usa-da comúnmente en electrónica para prototipar circuitos sin tener que soldar.

En la prácitca, una protoboard es un conjunto de canales unidos con un material conductor de modo que al conectar distintos cables en distintos espacios de una misma columna es equivalente a soldar los cables entre ellos. En este proyecto se usará la breadboard para aumentar la cantidad de espacios de 5V y GND del Arduino, de modo que pueda conectar todo sin problemas (consulte a los auxiliares por las conexiones).

Figura 18Arduino conectado a 2 protoboards

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Materiales principales:• Sensor de detección Infrarrojo• Pantalla I2C de 16x2

Requisitos previos: • Instalación de la librería LiquidCrystal_I2C

Dificultad principal: Manejo de variables

ACTIVIDAD 2:Detección de fugas de calor en aislaciones de edificios

OBJETIVOEl objetivo de esta actividad consiste en mostrar en la pantalla el resul-tado de las lecturas de un sensor de radiación infrarroja, lo que permitirá analizar la cantidad de energía que se puede ahorrar en materias de ca-lefacción o refrigeración en el colegio.

ENFOQUELa idea principal es entender qué es lo que el sensor mide y cómo se relaciona con nuestro entorno (i.e. cómo podemos medir fugas de calor y por qué es importante) y entender qué es lo que se requiere para poder detectarlas (cómo debería funcionar un sensor de este tipo y por qué este funciona/no funciona).


¿Cómo funciona un sensor de temperatura infrarrojo?El sensor infrarrojo se activará si detecta luz entrante de entre 760 y 1100 nanómetros de longitud de onda, esto es parte del espectro visible de la luz (rojo) y parte del espectro infrarrojo.

Figura 19Espectro visible de la luz con sus respectivas longitudes de onda

¿Cómo se miden las fugas de calor?Las fugas de calor se detectan midiendo diferencias de temperatura en bordes de ventanas y puertas, o en lugares donde supuestamente debería estar aislado y tener una temperatura constante. Una diferencia negativa respecto al promedio general de la temperatura corresponde a una fuga de calor hacia afuera del sistema, mientras que una diferencia positiva corresponde a una fuga de calor hacia la entrada.

¿Este sensor mide la radiación infrarroja con la misma preci-sión que un sensor profesional?No. Es necesario entender que cada sensor funciona diferente y, en parti-cular, poseen rangos de operación (valores de longitud de onda que puede detectar) y resolución (cantidad de valores distintos que puede medir en ese rango) muy diferentes a un equipo profesional. Sin embargo, el prin-cipio de funcionamiento es el mismo y, por lo tanto, el aprendizaje que obtengan desde este sensor sigue siendo válido para la construcción de uno mejor en el futuro.


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¿Cómo puedo mejorar este sensor?• Software: Se puede tomar una serie de mediciones y sacar algún estadístico a partir de él en el Arduino (media, mediana, varianza etc) y comparar con esa medición para eliminar variaciones pequeñas o ruidos en el sensor.

• Hardware: Se puede cambiar el sensor a uno con mayor resolución// mejor rango de operación. Para esto es necesario un análisis más ex-haustivo de lo que se desea hacer y elegir un sensor con las caracte-rísticas correspondientes.

¿Qué mide realmente este sensor? Este sensor compara una lectura de radiación infrarroja contra un umbral (que puede ser determinado analizando las mediciones del sensor). Este umbral puede ser calibrado a través de un potenciómetro (tornillo) ubica-do en el sensor mismo.

ARMADO DEL SENSORPantalla LCDLa pantalla LCD utiliza básicamente la misma lógica que la impresión en puerto serial. La pantalla cuenta con 2 filas con 16 columnas cada una, antes de escribir es necesario posicionar el cursor manualmente en la posición donde queremos escribir. La pantalla no maneja de forma in-teligente el largo de las palabras escritas (no centra, no acorta ni alarga expresiones) y, en caso de imprimir algo de mayor tamaño que la pantalla, solo imprimirá lo que puede.

Para usar la pantalla es necesario instalar la librería LiquidCrystal_I2C, la cual se le proveerá en U-cursos junto con las instrucciones de instalación.

Las conexiones entre la pantalla y el Arduino son como sigue:

Figura 20Pantalla LCD I2C

PANTALLA ARDUINO

GND

VCC

SDA

SCL

GND

5C

SDA

SCL

Por último, en la parte trasera de la pantalla se encuentra un potencióme-tro (tornillo) que regula el contraste, si la pantalla no muestra nada debe asegurarse primero que el contraste esté correctamente calibrado

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Materiales principales:• Micrófono digital• Protoboard• LEDs+resistencias

Requisitos previos: • Armado de circuito en protoboard

Dificultad principal: Manejo de variables

ACTIVIDAD 3: Monitoreo de consumo de agua no invasivo

OBJETIVOEl objetivo de esta actividad consiste en mostrar en la pantalla el re-sultado de las lecturas de un medidor de flujo de agua no invasivo (sin intervenir las cañerías) a través de una serie de luces que indicarán si ya se ha consumido mucho.

ENFOQUELa idea principal es entender qué es lo que el sensor mide y cómo se rela-ciona con nuestro entorno (i.e. de qué forma podemos medir consumo de agua y por qué es importante) y entender qué es lo que se requiere para poder detectarlas (cómo debería funcionar un sensor de este tipo y por qué este funciona/no funciona y como mejorarlo).


¿Cómo funciona este sensor?La idea general es detectar un cambio en las vibraciones y sonido emitido por una cañería, medir el tiempo que el agua está siendo usada y pos-terior a eso manejar un indicador que muestre (a través de un juego de luces) cuánta agua se ha consumido. Un ejemplo de cómo un sensor de este estilo se ve instalado puede verse en el siguiente link:https://www.youtube.com/watch?v=F97-HiDMDFw

¿Cómo se mide el consumo de agua?En este caso, se “escucha” el sonido que hace el agua al pasar por la cañería, cada vez que está corriendo agua se acumulará información en una variable asociada, lo que generará un comportamiento particular en un grupo de Leds conectados al sensor.

En este caso, se recomienda medir el tiempo simplemente con la instruc-ción delay y acumular en un contador la información sobre cuánto tiempo el agua ha estado corriendo


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¿Este sensor mide el consumo de agua con la misma preci-sión que un sensor profesional?No. Es necesario entender que cada sensor funciona de manera diferente y, en particular, poseen rangos de operación (valores de longitud de onda que puede detectar) y resolución (cantidad de valores distintos que puede medir en ese rango) muy diferentes a un equipo profesional. Sin embargo, el principio de funcionamiento es el mismo y, por lo tanto, el aprendizaje que obtengan desde este sensor sigue siendo válido para la construcción de uno mejor en el futuro.

Además, en este caso la mayoría de los sensores intervienen directamen-te la cañería para tener mayor precisión. Sin embargo, por los alcances de este proyecto dicha opción no será considerada.

¿Cómo puedo mejorar este sensor?• Software: Es posible programar otro tipo de funciones en el indicador de luces, parpadeos, secuencias y otros tipos de códigos para entregar mayor información al usuario. Es posible usar estadísticos de las lec-turas del sensor (media, moda, mediana, varianza, etc.) para mejorar la calidad de la medición.

• Hardware: El montaje sobre una cañería o una llave de agua pue-de comprometer los circuitos del sensor. Por lo que se recomienda plantear el tema a los alumnos de cómo ellos crearían un sistema que permitiera montar todo de forma impermeable. Por otro lado, puede ser que el micrófono no sea lo suficientemente potente como para captar el sonido del agua, en este caso se debe plantear la posibilidad de cambiar el micrófono por uno más sensible o elaborar un sistema que permita amplificar el sonido del agua

Breadboard (protoboard)Una breadboard, también llamadas protoboards, es una herramienta usa-da comúnmente en electrónica para prototipar circuitos sin tener que soldar.

Figura 21Arduino conectado a 2 protoboards

En la práctica, una protoboard es un conjunto de canales unidos con un material conductor de modo que al conectar distintos cables en distintos espacios de una misma columna es equivalente a soldar los cables entre ellos. En este proyecto se usará la breadboard para conectar 3 LEDs a modo de indicador para el sensor (consulte a los auxiliares sobre cómo hacer las conexiones).

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Materiales principales:• Servomotor• Sensor de proximidad PIR

Requisitos previos: • Montaje correcto del sensor PIR• Calibración manual del sensor PIR

Dificultad principal: Lógica sensor/control

ACTIVIDAD 4: Control de luces automático

OBJETIVOEl objetivo de esta actividad consiste en mover un servo según la señal de un sensor de movimiento PIR. El servo puede ser posicionado sobre un interruptor para generar de esta forma un control de luces rudimentario que permita apagar las luces si no hay nadie en la sala.

ENFOQUELa idea principal es entender qué es lo que el sensor mide y cómo se rela-ciona con nuestro entorno (i.e. de qué forma podemos controlar el consu-mo de energía eléctrica y por qué es importante) y entender qué es lo que se requiere para poder detectarlas (cómo debería funcionar un sensor de este tipo y por qué este funciona/no funciona y como mejorarlo).

Algunas preguntas de investigación relevante¿Cómo funciona este sensor?Un sensor PIR usa un arreglo de sensores térmicos de 2 dimensiones. Con esto, es posible detectar patrones de cambio que indican que existe movimiento.

Por ejemplo, al cruzarse frente al sensor, el sensor verá un patrón que coincide con el de un cuerpo cualquiera. Si en una medición posterior ese patrón se encuentra desplazado, el sensor lo asumirá como que el cuerpo que detectó anteriormente se encuentra en movimiento.


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¿Este sensor mide el movimiento con la misma precisión que un sensor profesional?No. Es necesario entender que cada sensor funciona de manera diferente y, en particular, poseen rangos de operación (valores de longitud de onda que puede detectar) y resolución (cantidad de valores distintos que puede medir en ese rango) muy diferentes a un equipo profesional. Sin embargo, el principio de funcionamiento es el mismo y, por lo tanto, el aprendizaje que obtengan desde este sensor sigue siendo válido para la construcción de uno mejor en el futuro.

¿Cómo puedo mejorar este sensor?• Software: Es posible programar patrones para el uso de las luces. Poner tiempos de espera entre que detecta y se apagan las luces por si el sensor no alcanzó a detectar a tiempo, o bien usar estadísticos sobre las mediciones (promedio de mediciones, moda, varianza etc).

• Hardware: Es posible adaptar el mecanismo del motor para que calce mejor con el tipo de luces que haya en cada sala y/o colegio. También es posible estudiar el uso de relés (relay) como interruptor, pero debido a que requiere intervenir la red eléctrica no serán estudiados en este curso.

Figura 22Funcionamiento básico de un sensor PIR

el paei-57711, o proyecto generación de un ecosistema de innovación sustentable en colegios,...

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