TEMAS PROPUESTOS PROYECTOS INTEGRADORES PRIMER SEMESTRE 2016 El proyecto integrador permite evaluar los avances y logros en el desarrollo de las competencias genéricas a cargo de las diferentes asignaturas y que por su carácter teórico-práctico, posibilita el desarrollo de habilidades en contextos de aplicación, y que estos dos elementos informan del logro o no de la competencia asociada por la matriz de competencias al área de las Ciencias Básicas por cada una de las Escuelas de Ingeniería Ubicación del problema en un contexto real Describa el contexto real asociado al problema que solucionará, identificando efectos y posibles causas que se le presenten, ya sea de manera empírica (conocimiento previo o experiencia) o dentro de un marco teórico investigado (antecedentes), con objetivos medibles y alcanzables, de tal forma que mediante un prototipo demuestre el cumplimiento de ello. TEMAS 1.- CONSTRUCCIÓN DE UN TRABUCO (O TREBUCHET) A ESCALA. Mucho antes que se inventaran cañones eficaces, existían aparatos capaces de demoler las murallas de los castillos arrojando proyectiles con una masa mayor que media tonelada. El trabuco (o trebuchet) fue inventado en China y tuvo una participación importante en la expansión de los imperios mongol e islámico. Como parte de una temprana aplicación de la guerra bacteriológica, su uso contribuyó a la propagación de la peste negra que asoló Europa, Asia y el norte de África durante el siglo XIV. (Figura 1). En una reconstrucción moderna, realizada en Inglaterra, se logró lanzar un Volkswagen a una distancia de ochenta metros utilizando un contrapeso de treinta toneladas. Figura 1. Modelo a escala de un trabuco. PROPUESTA: Genere un contexto donde su trabuco puede ser utilizado en la resolución de un problema del Municipio. Construya un modelo a escala de un trabuco, agregando la mayor cantidad posible de perfeccionamientos técnicos. Un análisis matemático (o una simulación
numérica) del funcionamiento del modelo debe mostrar cuál es la energía cinética proporcionada al proyectil y cuál es su alcance. Finalmente, en la presentación, el proyectil debe acertar a un canasto colocado a 5 metros exactos del trabuco modelo. 2.- CONSTRUCCIÓN DEL MOTOR ELÉCTRICO MÁS SIMPLE. Probablemente el motor eléctrico más simple se puede construir con ocho chinches, tres clips sujetapapeles, dos clavos de cierta medida, un trozo de madera y una cierta cantidad de alambre barnizado de cierta medida Figura 1. Para hacer que el motor terminado gire, puede ser necesario darle al rotor un empujón inicial. A medida que el rotor gira, los dos conmutadores deben tocar simultáneamente las dos escobillas; de modo que puede ser necesario ajustar la posición de los dos sujetapapeles de soporte para poner el rotor en su posición correcta (Figura 2) Figura 2. 2 PROPUESTA: Construir el motor eléctrico más simple posible, y un análisis acompañado de un diagrama claro y completo debe mostrar el sen=do de circulación de las corrientes eléctricas a lo
largo de cada uno de los alambres, de los campos magnéticos generados, y de las fuerzas que actúan sobre el rotor; haciéndolo girar. En la presentación, su motor eléctrico debe girar sin sobresaltos. Genere un contexto donde el motor eléctrico de este tipo puede ser utilizado en la resolución de un problema real. 3.- CONSTRUCCIÓN DE UN TONOSCOPIO ACÚSTICO El tonoscopio es un dispositivo acústico que permite desplegar, de un modo visual, el sonido de su voz. El dispositivo fue creado por el científico Hans Jeny para poder explorar los fenómenos oscilatorios. La comprensión de estos fenómenos es importante para el diseño y uso de muchos dispositivos cotidianos, desde instrumentos musicales hasta teléfonos. Figura 11 Tonoscopio en acción. PROPUESTA: Construir un tonoscopio con el mejor acabado posible. Debe investigarse cuáles son los modos naturales de vibración de una membrana tensa ya sea circular, cuadrada o rectangular según corresponda a la forma de su tonoscopio e identificar a estos con las figuras de Chladni que Ud. obtenga. En la presentación, su tonoscopio debe funcionar. Elabore un contexto donde el tonoscopio puede ser utilizado que no sea un teléfono ni instrumentos musicales, describiendo brevemente dicho uso. 4.- CONSTRUCCIÓN DE UNA CATAPULTA A ESCALA En el año 399 antes de Cristo, Dionisio el Viejo se preparaba para defender Siracusa ante una probable guerra con Cartago. Para esto, instituyo un plan de investigación y desarrollo. Formó equipos numerosos de especialistas, dividió el trabajo en tareas de magnitud manejable e instauró políticas de incentivos tanto sicológicos como materiales. El resultado fue un buen número de armas innovadoras. Entre ellas se encontraba la catapulta. Las primeras catapultas utilizaban la energía de deformación de un arco flexible (Figura 1).2 Estas máquinas disparaban proyectiles de piedra de hasta 162 kilógramos o flechas de hasta cuatro 1 http://mahinterncity/tumblr.com/post/58797160792/making-sound-waves-visible-diy-tono
metros de largo. El máximo alcance registrado para una flecha ordinaria (unos 70 cm de largo) es de 649 metros. Las catapultas tenían tal precisión que sus disparos podían concentrase en un solo lugar del campo de batalla con impactos repetidos. Figura 1. PROPUESTA: Genere un contexto donde su catapulta puede ser utilizada en la resolución de un problema real. Construir una catapulta a escala que contenga la mayor cantidad posible de perfeccionamientos técnicos para obtener un alcance máximo. (La utilización como arco flexible, de un amortiguador de automóvil ha probado no ser una buena idea.) Su catapulta debe ser capaz de disparar una flecha. Desde las primeras etapas de la construcción debe medirse la velocidad inicial de la flecha a partir de imágenes tomadas con un teléfono o una cámara. El alcance calculado en cada disparo debe correlacionarse con el obtenido experimentalmente mediante mediciones directas. Estas mediciones y cálculos deben estar documentados en cada una de las entregas. En la presentación, la catapulta debe funcionar en tiros repetidos. Además, debe acertar en un blanco situado a 5 m de distancia y a una altura prefijada. 5.- FUENTE DE HERON Para realizar el Proyecto Integrador La Fuente de Herón constituye un buen proyecto, ya que se aplican muchos de los principios básicos de la física, además de ser fácil su construcción. Este puede mostrar cómo la energía potencial se transforma en otro tipo de energía utilizando el agua
y la gravedad por un lado, y el aire y la compresión por el otro. Estos son los aspectos fundamentales de la neumática y la hidráulica. PROPUESTA: Construir una pileta de adorno de 1 m de altura, alimentada por una fuente de Herón que expulse un chorro de agua de 10cm de altura.- Plantee un contexto donde La Fuente de Herón puede ser utilizada en la resolución de un problema real. 6.- FECTO VENTURI El efecto Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye la presión cuando aumenta la velocidad al pasar por una zona de sección transversal menor. En ciertas condiciones, cuando el aumento de velocidad es muy grande, se alcanzan presiones negativas y entonces, si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido de este conducto, el cual se mezclará con el que circula por el primer conducto. PROPUESTA: Medir la rapidez del viento, que emite un ventilador con un tubo de Venturi.- Plantee un contexto donde el efecto Venturi puede ser utilizada en la resolución de un problema real.
7.- PROPULSAR UN PROYECTIL SIN CONBUSTION Cualquier objeto que sea lanzado en el aire con una velocidad inicial de dirección arbitraria, se mueve describiendo una trayectoria curva en un plano. Un proyectil es un objeto al cual se ha comunicado una velocidad inicial y se ha dejado en libertad para que realice un movimiento bajo la acción de la gravedad. Los proyectiles que están cerca de la Tierra siguen una trayectoria curva muy simple que se conoce como parábola. Para describir el movimiento es útil separarlo en sus componentes horizontal y vertical. PROPUESTA: Propulsar un proyectil (no por combustión) que alcance una altura de 3 m. con una carga de 300 gr. Plantee un contexto donde se aplique el lanzamiento de proyectiles para ser usada en la resolución de un problema real. 8.- PUENTE Un puente es una estructura vial con trazado por encima de la superficie que permite vencer obstáculos naturales como: ríos, quebradas, hondonadas, canales, entrante de mar, estrecho de mar, lagos y en ciudades para unir dos edificios, entre otros. PROPUESTA: Construir un puente (con palos de fósforo de horno ), que cruce 50 cm entre 2 mesas, y que resista un peso de 500 gr.- Plantee un contexto donde se haya construido un puente para un entrante de mar, señalando la escala en la que se encuentra su puente en relación al del contexto. 9.- GATA HIDRAULICA La gata hidráulica funciona por la aplicación del principio de Pascal, el cual establece que la presión en un tubo cerrado, es siempre la misma en todos sus puntos. Cuando el fluido, es un aceite, este es impulsado hacia un cilindro por acción de una bomba, sometido a una fuerza como la presión, que empujará a otro cilindro de diferente tamaño para lograr la elevación del brazo.
PROPUESTA: Construir una gata hidráulica que sea capaz de levantar un peso de 1 kg. hasta una altura de 20 cm.- Plantee un contexto donde se utilice la gata hidráulica, señalando la escala en la que se encuentra este en relación al del contexto. 10.- SISTEMAS DE FRENOS HIDRAULICO: Los frenos son un sistema que cuenta con dispositivos que tienen la función de reducir la velocidad o detener definitivamente la rotación de una rueda; En el caso de frenos hidráulicos utilizan la presión de un líquido (presión hidráulica) para forzar el mecanismo de frenos. Este consta esencialmente de dos componentes: el pedal del freno con un cilindro maestro y el mecanismo de freno de ruedas, junto con los tubos o conductos correspondientes y las piezas de sujeción. PROPUESTA: Construir un sistema de frenos hidráulicos Plantee un contexto donde se utilice un sistema de frenos hidráulico, señalando el máximo tiempo de frenado para una velocidad dada.
11.- ELEVADOR HIDRAULICO El elevador hidráulico es un aparatos mecánicos que es utilizado para levantar objetos pesados, estos son usados generalmente para levantar automóviles, para cambiar una rueda, también son usados estos elevadores hidráulicos para levantar aviones, autos de carreras, camionetas, containers entre otros. PROPUESTA: Elevador hidráulico que levante y baje una carga de 500 gr. en una altura de 50 cm. Plantee un contexto donde se utilice un elevador hidráulico, señalando la escala en la que se encuentra este en relación al del contexto. 12.- MANO ARTIFICIAL Las investigaciones sobre las prótesis para manos se han centrado en mejorar la forma en la que el cuerpo controla el dispositivo. El principal objetivo es lograr que las prótesis de manos envíen señales al cuerpo y le "digan" qué es lo que la mano biónica está tocando PROPUESTA: Mano artificial que sea capaz de manipular un objeto de 5 cm. y 100 gr.- Analice una de las prótesis que se han creado estableciendo una relación estrecha con su diseño. OTROS TEMAS 1) Luz estroboscópica con frecuencia variable cuyo valor se pueda conocer.- 2) Sistema de bobina, bolita de acero y sensor de tiempo para analizar caída libre.- 3) Medidor de rapidez y tiempo (con arduino) para analizar movimiento.- 4) Sistema de 3 poleas para levantar un peso de 15 kg.- 5) Levantar un peso de 5 kg. con una pluma de1,5 m de largo.- 6) Drone que levante un peso de 500 gr. hasta una altura de 3 m.- 7) Reloj digital que mida la frecuencia de un pulso y lo represente en forma análoga con un reloj. Velocimetro de auto (uso de arduino). 8) Motor eléctrico de Corriente continua que funciona con una fuente no mayor de 9 Volt y que gira a 20 revoluciones por minuto. 9) Generador eléctrico que por activación del pedaleo de una bicicleta genere 3 Volts Corriente continua.- 10) Generador eléctrico que por activación del pedaleo de una bicicleta genere 1,5 Volt Corriente Alterna.-
11) Construir un Ascensor vertical con 2 motores de 1,5 Volts que sea capaz de levantar un peso de 500 g a una altura de 1 m.- 12) Destilar un producto determinado.- 13) Medir el ángulo de un plano inclinado, indirectamente y con una precisión de 1 grado.- 14) Construir una barcaza que soporte un peso concentrado de 2 kg. y que tenga propulsión.- 15) Construir una "pluma" que permite levantar una cámara de video de 2 Kg. hasta una altura de 3 m.- 16) Construcción de un techo con palitos de fósforos (para zona con nieve) que soporte un peso de 2 Kg. 17) Sistema de iluminación inteligente para una casa, representado por una casa a escala. 18) Construir una pequeña grúa que levante un peso determinado Desarrollar un sistema de medición de tiempo en base al paso de un elemento, utilizando Arduino.