unitat de mostra

2 ESO

TecnologiaR. Martínez, E. Nogueira, S. Resa

9188_llibre_alumne_CAP_00.indd 3 03/05/16 08:23

UNITAT D

E MOSTRA

4

Esquema de la unitatTecnologia

1

UN

ITA

T

Sistemes de representació d’objectesEn els processos tecnològics, ex-pressem les nostres idees plas-mant-les en un paper, i així deixem constància clara i detallada del que volem construir. Així doncs, per mitjà del llenguatge gràfic com a forma d’expressió i comunicació, les nostres idees queden reflecti-des mitjançant el dibuix.

Els diferents sistemes de repre-sentació per mitjà de perspectives i projeccions ortogonals o vistes ens permeten dibuixar objectes i donar sensació de volum.

Activitats inicials 1. Les dues figures representen sengles cai-

xes vistes des de dalt. Identifica i justifica la resposta que consideris més adequada.

a) La figura a és més ampla i té una forma diferent que la figura b.

b) La figura a és més ampla que la figura b, però totes dues tenen la mateixa forma.

c) Les dues figures són quadrades i tenen la mateixa grandària.

2. A partir de les vistes donades, series capaç d’identificar la peça? Justifica la teva res-posta.

a) Les vistes pertanyen a la peça a.

b) Les vistes pertanyen a la peça b.

c) Les vistes pertanyen a la peça c.

a

b

a

b

c

vistes

a

b

a

b a

b

9188_llibre_alumne_CAP_01_cat.indd 10-11 20/04/16 08:52

Presentació de la unitatAquesta doble pàgina conté:• Número i títol de la unitat.• Text introductori breu.• Activitats inicials relacionades amb la

il·lustració. L’objectiu és avaluar els co-neixements previs dels alumnes.

90 91

EL PROCÉS PRODUCTIU 5

UN

ITA

T Tecnologia

1. Productes: béns i serveis

Les dues figures de la dreta reflecteixen dues situa-cions quotidianes en l’adquisició d’un producte. Evi-dentment, les sabates són un objecte tangible amb unes característiques físiques determinades. En canvi, de la utilització del tren no en podem dir de quin color és, ni quines mides té, ni de quin material està feta, etc.

El primer s’anomena bé i el segon, servei, però tots dos són productes. Per tenir els productes al nostre abast necessitem produir-los. Doncs bé:

El conjunt d’activitats desenvolupades que tenen per objecte transformar uns determinats mitjans o recursos en productes s’anomena procés productiu.

Els mitjans (recursos d’entrada) són els materials, l’energia, les instal·lacions, les màquines, la mà d’obra, la informació, etc., neces-saris per tal d’obtenir béns o serveis mitjançant diferents processos productius.

Les organitzacions que s’encarreguen de dur a terme aquestes ac-tivitats són les empreses: indústries, bancs, instituts, etc.

Una empresa que es dedica a la producció de béns manufacturats s’anomena empresa industrial o, simplement, indústria.

El conjunt dels processos productius de característiques similars s’anomena sistema productiu. Així, els sistemes productius es podrien classificar en funció del caràcter del producte que s’obté, tal com mostra el quadre de la pàgina següent.

Respon 1. Classifica els productes segons que siguin béns o serveis: l’oli, una taula, un viatge, el pagament d’un xec en

un banc, un jersei, el llibre de Tecnologies, la classe de Tecnologies, una trucada de telèfon, una bicicleta, veure una pel·lícula de cinema.

2. Llegeix detingudament el text i busca-hi les definicions dels conceptes següents: producte, bé, servei, procés productiu, empreses, indústria.

3. A l’última figura es veu com, a més del producte, s’obté una altra cosa. De què es tracta? Justifica la resposta.

Productes

Bé Servei

Analitza4. Llegeix el text i completa la taula.

El pare d’en Joan treballa de camioner en una empresa de transport. Ahir va portar una càrrega de barretes d’acer fins a una indústria que es dedica a fabricar cargols. Quan la va haver descarregada, va fer un altre viatge fins a una empresa que es dedica a fabricar electrodomès-tics.

A l’hora de plegar va rebre una trucada al telèfon mòbil. La seva dona li va recordar que a les set del vespre havia de ser a casa per acompanyar-la a una revisió oftalmo-lògica.

En Joan, que és membre del grup de teatre de l’institut i pròximament farà una representació, va acompanyar els seus pares amb el cotxe per poder comprar pintures per a la representació teatral.

Activitat Bé/serveiSistema

productiu

transportar barretes d’acer

manufacturat: de fabricació

fabricació d’electrodomèstics

comunicacions: telèfon

visita a l’oftalmòleg

servei

específic: oci

Productes Tipus de sistemes Característiques i exemples

Bén

s

Manufacturats

• extractius• de fabricació• de muntatge• construcció

En aquests tipus de sistemes es creen béns tangibles.

Mines, indústries metal·lúrgiques, fabricació de components, tèxtil, química, construcció d’edificis, agricultura, etc.

Ser

veis

Transports

• terrestres• marítims• aeris

Es produeix un canvi d’ubicació.

Trens, autobusos, taxis, companyies marítimes i aèries, etc.

Comunicacions

• TV• ràdio• telèfon• informàtiques

Aquests tipus de sistemes es caracteritzen per la transmissió d’informació.

Emissores de ràdio i TV, xarxes de telefonia, servidors informàtics, etc.

Subministrament

• emmagatzematge• distribució• comerç

Aquests sistemes fan d’intermediaris entre el productor i el consumidor.

Magatzems, xarxes de distribució, supermercats, botigues especialitzades, superfícies comercials, etc.

Específics

• ensenyament• sanitat• finances• assessories• oci• hotels i restaurants• benestar social

Indiquen el nivell de la qualitat de vida d’una comunitat.

Col·legis, instituts, universitats, centres de salut, hospitals, bancs, companyies d’assegurances, assessories tècniques i jurídiques, hotels, restaurants, pistes de neu, cinemes, llars d’infants, geriàtrics, etc.

Béns Serveis Residus

Residus

:


Desenvolupament dels continguts

Estructura

Aquestes pàgines estan organitzades en apartats i subapartats numerats.

Definicions

Els continguts fonamentals es destaquen sobre un fons de color.

Il·lustració

Part gràfica (dibuixos, esquemes, etc.) que ajuda a clarificar el text.

Activitats

Estan tipificades segons el grau de dificultat que presenten i poden ser:

• Respon

• Experimenta

• Taller d’informàtica

• Calcula

• Representa

• Analitza

• Debat

• Dissenya


UNITAT D

E MOSTRA

5

Propostes de treball

Al final del llibre presentem diferents processos tecnològics perquè siguin duts a terme a l’aula taller. S’hi treballen d’una manera pràctica els continguts estudiats.

Competències bàsiques

Plantejament

Es treballa en contextos de la realitat dels alumnes per acostar-se al seu entorn tecnològic.

Tasques

Aquestes questions pretenen contribuir a l’adquisició de les diferents competències bàsiques.

258 259

Zowi

259

Programem el Zowi amb el Bitbloq

Primers passos amb el Zowi

Realitza el programa de la figura amb el Bitbloq: el Zowi avançarà quatre passes a una velocitat mitjana, després emetrà un so de sorpresa, retrocedirà quatre passes a velocitat baixa i descansarà.

El Zowi escapista

Es tracta d’implementar un programa com el de la figura inferior amb el Bitbloq, en el qual el Zowi buscarà la sor-tida d’un recinte tancat. Per fer-ho s’utilitzarà el sensor d’ultrasons, que són els ulls del robot.

ZowiGrup d’alumnes recomanat: 2Durada aproximada: 2 hores

Components

• minirobot Zowi de bq

• cable USB

Descripció i anàlisi del problema

El minirobot caminador Zowi es pot controlar mit-jançant l’aplicació que porta el mateix nom i també programant-lo des del Bitbloq. Aquest robot, a part de divertit, pot ser molt instructiu, ja que el Zowi és un robot que acosta els alumnes al món de les noves tecnologies. El Zowi es pot programar, de manera que es treballa el pensament computacio-nal i es desenvolupen les habilitats necessàries per a la resolució de problemes. L’aplicació mòbil de Zowi ofereix diferents jocs i activitats.

Condicions inicials

• Cal tenir el robot Zowi.

• S’ha de tenir carregada l’aplicació Zowi App en un dispositiu mòbil.

Control del robot mitjançant l’aplicació Zowi App

1. Quan t’hagis baixat l’aplicació Zowi App des del Google Play, instal·la-la al mòbil i obre-la.

2. Encén el robot i controla’l amb l’opció Game-Pad. Aquí podràs demostrar la teva destresa amb el teclat del mòbil, avançant, retrocedint i fent moviments laterals.

3. Utilitza les diferents opcions de l’aplicació com ara Acción, Repite con Zowi, etc.

Les peces del Zowi també es poden obtenir mitjançant una impressora 3D.

11

Pro

po

ste

s d

e t

reb

all

9188_libr_alum_CAP_propuestas.indd 258-259 03/05/16 08:14

Síntesi

La síntesi és un resum que recull els continguts fonamentals de la unitat per tal de facilitar-ne l’estudi.

L’apartat Recursos en xarxa pretén fomentar l’ús de les tecnologies de la informació i la comunicació amb questions formulades a partir de recursos d’Internet.

Activitats finals

Mitjançant la realització d’aquestes activitats es pretén reforçar i ampliar els continguts estudiats.


44 45

Camp magnètic creat per una bobina

Observa el muntatge següent i contesta les qüestions plantejades:

Tasques

1. Identifica cadascun dels elements numerats en les fotografies superiors: pila, bobina, regle, cargol d’acer i balancí.

2. Què passa quan connectem la pila a la bobina?

3. Si el cargol d’acer, situat a l’extrem del balancí, el canviem per una vareta d’alumini, obtindrem els mateixos efectes que a l’apartat anterior? Raona la resposta.

4. Què podem mesurar amb el regle?

5. Analitza el diagrama de blocs següent corresponent a la transformació energètica que es produeix en els dife-rents elements del muntatge quan es connecta la pila a la bobina. Completa el diagrama col·locant cada terme al requadre corresponent.

6. Si la resistència elèctrica de la bobina és de 1,5 Ω, clacula el valor del corrent que hi circula.

7. Determina l’energia dissipada a la bobina durant un minut de funcionament.

La llei d’OhmEl multímetre, també anomenat polímetre o verificador, és un instrument de mesura que engloba, entre d’altres, les funcions del voltímetre, de l’amperímetre i de l’ohmímetre.

Mitjançant dos circuits senzills, mesurem la intensitat de corrent que circula per cadascun quan hi apliquem diferents valors de tensió. La variació de tensió de cada circuit es pot obtenir col·locant piles en sèrie d’1,5 V cadascuna. Les mesures de tensió i intensitat ens les proporcionen dos multímetres, un funcionant com a voltímetre i l’altre com a amperímetre. Els receptors estan representats per dues resistències de 5 W de potència i de valors R1 i R2.

Augmentem el voltatge, afegint una pila per cada mesu-rament, fins a arribar als 6 V (4 piles en sèrie). Per a cada valor de tensió, anotem la mesura de l’amperímetre.

A continuació, es mostren els dos circuits i la taula de valors corresponents a cadascun.

Tasques 1. En un full de paper mil·limetrat, fes la representació gràfica de cada taula.

2. Calcula els valors de les resistències R1 i R2.

3. Què passa amb la intensitat en cadascuna de les gràfiques a mesura que augmenta la tensió? Per què?

4. Fixa’t en un valor de tensió, per exemple de 4,5 V, i observa el valor de les dues intensitats. Per a quin valor de resistència és més gran la intensitat? Per què?

5. Fixa’t en una intensitat, per exemple de 150 mA, i observa el valor dels dos voltatges. Quan és més gran la tensió? Per què?

6. Completa els espais en blanc:

La intensitat de _________ que circula per cadascun dels circuits depèn de la _________ aplicada i de la seva resistència. Així, quan la resistència és constant, si augmenta el voltatge també _________ la intensitat. Per tant, en cada parell de lectures dels multímetres es compleix l’expressió matemàtica de la llei d’_________.

eenergiapila energia

bobina energiabalancí energia

intensitat (mA)

1,5

intensitat (mA)

1,5 tensió (V) 3 4,5 6

75 150 225 300

3 4,5 6

37,5 75 112,5 150

tensió (V)

I I

+_

A

R1 V

A

VR2

+ _

Resistència R1 Resistència R

2

100 15050

3

1,5

6

4,5

7,5

V (volts)

200 250 300 I (mA)

1

2

3

54


Síntesi

Recursos en xarxa

El lloc web http://qr.teide.eu/00KK correspon al Museu de la Ciència i de la Tècnica de Catalunya, que pretén esdeve-nir l’espai de trobada on els ciutadans gaudeixin, coneguin i participin del llegat industrial, científic i tecnològic que ha configurat la nostra societat.

Clica a l’apartat Educació l Recursos educatius i entra en Un procés tecnològic i humà: el tèxtil. Si feu un recorre-gut pels diferents apartats podreu trobar, entre d’altres, el procés tèxtil de la llana, les diferents màquines que es feien servir en els diversos processos tèxtils i l’energia utilitzada per moure-les. Fes un resum de cadascun dels apartats.

Elabora el teu propi resum de la unitat, completant amb les paraules clau els espais en blanc.

1. L’ús de la roba ve donat per una ___________ que l’ésser humà té de cobrir-se, sigui per ___________ a l’hora de mostrar el cos als altres o per protegir-se tant del fred com de la calor. Malgrat això, hi ha altres aspectes que fan que ens vestim d’una ma-nera o d’una altra, com la moda, la classe social, la ___________, etc.

2. El procés d’elaboració de fils comença amb l’obtenció de les ___________ tèxtils i finalitza amb l’obtenció de teixits o de peces de roba. Antigament, cada persona que elaborava teixits feia tot el procés, fins que van sorgir els _________. Actualment, la majoria de pro-cessos es fan __________.

3. Les fibres tèxtils són petits elements llargs i prims amb què es formen els fils. Poden ser naturals o ___________.

4. Els fils s’obtenen mitjançant un procés de filatura. Estan formats per fibres ___________, i són de gruix continu, flexibles, llargs i ___________. Poden estar formats per un o diversos ____________.

5. Hi ha dos tipus de teixits: els de punt i els ___________. Els teixits de punt s’obtenen entrellaçant un mateix fil, mentre que els segons s’obtenen encreuant fils horit-zontals i verticals. El teler és una màquina que serveix per fer teixits plans i facilita que els fils d’ordit i de __________ (horitzontals i verticals) s’encreuin.

6. La tintura es pot fer sobre els fils, abans de fer els teixits, o sobre els teixits ja fets. L’estampació con-sisteix a ___________ dibuixos sobre les teles ja fetes. Els acabats dels teixits els proporcionen unes ___________ i un aspecte millors.

7. Un teixit es transforma en una peça de roba al taller de tall i ___________, però perquè això sigui possible cal dissenyar-la, dibuixar-ne els __________, tallar el teixit i cosir-lo.

Paraules clau

fibres, propietats, necessitat, reserva, químiques, con-fecció, personalitat, torçades, prims, caps, especialistes, trama, imprimir, plans, industrialment, patrons

121

9188_llibre_alumne_CAP_06_cat.indd 121 03/05/16 08:10

1. La il·lustració superior representa diferents persones. Fixa’t en la roba que porten i esbrina a quina activitat es dediquen o a quin grup social pertanyen.

Justifica la resposta.

2. Qüestionari.

a) Què és una colònia tèxtil?

b) De quina part de la planta s’obté el lli?

c) De quina part de la planta s’obté el cotó?

d ) Quin origen té la fibra de vidre?

e) En què consisteix la torsió d’un fil?

f ) En què consisteix la retorsió d’un fil?

g) A què equival 1 tex?

h) Què és una filadora?

i ) Com s’anomenen els dos grups de teixits?

j ) En un teler, com s’anomenen els dos tipus de fils?

k) En quins dos moments es pot tenyir?

l ) Quan es desfibren els teixits?

m) Què es un patró tèxtil?

n) Per a què serveixen els ullets?

o) A quina mida correspon una talla XL de jaqueta?

3. Observa la fotofrafia del fil. És un fil d›un cap o de diversos caps? En el cas que sigui de diversos caps, digues de quants.

4. Observa les tres figures que representen el sentit de torsió de fils de diversos caps. Interpreta-les i explica’n el signi ficat.

Activitats finals

124 125

ss

s

Az

s

z

B zs

s

C z

ss

s

Az

s

z

B zs

s

C z

ss

s

Az

s

z

B zs

s

C z

5. Existeixen dues maneres de crear teixits: els teixits plans i els teixits de punt. Classifica les següents afir-macions al quadre. Després, indica de cada peça de roba del dibuix superior si es tracta d’un teixit pla o de punt.

1. S’obté entrellaçant fils perpendicularment.

2. S’obté entrellaçant un únic fil.

3. Es fa amb tricotoses.

4. Es fa amb telers.

5. És una tela molt resistent.

6. És flexible i s’adapta al cos.

7. S’utilitza principalment en cortines, llençols, pan-talons, americanes...

8. S’utilitza principalment en jerseis, bufandes, mi-tjons...

Teixits plans Teixits de punt

6. Observa les dues fotografies i respon.

a) A quina fase del procés tèxtil pertany l’activitat que estan fent?

b) Quina diferència hi ha entre les dues imatges?

7. El velcro és un mitjà per unir peces de roba de forma no permanent. Fixa’t en la imatge, dedueix i explica’n el funcionament.

8. Observa el quadre de sistemes d’unió de teixits del text.

a) Quins creus que són els avantatges del punt de fistó combinat respecte al punt de fistó normal?

b) En alguna costura es fa necessari que les dues peces de roba se superposin. Indica en quina o quines i explica per què.



UNITAT D

E MOSTRA

6

Índex

Unitat 1

Sistemes de representació d’objectes 10

1. Representació de les vistes d’un objecte 12

2. La perspectiva cavallera 14

3. La perspectiva isomètrica 16

4. La perspectiva cònica 18

5. L’escala 19

6. Acotament 21

Síntesi 23

Recursos en xarxa 23


Instrument per dibuixar en perspectiva 24

Construcció d’un retallable 25

Activitats finals 26

Unitat 2

Electricitat i magnetisme 28

1. El circuit elèctric 30

2. Magnituds elèctriques bàsiques 32

3. Potència i energia elèctrica 33

4. Magnetisme 36

5. Electromagnetisme 37

6. El motor elèctric 40

7. Canvi del sentit de gir d’un motor de corrent continu 42

Síntesi 43



La llei d’Ohm 44

Camp magnètic creat per una bobina 45


Unitat 3

L’energia elèctrica 48

1. Proveïment i consum energètic 50

2. La central elèctrica 52

3. La turbina 53

4. L’alternador 54

5. Les centrals tèrmiques convencionals 55

6. Les centrals nuclears 56

7. Producció a partir d’energies alternatives 58

8. Transport i distribució d’energia 63

9. Tractament de residus 64

Síntesi 65



L’eficiència energètica 66


UNITAT D

E MOSTRA

7

La central fotovoltaica de l’IES Ramon Llull 67


Unitat 4

Fabricació artesanal i fabricació industrial 70

1. Els primers passos en la fabricació d’objectes 72

2. Els oficis artesanals 73

3. Un ofici artesanal desaparegut: el ferrador 75

4. Un ofici artesanal en desús: el carboner 76

5. L’artesania actual 77

6. Comparació de la fabricació artesanal i la industrial 78

7. El cost dels objectes 80

Síntesi 83



Orígens de la fabricació en sèrie. El Ford T 84

El saltimbanqui de joguina 85


Unitat 5

El procés productiu 88

1. Productes: béns i serveis 90

2. Els sectors de producció 92

3. La indústria 94

4. Maquinària 95

5. Residus industrials 98

Síntesi 99



Algunes dades sobre la indústria de l’automòbil 100

L’evolució econòmica 101


Unitat 6

Anàlisi d’un procés industrial. El tèxtil 104

1. Per què ens vestim? 106

2. L’ús social del vestit 107

3. Procés d’obtenció de la roba 108

4. L’evolució del sector tèxtil 109

5. Les fibres tèxtils 110

6. Fils 113

7. Dels fils als teixits 115

8. El teler 116

9. La tintura i l’estampació 117

10. Els acabats 118


UNITAT D

E MOSTRA

8

11. El tall i la confecció 118

12. Unió de teixits 119

13. Les etiquetes 120

Síntesi 121



Teixits intel·ligents 122

Anàlisi d’un producte tèxtil 123


Noves tecnologies

1. Programació 128

2. Scratch 2 142

3. Programació de plaques de control. La placa Imagina Android i la placa Zum de bq 160

4. Robòtica 2 178

5. Disseny i impressió 3D 196

6. Programació amb App Inventor 212

Propostes de treball

1. Commutador 218

2. Motor elèctric elemental 220

3. Motor elèctric de corrent continu 222

4. Faristol 226

5. Làmpada amb díodes LED 229

6. Fabricació amb espart 232

7. Forn solar 234

8. Camió autopropulsat i cotxe solar 236

9. Exposició: Un recorregut per les energies renovables 244

10. Circuit de velocitat 252

11. Zowi 258

12. mBlock 260


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

3U

NIT

AT

L’energia elèctrica

Si preguntéssim a algú si avui dia es podria viure sense electricitat, la res-posta seria ràpida i contundent: no. Si reflexionem sobre la pregunta, n’hi ha prou de mirar al voltant nostre per veure que l’energia elèctrica està pre-sent en moltes de les activitats diàries que fem, amb l’objectiu de millorar la nostra qualitat de vida. Engegar la rentadora, connectar l’ordinador o simplement encendre un llum per es-tudiar en són exemples.

Conèixer els processos que segueix l’energia elèctrica, des que es pro-dueix a la central fins que la consumim encenent una simple bombeta, ens farà prendre consciència de la neces-sitat de fer-ne un ús responsable, canviant els nostres hàbits i adoptant mesures per estalviar-ne i aprofitar-la millor.


UNITAT D

E MOSTRA

Activitats inicials 1. La central de la imatge s’anomena:

a) Central geotèrmica.

b) Central nuclear.

c) Central eòlica.

2. Observa el dibuix i respon:

a) Quina energia primària utilitza?

b) Com funciona una central hidràulica?

c) Quines màquines es fan servir per gene-rar energia elèctrica?

3. La central solar de la imatge és:

a) Una central solar de torre.

b) Una central solar fotovoltaica.

c) Una central solar de baixa temperatura.

4. Observa les tres imatges i respon:

a) Quins tipus de fonts d’energia utilitzen?

b) Hi ha altres tipus de fonts d’energia per produir energia elèctrica?

presa

aiguaembassada

turbina

alternador transformador

xarxa elèctrica

generadortransmissió

rotor

acumulador

convertidorde CC a CA

línia d’A.T.

acumulador


plaques fotovoltaiques


línia d’A.T.


UNITAT D

E MOSTRA

50

Tecnologia

1. Proveïment i consum energètic

Recorda que les fonts d’energia són els recursos de la natura que proporcionen alguna forma d’energia. A la taula pots observar la clas-sificació de les fonts d’energia en renovables i no renovables.

L’energia no la consumim tal com l’obtenim de la natura, sinó que ex-perimenta uns processos de trans-formació per poder transportar-la i utilitzar-la.

font d’energia % tendència

carbó

petroli

gas natural

Fonts renovables

urani

9,7 %

47,6 %

24,3 %

10,7 %

7,6 %

Fonts no renovablesLes reserves són limitades i, per tant, disminueixen a mesura que en consumim.

Es consideren inesgotables perquè

es renoven constantment.

solarhidràulicaeòlicabiomassa

energia primària = energia que obtenim de la na-tura sense cap transformació

energia final = energia ja transformada per usar-la en els punts de consum

energia primària = energia final + pèrdues en transformacions + pèrdues en transport

Transport del petroli a la refineria.

reneria

torres deperforació

combustiblesi altres productes

tancsd’emmagatzematge

oleoducte

petrolier

oleoductesubmarí

plataformade producció

Per exemple, el petroli s’ha d’extreure del jaciment, transportar-lo fins a les refineries a través d’oleoductes o vaixells de càrrega i, posteriorment, un cop obtinguts els productes finals (gasolines, gasoils, etc.), distribuir-los als punts de consum. En cadascuna d’aquestes operacions es produeixen pèrdues, de manera que podem expressar:


UNITAT D

E MOSTRA

51

L’ENERGIA ELÈCTRICA 3

UN

ITA

T

El consum d’energia primària al món, i Espanya no n’és cap ex-cepció, depèn majoritàriament de les fonts no renovables (vegeu la taula inferior). La tímida pujada del consum d’energies reno-vables fa pensar que s’han de desenvolupar polítiques energèti-ques per potenciar aquest sector.

Pel que fa a l’ús de l’energia final, podem observar que el transport és el sector que en consumeix més, encara que amb una lleugera tendència a la baixa. En segon lloc se situa el sector industrial, que mostra una ten-dència a l’alça, mentre que els sectors residencial, del comerç, etc., tenen uns valors fluctuants. Una de les formes d’energia final més utilitzada en l’actualitat és l’energia elèctrica.

Unitat Símbol Descripció Equivalències

joule J És la unitat del sistema internacional (SI). Per fer-nos una idea de la seva magnitud, podem dir que és la variació d’energia que té lloc quan arriba a terra una poma d’uns 100 g que estava suspesa en un arbre a 1 m d’altura.

1 J = 1 W · 1 s; 1 cal = 4,18 J

1 Wh = 1 W · 3 600 s = 3 600 J

1 Wh = 3 600 J 1 cal

4,18 J = 861 cal

1 tep = 4,19 · 1010 J

1 tec = 2,93 · 1010 J

caloria cal S’utilitza generalment en els processos en què hi ha inter-canvi de calor. És la unitat que podem trobar a l’etiqueta de molts aliments. Com que és una unitat petita, s’utilitza més la quilocaloria.

watt hora Wh És la unitat que expressa la quantitat d’energia elèctrica. El múltiple més utilitzat és el kWh.

tep tep Tona equivalent de petroli.

tec tec Tona equivalent de carbó.

Algunes de les unitats d’energia més importants.

Res0l

1. Quina diferència hi ha entre ener-gia primària i energia final?

2. Classifica les figures de la dreta segons que es tracti d’energia primària o energia final.

1

2

3

4

5

67

8

9

Sectors 2011 2012 2013

transports 38,71 % 37,58 % 37,41 %

indústries 29,85 % 29,74 % 29,26 %

altres 31,42 % 32,67 % 32,98 %


UNITAT D

E MOSTRA

52

Tecnologia

2. La central elèctrica

Gairebé sense adonar-nos-en, cada dia fem moltes activitats utilitzant l’energia elèctrica com a recurs. Fem suc amb l’espremedora, preparem una torrada a la torradora elèctrica, ens dutxem probablement amb el llum encès i, si utilit-zem un escalfador elèctric, l’aigua calenta també l’obtenim a partir de l’energia elèctrica.

Per produir energia elèctrica, per tant, es fan diverses transformacions energètiques: primer d’energia primària en energia mecànica cinètica, i d’aquesta, en energia elèctrica.

Aquesta situació queda reflectida en el següent diagrama de transforma-cions energètiques:

Aquesta energia s’obté en unes instal·lacions que s’anomenen centrals elèctriques, l’objectiu de les quals és transformar una determinada ener-gia primària en energia elèctrica.

Una central elèctrica és una instal·lació que té com a objectiu produir energia elèctrica.

L’energia elèctrica generada a les centrals es transporta al lloc de consum mitjançant les línies de transport i distribució. D’aquesta manera, podem disposar, a l’endoll de casa nostra, de l’energia ne-cessària per alimentar i utilitzar els diversos receptors.

Hi ha un tipus de centrals, que estudia-rem més endavant, que no necessiten turboalternadors. Són les centrals so-lars fotovoltaiques.

energia primària

energiamecànicacinètica

energiaelèctrica

turbina

alternador

transformador

Transformacions energètiques en una central elèctrica.

Les turbines són les màquines que transformen l’energia primària en ener-gia mecànica cinètica i són mogudes per aigua, vapor d’aigua, gas, etc.

Els alternadors transformen en energia elèctrica l’energia cinètica produïda per la turbina. El conjunt de turbina i alternador s’anomena turboalternador.

Els transformadors convertei-xen l’energia elèctrica produïda en energia elèctrica que pot ser utilitzada per receptors amb dife-rents tensions.

Centrals d’energia primària no renovableTipus Nom Energia primària

tèrmiques tèrmiques convencionals

carbófuelgas naturaluraniplutoni

nuclears

Centrals d’energia primària renovableTipus Energia primària

hidràuliques

solars

eòliques

geotèrmiques

mareomotrius

Conca carbonífera

Gas natural

Petroli

Urani

Central hidràulica

Central nuclear

Central solar

Central tèrmica

energia potencial i cinètica de l’aiguaenergia de les radiacions solars

energia del vent

energia de les onades i les marees

energia de la temperatura de l’interior de la Terra


UNITAT D

E MOSTRA

53


UN

ITA

T

3. La turbina

La turbina és una màquina rotativa que transforma en energia mecànica l’energia potencial i cinètica de l’aigua, el vapor o un gas. Per estudiar aquesta màquina ens referirem a una en concret, la turbina hidràulica. Una turbina hi-dràulica consta, bàsicament, d’una part fixa, el distribuïdor, i d’una part mòbil, el rodet.

• El distribuïdor s’encarrega d’orientar o dirigir el cabal d’aigua o vapor sobre una roda mòbil.

• El rodet és una roda proveïda d’àleps o paletes, a l’eix de les quals té lloc la transformació energètica de l’aigua.

En l’actualitat s’utilitzen tres tipus de turbines hidràuliques, que queden descri-tes a la taula següent:

Turbina de vapor.

Tipus Hidràuliques Característiques

Pelton • Normalment és d’eix horitzontal.• S’utilitza en salts d’aigua de gran altura (superiors a 200 m) i cabals

petits (fins a 10 m3/s aproximadament).• El distribuïdor està format per una o diverses entrades d’aigua al rodet.• Els àleps, que estan situats a la perifèria del rodet, tenen forma de doble

cullera.

Francis • Normalment és d’eix vertical.• S’utilitza en salts d’aigua inferiors a 200 m i en una gamma àmplia de

cabals d’aigua (entre 2 i 200 m3/s, aproximadament).• El distribuïdor està compost per aletes mòbils per regular el cabal

d’aigua que condueix fins al rodet.

Kaplan • Igual que la Francis, sol ser d’eix vertical.• Les característiques constructives també són similars a la Francis.• S’utilitza en salts d’aigua de poca altura (fins a 50 m, aproximadament)

amb cabals que solen superar els 15 m3/s.

sentit de circulació de l’aigua

rodet

distribuïdor

eix

generador

eix

rodet

distribuïdor

generador

eix

distribuïdor rodet

Les turbines hidràuliques tenen un rendiment molt elevat, que pot arribar al 90 %.

Respon3. Digues si les afirmacions següents són certes o falses:

a ) La turbina Kaplan és normalment d’eix vertical.

b ) El distribuïdor d’una turbina Francis disposa d’àleps mòbils.

c ) La turbina Pelton s’utilitza en salts de poca altura.

d ) El rodet és la part mòbil d’una turbina.

4. Quina diferència hi ha entre una turbina hidràulica i una turbina de vapor o gas?


UNITAT D

E MOSTRA

54

Tecnologia

4. L’alternador

L’energia mecànica cinètica produïda a les turbines es trans-forma en energia elèctrica en unes màquines rotatives ano-menades alternadors. Els alternadors consten de dues parts:

1. Una part fixa o estator.

2. Una part mòbil o rotor. El seu eix és solidari a l’eix de la turbina.

El funcionament de l’alternador es basa en el fenomen d’inducció electromagnètica, segons el qual, quan una es-pira gira a l’interior d’un camp magnètic, es crea un corrent induït que varia de sentit i de valor.

L’aplicació d’aquest fenomen a l’alternador consisteix a fer girar, entre els pols nord i sud d’un imant potent, una bobina els extrems de la qual estan connec-tats a dos anells, aïllats de l’eix mitjançant unes escombretes, de manera que apareix una tensió o diferència de potencial als anells.

Com podem observar en la figura, el sistema que té l’alternador per extreure el cor-rent no és mitjançant el col·lector de la mel·les, com a les màquines de CC, sinó a través de dos anells giratoris, solidaris a l’eix, que es connecten a les escombretes.

A les centrals hidràuliques, les turbines fan funcionar els alternadors a velocitats que oscil·len entre 1 000 i 75 rpm.

anells col·lectors giratoris

escombretes

NS

bobina

imant

Alternador elemental.

Respon5. Observa el dibuix de la part superior d’aquesta pàgina i escriu les parts d’un alternador elemental. Classifica-les

segons que es trobin al rotor o a l’estator.

6. Quina transformació energètica es duu a terme en un alternador?

Analitza7. Entra a www.youtube.es i escriu al quadre de

cerca «generador elèctric». Mira el vídeo de la figura i respon.

a) Com gira la bobina de l’animació?

b) Quina diferència hi ha en el sistema d’extreure el corrent entre un generador i un motor?


UNITAT D

E MOSTRA

55


UN

ITA

T

5. Les centrals tèrmiques convencionals

Les centrals tèrmiques convencionals són les que utilitzen com a energia pri-mària combustibles fòssils, com el carbó i el gas, o algun producte derivat del petroli, com el fuel.

El funcionament d’aquestes centrals es basa en la transformació de l’aigua en vapor a l’interior d’una caldera. Aquest vapor, que es genera a pres-sions molt altes, és conduït per canonades fins a la turbina. El vapor xoca contra els àleps de la turbina i provoca un moviment rotatori al seu eix. Així s’aconsegueix dotar el rotor de l’alternador –l’eix del qual està, com hem vist, acoblat al de la turbina– amb un moviment de gir que fa que puguem obtenir un corrent altern als seus borns.

Per entendre millor el funcionament de les centrals se solen repre-sentar amb uns esquemes simplificats on se n’aprecien les parts fonamentals i també els diferents circuits. Esquema simplificat d’una central tèrmica.

caldera

condensador

turbina alternador transformador

bomba

aigua d’un riu o del mar al riu o al mar

aigua calenta

Respon8. Anota a la llibreta les parts d’una central tèrmica.

9. Observa el dibuix de la turbina i explica com funciona.aletes giratòries

entradade vapor

sortida de vapor a menys pressió

transformador

xemeneia

caldera

cintatransportadorade carbó

turbina

alternador condensador

línia de transportfuel o gas

torres de refrigeració

Parts d’una central tèrmica convencional.


UNITAT D

E MOSTRA

56

Tecnologia

6. Les centrals nuclears

Les centrals nuclears utilitzen l’energia que hi ha en la massa dels àtoms per produir energia elèctrica. Funcionen de manera anàloga a les centrals tèr-miques convencionals, encara que en aquest tipus d’instal·lacions l’energia calorífica, en comptes de provenir de la combustió de carbó, petroli o gas, procedeix de la fissió dels àtoms d’urani que té lloc al reactor.

Respon10. Quina diferència hi ha entre les centrals tèrmiques convencionals i les nuclears?

11. A partir de la figura anterior, indica els elements de què disposa l’edifici de contenció.

reactor

transformadors

turbina

alternador

emmagatzematge de combustible gastat canonades d’aigua a pressió

torre de refrigeració línies d’alta tensió

generador de vapor

circuit primari

edici decontenció

Parts d’una central nuclear.

La fissió nuclear

Quan els nuclis d’alguns àtoms grans es trenquen en dues meitats aproximadament iguals, alliberen una gran quantitat d’energia en forma de calor. L’escissió d’un nucli atòmic s’anomena fissió nuclear.

Per iniciar el procés es fa xocar un neutró amb el nucli de l’àtom. El neutró és absorbit i es produeix la fissió, que dóna lloc a l’emissió de diversos neutrons. Aquests neutrons, al seu torn, xoquen amb altres nuclis, la qual cosa provoca noves fissions i l’alliberament de més neutrons, que s’encarregaran de fendre altres nuclis, i així successivament. És el que coneixem com a reacció en cadena. Si aquesta reacció no es controla, es produeix una explosió (bomba atòmica).

calor= neutrons

Sr

Xe

94

38

140

54

235

92U


UNITAT D

E MOSTRA

57


UN

ITA

T

Analitza

12. Explica el funcionament de la central nuclear a partir de l’esquema simplificat.

13. Copia el següent diagrama de blocs, en què es representen les transformacions energètiques que tenen lloc en una central tèrmica nuclear i els elements que fan possible les transformacions i completa’l:

combustible _______________ generador de vapor _______________ _______________

energia calorífica

energia mecà-nica: cinètica

de rotació

energia elèctrica

L’element principal de les centrals nuclears és el reactor, que substitueix la caldera de les centrals tèrmiques convencionals.

El refrigerant, que circula pel reactor, adquireix una tempe-ratura aproximada de 300 °C (circuit primari ). Aquest fluid es fa passar pel generador de vapor, on escalfa un altre circuit amb aigua i produeix vapor (cir-cuit secundari ).

A partir d’aquest moment po-dem dir que el funcionament és semblant al de les centrals tèrmi-ques convencionals, considerant que el circuit de condensació és aquí el circuit terciari.

caixa del reactor

sortida del refrigerant

entrada del refrigerant

Les barres de control tenen la missió de controlar el flux de neutrons. Es fabriquen amb aliatges de plata o cadmi i són capaces d’absorbir-los.

El refrigerant absorbeix i transporta la calor produïda a les barres de combustible. S’utilitzen com a refrigerants aigua lleugera i alguns gasos com l’anhídrid carbònic o l’heli.

En el combustible, dispo-sat en forma de barres ci-líndriques, hi ha els àtoms d’urani-235.

El moderador fa que els neutrons produïts en la fissió, que tenen unes velocitats molt altes, la disminueixin perquè aug-menti la probabilitat de noves fissions entre altres àtoms.

Esquema d’un reactor nuclear.

reactor

condensador

turbina

alternador

transformador

bomba

generadorde vapor

Esquema d’una central nuclear d’aigua a pressió.


UNITAT D

E MOSTRA

58

Tecnologia

7. Producció a partir d’energies alternatives

Les fonts d’energia no renovables, és a dir, obtin-gudes a partir dels combustibles fòssils i l’energia nuclear, són les fonts d’energia més utilitzades en l’actualitat.

No obstant això, alguns països, més conscienciats amb els problemes mediambientals que provoca l’ús de combustibles fòssils, han invertit aquesta tendèn-cia donant més importància a la utilització d’energies renovables, també anomenades energies alterna-tives.

En el diagrama de sectors podem observar la im-portància que tenen al nostre país les diferents fonts d’energia alternatives.

7.1. Centrals hidràuliques

El funcionament d’aquestes centrals es basa en l’aprofitament de l’energia de l’aigua dels rius. Per fer-ho, generalment s’eleva el nivell de l’aigua amb una presa, de manera que s’obté energia potencial. L’aigua embassada es fa baixar per una canonada forçada, i així es converteix l’energia potencial en energia cinètica. Quan l’aigua arriba a la turbina, en mou els àleps i genera un moviment de rotació al seu eix. Quan aquest moviment de rotació es trans-met a l’alternador, es genera energia elèctrica als borns.

Analitza14. Dibuixa el diagrama simplificat d’una central hidràulica.

15. Copia el diagrama de blocs següent, en què es representen les transformacions energètiques que tenen lloc en una central hidràulica i els elements que fan possible les transformacions i completa’l:

_______________ canonada forçada _______________ alternador

energia cinètica

de rotació

energia potencial de l’aigua

Central hidroelèctrica i esquema simplificat.

presaembassament

transformadors

turbina

alternador

línies de transport

turbina alternador transformador

a un riu

línia d’AT

embassament

presa

canonada forçada

Aportació de les energies alternatives a la producció elèctrica a Espanya el 2013.


UNITAT D

E MOSTRA

59


UN

ITA

T

7.2. Centrals solars tèrmiques

En aquest tipus de centrals la calor obtinguda per convertir l’aigua en vapor l’aporta el Sol, en lloc dels combustibles fòssils.

Hi ha dos tipus de centrals solars tèrmiques:

• Centrals solars de torre central

En aquestes centrals, el sistema de captació es basa en heliòstats (grans miralls) que reflecteixen la radiació solar al receptor, una caldera situada a la torre. El fluid escalfat es fa passar per un generador de vapor, on es produeix el vapor necessari per moure la turbina. Aquest moviment es transmet a l’alternador per generar energia elèctrica. Els heliòstats disposen d’un sistema automàtic capaç de se-guir la trajectòria del Sol.

• Centrals solars de col·lectors distribuïts

Aquestes centrals funcionen recollint l’energia tèrmica del Sol en uns col·lectors (miralls parabòlics) pels quals passa un fluid que n’eleva la temperatura. Aquest increment de temperatura genera el vapor que, mitjançant dipòsits i intercan-viadors de calor, fa girar en última instància el turboalternador.

caldera

turbina


bomba

línia d’ATaigua freda

aigua calenta

heliòstat

caldera

torre

turbina-alternador

aerocondensador

generador de vapor

línia d’ATheliòstats

transformador

Central solar de torre central i esquema simplificat de la central.

Analitza16. Amb l’ajuda de l’esquema de la central solar de torre elabora un

esquema simplificat d’una central solar tèrmica de col·lectors dis-tribuïts tenint en compte els elements que la constitueixen.

17. Si un heliòstat té una superfície aproximada de 4 m2 i la mitjana d’energia solar que arriba a la superfície terrestre és d’uns 900 W/m2, quants heliòstats i quina superfície necessitarem per disposar d’una potència de 5 MW a la central?

Camp d’heliòstats.


UNITAT D

E MOSTRA

60

Tecnologia

7.3. Centrals fotovoltaiques

Són les úniques que no necessiten convertir l’energia primària en energia mecànica per després produir energia elèctrica en un alter-nador. Aquest tipus d’instal·lacions transformen directament la llum solar en energia elèctrica mitjançant les cèl·lules fotovoltaiques.

El corrent continu generat s’emmagatzema en un acumulador elèc-tric. En la fase següent es transforma en corrent altern, mitjançant un convertidor de CC a CA.

Placa fotovoltaica.


acumulador


línia d’alta tensió

acumulador




Central fotovoltaica i esquema simplificat.

ExperimentaObserva les fotografies del marge i construeix un prototip foto-voltaic utilitzant el commutador i el reductor.

Analitza18. Copia el següent diagrama de blocs, en què es represen-

ten les transformacions energètiques que tenen lloc en una central solar de torre i els elements que fan possible les transformacions i completa’l:

–––––––– caldera –––––––– turbina ––––––––

energia calorífica de

les radiacions solars

energia cinètica del

vapor

energia elèctrica


UNITAT D

E MOSTRA

61


UN

ITA

T

Analitza19. Fes una llista de les parts d’un aerogenerador i indica la funció de cadascuna.

palestransmissió

generadorelèctric


turbina

turbina

sistema d’orientació

transformador


torre

Interior d’un aerogenerador.

Parc eòlic.

Central eòlica i esquema simplificat.

7.4. Energia eòlica

És l’energia produïda pel vent. L’ús que se n’ha fet al llarg de la història de la humanitat, als molins de vent o als vaixells de vela, ens dóna una idea de la importància que tenia en temps passats.

En l’actualitat, l’aprofitament de l’energia eòlica se centra en el bomba-ment d’aigua de pous i en la producció d’energia elèctrica. La produc-ció d’energia elèctrica a partir de la força del vent es fa a les centrals eòliques. Aquestes instal·lacions estan formades bàsicament per un conjunt d’aerogeneradors o molins de vent.

Quan el vent mou les pales de l’aerogenerador, es produeix un mo-viment de rotació a l’eix de la turbina. Un sistema de transmissió multiplica les voltes de l’eix i, alhora, transmet el moviment de gir a l’eix de l’alternador, que genera energia elèctrica.

L’aerogenerador, que està situat a una certa altura del terra, suportat per una torre, ha d’estar constantment orientat en direcció perpendi-cular al vent, cosa que s’aconsegueix amb un sistema d’orientació.


UNITAT D

E MOSTRA

62

Tecnologia

7.5. Energia geotèrmica

L’energia geotèrmica està present a l’interior del nostre pla-neta en forma de calor. L’existència d’aquesta calor es coneix des de sempre i es manifesta per la diferència de temperatura que s’observa quan es fa una perforació al terreny a una certa profunditat.

Una central geotèrmica aconsegueix energia elèctrica també a partir de la producció de vapor. S’injecta aigua per un tub fins a la profunditat necessària perquè la temperatura de l’interior de la Terra la converteixi en vapor. Finalment, el vapor produït s’extreu per un altre tub.

7.6. Energia mareomotriu

Una altra font energètica molt poc utilitzada, però de recursos pràcticament inesgotables, és el mar. Encara que hi ha di-verses maneres d’aprofitar-la (energia de les marees, energia de les ones i diferències tèrmiques entre les diferents capes), l’energia provinent de les marees és la que actualment té certa implantació.

Les marees són moviments de pujada i de baixada del nivell de l’aigua del mar, provocats per la força de la gravetat que el Sol i la Lluna exerceixen sobre la Terra. En alguns litorals, el desnivell de les marees és sovint de diversos metres entre la baixamar i la plenamar.

Si es construeix una presa en un lloc que geogràficament ho permeti (un es-tuari, una badia, etc.), durant la plenamar es podrà emmagatzemar aigua a l’interior del riu i aprofitar l’energia potencial que s’adquireix en passar aigua per les conduccions, on es col·loquen grups turboalternadors reversibles. D’aquesta manera, durant la baixamar s’origina un moviment de la massa d’aigua en sentit invers.

Analitza20. Copia el següent diagrama de blocs, en què es representen les transformacions energètiques que tenen lloc

en una central geotèrmica i els elements que fan possible les transformacions i completa’l:

_______________ intercanviador _______________ turbina _______________

21. Què fa que s’origini moviment de rotació a la turbina d’una central mareomotriu?

energia cinètica

del vapor

energia elèctrica

energia calorífica de l’interior

de la Terra

condensador

turbina


bomba

aiguacalenta torre de refrigeració

aiguafreda

intercanviadorde calor

Esquema simplificat d’una central geotèrmica.

marea alta

marea baixa

presa

conduccióalternador

turbina Kaplan

Central mareomotriu.


UNITAT D

E MOSTRA

63


UN

ITA

T

8. Transport i distribució de l’energia

L’energia produïda a les centrals elèctriques no es pot emmagatzemar en grans quantitats, per la qual cosa s’ha de generar a cada moment la quantitat pre-cisa que es necessita. El fet que utilitzem l’ordinador o connectem el llum de la nostra habitació implica que en aquest mateix instant una central elèctrica ha de produir l’electricitat necessària.

Perquè l’energia generada arribi als centres de consum s’utilitzen les línies de transport i distribució.

generació tèrmica

generació hidràulica

generació eòlica

subestació de transformació

xarxa de distribució 132 kV

consum domèstic 220 V i 380 V subestació

de distribució

consum industrial de 132 kV a 12,5 kV

L’empresa encarregada de gestionar el transport i la distribució de l’energia elèc- trica a l’Estat espanyol és REE (Red Eléctrica de España).

Les tensions que es generen als alternadors de les centrals, no superiors a 30 kV, es transformen en tensions molt altes (entre 220 kV i 400 kV) per poder-les transportar. Les màquines encarregades de fer aquesta transformació són els transformadors, que, a més d’estar situats a les centrals, com hem vist anteriorment, també se situen a les subestacions de transformació i distribució per tormar a reduir la tensió fins a 220/380 V.

Analitza22. Observa la figura superior i respon les preguntes següents:

a) Què passaria si deixés d’operar la central eòlica per falta de vent?

b) Si en un moment determinat els centres de consum necessitessin una potència de 200 MW i les centrals estiguessin produint, entre totes tres, 350 MW amb el repartiment següent:

• tèrmica 180 MW

• hidràulica 50 MW

• eòlica 75 MW

Com caldria actuar? Justifica la resposta.

Respon23. Completa l’esquema següent col·locant les paraules al

lloc corresponent:

augmenta genera distribueix

disminueix transporta

central generadora subestació

elevadoraxarxa de transport AT

subestació

usuaris industrials

xarxa de distribució MT

centre de transformacióusuaris

domèstics


UNITAT D

E MOSTRA

64

Tecnologia

9. Tractament de residus

Tenint en compte la perillositat dels residus radioactius per als éssers humans i per al medi, fer-ne una bona gestió és tan important o més que la producció d’energia elèctrica.

A les centrals nuclears es produeixen diferents tipus de residus.

• Tractament de residus d’alta activitat

Aquests residus s’emmagatzemen a les piscines de les centrals durant un cert temps, amb l’objectiu que en dis-minueixi la radioactivitat. Passat aquest període, són trans-portats a les plantes d’emmagatzematge definitiu, on té lloc el confinament, que consisteix a emmagatzemar els residus en capes geològiques profundes, interposant-hi barreres que evitin que els productes radioactius passin a l’entorn humà. La radioactivitat d’aquests residus pot arri-bar a durar fins a 4 000 anys.

• Tractament de residus de baixa i mitjana activitat

Com que tenen una activitat més baixa, amb una durada d’aproximadament 300 anys, el tractament que se’n fa és diferent. El confinament té lloc en instal·lacions en super-fície o subterrànies a poca profunditat.

Respon24. Quins efectes mediambientals provoquen els residus gasosos de les centrals tèrmiques convencionals?

25. Què significa el terme confinament en el tema que ens ocupa?

Analitza26. A partir de l’esquema de la pàgina anterior, explica els processos de transformació de la biomassa.

Tipus de residus Es generen a... Descripció

residus d’alta activitat centrals nuclears Aquests residus estan formats pel combustible consumit i els residus generats en el procés.

residus de baixa i mitjana activitat

centrals nuclears, hospitals, indústria i centres d’investigació

Estan formats sobretot per draps de neteja, filtres i impureses dels diferents circuits, peces d’instal·lacions, etc.

0

–100

–200

–300

–400

–500

–600

–700

–800

Confinament de residus radioactius d’alta activitat.

Planta de residus radioactius de baixa i mitjana activitat d’El Cabril (Còrdova).

Metres


UNITAT D

E MOSTRA

Síntesi

Recursos en xarxaEntra al web que trobaràs a http://qr.teide.eu/00KA i navega-hi per conèixer-ne els continguts. Fes clic a la pestanya Recursos i entra en aquesta secció. A l’apartat Generació, selecciona Centrals tèrmiques i fes les activitats següents:

1. Llegeix el text i digues per què s’utilitza el terme convencionals.

2. Fes l’activitat interactiva col·locant cada element al lloc corresponent fins que la central comenci a funcionar.

3. Entra a les diferents centrals i fes les activitats in-teractives que t’indiqui el professor o professora.

Més recursos TIC

Busca a http://qr.teide.eu/00KB l’apartat de educa-ció. Cerca i analitza la infografia «De la generació al consum».

Elabora un resum de la unitat, completant els espais en blanc amb les paraules clau.

1. Una central ______________ és una instal·lació que té com a objectiu produir energia elèctrica.

2. La turbina és una màquina ______________ que trans-forma l’energia potencial i cinètica de l’aigua, el vapor o un gas en energia ______________.

3. L’energia mecànica produïda a la turbina es conver-teix en energia elèctrica en l’ ______________.

4. El funcionament de les centrals ______________ es basa en la transformació de l’aigua en vapor en una caldera.

5. El ______________ és l’element principal d’una central nuclear. Dins d’aquest element es duu a terme una reacció de ______________ controlada per extreure’n la calor generada.

6. L’energia elèctrica generada a les centrals s’ha de transportar als llocs de ______________ mitjançant les línies de ______________ i distribució.

7. A les centrals ______________, l’energia potencial, acumulada en l’embassament, es transforma en energia cinètica quan l’aigua baixa fins a la turbina per la canonada forçada.

8. A les centrals solars de torre central s’utilitzen els ______________ per recollir les radiacions solars. Els rajos recollits es reflecteixen en una caldera situada a la torre.

9. La producció d’energia elèctrica a partir de la força del vent es duu a terme a les centrals ______________. Els encarregats de fer aquesta conversió són els ______________.

10. Una central geotèrmica produeix energia elèctrica a partir de la producció de vapor a causa de la diferèn-cia de ______________ que hi ha entre la superfície i l’interior de la ______________.

Paraules clau

alternador, eòliques, Terra, hidràuliques, mecànica, trans-port, fissió, heliòstats, temperatura, consum, tèrmiques, rotativa, elèctrica, aerogeneradors, reactor

65


UNITAT D

E MOSTRA

Tasques 1. Si el preu de l’electricitat és de 0,117759 €/kWh i una família mitjana estalviés el 20 % de l’energia que con-

sumeix, quin estalvi econòmic anual li representaria?

2. Segons el diagrama de sectors, en quin ús es gasta més energia a les llars espanyoles? En quin se’n gasta menys? Per què creus que passa, això?

3. A la llista s’apunten les deu regles d’or per a l’estalvi elèctric. Llegeix-les amb deteniment i escriu cinc regles d’estalvi per a la il·luminació i cinc per a la nevera.

4. L’automòbil és el consumidor d’energia més gran de les families. Escriu cinc regles d’estalvi per a l’ús del cotxe que ens permetin ser més eficients energèticament.


66

L’eficiència energèticaL’Institut per a la Diversificació i l’Estalvi d’Energia (IDAE) és un or-ganisme del Ministeri d’Indústria, Turisme i Comerç que té com a objectiu fomentar l’eficiència energètica i incentivar el desenvo-lupament de les energies renovables a l’Estat espanyol. Segons l’IDAE, l’energia que consumeixen les famílies representa al voltant del 30 % del consum energètic total d’Espanya, i es reparteix entre el 12 % al cotxe i el 18 % a la llar.

Per usos, el consum de les llars espanyoles està encapçalat per la ca-lefacció, com podem observar en el gràfic de sectors. Si tota l’energia que consumissin les famílies fos elèctrica, en una llar mitjana, amb un consum aproximat de 4 000 kWh, el repartiment seria el que es mostra al gràfic. Tenint en compte que molta de l’energia elèctrica que consumim l’obtenim a partir de combustibles fòssils, quan estalviem electricitat a casa nostra, contribuïm a ser més eficients energèticament.

il·luminacióaire condicionat

calefacciócuina

electrodomèsticsaigua calenta

Les deu regles d’or de l’estalvi elèctric 1. Apaga els llums quan surtis de l’habitació.

2. Utilitza bombetes de baix consum.

3. Utilitza la dutxa en lloc de la banyera.

4. No deixis la nevera oberta.

5. No deixis el televisor, l’ordinador i altres aparells elèctrics en espera.

6. Aprofita tota la capacitat de la rentadora, el rentaplats i l’assecadora.

7. No deixis l’ordinador o el televisor encesos si no els estàs utilitzant.

8. Utilitza electrodomèstics amb etiqueta d’eficiència energètica A+ o A++.

9. No regulis la temperatura del termòstat per sobre dels 21 °C a l’hivern ni per sota dels 24 °C a l’estiu.

10. Si tens la calefacció o l’aire condicionat encesos, no obris portes ni finestres.

aigua calenta

il·luminació

aire condicionat

ordinador

forn elèctric

microones

rentadoraassecadora

rentaplats

nevera

vitroceràmica

televisor

calefacció

petit electrodomèstic

3 %

18 %

1 %

1 %

2 %

4 %

8 %

2 %2 %

18 %

9 %

10 %

7 %

15 %


UNITAT D

E MOSTRA

La central fotovoltaica de l’IES Ramon LlullA l’IES Ramon Llull s’han plantejat instal·lar una central fotovoltaica que es connecti a la xarxa per vendre l’energia produïda. La instal·lació té els objectius següents:

• Utilitzar recursos renovables.

• Generar un estalvi econòmic i mediambiental.

• Explicar als membres de la comunitat educativa i de la ciutat el benefici d’aquest tipus de recursos.

Ens han presentat algunes dades per tal que valorem el projecte.

• L’esquema de la instal·lació connectada a la xarxa.

• Les característiques de la instal·lació.

• La producció que tindrà la instal·lació per mesos.

Tasques 1. Quina energia primària utilitza la central fotovoltaica projectada? I com es pot generar un estalvi econòmic

amb la instal·lació?

2. Descriu breument la instal·lació projectada.

3. Representa en un gràfic de barres la producció mensual reflectida a la taula anterior i comenta’l breument.

4. Calcula, utilitzant la taula següent, els ingressos de la instal·lació i el temps que es tardaria a amortitzar-la:

6767

Gener Febrer Març Abril Maig Juny Juliol Agost Setembre Octubre Novembre Desembre

kWh/mes 961 1024 1674 1860 2 077 2160 2 418 2 201 1920 1612 1110 930

ingressos

• El cost de la instal·lació és de 60 000 €.

• El preu que ens paga la companyia per quilowatt hora que li venem és 0,465897 €/kWh.

Gener Febrer Març Abril Maig Juny Juliol Agost Setembre Octubre Novembre Desembre

kWh/dia 31 43 54 62 67 72 78 71 64 52 37 30

kWh/mes 961 1 204 1 674 1 860 2 077 2 160 2 418 2 201 1 920 1 612 1 110 930

Nombre de panells fotovoltaics 100

Inclinació 30°

Potència del panell fotovoltaic 150 W

Potència instal·lada 15 000 W

Superfície necessària 150 m2

inversor CC-CA 120 V - 220 V o 120 V

comptador


UNITAT D

E MOSTRA

1. Per què les energies renovables també s’anomenen energies alternatives?

2. Indica a quin tipus de central corresponen les afirma-cions següents:

a) Gràcies a la força de gravetat del Sol i la Lluna podem obtenir energia.

b) El sistema d’orientació és indispensable perquè funcioni correctament.

c) Aquesta central necessita convertir el corrent continu en corrent altern.

d) Els heliòstats s’orienten constantment.

e) Per un tub s’injecta aigua i per un altre surt vapor.

f ) Converteix l’energia potencial en energia cinètica.

3. Fes un esquema simplificat d’una central mareomo-triu i descriu-ne el funcionament.

4. La figura representa un sistema d’aprofitament de l’energia solar de baixa temperatura com els que s’instal·len als habitatges. Observa’l i explica com funciona.

5. Indica si les afirmacions següents són certes o fal-ses:

a) L’energia eòlica s’aprofita actualment només per generar energia elèctrica.

b) Podem comparar les paletes d’un aerogenerador amb els àleps d’una turbina.

c) El nombre de voltes de l’eix de la turbina dismi-nueix per poder moure l’aerogenerador.

d ) L’aerogenerador no necessita un sistema d’orien- tació.

e) Els parcs eòlics se situen en llocs on el vent té unes característiques determinades de velocitat i continuïtat.

6. Les centrals tèrmiques elèctriques aprofiten entre el 30 % i el 40 % de l’energia que se’ls subministra. És a dir, entre el 70 % i el 60 % es perd.

En el diagrama es mostra on tenen lloc aquestes pèr- dues en una central tèrmica convencional i el valor que tenen.

a) Completa l’esquema següent per a una central nuclear:

b) Fes un diagrama semblant per a una central hi-dràulica.

c) Per què creus que a les centrals hidràuliques el rendiment (al voltant del 85 %) és molt més alt?

Activitats finals

68

canonada de coure

col·lector

bomba

vidre aïllantintercanviador

de caloraiguacalenta

aigua freda

Energia primària subministrada - 100 %

Energia aportada per la caldera -84%

Energia a l’eix del turboalternador - 37%

Pèrdua ala caldera

Pèrdua en lacondensació

Pèrdua al grup turboalternador36 %

16%

47%

1%

Energia primària subministrada - ..............

Energia al...................de vapor - .......%

Energia a l’eix del....................................-.......%

Pèrdues perconducció

Pèrdua en la .........................

Pèrdua al turboalternador33%

15%

1%

......

Energia primària subministrada - 100 %

Energia aportada per la caldera -84%

Energia a l’eix del turboalternador - 37%

Pèrdua ala caldera

Pèrdua en lacondensació

Pèrdua al grup turboalternador36 %

16%

47%

1%

Energia primària subministrada - ..............

Energia al...................de vapor - .......%

Energia a l’eix del....................................-.......%

Pèrdues perconducció

Pèrdua en la .........................

Pèrdua al turboalternador33%

15%

1%

......


UNITAT D

E MOSTRA

7. Indica les dues màquines necessàries per produir energia elèctrica.

8. Com es diu l’energia que les centrals utilitzen per transformar-la en elèctrica?

9. Quins tipus d’energia es fan servir per produir energia elèctrica? Classifica-les segons que siguin renovables o no renovables.

10. Observa el mapa de les principals centrals elèctriques a Espanya i respon les preguntes següents:

a) On estan situades la majoria de les centrals tèrmiques de carbó?

b) On creus que estan situades les centrals hidràuliques?

c) Elabora una taula amb les centrals de Catalunya. Indica-hi on estan situades i de quin tipus són.

11. Observa el repartiment de la producció de les diverses centrals l’any 2000 i compara’l amb el de l’any 2008 co-mentant-ne les diferències.

69




nuclears


hidràuliques

solars

eòliques

geotèrmiques

mareomotrius

Conca carbonífera

Gas natural

Petroli

Urani

Central hidràulica

Central nuclear

Central solar

Central tèrmica


energia del vent



Jaciments energètics i centrals de producció d’energia a Espanya.




nuclears


hidràuliques

solars

eòliques

geotèrmiques

mareomotrius

Conca carbonífera

Gas natural

Petroli

Urani

Central hidràulica

Central nuclear

Central solar

Central tèrmica


energia del vent



renovables17,11 %

tèrmiques55,26 %

nuclear27,62 %

Participació de les diverses centrals en la producció d’energia elèctrica a Espanya a l’any 2000. Font: IDAE.

renovables 18,9 %

nuclear 18,7 %tèrmiques 62,4 %

Participació de les diverses centrals en la producció d’energia elèctrica a Espanya a l’any 2008. Font: IDAE.


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

176

4N

OV

ES

TE

CN

OL

OG

IES

Robòtica 2

1. Robot Imagina3dBot

2. Robot mOway

3. Microbot de Picaxe

4. PrintBot Renacuajo de bq

9188_llibre_alumne noves_tec_CAP_04_cat.indd 176 03/05/16 08:33

UNITAT D

E MOSTRA

177

L’empresa Innova Didactic ofereix un kit didàctic per al muntatge d’un robot multifuncional Ima-gina 3DBot, ideal tant per a Educació Primà- ria com per a Educació Secundària (ESO). Es pot programar amb tecnologia Picaxe i amb l’Scratch 2.0 (connectat o desvinculat del cable USB de programació).

El robot mOway és una eina educativa i inter-disciplinària que pot ser molt útil als centres educatius. Permet als estudiants descobrir què és la programació a través d’un programari sen-zill i intuïtiu, basat en diagrames de flux, anome-nat MowayWorld.

El microbot de Picaxe proporciona als estu-diants una eina econòmica i molt interessant per entrar en el món de la robòtica. Es pot programar fàcilment amb una eina gràfica de diagrames de flux anomenada Logicator.

El PrintBot Renacuajo de bq és una bona eina perquè els alumnes s’iniciïn en el món de l’electrònica i de la robòtica. La programació del robot es fa a través d’una plataforma en línia anomenada Bitbloq. Ens ofereix també la pos-sibilitat d’obtenir les peces de la seva estructura mitjançant impressió en 3D.


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

178

1. Robot Imagina3dBot

El robot Imagina3dBot ha estat dissenyat i fabricat per l’empresa Innova Didac-tic. S’obté de manera ràpida mitjançant el muntatge d’un kit que posteriorment podrem programar de manera senzilla, tant en tecnologia Picaxe com en l’Scratch 2.0.

Els principals components de l’Imagina3dBot són els següents:

• La placa de control Imagina Android, que porta incorporat el microcontrola-dor Picaxe 20M2.

• La placa de control (driver) de motors L293D.

• Una placa amb dos sensors de línia CNY70.

• Sistema motriu compost per dos motors reductors cablejats.

• Un brunzidor CY-5V.

• Un mòdul Bluetooth.

• Un sensor ultrasònic.

• Un cable pla Dupont.

• Alimentació mitjançant un portapiles de 4 piles AA.

• Xassís de plàstic format per diferents peces que es poden obtenir mitjançant impressió en 3D.

Per programar el robot Imagina3dBot utilitzarem l’Scratch 2.0.

Per a més informació podeu visitar el web: http://qr.teide.eu/00KX

Taller d’informàtica1. Control de dos motors de cc

En aquest taller farem que el robot es desplaci cap endavant i cap enrere du-rant un temps determinat. Per fer-ho utilitzarem els dos motors A i B alhora.

Per programar el robot en Scratch 2.0 hem de tenir instal·lat el programa de comunicacions S2P. Aquest programa es pot descarregar des de l’adreça http://qr.teide.eu/00KY. Hi ha disponibles les versions per a Windows, Mac i Linux.

1. Connectem el nostre robot a l’ordinador mitjançant el cable de programa-ció.

2. Activem el programa S2P.exe. Seleccionem PICAXE-20M2, el COM Port assignat i la plantilla (Template for New Scratch Project) per a picaxe-20m2-sb2.

3. Fem clic a Download Comunicator Program per transmetre el programa de comunicació a Picaxe (firmware).


UNITAT D

E MOSTRA

NOVES TECNOLOGIES 4

179

4. Fent clic a Connect s’establirà l’enllaç entre l’Scratch 2.0 i Picaxe. Ob-servarem que l’indicador canvia de groc a verd.

5. Executem l’Scratch 2.0 fent clic a Open. D’aquesta manera es carregarà el bloc d’instruccions de Picaxe.

6. Si fem clic a Más bloques de la paleta, trobarem totes les instruccions per llegir entrades i activar sortides de Picaxe.

7. Implementem el programa següent a l’àrea de programació:

8. En comprovem el funcionament clicant a sobre de la bandera verda i desarem el programa.

9. Obrim l’aplicació S2P i cliquem a Disconnect. En aquesta aplicació s’ha de passar al Mode 2 Remote Run (Convert Scratch to PICAXE BASIC).

10. Clicar a Program i seleccionar l’arxiu de Scratch que havíem desat ante-riorment. Obrim i cliquem a Ok. Automàticament, el programa s’envia a la placa del robot.

11. Desconnectem el cable de programació i iniciem l’alimentació amb les piles.

12. En comprovem el funcionament.

Ampliació. Es tracta de programar el robot Imagina3d-Bot perquè faci un moviment quadrangular de manera INDEFINIDA. Per fer-ho, pots fer servir l’estructura de control Repetir.

Si es comprova el fun-cionament amb el cable connectat, és normal que els dos motors no es posin en marxa ni s’aturin exactament al mateix temps. Aquest problema desapareix quan es transmet el programa al robot en mode 2 (desvinculat de l’ordinador).


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

180

Taller d’informàtica2. Rastrejador de línies

En aquest taller d’informàtica farem servir els dos sensors de línia o sensors infrarojos (IR) del robot. Un sensor IR és un dispositiu que detecta la llum reflectida i, per tant, és capaç de diferenciar entre blanc i negre o clar i fosc. Es tracta d’un component digital que, a sobre d’una superfície negra, torna 0, i, a sobre d’una superfície blanca, torna 1.

Per tant, podem fer que el robot Imagina3dBot es comporti com un seguidor o rastrejador de línies.

Els apartats de l’1 al 6 i del 8 al 12 són els mateixos que en el taller anterior.

1. Implementem el programa que es mostra a continuació:

a) Quan els dos sensors, SI i SD, són sobre la línia negra, el robot avança.

b) Si el sensor dret, SD, no és a sobre de la línia negra, és a dir, detecta blanc, el robot gira a l’esquerra. Per fer-ho, el motor A s’ha d’aturar i el motor B ha de continuar avançant.

c) Si el sensor esquerre, SI, no és a sobre de la línia negra, és a dir, detecta blanc, el robot gira a la dreta. Per fer-ho el motor B s’ha d’aturar i el motor A ha de continuar avançant.

d ) Quan cap dels dos sensors, SI i SD, és a sobre de la línia negra, és a dir, detecten blanc, el robot no rastreja la línia i, per tant, s’ha d’aturar.

Ampliació. Modifica el programa anterior perquè, quan el robot passi per un túnel, s’encengui el led vermell connectat a la sortida (B6).

Per fer-ho s’ha d’utilitzar l’entrada analògica (C1) de l’LDR.


UNITAT D

E MOSTRA

NOVES TECNOLOGIES 4

181

Taller d’informàtica3. Control del robot mitjançant infrarojos

En aquest taller aprendrem a controlar el robot amb el comandament del televisor, configurat mitjançant l’estàndard de Sony. També es pot controlar amb el mòbil, si disposa d’emissor d’infrarojos.

Els apartats de l’1 al 6 i del 8 al 12 són els mateixos que en el taller d’informàtica 1.

1. El programa que es mostra a continuació fa que el robot avanci, retrocedeixi, pivoti cap a l’es-querra, pivoti cap a la dreta i s’aturi.

A cada tecla li assignem una funció:

2 avançar

5 aturar

8 retrocedir

4 pivotar a l’esquerra

6 pivotar a la dreta

Per llegir la tecla premuda del comandament farem servir la instrucció:

Podem visualitzar a l’escenari la tecla polsada si marquem l’entrada IR d’aquesta manera:

Si quan es comprova el funcionament amb el cable connectat, els motors no s’activen cor-rectament, és que el port USB no proporciona prou intensitat. Per solucionar-ho cal connec-tar les piles.


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

182

Taller d’informàtica4. Mesurament de distàncies amb el sensor ultrasònic

En aquest taller programarem el sensor ultrasònic per fer mesuraments de distància. Aquest sensor és un disposi-tiu que utilitza ones ultrasòniques per saber la distància a la qual es troba un objecte. Consta de dues parts: emis-sor i receptor.

El seu funcionament es basa en l’emissió d’una ona ultrasònica (inaudible per a l’ésser humà) que viatja a través de l’aire fins que xoca contra algun objecte que té a davant. En el moment del xoc, rebota i torna al sensor, de manera que permet que el receptor la capti. Per tant, es pot calcular la distància a la qual es troba un objecte que té a davant de la manera següent:

• Com ja sabem, la velocitat a la qual viatja el so a través de l’aire és de prop de 340 m/s. Mesurant el temps que triga l’ona a anar i tornar sabrem la distància a l’obstacle.

distància = v · t / 2 = 340 · t / 2

• En l’expressió anterior, t és el temps, en segons, que triga l’ona a recórrer el camí d’anada i tornada.

• El temps es divideix entre 2 perquè l’ona fa dos recorreguts: l’anada i la tornada.

Els apartats de l’1 al 6 són els mateixos que en el taller d’informàtica 1.

1. Implementem el programa següent:

2. Comprovem el funcionament del programa clicant a sobre de la bandera verda. Si col·loquem la mà davant del sensor ultrasònic i l’allunyem a poc a poc, observa-rem que el gat es va desplaçant els mateixos passos que la distància que hi ha entre el sensor i la mà.


UNITAT D

E MOSTRA

NOVES TECNOLOGIES 4

183

Taller d’informàtica5. Robot explorador autònom

En aquest taller d’informàtica continuarem equipant el robot Imagina3dBot amb el sensor ultrasònic i el programarem de manera que funcioni autòno-mament per explorar el seu entorn evitant els obstacles.

Els apartats de l’1 al 6 i del 8 al 12 són els mateixos que en el taller d’informàtica 1.

1. A continuació es mostren dos programes. Primer implementarem el de l’esquerra, en el qual el robot va avançant fins que es troba un obstacle a menys de 20 cm i s’atura. Quan l’objecte desapareix, el robot comença a avançar.

Mitjançant el programa de la dreta, el robot s’atura quan troba un obstacle i gira a la dreta un temps determinat (en aquest cas, un segon). A conti-nuació continua avançant.


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

184

Taller d’informàtica6. Control per Bluetooth

En aquest taller aprendrem a controlar el nostre robot Imagina3dBot mit-jançant el mòbil a través de Bluetooth. Per fer-ho col·locarem el mòdul Blue-tooth sobre la placa Imagina Android.

Els apartats de l’1 al 6 i del 8 al 12 són els mateixos que al taller d’informàtica 1.

1. Implementarem el programa que tens a la imatge de la dreta:

Instal·larem una aplicació anomenada Imagina3d-Bot que descarregarem de Google Play.

El robot es pot controlar mitjançant fletxes o el gi-roscopi del telèfon mòbil. Es fa la connexió i, a tra-vés del botó Control, es tria entre control per fletxes o control per orientació.

Control per fletxes. Control per orientació.


UNITAT D

E MOSTRA

NOVES TECNOLOGIES 4

185

2. Robot mOway

Ara treballarem amb el robot mOway, que és un dispositiu dissenyat principal-ment per dur a terme aplicacions pràctiques de robòtica mòbil.

El minirobot mOway ha estat creat per l’empresa MiniRobots i, per programar-lo, utilitzarem l’aplicació MowayWorld, basada en diagrames de flux. Es pot descarregar lliurement a la web que trobaràs a http://qr.teide.eu/00KZ.

La utilització del mOway potencia el desenvolupament d’habilitats personals com la creativitat, l’interès per continuar aprenent i el treball en equip.

Taller d’informàtica

7. Seguidor de línia

En aquest taller programarem el robot mOway perquè pugui seguir una línia negra fins i tot en la foscor. Per fer-ho farem servir els dos sensors infrarojos de línia del robot i el programarem perquè circuli amb els llums encesos, de manera que es pugui visualitzar la pista.

Segons el valor dels sensors de línia hi haurà quatre estadis diferents i, segons l’estat, el mOway haurà de fer una acció determinada:

IR esquerre IR dret Acció

negre negre El robot està en la posició correcta. Ha de conti-nuar avançant.

negre blanc El robot s’està desviant a la dreta. Ha de girar a l’esquerra.

blanc negre El robot s’està desviant a l’esquerra. Ha de girar cap a la dreta.

blanc blanc El robot ha perdut el rastre de la línia negra. S’ha d’aturar i ha d’apagar els llums.

Per a més informació podeu visitar el web: http://qr.teide.eu/00L0


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

186

1. El primer bloc que col·locarem serà una pausa de 2 segons.

2. En segon lloc col·locarem el bloc de llums perquè s’encenguin tots men-tre el robot estigui en moviment.

3. A continuació col·locarem el primer dels blocs de línia corresponent al primer estat de la taula anterior. Introduirem, també, l’acció associada, que correspon a un avançament recte.

4. Completarem el programa amb els tres blocs de línia restants i les accions associades a cada un d’ells. Convé recordar que, quan el robot s’aturi, s’han d’apagar tots els llums.


UNITAT D

E MOSTRA

NOVES TECNOLOGIES 4

187

Taller d’informàtica8. El robot tancat que expulsa objectes

En aquesta activitat combinarem el taller d’informàtica «Tancament del robot», que es va fer en el curs anterior, amb l’ús dels sensors d’obstacles del mOway.

El robot, mentre estigui tancat a l’interior de la zona delimitada per la línia negra, anirà expulsant els objectes d’aquesta zona.

• La primera part del programa consisteix a mantenir el robot a l’interior de la zona de-limitada per la línia negra. S’ha de com-provar si els sensors de línia detecten la línia negra de contorn. Si és així (condició veritable), el robot fa un gir d’uns 126°. Al contrari, si no es detecta la línia negra del contorn (condició falsa), el mOway continua avançant en línia recta.

• La segona part del programa s’encarrega de detectar obstacles i d’expulsar-los, tal com s’explica a continuació:

1. El primer bloc condicional comprova si algun dels sensors d’obstacles centrals (dret o esquerre) ha detectat cap objecte.

Si és així, el llum superior vermell fa pam-pallugues i el programa torna al principi. Per tant, si el robot no ha arribat a la línia negra del contorn, avançarà i empenyerà l’objecte fora de la zona.

2. El segon mòdul condicional comprova si el sensor d’obstacles esquerre detecta cap objecte. Si és així, el robot gira 10° a l’esquerra per enfrontar-se a l’obstacle.

Pas 1.

Pas 2.


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

188

3. El tercer mòdul condicional comprova si el sensor d’obstacles dret detecta cap ob-jecte. Si és així, el robot gira 10° a la dreta per enfrontar-se a l’obstacle.

4. El programa complet és el següent:

Si es carrega el programa en dos mOways, tots dos «lluitaran» a l’interior de la zona delimitada per la línia negra. El robot que aconsegueixi empènyer el seu oponent fora de la zona delimitada es proclamarà vencedor.

Pas 3.


UNITAT D

E MOSTRA

NOVES TECNOLOGIES 4

189

3. Microbot de Picaxe

Com recordaràs, el microbot de Picaxe és un petit robot autònom, amb un preu econòmic i programable, que resulta molt útil per introduir-nos al món de la robòtica.

Per programar-lo continuarem utilitzant el Logicator, que és una aplicació ba-sada en un entorn gràfic, fàcil d’usar i dissenyada per d’ajudar els usuaris a programar els xips de Picaxe fàcilment. Per a més informació sobre

aquest minirobot es pot visitar el web:http://qr.teide.eu/00L1.

Taller d’informàtica

9. El microbot troba la sortida

En aquest taller d’informàtica utilitzarem els bumpers (para-xocs) del microbot perquè aquest pugui trobar la sortida. Programarem el minirobot perquè no comenci a avançar fins que pressionem el polsador.

A continuació es presenta el programa complet:

Observant el programa anterior podem concloure:

• El robot no començarà a moure’s fins que premem el polsador.

• Quan el microbot xoca amb el bumper dret, retrocedeix cap a la dreta i durant un segon s’encén el led dret.

• Quan el microbot xoca amb el bumper esquerre, retrocedeix cap a l’esquerra i durant un segon s’encén el led esquerre.

• Si el robot no troba cap paret en el camí, avançarà en línia recta.

• El programa s’executarà indefinidament fins que el robot trobi la porta de sortida i aconsegueixi sortir del recinte.


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

190

4. PrintBot Renacuajo de bq

Com deus recordar, el PrintBot Renacuajo és un minirobot dissenyat i fabricat per l’empresa bq. S’obté mitjançant el muntatge d’un kit que, posteriorment, es pot programar de manera senzilla.

Per programar el robot Renacuajo utilitzarem el Bitbloq, un entorn web de programació per blocs (http://qr.teide.eu/00L2).

Taller d’informàtica10. Moviment del Renacuajo

En aquest taller farem que el PrintBot avanci i retroce-deixi alternativament, dos cicles complets, en una di-recció determinada. Per fer-ho, a l’hora de confeccionar el programa, utilitzarem l’estructura de control Mentre. A més, hem afegit dos leds a la part posterior del Re-nacuajo que s’il·luminaran sempre que el robot retroce-deixi.

A continuació es mostra la programació estructurada mitjançant el programa principal i cada una de les fun-cions assignades a una acció concreta que ha de dur a terme el robot.

Per a més informació podeu visitar el web http://qr.teide.eu/00L3.


UNITAT D

E MOSTRA

NOVES TECNOLOGIES 4

191

11. Rastrejador o seguidor de línia

De la mateixa manera que vam veure en els tallers d’informàtica 2 i 7 amb els robots Imagina3dBot i mOway, respectivament, programarem el robot Rena-cuajo perquè pugui seguir la línia negra, de manera que quan travessi un túnel s’encenguin automàticament els dos leds que hem col·locat als ex-trems de la part posterior. També és necessari equipar el Renacuajo amb un sensor de llum (LDR), que hem situat a la zona central de la part posterior.


UNITAT D

E MOSTRA

Tecnologia

192

Per tant, implementarem el programa seguint les mateixes pautes que s’han tingut en compte en els tallers que hem fet més amunt.


UNITAT D

E MOSTRA

NOVES TECNOLOGIES 4

193

Robot entrant al túnel. Robot sortint del túnel. Es poden veure els dos leds encesos.

Ampliació. Es tracta de programar el Renacuajo, mitjançant la utilització dels sensors IR, perquè es mogui per sobre de la superfície blanca sense sor-tir del seu contorn, és a dir, no ha de caure d’una taula.

Cada vegada que el robot retrocedeix s’hauran d’encendre els dos leds de la part posterior. A més, es canviarà el sensor de llum utilitzat en el taller anterior per un brunzidor, que sonarà durant 300 mil·lisegons quan un o tots dos sensors IR detectin l’«abisme».


UNITAT D

E MOSTRA

252

Circuit de velocitatGrup d’alumnes recomanat: 2Durada aproximada: Variarà en funció del nombre d’activitats competencials que es facin i del temps que es dediqui a cada una.

Pro

po

ste

s d

e t

reb

all

10Materials Eines

• minirobot programable amb sensors IR

• 1 placa Imagina Android

• 1 sensor digital d’infrarojos per al comptatge

• 1 sensor de moviment PIR

• làmina per a la pista

• fil d’uns 60 cm de longitud

• regle graduat

• transportador d’angles

• cronòmetre

Descripció i anàlisi del problema

Un minirobot circula per una pista de curses com la de la figura, formada per dues semicircumferèn-cies unides per dos trams rectes. El robot es mou sobre la pista a velocitat constant, v, gràcies a un programa seguidor de línies que hem carregat prè-viament i que hem treballat a la unitat de Noves Tecnologies «Robòtica 2».

En un punt de la perifèria de la pista es col·loca un sensor fotoelèctric d’infrarojos que comptarà les voltes que fa el robot. Així mateix, es col·locarà un sensor de moviment PIR per detectar possibles intrusos.

Problema per resoldre:

1. Resolució d’activitats matemàtiques relacio-nades amb la geometria de la pista.

2. Implementació del programa d’un seguidor de línia, càrrega al minirobot i comprovació del seu funcionament.

3. Càlcul de la velocitat del robot a la pista.

Nota: La làmina de pista se subministra amb el llibre de text.

4. Comptatge automàtic del nombre de voltes del minirobot.

5. Detecció d’intrusos a la pista.

6. Utilització de Software PSeInt per al càlcul de la velocitat del robot.

9188_libr_alum_CAP_propuestas.indd 252 03/05/16 10:06

UNITAT D

E MOSTRA

253

Circuit de velocitat

Condicions inicials

• Per a la realització de cada una de les activitats proposades es farà servir la làmina de pista subministrada amb el llibre de text.

• S’utilitzarà, com a suport de la làmina on ve dibuixada la pista, un tauler de fusta artificial, aglomerat, DM, contra-placat, cartró, etc.

Activitats matemàtiques

Pren la làmina de la pista que acompanya el llibre de text i realitza les activitats proposades duent a terme les accions corresponents.

1. Mesura, amb el transportador d’angles, l’angle central a de la circumferència interior esquerra (línia negra i vermella). Mesura, amb el transportador d’angles, l’angle interior inscrit b de la circumferència interior esquerra.

2. Quina relació hi ha entre la mesura de l’angle central a i la mesura de l’angle inscrit b?

3. Calcula la longitud de l’arc, La, corresponent a l’angle a de la circumferència interior.

4. Observa la circumferència interior esquerre i anota a la llibreta la fracció de circumferència corresponent a cada arc, seguint la pauta mostrada a la taula següent:

Arc Part del total de la circumferència

360 o 1

270 o 3/4

180 o

90 o

30 o

5. Agafa un fil d’uns 60 cm de longitud i anota, a la segona columna, la mesura de l’amplitud de cada un dels arcs de la circumferència interior esquerra. Pots utilitzar cinta o pasta adhesiva per subjectar el fil sobre la làmina.

Angle Mesura obtinguda de la longitud d’arc

(La)

Valor teòric de la longitud de la circumferència

(L)

Relació

La /L

360 o

270 o

180 o

90 o

30 o

6. Calcula l’àrea del sector circular marcat en color blau.

7. Determina la superfície de color negre corresponent a la pista.


UNITAT D

E MOSTRA

254


Seguidor de línia

Implementa el programa corresponent al seguidor de lí-nies o rastrejador; carrega’l en aquest robot, seguint les indicacions de la unitat de Noves Tecnologies Robòtica 2, i comprova’n el funcionament sobre la làmina de pista.

Velocitat del robot

Ara calcularem la velocitat del robot quan circula per la pista, aplicant l’equació corresponent del moviment.

1. Pren com a referència la línia blanca corresponent a l’eix de simetria de la pista negra. Obtén les mesures correspo-nents a cada tram de la pista i al total.

Tram AB Tram BC Tram CD Tram DE Total pista

Espai trams pista (cm)

2. Col·loca el robot sobre la línia en el punt A, posa’l en funcionament i, amb un cronòmetre (es pot utilitzar una aplica-ció del mòbil), anota a la taula els temps invertits a les voltes assenyalades. Calcula i anota també l’espai recorregut per a les voltes que s’han fet.

1 volta 2 voltes 3 voltes 4 voltes 5 voltes

Temps, t (s)

Espaci recorregut, e (cm)

3. En un full de paper mil·limetrat, realitza la repre-sentació gràfica a la taula anterior. A l’eix d’ordenades hi representarem l’espai recorregut i a l’eix d’abscisses, el temps.

4. Calcula el valor de la velocitat mitjana del robot dividint l’espai recorregut pel temps invertit per a un dels recorreguts, i completa la taula següent:

1 volta 2 voltes 3 voltes 4 voltes 5 voltes

Velocitat mitjana, v (cm/s)

5. Has obtingut exactament el mateix valor de velocitat en tots els recorreguts? Per què?

8 124

173,6

86,8

347,2

260,4

434

e (cm)

16 20 24 t (s)4028 32 36


UNITAT D

E MOSTRA

255


6. Calcula la velocitat del robot, en cm/s i en km/h, si tarda 9 s a fer el recorregut d’una volta completa.

7. Si la velocitat del robot és de 14,46 cm/s, calcula el temps que triga a fer una volta al circuit.

8. Calcula el nombre de voltes que fa el robot al circuit quan circula a una velocitat de 12 cm/s durant un temps d’1 minut i 12 segons.

Temps invertit en una volta: ____________

Temps total que el robot està circulant en segons: ____________

Nombre de voltes: ____________

Comptatge automàtic del nombre de voltes

En aquesta activitat, a més de fer servir el nostre robot, utilitzarem la placa Imagina Android i un sensor digital d’infrarojos que connectarem a l’entrada C3.

1. Col·loca la làmina de pista sobre un suport (fusta, cartró, cartró ploma, etc.) les dimensions del qual siguin una mica més grans que la làmina. Per subjec-tar la làmina al suport pots fer servir xinxetes o cinta adhesiva.

2. Connecta el sensor digital d’infrarojos a l’entrada C3 de la placa Imagina An-droid tal com es mostra a la fotografia del muntatge.

3. Implementa el programa següent:

En primer lloc, necessitem crear una variable, que anomenarem «robot» i ens indicarà el nombre de voltes que fa a la pista.

A més, crearem una altra variable, anomenada «memòria», per diferenciar seqüencialment en el temps quan està passant el robot pel punt de control i quan no.

4. Desa el programa i comprova’n el funcionament.

Compador de voltes.


UNITAT D

E MOSTRA

256


Detecció d’intrusos a la pista

En aquesta activitat instal·larem una alarma contra intrusos utilitzant un sensor de moviment PIR.

Un sensor PIR detecta la radiació infraroja que desprenen els éssers vius o cossos calents.

1. Fes servir el muntatge de la làmina de pista sobre el suport utilitzat en l’activitat anterior.

2. Connecta el sensor PIR a l’entrada C3 de la placa Imagina Android tal com es mostra a la fotografia del muntatge.

3. Implementa el programa següent:

Per fer més real l’alarma, afegirem el «personatge» d’una casa, de manera que el gat quedarà amagat a dins men-tre no soni l’alarma. Al contrari, quan el sensor detecti un intrús, el so de l’alarma farà aparèixer el gat. Des de Nou personatge escollirem Home Button.

4. Desa el programa i comprova’n el funcionament.


UNITAT D

E MOSTRA

257


257

Utilització del programari PSeInt per al càlcul de la velocitat del robot

Es tracta d’implementar un programa mitjançant pseudocodi, diagrama de flux i Python perquè calculi la velocitat del robot a partir de l’espai recorregut i el temps invertit a recórrer-lo. La velocitat s’expressarà en: cm/s, m/s, m/h i Km/h. Per a això utilitzarem el programari PSeInt.

1. Implementa a PseInt el programa següent, tal com hem fet en el tema de Programació. Recorda que pots fer-ho escrivint pseudocodi mitjançant les instruccions correspo-nents, o bé a partir del diagrama de flux.

3. Exporta el programa anterior des de PSeInt a Python i comprova’n el funcionament per a diferents valors.

2. Executa el programa per a diferents valors:


UNITAT D

E MOSTRA

unitat de mostra

Documents