SSeerriiee:: RReeccuurrssooss ddiiddááccttiiccooss

Tapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.

aa uu tt oo rr ii dd aa dd ee ss

PRESIDENTE DE LA NACIÓN

Dr. Néstor Kirchner

MINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Lic. Daniel Filmus

SECRETARIO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA

Prof. Alberto E. Sileoni

DIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. María Rosa Almandoz

DIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Lic. Juan Manuel Kirschenbaum

Medidor de distancia y de velocidadpor ultrasonidoMarcelo Estévez

Estévez, MarceloMedidor de distancia y de velocidad por ultrasonido / Marcelo Estévez; coor-dinado por Juan Manuel Kirschenbaum.- 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de laNación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2005.132 p.; 22x17 cm. (Recursos. didácticos; 7)

ISBN 950-00-0502-6

1. Medidor de Distancia-Ultrasonido. I. Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. II.Título

CDD 621.812

Fecha de catalogación: 12/05/2005

Colección Serie “Recursos didácticos”.Coordinadora general: Haydeé Noceti.

Distribución de carácter gratuito.

Queda hecho el depósito que previene la ley n° 11.723. © Todos los derechosreservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - InstitutoNacional de Educación Tecnológica.

La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquiermedio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en formaexpresa por el editor, viola derechos reservados.

Industria Argentina.

ISBN 950-00-0502-6

Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-Materiales

Serie: “Recursos didácticos”

1 Invernadero automatizado

2 Probador de inyectores y motores paso a paso

3 Quemador de biomasa

4 Intercomunicador por fibra óptica

5 Transmisor de datos bidireccional por fibre óptica, entre computadoras

6 Planta potabilizadora

7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido

8 Estufa de laboratorio

9 Equipamiento EMA -Características físicas de los materiales de construcción-

10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas

Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

El Instituto Nacional de EducaciónTecnológica -INET- enmarca sus líneas deacción, programas y proyectos, en las metasde:

• Coordinar y promover programasnacionales y federales orientados a for-talecer la educación técnico-profesional,articulados con los distintos niveles y ci-clos del sistema educativo nacional.

• Implementar estrategias y acciones decooperación entre distintas entidades,instituciones y organismos –gubernamen-tales y no gubernamentales-, que permi-tan el consenso en torno a las políticas,los lineamientos y el desarrollo de lasofertas educativas, cuyos resultados seanconsiderados en el Consejo Nacional deEducación-Trabajo –CoNE-T– y en elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Desarrollar estrategias y acciones desti-nadas a vincular y a articular las áreas deeducación técnico-profesional con lossectores del trabajo y la producción, aescala local, regional e interregional.

• Diseñar y ejecutar un plan de asistenciatécnica a las jurisdicciones en los aspectosinstitucionales, pedagógicos, organizativosy de gestión, relativos a la educación téc-

nico-profesional, en el marco de los acuer-dos y resoluciones establecidos por elConsejo Federal de Cultura y Educación.

• Diseñar y desarrollar un plan anual decapacitación, con modalidades presen-ciales, semipresenciales y a distancia, consede en el Centro Nacional de EducaciónTecnológica, y con nodos en los CentrosRegionales de Educación Tecnológica ylas Unidades de Cultura Tecnológica.

• Coordinar y promover programas deasistencia económica e incentivos fis-cales destinados a la actualización y eldesarrollo de la educación técnico-profe-sional; en particular, ejecutar lasacciones relativas a la adjudicación y elcontrol de la asignación del CréditoFiscal –Ley Nº 22.317–.

• Desarrollar mecanismos de cooperacióninternacional y acciones relativas a dife-rentes procesos de integración educativa;en particular, los relacionados con lospaíses del MERCOSUR, en lo referente ala educación técnico-profesional.

Estas metas se despliegan en distintos pro-gramas y líneas de acción de responsabilidadde nuestra institución, para el período 2003-2007:

VVIIIIII

LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE

ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

Programa 1. Formación técnica, media ysuperior no universitaria:

1.1. Homologación y validez nacional detítulos.

1.2. Registro nacional de instituciones deformación técnica.

1.3. Espacios de concertación.

1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati-vas.

1.5. Fortalecimiento de la gestión institu-cional; equipamiento de talleres y la-boratorios.

1.6. Prácticas productivas profesiona-lizantes: Aprender emprendiendo.

Programa 2. Crédito fiscal:

2.1. Difusión y asistencia técnica.

2.2. Aplicación del régimen.

2.3. Evaluación y auditoría.

Programa 3. Formación profesional para eldesarrollo local:

3.1. Articulación con las provincias.

3.2. Diseño curricular e institucional.

3.3. Información, evaluación y certifi-cación.

Programa 4.Educación para el trabajo y laintegración social.

Programa 5. Mejoramiento de la enseñanzay del aprendizaje de la Tecnología y de laCiencia:

5.1. Formación continua.

5.2. Desarrollo de recursos didácticos.

Programa 6. Desarrollo de sistemas de infor-mación y comunicaciones:

6.1. Desarrollo de sistemas y redes.

6.2. Interactividad de centros.

Programa 7. Secretaría ejecutiva del ConsejoNacional de Educación Trabajo –CoNE-T–.

Programa 8. Cooperación internacional.

Los materiales de capacitación que, en estaocasión, estamos acercando a la comunidadeducativa a través de la serie “Recursosdidácticos”, se enmarcan en el Programa 5del INET, focalizado en el mejoramiento dela enseñanza y del aprendizaje de la Tec-nología y de la Ciencia, uno de cuyos pro-pósitos es el de:

• Desarrollar materiales de capacitacióndestinados, por una parte, a la actua-lización de los docentes de la educacióntécnico-profesional, en lo que hace a co-nocimientos tecnológicos y científicos; y,por otra, a la integración de los recursosdidácticos generados a través de ellos, enlas aulas y talleres, como equipamientode apoyo para los procesos de enseñanzay de aprendizaje en el área técnica.

Estos materiales didácticos han sido elabora-dos por especialistas del Centro Nacional deEducación Tecnológica del INET y por espe-cialistas convocados a través del Programa delas Naciones Unidas para el Desarrollo–PNUD– desde su línea “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo deequipos e instrumentos”, a quienes estaDirección expresa su profundo reconoci-miento por la tarea encarada.

María Rosa AlmandozDirectora Ejecutiva del Instituto Nacional de

Educación Tecnológica.Ministerio de Educación, Ciencia y

Tecnología

IIXX

Desde el Centro Nacional de EducaciónTecnológica –CeNET– encaramos el diseño,el desarrollo y la implementación de proyec-tos innovadores para la enseñanza y el apren-dizaje en educación técnico-profesional.

El CeNET, así:

• Es un ámbito de desarrollo y evaluaciónde metodología didáctica, y de actuali-zación de contenidos de la tecnología yde sus sustentos científicos.

• Capacita en el uso de tecnología a do-centes, profesionales, técnicos, estudian-tes y otras personas de la comunidad.

• Brinda asistencia técnica a autoridades e-ducativas jurisdiccionales y a edu-cadores.

• Articula recursos asociativos, integrandoa los actores sociales involucrados con laEducación Tecnológica.

Desde el CeNET venimos trabajando en dis-tintas líneas de acción que convergen en elobjetivo de reunir a profesores, a especialistasen Educación Tecnológica y a representantesde la industria y de la empresa, en accionescompartidas que permitan que la educacióntécnico-profesional se desarrolle en la escuelade un modo sistemático, enriquecedor, pro-fundo... auténticamente formativo, tanto paralos alumnos como para los docentes.

Una de nuestras líneas de acción es la de di-señar y llevar adelante un sistema de capaci-

tación continua para profesores de educacióntécnico-profesional, implementando trayec-tos de actualización. En el CeNET contamoscon quince unidades de gestión de apren-dizaje en las que se desarrollan cursos,talleres, pasantías, conferencias, encuentros,destinados a cada educador que desee inte-grarse en ellos presencialmente o a distancia.

Otra de nuestras líneas de trabajo asume laresponsabilidad de generar y participar enredes que vinculan al Centro con organismose instituciones educativos ocupados en laeducación técnico-profesional, y con organis-mos, instituciones y empresas dedicados a latecnología en general. Entre estas redes, seencuentra la Red Huitral, que conecta aCeNET con los Centros Regionales deEducación Tecnológica -CeRET- y con lasUnidades de Cultura Tecnológica –UCT–instalados en todo el país.

También nos ocupa la tarea de producirmateriales de capacitación docente. DesdeCeNET hemos desarrollado distintas seriesde publicaciones –todas ellas disponibles enel espacio web www.inet.edu.ar–:

• Educación Tecnológica, que abarca mate-riales que posibilitan una definición cu-rricular del área de la Tecnología en elámbito escolar y que incluye marcosteóricos generales, de referencia, acercadel área en su conjunto y de sus con-tenidos, enfoques, procedimientos yestrategias didácticas más generales.

XX

LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE

EDUCACIÓN TECNOLÓGICA

• Desarrollo de contenidos, nuestra segundaserie de publicaciones, que nuclea fascícu-los de capacitación en los que se profun-diza en los campos de problemas y decontenidos de las distintas áreas del cono-cimiento tecnológico, y que recopila, tam-bién, experiencias de capacitación docentedesarrolladas en cada una de estas áreas.

• Educación con tecnologías, que propicia eluso de tecnologías de la información y dela comunicación como recursos didácti-cos, en las clases de todas las áreas yespacios curriculares.

• Educadores en Tecnología, serie de publica-ciones que focaliza el análisis y las pro-puestas en uno de los constituyentes delproceso didáctico: el profesional queenseña Tecnología, ahondando en losrasgos de su formación, de sus prácticas,de sus procesos de capacitación, de suvinculación con los lineamientos curricu-lares y con las políticas educativas, deinteractividad con sus alumnos, y consus propios saberes y modos de hacer.

• Documentos de la escuela técnica, quedifunde los marcos normativos y curricu-lares que desde el CONET –ConsejoNacional de Educación Técnica- deli-nearon la educación técnica de nuestropaís, entre 1959 y 1995.

• Ciencias para la Educación Tecnológica,que presenta contenidos científicos aso-ciados con los distintos campos de la tec-nología, los que aportan marcos concep-tuales que permiten explicar y funda-mentar los problemas de nuestra área.

• Recursos didácticos, que presenta con-tenidos tecnológicos y científicos,

estrategias –curriculares, didácticas yreferidas a procedimientos de construc-ción– que permiten al profesor de la edu-cación técnico-profesional desarrollar,con sus alumnos, un equipamientoespecífico para integrar en sus clases.

Desde esta última serie de materiales decapacitación, nos proponemos brindar he-rramientas que permitan a los docentes nosólo integrar y transferir sus saberes y capaci-dades, sino también, y fundamentalmente,acompañarlos en su búsqueda de solucionescreativas e innovadoras a las problemáticascon las que puedan enfrentarse en el procesode enseñanza en el área técnica.

En todos los casos, se trata de propuestas deenseñanza basadas en la resolución de pro-blemas, que integran ciencias básicas ytecnología, y que incluyen recursos didácti-cos apropiados para la educacióntécnico–profesional.

Los espacios de problemas tecnológicos, lasconsignas de trabajo, las estrategias deenseñanza, los contenidos involucrados y,finalmente, los recursos didácticos estánplanteados en la serie de publicaciones queaquí presentamos, como un testimonio derealidad que da cuenta de la potencialidadeducativa del modelo de problematización enel campo de la enseñanza y del aprendizajede la tecnología, que esperamos que resultede utilidad para los profesores de la edu-cación técnico-profesional de nuestro país.

Juan Manuel KirschenbaumDirector Nacional del Centro Nacional de

Educación Tecnológica.Instituto Nacional de Educación Tecnológica

XXII

Desde esta serie de publicaciones del CentroNacional de Educación Tecnológica, nos pro-ponemos:

• Poner a consideración de los educadoresun equipamiento didáctico a integrar enlos procesos de enseñanza y de apren-dizaje del área técnica que coordinan.

• Contribuir a la actualización de losdocentes de la educación técnico-profe-sional, en lo que hace a conocimientostecnológicos y científicos.

Inicialmente, hemos previsto el desarrollo deveinte publicaciones con las que intentamosabarcar diferentes contenidos de este campocurricular vastísimo que es el de la educacióntécnico-profesional.

En cada una de estas publicaciones es posiblereconocer una estructura didáctica común:

1 Problemas tecnológicos en el aula. Enesta primera parte del material sedescriben situaciones de enseñanza y deaprendizaje del campo de la educacióntécnico-profesional centradas en la re-solución de problemas tecnológicos, y sepresenta una propuesta de equipamientodidáctico, pertinente como recurso pararesolver esas situaciones tecnológicas ydidácticas planteadas.

2 Encuadre teórico para los problemas.En vinculación con los problemas didác-ticos y tecnológicos que constituyen elpunto de partida, se presentan conceptos

tecnológicos y conceptos científicos aso-ciados.

3 Hacia una resolución técnica. Manualde procedimientos para la construc-ción y el funcionamiento del equipo.Aquí se describe el equipo terminado y semuestra su esquema de funcionamiento;se presentan todas sus partes, y los mate-riales, herramientas e instrumentos nece-sarios para su desarrollo; asimismo, sepauta el “paso a paso” de su construc-ción, armado, ensayo y control.

4 El equipo en el aula. En esta parte delmaterial escrito, se retoman las situa-ciones problemáticas iniciales, aportandosugerencias para la inclusión del recursodidáctico construido en las tareas quedocente y alumnos concretan en el aula.

5 La puesta en práctica. Este tramo dela publicación plantea la evaluacióndel material didáctico y de la experien-cia de puesta en práctica de las estrate-gias didácticas sugeridas. Implica unaretroalimentación –de resolución vo-luntaria– de los profesores destinata-rios hacia el Centro Nacional deEducación Tecnológica, así como elpunto de partida para el diseño denuevos equipos.

Esta secuencia de cuestiones y de momentosdidácticos no es azarosa. Intenta replicar –enuna producción escrita– las mismas instanciasde trabajo que los profesores de Tecnologíaponemos en práctica en nuestras clases:

XXIIII

LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS”

XXIIIIII

Es a través de este circuito de trabajo (pro-blema-respuestas iniciales-inclusión teórica-respuestas más eficaces) como enseñamos ycomo aprenden nuestros alumnos en el área:

• La tarea comienza cuando el profesorpresenta a sus alumnos una situacióncodificada en la que es posible recono-cer un problema tecnológico; para con-figurar y resolver este problema, es nece-sario que el grupo ponga en marcha unproyecto tecnológico, y que encare análi-sis de productos o de procesos desarro-llados por distintos grupos sociales pararesolver algún problema análogo.Indudablemente, no se trata de cualquierproblema sino de uno que ocasionaobstáculos cognitivos a los alumnosrespecto de un aspecto del mundo artifi-cial que el profesor –en su marco curri-cular de decisiones– ha definido comorelevante.

• El proceso de enseñanza y de aprendiza-je comienza con el planteamiento de esasituación tecnológica seleccionada por elprofesor y con la construcción del espa-cio-problema por parte de los alumnos, ycontinúa con la búsqueda de respuestas.

• Esta detección y construcción derespuestas no se sustenta sólo en losconocimientos que el grupo disponesino en la integración de nuevos con-tenidos.

• El enriquecimiento de los modos de “ver”y de encarar la resolución de un proble-ma tecnológico –por la adquisición denuevos conceptos y de nuevas formastécnicas de intervención en la situación

desencadenante– suele estar distribuidamaterialmente –en equipamiento, enmateriales, en herramientas–.

No es lo mismo contar con este equipamien-to que prescindir de él.

Por esto, lo queintentamos des-de nuestra seriede publicacio-nes es acercar alprofesor distin-tos recursos di-dácticos que a-yuden a sus a-lumnos en estatarea de proble-matización y dei n t e r v e n c i ó n– s u s t e n t a d ateórica y técni-camente– en elmundo tecno-lógico.

Al seleccionar los recursos didácticos queforman parte de nuestra serie de publica-ciones, hemos considerado, en primer térmi-no, su potencialidad para posibilitar, a losalumnos de la educación técnico-profesional,configurar y resolver distintos problemas tec-nológicos.

Y, en segundo término, nos preocupó quecumplieran con determinados rasgos que lespermitieran constituirse en medios eficacesdel conocimiento y en buenos estructurantescognitivos, al ser incluidos en un aula por unprofesor que los ha evaluado como perti-

XXIIVV

Caracterizamos comorecurso didáctico a to-do material o compo-nente informático se-leccionado por un edu-cador, quien ha evalua-do en aquél posibili-dades ciertas para ac-tuar como mediadorentre un problema de larealidad, un contenidoa enseñar y un grupode alumnos, facilitandoprocesos de compren-sión, análisis, profundi-zación, integración,síntesis, transferencia,producción o evalua-ción.

nentes. Las cualidades que consideramosfundamentales en cada equipo que promove-mos desde nuestra serie de publicaciones”Recursos didácticos”, son:

• Modularidad (puede adaptarse a diversosusos).

• Resistencia (puede ser utilizado por losalumnos, sin peligro de romperse confacilidad).

• Seguridad y durabilidad (integrado pormateriales no tóxicos ni peligrosos, ydurables).

• Adaptabilidad (puede ser utilizado en eltaller, aula o laboratorio).

• Acoplabilidad (puede ser unido o combi-nado con otros recursos didácticos).

• Compatibilidad (todos los componentes,bloques y sistemas permiten ser integra-dos entre sí).

• Facilidad de armado y desarmado (posi-bilita pruebas, correcciones e incorpo-ración de nuevas funciones).

• Pertinencia (los componentes, bloquesfuncionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos cu-rriculares de la educación técnico-pro-fesional).

• Fiabilidad (se pueden realizar las tareaspreestablecidas, de la manera esperada).

• Coherencia (en todos los componentes,bloques funcionales o sistemas se siguenlas mismas normas y criterios para elarmado y utilización).

• Escalabilidad (es posible utilizarlo enproyectos de diferente nivel de com-

plejidad).

• Reutilización (los diversos componentes,bloques o sistemas pueden ser desmonta-dos para volver al estado original).

• Incrementabilidad (posibilidad de iragregando piezas o completando elequipo en forma progresiva).

Haydeé NocetiCoordinadora de la acción “Conocimientoscientífico-tecnológicos para el desarrollo de

equipos e instrumentos”.Centro Nacional de Educación Tecnológica

XXVV

7. Medidor de

distancia y de

velocidad por

ultrasonido

22

Este material de capacitación fuedesarrollado por:

Marcelo Estévez.Estudió ingeniería en Electrónica(Universidad Nacional de La Plata), lalicenciatura en Tecnología Educativa(Universidad Tecnológica Nacional) y lamaestría en Técnicas de EnergíasAlternativas (Universidad de Andalucía,España). Es profesor titular de la EscuelaTécnica Nº 7, con especialidad en Aviónica(Provincia de Buenos Aires. Fuerza AéreaArgentina). Es jefe de trabajos prácticos enIngeniería Electrónica (UniversidadTecnológica Nacional. Facultad RegionalAvellaneda). Fue profesor en laUniversidad Nacional de Quilmes, partici-pando en la creación de la carrera deIngeniería en Automatización y Control.Es autor de Microprocesadores y microcon-troladores (Instituto Nacional de EducaciónTecnológica. 2004. Buenos Aires).

Coordinación general:Haydeé Noceti

Diseño didáctico:Ana Rúa

Administración:Adriana Perrone

Monitoreo y evaluación:Laura Irurzun

Diseño gráfico:Tomás Ahumada

Karina LacavaAlejandro Carlos Mertel

Diseño de tapa:Laura Lopresti

Juan Manuel Kirschenbaum

Con la colaboracióndel equipo de profesionales

del Centro Nacionalde Educación Tecnológica

Las metas, los programas y las líneas de accióndel Instituto Nacional de Educación Tecnológica VIIILas acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica XLa serie “Recursos didácticos” XII

1 Problemas tecnológicos en el aula 4• El recurso didáctico que proponemos

2 Encuadre teórico para los problemas 9• Ultrasonido

� Historia y aplicaciones del ultrasonido• Acústica

� Sonido� Características del sonido� Espectro del sonido� Movimiento ondulatorio

• Fenómenos asociados a las ondas� Interferencia� Rapidez de onda� Rapidez del sonido� Resonancia, reflexión y eco� Refracción� Reverberación� Efecto Doppler

• Aplicaciones de los ultrasonidos� El ultrasonido en el mar: El sonar� Medición de distancias por ultrasonido� En la medicina� Control de la calidad de un producto� Limpieza por ultrasonido� Medición de caudal por ultrasonido� Soldadura por ultrasonido� Erradicación de plagas por ultrasonido

3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientospara la construcción y el funcionamiento del equipo 57• El producto• Los componentes• Los materiales, herramientas e instrumentos• La construcción• El armado• El ensayo y el control• La superación de dificultades

4 El equipo en el aula 68Anexo: Programa del microcontrolador

5 La puesta en práctica 92

Índice

44

Lo invitamos a analizar estos testimonios:

1. PROBLEMAS TECNOLÓGICOS EN EL AULA

En el marco de tareas de "Producción decereales y oleaginosas" del TrayectoTécnico-Profesional Producción agrope-cuaria, los alumnos desarrollan proyectostecnológicos vinculados con sistemas dealmacenaje y de medición de nivel en silos,para desarrollar capacidades en:

• identificación y selección de metodo-logías estándares de medición,

• selección de los instrumentos a uti-lizar,

• acondicionamiento y preparación delos medios de medición en distintosambientes de trabajo,

• calibración, lectura e interpretación dela indicación de los instrumentos,

vinculadas con el almacenaje de produc-tos de la cosecha de cereales y de oleagi-nosas.

En este momento, los alumnos se encuen-tran analizando las dificultades de lamedición de sustancias sólidas, en parti-cular, de granos y semillas.

En el marco de su proyecto de tareas, laprofesora plantea a sus alumnos unasituación que, luego, analizarán en grupos:

En un campo de Sierra de la Ventana, en elmomento de levantar la cosecha de maíz, seencuentran con la necesidad de construirotro silo para alojar los granos.

Para tomar la mejor decisión acerca del silo,el encargado consulta a distintos provee-dores de instrumentos para medición de volu-men de granos almacenados. Una de estasempresas le ofrece un medidor ultrasónico,con el cual puede determinarse el nivel dealmacenamiento de maíz, lectura que -segúnafirma el fabricante- tiene la ventaja de noverse afectada por la humedad ni por la tem-peratura del depósito, rasgo que hace que elinstrumento resulte mucho más preciso.

•• ¿Cómo funciona este instrumento?

•• ¿Por qué posee estas ventajas?

•• ¿Resultará una buena adquisición para elsilo?

En el aula de Tecnología de noveno año deEGB3, el eje de trabajo de una de lasunidades didácticas es "Tecnología delsonido". En este momento de la tarea, lamaestra de enseñanza práctica y su grupode alumnos se encuentran considerando,específicamente, la velocidad del sonido enun medio como el aire.

La docente plantea:

55

Un sábado de verano, luego de tresinterminables días de lluvia, Javier veque se ha formado una depresión delterreno que se extiende por debajo desu casa y que ocupa todo el pasillohasta la pared medianera. El hundimien-to tiene, aproximadamente, un metro ymedio de diámetro por veinte centíme-tros de profundidad.

Luego de unos días y ya acostumbradosal hueco, los habitantes de la casaescuchan un estruendo importanteseguido de ruido de tierra cayendo. Seha abierto un gran agujero en la tierra y,al acercarse, no logran ver el fondo sinarriesgarse a caer en él. Sólo entonces,alguien recuerda una foto de la casaantigua en la que se veía un aljibe, pre-cisamente en ese lugar.

Resulta imprescindible rellenar el huecoy, para esto, es necesario calcular susdimensiones y planificar la cantidad dematerial necesario para colmarlo.

A nuestro amigo se le ocurre, entonces,medir su profundidad, calculando eltiempo en que tarda una piedra en caery tocar fondo, para poder determinarcuántos camiones de escombro van aser necesarios para completar el pozodel viejo aljibe.

Entonces, arroja una piedra en el foso.Su sonido al impactar con el fondo seescucha luego de transcurridos dossegundos desde que es lanzada.

La familia puede encargar los camionescon el relleno necesario y logra solu-cionar su problema.

Los alumnos van planteándose respues-tas a:

• ¿Cómo determinó la profundidadcon sólo esos datos?

• ¿Qué volumen de escombro necesitapara tapar el pozo?

• El tiempo en caer la piedra, ¿esmayor que el tiempo que tarda en lle-gar el sonido de la piedra al impactaren el fondo?

Resueltas estas primeras cuestiones, lamaestra de enseñanza práctica plantea:

- Supongamos que utilizamos un medi-dor de distancias ultrasónico que traba-ja a 40 kHz. Su haz se dispara desde elborde del piso al mismo tiempo que uncronómetro. ¿Qué tiempo indica estecronómetro, al recibir el rebote delfrente de ondas?

�

El profesor de "Gestión de procesos pro-ductivos" está planteando a sus alumnosel estudio de los requerimientos acústicosque implica la construcción de salas paraconciertos, espectáculos e iglesias.

Su objetivo es que los alumnos realicen unanálisis tecnológico de los panelesabsorbentes, para caracterizar los fenó-menos de acústica -propagación y dis-tribución del sonido, aislación, absorción,tiempo de reverberación, reflexión...- vin-culándolos con la selección de materialesóptimos según diferentes requerimientos.

Estudian, entonces, el acondicionamiento

66

Como sabemos, el almacenaje de petróleo serealiza en distintos lugares del campo explotado.En Plaza Huincul se ha detectado una diferenciade lecturas entre el caudal bombeado al depósitotransitorio y el volumen de crudo que llega final-mente a destino cuando, días después, esbombeado.

Para determinar dónde está el error demedición se decide colocar un caudalímetro enel trayecto del oleoducto entre depósitos y otroen el punto de extracción.

Los ingenieros de procesos determinan que elcaudalímetro ideal es el ultrasónico, ya que no esinvasivo y permite ser trasladado de lugar para

tomar lecturas cada cierta cantidad de kilóme-tros.

Luego de varios días de control y medición, y dedesplazar el caudalímetro por la tubería, selogra determinar la ubicación de una pérdidade crudo por una fractura en el oleoducto quese filtraba en la tierra y que no resultaba visibledesde el aire.

• ¿Cuál es el principio de funcionamiento delcaudalímetro ultrasónico?

• ¿Cuáles son las principales ventajas deeste instrumento?

• ¿Cuáles son sus límites de utilización?

acústico del Salón Municipal de UsosMúltiples: su diseño actual y las necesi-dades de sus usuarios, y proyectan modifi-caciones que mejorarían la acústica delrecinto, las que se podrían realizar sinafectar la construcción.

Para esta tarea, analizan la amplitud dela señal recibida luego de incidir en dis-tintos materiales de construcción y la

comparan con la de los llamados "pane-les acústicos". En esta tarea, integran uninstrumento ultrasónico que permiteestudiar la absorción de los materiales alrecibir ondas de presión; esto les per-mite comparar los lugares donde se pro-duce mayor reflexión de ondas y aqué-llos en los que existe interferenciadestructiva y constructiva, determinan-do dónde colocar los paneles.

En el Centro de Formación Profesional del Sindicato de Petroleros, formador y cursantesestán analizando un problema que les resulta particularmente significativo:

En la Tecnicatura en Electrónica, un grupo de alumnos analiza esta situación:

Luego de resolver la tarea planteada, la pro-fesora propone a sus alumnos diseñar unsistema electrónico microprocesado paraesta situación, integrando el control, la pro-

gramación y la habilitación de zonas. Y,además, les propone desarrollar un sensorultrasónico capaz de cubrir una distancia de3 metros.

Para dar seguridad a un supermercado, el dueñodecide poner una alarma con distintos tipos de sen-sores, piroeléctricos y ultrasónicos, que resguardensu negocio de falsas alarmas por cambios bruscosde temperatura. Para tomar su decisión, solicita

catálogos de diferentes fabricantes.

¿Cuáles son las especificaciones que deben tenerestos sensores para que sean aptos para esta apli-cación?

77

Nuestra propuesta es integrar a cada unade estas clases un equipamiento para lamedición de distancias y de velocidadescon técnicas de ultrasonido.

El modelo que proponemos -que, no es elúnico posible, por supuesto- está com-puesto por:

Fernando es profesor enuna escuela de EducaciónPolimodal y TrayectoT é c n i c o - P r o f e s i o n a lEquipos e instalacioneselectromecánicas; está acargo del espacio curricu-lar "Física I",

El eje de trabajo de unade las unidades didácti-cas está constituido porlas ondas sonoras. En esemarco, plantea a susalumnos:

En un día de tormenta, alquilé un par de películas e invité a misamigos a ver los estrenos del mes.

Ya reunidos en casa y cuando nos disponíamos a colocarla película en la video, vemos un resplandor impresionantey quedamos a oscuras. Cinco segundos después,escuchamos el estrepitoso ruido del trueno. Impre-sionados, salimos a la calle y vemos que toda la ciudad haquedado a oscuras. Mi hipótesis fue que un rayo habíacaído en la vieja usina -distante unos cincuenta kilómetrosde casa- que provee de electricidad a nuestra ciudad... porlo que la oscuridad iba a durar mucho.

Pero, uno de mis amigos argumentó que el rayo que provocóel apagón no había caído en la usina. Y nos aportó una justifi-cación tan precisa que nos convenció para regresar al livingy esperar que la energía se restableciera -cosa que, efectiva-mente, ocurrió minutos después-.

¿Cuál pudo haber sido tan convincente argumento?

El recurso didáctico queproponemos

• un dispositivo emisor yreceptor de ultrasonidos,

• una plataforma de trabajoque permite desplazar sobreella un móvil; éste puedeestar detenido a distintas dis-tancias del emisor o puedeestar en movimiento, a unavelocidad constante o avelocidad variable.

88

La visualización de la distancia y de la veloci-dad se realiza a través de un displayinteligente con sus correspondientes leyen-das.

El equipo permite experimentar medicionesde distancias, velocidades, aceleraciones, yextraer la forma de la onda del eco recibido yla amplitud de éste, para ser observado coninstrumental apropiado.

• Para medir distancias, se ubica el móvilen distintas posiciones.

• Para medir velocidades constantes, sedesplaza el móvil mediante el arrastre -conun motor, por ejemplo-.

• Para medir aceleración, existe un opcio-

nal que inclina el plano y que permitevariar la velocidad por efecto de la acele-ración de la gravedad.

• Para medir la absorción de materialesacústicos, existe una salida para conectara un osciloscopio, que posibilita medir laamplitud de la señal recibida y, además,ver las distintas reflexiones.

• Para medir la velocidad del sonido, secoloca un objeto a un metro de distanciay se mide el tiempo entre la salida deltren de pulsos y su llegada, luego de re-botar en dicho objeto.

• Para que trabaje como detector ultrasóni-co, se varía la ganancia de modo queactúe detectando objetos, a una determi-nada distancia.

Las situaciones problemáticas que acabamos de plantearle -y todo otro problema tecnológicoque involucre la presencia de ondas ultrasónicas-, integran contenidos relacionados con:

99

2. E N C U A D R E T E Ó R I C O PA R A L O SP R O B L E M A S

Historia y aplicaciones del ultrasonido

MEDIDOR DE DISTANCIA Y DE VELOCIDAD POR ULTRASONIDO

ULTRASONIDO

Sonido

Carácterísticas del sonido

Espectro del sonidoACÚSTICA

Movimiento ondulatorio

FENÓMENOSASOCIADOS A LAS ONDAS

Interferencia

Rapidez de onda

Rapidez de sonido

Resonancia, reflexión y eco

Refracción

Reverberación

Efecto Doppler

APLICACIONESDE LOS ULTRASONIDOS

El ultrasonido en el mar: El sonar

Medición de distancias por ultrasonido

En la medicina

Control de la calidad de un producto

Limpieza por ultrasonido

Medición de caudal por ultrasonido

Soldadura por ultrasonido

Erradicación de plagas con ultrasonido

El ultrasonido estácompuesto porondas de mayorfrecuencia que lasque nuestro oídopercibe.

El ultrasonidocomprende a lasondas con fre-cuencias mayoresde 20 kHz(20.000 ciclos porsegundo), encon-trando aplicaciónen oceanografía,en medicina y enindustria.

La detección ymedida de ondasultrasónicas se lle-va a cabo, funda-mentalmente, me-diante receptorespiezoeléctricos opor medios ópti-cos, ya que estasondas puedenhacerse visibles através de la difrac-ción de la luz.

Los materiales de tipo piezoeléctrico que sir-ven de transductores de ultrasonido son:

• Cuarzo en frecuencias de 100 kHz a 35MHz. Se usa en medicina y en pruebasno destructivas.

• Titanato de bario en frecuencias de 100kHz a 10 MHz. Se usa en procesos delimpieza.

• Zirconato de plomo o titanato de plomoen frecuencias de 5 kHz a 10 MHz. Seusa en procesos de limpieza.

• Sal de Rochelle en frecuencia de 20 Hz a1 MHz. Se usa en sonar y en la búsquedade profundidad.

Los generadores ultrasónicos modernospueden producir frecuencias de varios giga-herz (1 gigaherz -abreviado, GHz- equivale a1.000 millones de herz), convirtiendo co-rrientes eléctricas alternas en oscilacionesmecánicas.

El ultrasonido tiene muchas aplicaciones endiferentes campos. Se emplea, desde hacetiempo, en:

• detección y comunicación, en los llama-dos sonares, de gran importancia en lanavegación actual;

• determinación de propiedades de lamateria, como la compresibilidad o laelasticidad;

• producción de emulsiones, como la lechehomogeneizada o las de las películasfotográficas;

• detección de fallos en materiales;

• integración de microscopios acústicos-con frecuencias del orden del giga-herz- que visualizan detalles de sóloun micrómetro (una millonésima demetro);

1100

Ultrasonido

La aaccúússttiiccaa es la físicadel sonido. La teoríafundamental de laacústica trata de lasvibraciones y de lapropagación de lasondas.

El ultrasonido no seconfunde con la super-sónica -que trata delos fenómenos asocia-dos al movimiento deun objeto sólido avelocidades superio-res a la del sonido-.

Los mmaatteerriiaalleess ppiieezzooee--llééccttrriiccooss tienen lapropiedad de que, alrecibir una variaciónde la presión sobre susuperficie, puedenproducir una fuerzaelectromotriz; y, sireciben una variaciónde fuerza electromotrizaplicada a sus caras,también pueden pro-ducir una variación dela presión sobre elmedio circundante.

• soldado o moldeo de materiales muyduros, dándoles formas complejas -selogra con un tipo de haz ultrasónico enparticular-;

• limpieza de piezas;

• medición de caudal en tuberías, sin lanecesidad de perforarlas;

• medición de distancias; aún cuando,como se trata de sistemas de un costoelevado, se utilizan en circunstancias enlas que el medio no permite el empleo desistemas tradicionales y cuando serequiere de elevada precisión, integrandotanques de almacenamiento de com-bustibles, depósitos de granos, etc.

Historia y aplicaciones delultrasonido

Los ultrasonidos no dejan de ser sonidos; sibien no para el hombre, sí para otros seresvivos. Muchos animales e insectos emitensonidos en frecuencias inaudibles para elhombre; sin embargo, para otro ser vivo delmismo tipo, la onda sonora puede ser tanestruendosa y nítida como el trueno o elcrujido de una rama al quebrarse. Sabemos,por ejemplo, que los perros acuden a nues-tro llamado con silbatos ultrasónicos y quelos murciélagos poseen un sistema decomunicaciones basado en ultrasonidoscuyas caracteristícas son asombrosas. Elmurciélago no sólo emite ondas ultrasónicaspara comunicarse con otros murciélagos,sino para enviar haces sonoros destinados a"ver" durante el vuelo e interpretar los ecosde estos sonidos para no chocar con losobjetos, y para perseguir y capturar losinsectos que le sirven de alimento.

Desde que el hombre tiene conocimiento dela existencia de estas ondas ultrasónicas, ape-nas han trascurrido unos 50 a 60 años. Sonlos naturalistas los que descubren losprimeros indicios sobre ellas, observandoque algunos insectos parecían mover ciertaspartes del cuerpo, unas contra las otras, detal manera que cabía suponer la emisión dealgún sonido -aún cuando, para el obser-vador humano, este movimiento resultarasilencioso-. Además, algunos animales, comolos murciélagos, parecían comunicarse entreellos sin generar ningún sonido.

Con el correr del tiempo, algunos investi-gadores de otras especialidades -físicos, inge-

1111

El equipo didáctico MMeeddiiddoorr ddee ddiiss--

ttaanncciiaa yy ddee vveelloocciiddaadd ppoorr uullttrraa--

ssoonniiddoo permite evaluar el sistema de

medición de distancias por ultra-

sonido, conocer las características

de propagación del sonido en los

gases, medir la velocidad del sonido

en el aire a diferentes temperaturas,

evaluar su compensación con la

temperatura y humedad, evaluar la

precisión de la medición y su depen-

dencia de las características del sis-

tema utilizado.

nieros- también obtienen indicios de quepodían existir ondas sonoras fuera de la per-cepción humana. El problema radicaba encómo demostrar que era así.

Las ondas sonoras se convierten en trazadosvisibles a fines del 1900, cuando se desarro-lla la electrónica. Una manera de lograrloconsiste en captar las ondas de presión conelementos eléctricos especiales. Tal comosucede con cualquier micrófono, el trazadode la onda sonora se reproduce formandoun trazado de ondas eléctricas similares.Esta onda eléctrica puede emplearse dediversos modos que permiten ver el trazadosonoro; por ejemplo, la señal eléctricapuede servir para accionar una lapicera quetraza una línea en un papel; o bien, sepuede medir la intensidad de la señal convoltímetros o amperímetros eléctricoscomunes, que reflejan las características dela onda sonora.

Otro medio para "ver" el sonido consiste enrecurrir al osciloscopio. Éste es un tubo elec-trónico, similar al del aparato de televisión,que tiene un revestimiento químico sensibleespecial en su cara interior, que se tornaluminiscente cuando un haz de electrones demateria con carga eléctrica -electrones- llegaa él. El trazado de la onda sonora se convierteen una imagen visible y ésta, a su vez, haceque las placas de deflexión del tubo orientenun haz de electrones hacia la faz del tubo. Araíz de esto, se forma una línea que repro-duce la forma de la onda sonora original.

Con estos instrumentos se obtiene una repre-sentación eléctrica de los ultrasonidos. Porejemplo, si se hace vibrar una muestra de

alambre a mayor omenor frecuencia,al llegar a und e t e r m i n a d opunto, el obser-vador compruebaque el alambresigue vibrandopero que ya noemite sonido.Desde ese puntoen adelante, lasondas del ultra-sonido se obser-van con el osci-loscopio o conalgún otro dispo-sitivo.

El factor primor-dial para darexplicación prác-tica al ultraso-nido consiste enobtener un dis-positivo suscepti-ble de controlarsecon exactitud,que emita ondasultrasónicas de

1122

El transductor es undispositivo al que se apli-ca una energía de entra-da y devuelve unaenergía de salida; estaenergía de salida sueleser diferente al tipo deenergía de entrada. Porejemplo, en un medidorde temperatura mecánicose convierte la energíatérmica aplicada en elmovimiento mecánico dela aguja del marcador.Debido a la facilidad conla que se transmite yamplifica la energía eléc-trica, los transductoresmás utilizados son losque convierten formas deenergía -como calor, luz osonido- en energía eléc-trica. Algunos ejemplosson los micrófonos, queconvierten la energíasonora en energía eléctri-ca, los materialesfotoeléctricos que con-vierten la luz en electrici-dad y los sensorespiroeléctricos que con-vierten temperatura enenergía eléctrica.

determinadas frecuencias.

Para obtener vibraciones ultrasónicas serequieren mejores materiales y métodosnuevos. Fue necesario desarrollar cristalesespeciales y también nuevos tipos decerámica. Los primeros transductores seremontan al año 1917, cuando Langevin(físico francés; 1872-1946) emplea la señalde un oscilador proveniente de un circuitoen un tubo de vacío, para excitar un cristalde cuarzo. Langevin demuestra que,implantando una señal eléctrica cambianteen el cristal, éste vibra y desprende sonido.Complementariamente, aplicando unaonda sonora al cuarzo en frecuencias ade-cuadas, se genera en él una corriente eléc-trica que circula por el sistema. Es el eeffeeccttooppiieezzooeellééccttrriiccoo..

Al poco tiempo, otros científicos se dedican aestudiar distintos cristales, entre ellos la tur-malina, la sal de Rochelle y el fosfato biácidode amonio. Ninguno de ellos resulta tan efi-caz como el cuarzo, aunque éste no consti-tuye el recurso más adecuado para convertirla electricidad en sonido (porque, para que elcristal entre en vibración, se requiere máselectricidad); aún cuando es de fácil apli-cación, constituye un material muy resistentey se lo puede hacer vibrar casi a cualquierfrecuencia si se lo mecaniza con el espesorapropiado.

En su empeño por obtener transductores demejor calidad, los investigadores buscanotros enfoques. No mucho después de lostrabajos de Langevin, otros científicos pro-ducen un transductor basado en el principiode la mmaaggnneettoossttrriicccciióónn. Comprueban que,aplicando una corriente eléctrica variable a

una varilla metálica magnética -hierro,níquel, cobalto-, ésta se comprime y seexpande ligeramente, siguiendo las varia-ciones de la corriente. Las vibraciones de lavarilla emiten una onda sonora. Tal comosucede con los transductores de otro tipo, elsistema también funciona a la inversa: Alincidir una onda sonora sobre la varilla, éstagenera un flujo eléctrico variable. La desven-taja del método de la magnetostricción esque sólo sirve para una frecuencia limitada;la frecuencia máxima de salida es de 50 kHz-cuando el cuarzo permite frecuencias supe-riores-.

Después de la Segunda Guerra Mundial, conel rápido desarrollo de la física de estadosólido que reemplaza a los tubos o válvulasde vacío, se halla la manera de conseguirtransductores aún mejores. Se construyen,entonces, transductores pequeños y de altorendimiento, uniendo el cristal vibrador auna pequeña chapa de material semiconduc-tor electrónico. Además, se comprueba quealgunas de las cerámicas electrónicas poseenpropiedades similares a las varillas metálicascuando se las somete a la acción de uncampo magnético. Estas piezas se denominande ferrocerámica y pueden producirse en unagran variedad de formas. Mediante el cuida-doso diseño de la forma y de la manera dearrollar el conductor eléctrico a su alrededor,se generan ondas sonoras de extraordinariaintensidad. El principio por el cual funcio-nan estos transductores, basado en el cambiode tamaño de la ferrocerámica imantada poracción de una corriente eléctrica variable, esel ppiieezzoommaaggnneettiissmmoo. Las ondas sonoras queestos materiales emiten, llegan a tener fre-cuencias varios centenares de veces superio-res a las que se consiguen con los transduc-

1133

tores de cuarzo. En 1965, los investi-gadores logran fabricar osciladores confrecuencias superiores a los 100 MHz.

El advenimientode los grabadoresde alambre y cintapermite grabarsonidos de losanimales. Se lee,así, el sonidoinaudible de altafrecuencia graba-do en la cinta.Estos equipos es-peciales demues-tran que las distintas clases de murciélagosposeen distintos lenguajes ultrasónicos -co-mo distintos grupos humanos tienen lenguasdiferentes-.

Estos estudios conducen a resultados impor-tantes, al determinar con exactitud el modoen que los murciélagos se guían mediante eleco; han servido a los tecnólogos para avan-zar sobre la manera de desarrollar sistemassonoros para conducir vehículos hechos porel hombre, como los submarinos.

Dado que el ultrasonido no influye sobreel oído humano, se emplean nuevosmétodos para la lluucchhaa ccoonnttrraa llooss iinnsseeccttoossporque se ha comprobado, por ejemplo,que ciertos mosquitos son sensibles adeterminadas frecuencias ultrasónicas yse alejan de ellas, lo que lleva al desa-rrollo de dispositivos protectores queeliminan la necesidad de losmosquiteros. Con pantallas ultrasónicaspara protegerse de los mosquitos, elhombre podría llegar a disfrutar cómoda-

mente las delicias de los días de veranoy, en los climas tropicales, a contribuir aeliminar el flagelo del paludismo, enfer-medad trasmitida por los mosquitos; lasviviendas se liberarían también de losroedores -sensibles a los sonidos inaudi-bles para nosotros-, empleando gene-radores ultrasónicos.

Las investigaciones con ultrasonidos benefi-ciarían, asimismo, a los agricultores, ya queel desarrollo de grandes generadores ultra-sónicos evitaría la destrucción de los cul-tivos por insectos nocivos. De este modo, sereduciría el consumo de rociadores quími-cos en las plantaciones, ya que el empleoexcesivo de estas sustancias químicas paracombatir las plagas es tóxico para el serhumano y para importantes especies de lafauna natural.

Los ultrasonidos tienen otras aplicacionescapaces de introducir cambios más revolu-cionarios todavía en la agricultura.Mediante experimentos se ha comprobadoque las frecuencias ultrasónicas iinnfflluuyyeennssoobbrree llaass bbaacctteerriiaass,, llaass lleevvaadduurraass,, llaass sseemmii--llllaass ddee llooss vveeggeettaalleess yy llaass ppllaannttaass eenn ccrree--cciimmiieennttoo. Estos efectos pueden ser útiles onocivos, según la cantidad y frecuencia delultrasonido que se aplique.

Aún se requiere mucho estudio paraestablecer el modo correcto de aplicarcualquier tratamiento ultrasónico. Por e-jemplo, la intensidad de la onda sonoratiene que estar dentro de una determinadagama de decibeles para que se obtenga unefecto dado. Una frecuencia ultrasónica de100 kHz favorece el crecimiento de deter-minada especie vegetal; pero, conservando

1144

Los estudios revelanque las cabezas de losmurciélagos obedecena esta finalidad; susrasgos faciales formanparte del sistemaespecial para enfocarlos sonidos querequieren para gene-rar las frecuencias delos ultrasonidos.

1155

la misma frecuencia y duplicando la inten-sidad, daña a la planta. Del mismo modo,una onda ultrasónica de frecuencia infe-rior estimula la germinación de las semi-llas; pero, modificando la intensidad o ellapso de exposición de los ultrasonidos, lamisma frecuencia sonora sirve paramezclar bacterias en los líquidos conmayor rapidez; o bien, modificando laspropiedades del haz ultrasónico, destruirlas bacterias.

De todos modos, es evidente que los ultra-sonidos pueden ser de mucha utilidad paraproducir mayor cantidad o alimentos demejor calidad por hectárea. En la industria, laaplicación de los ultrasonidos para mmeejjoorraarr eellmmeezzccllaaddoo ddee ccoommppoonneenntteess -bacterias y líqui-dos- aacceelleerraa aallgguunnooss pprroocceessooss, como la ela-boración del vino o el vinagre. Otra apli-cación es la de matar bacterias para, así,preservar los alimentos. (Esta últimapropiedad también puede destinarse a laesterilización de instrumental médico o deheridas en el ser humano).

LLaa iinndduussttrriiaa nnaavviieerraa ofrece otro ejemplo delcontrol de plagas mediante los ultrasonidos.Uno de los principales problemas de losempresarios navieros es el de los moluscosque se adhieren al casco de los barcos;cuando éstos se aglomeran en gran canti-dad, el agua no puede circular librementealrededor y la marcha de la nave se frena; enconsecuencia, suele ser necesario llevar albarco a dique seco para eliminar los molus-cos mediante rasqueteado y volver a pintarel casco. Estudios desarrollados demuestranque, aplicando ciertas frecuencias ultrasóni-cas, los moluscos cierran sus conchas; así,en la actualidad, se trabaja con vibradores

ultrasónicos especiales que se instalan enlos barcos para emitir ondas sonoras quemantienen los cascos libres de moluscos entodo momento.

En mmeeddiicciinnaa, los ultrasonidos prometen unarevolución casi tan importante como la queimplicó la introducción de los rayos X. Elrayo X permite a los médicos obtener imá-genes del interior del cuerpo humano,necesarias para determinar si existe algunalesión, sin necesidad de recurrir a proce-dimientos quirúrgicos. Sin embargo, tam-bién se sabe que la exposición excesiva a losrayos X puede ser peligrosa. Además, losrayos X sólo aportan datos sobre determina-das partes del organismo, como los huesos ylos tejidos duros; los tejidos blandos -mús-culos, grasa, hígado- no se ven con los rayosX. En la actualidad, mediante equipos ultra-sónicos, no sólo se llega a ver estas partesdel organismo, sino que éstas se percibentridimensionalmente.

La onda sonora se obtiene mediante untransductor. El sistema eléctrico produce, enprimer término, una pulsación de energíaeléctrica de forma idéntica a la pulsaciónsonora que se desea. Esta energía hace vibrarun diafragma (fuelle en miniatura) situado enel transductor, impartiendo una onda sonorade alta frecuencia al aire circundante. Laonda así obtenida se orienta hacia la parte delorganismo que se desea examinar. Sólo emiteun ciclo de ultrasonido a la vez, canalizadode manera que produce un eco en el tejido;el proceso se repite varias veces, moviendo eltransductor. Cada eco arroja informaciónsobre la región del cuerpo explorada; elmovimiento del transductor produce el efec-to tridimensional.

Se puede apreciar, entonces, que la combi-nación de ultrasonidos con los rayos X ofrecea los médicos la posibilidad de examinarcualquier parte del organismo. El ultrasonidotambién puede utilizarse para obtener placassemejantes a las que se logran con los rayosX. Esto significa que, cuando existan equiposultrasónicos baratos y prácticos, se podráreducir el uso de los rayos X. Correctamenteempleados, los ultrasonidos no son nocivospara el cuerpo humano, evitándose así lasposibles lesiones atribuidas a los rayos X.

La ultrasónica también promete despejar unnuevo camino para realizar exámenes cardía-cos. Orientando las pulsaciones de energíaultrasónica hacia los tejidos del corazón ymidiendo el tiempo requerido para que eleco retorne al aparato, los médicos determi-nan si el corazón funciona bien.

Los científicos también han hallado la posi-bilidad de aplicar el efecto Doppler. En este

caso, se envía una serie de pulsaciones haciala región cardíaca, observándose el cambiode tono motivado por el movimiento de sussuperficies. Así, se estudian las válvulascardíacas y se verifica su funcionamiento.Contando con los ultrasonidos para estudiarlos tejidos cardíacos y las partes móviles delcorazón, dentro de poco, los médicos estaránen condiciones de identificar las lesionescardíacas mucho antes de que el pacienteexperimente algún síntoma, diagnóstico tem-prano que permitirá salvar un gran númerode vidas.

Los ultrasonidos no sólo pueden emplearsepara examinar el cuerpo humano sino, tam-bién, para mejorar su funcionamiento. Porejemplo, la diatermia ultrasónica sirve paraaliviar el dolor y el malestar en muchas enfer-medades y lesiones traumáticas. El proce-dimiento consiste en aplicar ultrasonidos debaja intensidad que pasan al cuerpo desde untransductor aplicado a la piel. Las pequeñasdosis de esta energía reducen el dolor de losmúsculos resentidos, la bursitis, la fibrositis,la artritis y otros males. Sin embargo, loshombres de ciencia advierten que los ultra-sonidos no son una panacea y que se debenaplicar con suma prudencia, con la direccióndel médico.

También se inves-tiga el empleo delos ultrasonidospara introducircambios en elinterior del orga-nismo, sin alterarlas porciones decarne y hueso si-tuadas en el medio. Para que este tipo de

1166

En la actualidad, seemplean equipos queconcentran el hazsonoro en el interiordel cuerpo, en unasuperficie igual a la dela mina de un lápiz.

tratamiento resulte inocuo, se requiere, aún,una considerable labor; pero, ya se han reali-zado estudios para modificar tamaños, for-mas y hasta posiciones de algunas estructurasdel cuerpo. A frecuencias muy elevadas (1 MHza 4 MHz) se pueden realizar operaciones enlas profundidades del cuerpo, sin punzarsiquiera la piel ni los tejidos sanos. Para estoes necesario enfocar con gran exactitud loshaces ultrasónicos, mediante un objetivoespecial que cubre el cristal emisor delsonido. Este sistema sirve hasta para realizardelicadas intervenciones en el cerebro, lasque requieren extirpar una parte del huesodel cráneo (porque el hueso absorbe lossonidos mucho más que los tejidos blandos).Por otra parte, en las intervenciones cere-brales la frecuencia máxima que puedeemplearse sin peligro es de unos 2 MHz.

El empleo de los ultrasonidos en terapéuticacerebral promete el surgimiento de unaamplia gama de adelantos médicos. Antetodo, se elimina el peligro de lesionar poraccidente alguna estructura importante delcerebro, riesgo potencial cuando se recurre ainstrumentos mecánicos como bisturís obombas de succión, a sustancias químicasque se introducen con tubos especiales, aestudios eléctricos en los que se implantanminúsculos electrodos en los tejidos circun-dantes o a radiaciones; por más recaudos quese concreten, cada uno de estos proce-dimientos implica la destrucción de tejidopara introducir los instrumentos. Con losultrasonidos, en cambio, todo lo que serequiere es enfocar bien los haces. Los estu-dios o los tratamientos con ultrasonidos sepueden realizar todas las veces que los médi-cos consideren necesario; por esto, en laactualidad, es posible recurrir a los haces

ultrasónicos para hacer estudios prolongadosy cuidadosos sobre el funcionamiento de lasdistintas áreas del cerebro. Con el tiempo sepodrán conocer y diferenciar los millones deminúsculos circuitos neuronales del cerebroy su funcionamiento. Con estos datos, losmédicos estarán en mejores condiciones deactuar en casi todos los tipos de enfer-medades cerebrales y aplicar la ultrasónicapara obtener la curación.

Además de usos medicinales, se puedenemplear haces ultrasónicos para rreeccoonnoocceerrffaallllaass eenn llooss mmaatteerriiaalleess; porque, los puntosdébiles que puede contener el materialdesvían a la onda ultrasónica. Estadesviación es captada por el instrumento,indicando que el material presenta undefecto.

Los ultrasonidos también sirven para veri-ficar el sonido de los átomos. La estructuradel átomo es similar a la de un pequeño uni-verso donde los electrones giran vertiginosa-mente alrededor del núcleo, como si fuesenlos planetas en torno del Sol. Esta constantevibración en toda la materia desprende unsonido de alta frecuencia que se registramediante sondas ultrasónicas.

Existe una relación entre el movimiento delos átomos y la capacidad de los materialespara absorber el sonido. Enviando ondassonoras de distintas frecuencias sobre distin-tos materiales y observando las alteracionesque ocurren en el sonido, los investigadoresobtienen datos fundamentales sobre la estruc-tura del átomo. A partir de esto, entonces, sepuede mejorar el material o desarrollarnuevas combinaciones de materiales dotadosde propiedades especiales.

1177

Merced a estos efectos relacionados entre sí,es posible detectar las fallas existentes en elespesor de los materiales compactos. Si, porejemplo, los átomos de una barra de aceroestán deformados en un determinado lugar,desvían la orientación del haz de sonidos dealta frecuencia. Para la observación visual,parecería que el metal es tan resistente aden-tro como afuera; pero, gracias al haz sonoro,se sabe que presenta un peligroso punto dé-bil en un determinado lugar. Si la pieza estáen buenas condiciones, el haz ultrasónico lorevela, sin alterar físicamente el material.

También se están empleando mucho losultrasonidos para mejorar o fiscalizar los pro-cesos de producción industrial. Empleandohaces de sonidos de alta frecuencia cuida-dosamente seleccionados, se obtiene la mmeezz--ccllaa mmááss ccoommpplleettaa ddee ddooss mmaatteerriiaalleess, porejemplo. En algunos casos, el método ultra-sónico logra mezclar dos sustancias que, nor-malmente, serían indiferentes la una frente ala otra. Estas mezclas pueden ser líquidas osólidas; puede tratarse de mezclas de sustan-cias químicas o de aleaciones de distintosmetales fundidos en altos hornos.

Otra aplicación fabril de los ultrasonidos esla lliimmppiieezzaa ddee ppiieezzaass ddeelliiccaaddaass oo ddee ddiiffíícciillaacccceessoo. En este caso, la enérgica vibracióngenerada por los haces ultrasónicos sacude ydesprende prácticamente todas las partículasde suciedad. Entre las aplicaciones delimpieza específica figuran las piezas de relo-jes, las piezas de automóviles, las piezasodontológicas y partes constitutivas de girós-copos para la industria aeronáutica.

Entre las múltiples aplicaciones industrialesde los ultrasonidos se presenta, también, la

de mmeeddiicciióónn ddee nniivveell ddee llííqquuiiddoo. En el fondodel recipiente se coloca el pequeño transduc-tor piezoeléctrico que genera unos hacesultrasónicos enfocados de modo que se refle-jan desde la superficie del líquido haciaabajo. Las señales pasan, entonces, a la agujaindicadora, que revela la altura del líquido ensu correspondiente unidad.

Es probable que la aplicación más impor-tante de la ultrasónica en la industria actualsea en las ooppeerraacciioonneess ddee mmaaqquuiinnaaddoo yy ssooll--ddaaddoo. Las elevadísimas vibraciones del ultra-sonido pueden utilizarse para desgastarpartículas hasta de los metales másresistentes. En este caso, un transductortrasmite la frecuencia deseada a una he-rramienta -un punzón o una piedra de amo-lar, por ejemplo-; la vibración de la he-rramienta, aunque enorme, es tan rápida queno se ve a simple vista; sin embargo, sepuede controlar cuidadosamente para obte-ner cortes, perforaciones y otros cambiosexactos, en todo tipo de material. El procesoes tan sensible que sirve para recortarpartículas sumamente quebradizas como lacerámica o el vidrio. Uno de los nuevosmétodos de esmerilar que se estudian, es elde los barrenos ultrasónicos para odon-tología que, algún día, han de simplificar elrelleno de las cavidades dentales.

La ssoollddaadduurraa ultrasónica se emplea desdehace muchos años en la industria. Porque,uno de los problemas que plantea la sol-dadura convencional es que requiere aplicarcalor para fundir los metales en el sitio deunión; entonces, lamentablemente, si bien launión resultante es muy firme, el metal quecircunda a la soldadura tiende a debilitarse.Para resolver este deterioro colateral, se ha

1188

descubierto que es posible unir materialesaplicando energía ultrasónica con herramien-tas de formas especiales. El haz ultrasónicohace vibrar los átomos de los dos cabosmetálicos, logrando que se entrelacen; comoesta soldadura ultrasónica no requiere calor,el metal circundante no se debilita. Pero, lasoldadura ultrasónica tiene sus limitaciones.Sólo se pueden unir de este modo finas lámi-nas de metal de menos de 5 milímetros deespesor. En muchas piezas de aviones, enque se emplean chapas finas, el método ul-trasónico representa, entonces, una solución.

Además de los procesos de maquinado ysoldadura, también se ha comprobado quela energía ultrasónica sirve para llaammiinnaarrmmeettaalleess y obtener, así, hojas de muy pocoespesor.

También se trabaja con técnicas ultrasónicasen ffrraagguuaaddoo,, eenn ttrreeffiillaaddoo ddee aallaammbbrree yy eenn llaapprroodduucccciióónn ddee ttuubbooss ssiinn ccoossttuurraa. Lo máspromisorio ha sido el empleo de los ultra-sonidos para dar forma a materiales normal-mente difíciles de trabajar, como la cerámica.

Es común aplicarsistemas de te-lemetría, o posi-cionamiento coninfrarrojo y ultra-sonido combina-dos, de modo derecibir dos se-ñales (con sen-sores apropiados para cada una de dichasemisiones) desfasadas en el tiempo, propor-cionales a la velocidad de propagación decada onda, procedimiento que permite ccaall--ccuullaarr llaa ddiissttaanncciiaa.

Las que hemos reseñado son apenas unaspocas de las múltiples aplicaciones de losultrasonidos. En realidad, hay centenares deaplicaciones más en estudio o en pleno fun-cionamiento, en muchos ámbitos de laindustria y de la ciencia.

Acústica

Hasta los objetos que no podemos ver -porque son demasiado pequeños, como losátomos- se agitan y se mueven constante-mente.

Un movimiento oscilatorio en el tiempoconstituye una vibración. Una vibración nopuede existir en un instante determinado;requiere tiempo para ir de un lado a otro.

1199

Pensemos, por ejem-plo, en el haz de luzque genera un rayo enuna tormenta eléctricay el tiempo quetrascurre hasta que sesiente el ruido de ladescarga eléctrica.

El sonido inaudible promete ser uno de los auxi-liares más importantes del hombre en los añospor venir.

El equipo Medidor de distancia yde velocidad por ultrasonido

permite medir la velocidad de propagacióndel sonido en el aire, así como evaluar estavelocidad a distintas temperaturas.

El método de generación y medición utiliza-do en nuestro recurso didáctico es muysimilar al implementado, por ejemplo, enmedicina -con la salvedad de que las fre-cuencias del ultrasonido se ajustan almedio de propagación-.

Por ejemplo, si hacemos sonar una cam-pana, las vibraciones continúan por algúntiempo antes de extinguirse. La vibración sedefine, así, como una oscilación (movi-miento repetitivo de vaivén) respecto deuna posición de equilibrio.

Un movimiento alternado en el espacio yel tiempo es una oonnddaa. Una onda es unaperturbación que avanza o que se propagaen un medio material o, incluso, en elvacío. Una onda no puede existir en unsolo lugar; se extiende de un lado a otro.La luz y el sonido son formas de energíaque se propagan en el espacio en forma deondas

La Acústica es la ciencia que se ocupa delestudio del ssoonniiddoo..

El sonido es el proceso ondulatorio que setransmite por vibración longitudinal de lasmoléculas de un medio elástico como el aire.Cuando, en alguna región del aire, se pro-duce una perturbación de presión -en laforma de una compresión, por ejemplo,dicha región tiende a expandirse hacia lasregiones vecinas. Esto produce, a su vez, una

compresión en dichas regiones, que vuel-ven a expandirse creando una compresiónmás lejos aún. Este proceso se desarrollaen forma continua, haciendo que la per-turbación original se propague a través delaire alcanzando, en algún momento, laposición que ocupa algún receptor. Laperturbación descripta se denomina pprree--ssiióónn ssoonnoorraa.

Este tipo de movimiento en el cual no esel medio en sí mismo lo que se desplazasino alguna perturbación, se denominaoonnddaa (Existen muchos otros tipos deondas, tales como las ondas de radio, laluz, la radiación del calor, las ondassobre la superficie de un lago, lostsunamis -olas gigantes-, los movimientossísmicos, etc.).

• Cuando la onda tiene lugar en unmedio material, se denomina oonnddaaaaccúússttiiccaa..

• Cuando resulta audible, se llama oonnddaassoonnoorraa..

• Cuando es superior al espectro audi-ble, oonnddaa uullttrraassóónniiccaa..

Una cualidad importante de las ondas esque en ellas, a lo largo de su camino depropagación, se mantienen prácticamenteconstantes la forma de onda y la energíatotal (siempre y cuando el medio sea nodisipativo).

Las ondas sonoras viajan a velocidad cons-tante, la que depende del medio y de condi-ciones ambientales tales como la temperatu-ra y humedad. A temperatura ambiente, lavelocidad del sonido en el aire es, aproxi-

2200

Propagación de las ondas

madamente, de 345 m/s; esto significa que,para recorrer una distancia de 345 metros,el sonido demora un segundo. En el agua, elsonido viaja más de 4 veces más rápido queen el aire.

Cuando hay gra-dientes (varia-ciones entre doszonas) de tempe-ratura -tal comosucede entre pun-tos distantesalgunos cientos demetros o que seencuentran a diferentes alturas-, el caminoque sigue el sonido es curvilíneo en lugar derecto.

Estamos planteando el concepto de propa-gación de las ondas mediante una únicaperturbación en un medio; pero, la ma-yoría de las ondas es el resultado demuchas perturbaciones sucesivas y no sólode una. Cuando las perturbaciones se pro-ducen a intervalos regulares y son todas dela misma forma, estamos en presencia deuna onda periódica; en ella, el número deperturbaciones por segundo se denominafrecuencia de la onda y se expresa enHertz (Hz) -es decir, ciclos por segundo(un ciclo es todo lo que sucede duranteuna perturbación completa)-.

En el caso de las ondas sonoras, la fre-cuencia es entre 20 Hz y 20.000 Hz.

Las ondas acústicas de menos de 20 Hz sedenominan iinnffrraassoonniiddooss y las de más de20.000 Hz se llaman uullttrraassoonniiddooss. Por logeneral, ni unos ni otros son audibles por

el ser humano. Algunos animales (porejemplo el perro) pueden escucharsonidos de muy baja frecuencia, talescomo los creados por las ondas sísmicasdurante un terremoto; por esta razón, losanimales se muestran inquietos en losinstantes previos a un movimiento sísmi-co, al escuchar la señal de advertencia queresulta inaudible para el ser humano. Enforma similar, algunos animales escuchanultrasonidos; como ya planteábamos, elmurciélago es un caso notable, ya queescucha sonidos de más de 100.000 Hz, loque le permite orientarse por medio deseñales acústicas que, analógicamente,constituyen el principio del sonar (seme-jante al radar).

Aún cuando muchos sonidos son aproxi-madamente ppeerriióóddiiccooss -como los sonidosproducidos por los instrumentos musi-cales de altura determinada (guitarra, flau-ta, piano)-, la vasta mayoría de los sonidosnaturales son aappeerriióóddiiccooss: Las sucesivasperturbaciones no se producen a interva-los regulares y no mantienen constante suforma de onda. Esto es lo que técnica-mente se denomina ruido. Una onda ape-riódica, en general, no produce sensaciónde altura. Algunos ejemplos son el ruidourbano, las consonantes, el ruido del mary el sonido de muchos instrumentos depercusión tales como los tambores o losplatillos.

2211

Ésta es la razón por lacual nuestra percep-ción se confunde alintentar determinar au-ditivamente por dóndeestá volando un avión.

Sonidoperiódico de unaúnica frecuencia

(diapasón)

2222

Al transmitirse, todo movimiento ondulato-rio presenta las siguientes características:

• La posición más alta con respecto a laposición de equilibrio se llama cresta.

• El ciclo es una oscilación.

• La posición más baja con respecto a laposición de equilibrio se llama valle.

• El máximo alejamiento de cada partículacon respecto a la posición de equilibrioes la amplitud de onda.

• El período es el tiempo transcurrido entrela emisión de dos ondas consecutivas.

• El número de ondas emitidas en cadasegundo se denomina frecuencia.

• La distancia que hay entre cresta y cresta,o valle y valle, se llama longitud de onda.

• Nodo es el punto donde la onda cruza lalínea de equilibrio.

• Elongación es la distancia que hay, enforma perpendicular, entre un punto dela onda y la línea de equilibrio.

Sonido

Cuando nos referimos al sonido audible, esta-mos hablando de la sensación detectada pornuestro oído, originada en las variaciones depresión en el aire por encima y por debajo de unvalor estático -dado por la presión atmosférica;alrededor de 100 hectopascal-. Se trata de varia-ciones pequeñas y de forma muy lenta, tal ycomo se puede comprobar en un barómetro.

Cuando las variaciones de presión se encuentranentre 20 y 20.000 veces por segundo (igual a unafrecuencia de 20 Hz a 20 kHz), el sonido espotencialmente audible aunque las variacionesde presión puedan ser, a veces, tan pequeñascomo la millonésima parte de un pascal.

Los sonidos muy fuertes son causados porgrandes variaciones de presión. Por ejemplo,una variación de un pascal se oye como unsonido muy fuerte, siempre y cuando la mayoríade la energía de dicho sonido esté contenida enlas frecuencias medias (1 kHz - 4 kHz) que esdonde el oído humano es más sensible.

En nuestro equipo,utilizamos una

onda de 40 kHz de fre-cuencia, generamos untren de diez pulsos a estafrecuencia y, luego,esperamos la llegada deleco proveniente de unobstáculo.

El sonido es la vibración de un medio elástico,bien sea gaseoso, líquido o sólido.

Características de una onda

El sonido puede ser producido por diferentesfuentes, desde una persona hablando hastaun parlante -una membrana móvil quedesplaza el aire generando ondas sonoras-.

Se dice que hay un sonido cuando una per-turbación mecánica se propaga por un mediomaterial y llega a un receptor con capacidadpara producir en él una sensación. Por tanto,para que exista sonido, deben existir:

• un elemento capaz de producir una per-turbación mecánica,

• un medio capaz de propagar la pertur-bación,

• un oyente en el cual se produce una sen-sación auditiva.

Se considera un ffeennóómmeennoo aaccúússttiiccoo cuandola perturbación y el medio reúnen las carac-terísticas mencionadas.

La misma definición da a entender que elsonido puede ser detectado y evaluado me-diante la medida de alguna de las magnitudesfísicas del medio que la perturbación hagavariar con respecto a su posición de equili-brio. Generalmente, la magnitud usada es lapresión.

Para favorecer la propagación de la pertur-bación, el medio debe tener dos propiedades:

•IInneerrcciiaa: Permite a un elemento del mediotransferir energía al elemento contiguo.Está relacionada con la densidad delmedio.

•EEllaassttiicciiddaadd:: Produce una fuerza en el ele-mento desplazado que tiende a llevarlo asu posición de equilibrio.

El sonido se origina por una onda de presiónproducida por una fuente vibratoria. Debidoa esto, el movimiento de las partículas delmedio se estudia con las características delmovimiento ondulatorio.

La velocidad de propagación del sonido enun medio es directamente proporcional a lapresión e inversamente proporcional a ladensidad del medio en el que se propaga.

En cuanto al sonido, se pueden considerartres tipos de ondas:

OOnnddaass ppllaannaass. Son las que se forman en untubo que contiene un medio elástico -comoaire o agua- y que, en uno de sus extremos,tiene un pistón que se mueve alternativa-mente hacia delante y hacia atrás. La posi-ción del pistón en el tiempo puededescribirse mediante una función sinusoidal.El movimiento alternativo del pistón haceque el aire se comprima y expanda, y que elmovimiento de las partículas se propague a

2233

Longitud de onda y frecuencia

lo largo del tubo. Esta serie de compresionesy expansiones constituye un tren de ondasque se propaga a lo largo del tubo a unavelocidad que depende del medio de propa-gación.

Observamos que solamente se propaga lavibración; las partículas del medio sólovibran alrededor de su posición de equi-librio.

Las ondas sónicas producidas por el pistónson planas porque se desplazan en una soladirección y transmiten la vibración a todaslas partículas del plano, en el mismoinstante.

OOnnddaass cciillíínnddrriiccaass.. Si la superficie que pro-duce la perturbación es un cilindro cuyasuperficie está vibrando, los frentes de ondason también superficies cilíndricas paralelasa la fuente.

OOnnddaass eessfféérriiccaass.. Se producen cuando lafuente tiene forma esférica o es una partículaque transmite su vibración por igual en todasdirecciones. El frente de onda está formadopor esferas concéntricas.

Las ondas sonoras en el mar son de este últi-mo tipo.

2244

Compresiones y expansiones Ondas cilíndricas

Ondas esféricas

Ondas planas

Dirección de la propagación

Características del sonido

Cualquier sonido sencillo -como una notamusical- puede describirse en su totalidad,especificando tres características de su per-cepción:

• la intensidad,

• la altura o tono,

• el timbre.

Estas características se corresponden física-mente a:

• la amplitud,

• la frecuencia,

• la composición armónica o forma deonda.

IInntteennssiiddaadd. La distancia a la que se puede oírun sonido depende de su intensidad. Éstaestá definida por el flujo medio de energíapor unidad de área perpendicular a la direc-ción de propagación. En el caso de ondasesféricas que se propagan desde una fuentepuntual, la intensidad es inversamente pro-porcional al cuadrado de la distancia,suponiendo que no se produce ninguna pér-dida de energía debido a la viscosidad, laconducción térmica u otros efectos de absor-ción. Por ejemplo, en un medio perfecta-mente homogéneo, un sonido es nueve vecesmás intenso a una distancia de 100 metrosque a una distancia de 300 metros. En lapropagación real del sonido en la atmósfera,los cambios de la temperatura, la presión o lahumedad producen amortiguación y disper-sión de las ondas sonoras, por lo que gene-ralmente la ley del inverso del cuadrado nose puede aplicar a las medidas directas de laintensidad del sonido.

AAllttuurraa oo ttoonnoo. Cada sonido se caracterizapor su velocidad específica de vibración, laque impresiona de manera peculiar al senti-do auditivo. Esta propiedad recibe el nom-bre de tono. Los sonidos de mayor o menor

2255

Para un medidor de distancia, sebusca que el frente de onda sea

plano. Esto permite lograr una mediciónprecisa que no tome rebotes que no se co-rresponden con el obstáculo a medir.

En el recurso didáctico que estamos pro-poniendo, se busca que el haz sea lo másfino posible, para obtener una lectura sen-cilla de un frente también reducido.

En cambio, en un aparato como un ecógrafo,el objetivo es que pueda tomar los ecos enun ángulo más amplio, de forma de obtenerun cono de observación.

Intensidad. Depende de la amplitud. Distingueun sonido fuerte de uno débil.

Altura o tono. Depende de la frecuencia.Distingue a un sonido agudo (tono alto) de unsonido grave (tono bajo).

Timbre. Depende de la forma de onda.Distingue dos sonidos de la misma intensidad ytono pero producidos por distintas fuentes.

frecuencia se denominan, respectivamente,agudos o graves -términos relativos ya que,entre los tonos diferentes, uno de ellos essiempre más agudo que el otro y a la inversa-

TTiimmbbrree. Si se toca una nota musical -comoel "do" central- en un violín, un piano y undiapasón, con la misma intensidad en los trescasos, los sonidos son idénticos en frecuenciay amplitud, pero muy diferentes en timbre.De las tres fuentes, el diapasón es el que pro-duce el tono más sencillo -que, en este caso,está formado casi exclusivamente por vibra-ciones con frecuencias de 440 Hz-. Debido alas propiedades acústicas del oído y a laspropiedades de resonancia de su membranavibrante, es dudoso que un tono puro llegueal mecanismo interno del oído sin sufrircambios. El componente principal de la notaproducida por el piano o el violín, tambiéntiene una frecuencia de 440 Hz. Sin embar-go, esas notas contienen componentes confrecuencias que son múltiplos exactos de 440Hz, los llamados tonos secundarios, como880, 1.320 ó 1.760 Hz. Las intensidadesconcretas de estos otros componentes, losllamados armónicos, determinan el timbre dela nota.

Espectro del sonido

El concepto deespectro es de im-portancia capitalen acústica. Cuan-do planteamos elconcepto de fre-cuencia, dijimosque las ondas pe-riódicas tienenasociada una fre-cuencia. Sin em-bargo, esto es sóloparte de la verdad,ya que por lo ge-neral dichas ondascontienen variasfrecuencias a lavez. Así, cuandoescuchamos unsonido de 100 Hz,realmente estamos escuchando ondassenoidales de frecuencias 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz,400 Hz, 500 Hz, etc. Estas ondas senoidales sedenominan armónicos del sonido original y, enmuchos instrumentos musicales (como la gui-tarra), son claramente audibles.

¿Qué sucede con un sonido original cuyaforma de onda ya es senoidal? Cuando seintenta aplicar el teorema de Fourier a unasenoide, el resultado es un solo armónico-de la misma frecuencia que la senoideoriginal, por supuesto-. (Nótese que elTeorema de Fourier no dice que todas lasformas de ondas deben tener variosarmónicos sino que cualquier forma deonda puede obtenerse por superposiciónde cierta cantidad de senoides, cantidadque puede reducirse a una sola, que es lo

2266

Esta propiedad estáformulada en elnotable teoremamatemático denomina-do TTeeoorreemmaa ddee FFoouurriieerr(en honor a su des-cubridor, matemáticofrancés), que afirmaque cualquier forma deonda periódica puededescomponerse enuna serie de ondas deuna forma particular -onda senoidal (osenoide o sinusoide)-,cada una de las cualestiene una frecuenciaque es múltiplo de lafrecuencia de la ondaoriginal (frecuenciafundamental).

En el kit que le proponemos desarro-llar, los pulsos generados responden

en forma a una señal cuadrada; de modoque no sólo estamos emitiendo una onda de40 kHz sino también sus armónicos imparescon menor intensidad; principalmente,porque el transductor tiene un ancho debanda muy estrecho, es decir puede trasmi-tir una onda de 40 kHz muy bien, pero no asíuna que supere los 41 kHz.

que ocurre con las ondas senoidales.) Elhecho de que cada onda senoidal tieneuna única frecuencia, ha llevado a llamartambién tonos puros a las ondassenoidales.

La descripción de las ondas senoidales quecomponen un sonido dado se denominaeessppeeccttrroo ddeell ssoonniiddoo. El espectro es impor-tante debido a varias razones:

• Permite una descripción de las ondassonoras que está íntimamente vinculadacon el efecto de diferentes dispositivos ymodificadores físicos del sonido. Si seconoce el espectro de un sonido dado, esposible determinar cómo se ve afectadopor las propiedades absorbentes -de unaalfombra, por ejemplo-. No puededecirse lo mismo en el caso de que seconozca sólo la forma de onda.

• La percepción auditiva del sonido es denaturaleza predominantemente espectral.En efecto, antes de llevar a cabo ningúnotro procesamiento de la señal acústica,el oído descompone el sonido recibidoen sus componentes frecuenciales, esdecir en las ondas senoidales que, segúnel teorema de Fourier, conforman esesonido. Por ese motivo, con algo de prác-tica es posible, por ejemplo, reconocerlas notas de un acorde.

¿Qué puede decirse del espectro de lossonidos aperiódicos? El teorema de Fourierpuede extenderse al caso de estos sonidos,que pueden ser tan simples como los sonidosde una campana o tan complejos como el asíllamado ruido blanco (un ruido similar alque capta un receptor de FM sin señal). En elprimer caso, se trata de un espectro discreto,

vale decir, un conjunto de frecuencias clara-mente diferenciadas, aunque no son yamúltiplos de ninguna frecuencia; podemostener, por ejemplo, 100 Hz, 143,3 Hz, 227,1Hz, 631,02 Hz. En el segundo caso, tene-mos... ¡todas las frecuencias! Esto es lo que sedenomina un eessppeeccttrroo ccoonnttiinnuuoo.

2277

Onda senoidal a la frecuencia fundamental (60 Hz)y su segundo (120 Hz), tercero (180 Hz), cuar-to (240 Hz) y quinto (300 Hz) armónicos

¿Recuerda la situación didácticaen la que un grupo de alumnos

asumía la tarea de analizar la acústicade una sala? Los estudiantes conside-ran la respuesta a distintas frecuen-cias de los muros, para ver dónde seproducen interferencias, y reflexionesconstructivas y destructivas, paradeterminar la ubicación de panelescon propiedades especiales de absor-ción para ecualizar la sala.

Movimiento ondulatorio

El movimiento ondulatorio se mide por lafrecuencia, es decir, por el número de ciclosu oscilaciones que tiene por segundo. Launidad de frecuencia es el hertz (Hz), queequivale a un ciclo por segundo.

Como ya planteábamos páginas atrás, unaonda es una perturbación que avanza o quese propaga en un medio material o, incluso,en el vacío.

Para propagarse:

• Algunas clases de ondas precisan de la exis-tencia de un medio material que hace el papelde soporte de la perturbación; se denominan,genéricamente, oonnddaass mmeeccáánniiccaass.. El sonido,las ondas que se forman en la superficie delagua, las ondas en cuerdas, son algunos ejem-plos de ondas mecánicas; se corresponden acompresiones, deformaciones y, en general, aperturbaciones del medio.

• Existen ondas que pueden propagarse aún enausencia de un medio material, es decir, en elvacío. Son las oonnddaass eelleeccttrroommaaggnnééttiiccaass o cam-pos electromagnéticos1 viajeros; a esta segun-da categoría pertenecen las ondas luminosas.

Independientemente de esta diferenciación,existen ciertas características que soncomunes a todas las ondas, cualquiera sea sunaturaleza y que, en conjunto, definen el lla-mado comportamiento ondulatorio.

El tipo de movimiento característico de lasondas se denomina mmoovviimmiieennttoo oonndduullaattoo--rriioo. Su propiedad esencial es que no impli-ca un transporte de materia de un punto aotro. Las partículas constituyentes delmedio se desplazan relativamente pocorespecto de su posición de equilibrio; loque avanza y progresa no son ellas sino laperturbación que transmiten unas a otras.El movimiento ondulatorio supone, única-mente, un transporte de energía y de canti-dad de movimiento.

Junto a una primera clasificación de lasondas en mecánicas y electromagnéticas, esposible distinguir diferentes tipos de ondasatendiendo a otros criterios.

Según la dirección de propagación coincida ono con la ddiirreecccciióónn eenn llaa qquuee ssee pprroodduuccee llaappeerrttuurrbbaacciióónn, las ondas pueden ser:

• TTrraannssvveerrssaalleess:: La perturbación del mediose lleva a cabo en dirección perpendicu-lar a la de propagación. En las ondas pro-ducidas en la superficie del agua, laspartículas vibran de arriba a abajo yviceversa, mientras que el movimientoondulatorio progresa en el plano perpen-dicular. Lo mismo sucede en el caso deuna cuerda: Cada punto vibra en vertical;pero, la perturbación avanza según ladirección de la línea horizontal.

Si producimos una onda, agitando elextremo libre de una cuerda hacia arriba

2288

1 Si desea ahondar en ellas, le proponemos recurrir a estaspublicaciones digitales: - Adam, Rosa; Queiro, Santiago; Rela, Agustín; Sztrajman,

Jorge. 1994. Física. Interacciones a distancia. CONICET -Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas-.Ministerio de Educación. Buenos Aires.

- Adam, Rosa; Rela, Agustín; Sztrajman, Jorge. 1996. Elcampo magnético. CONICET -Consejo Nacional deInvestigaciones Científicas y Técnicas-. Ministerio deEducación. Buenos Aires.

- Adam, Rosa; Aristegui, Rosana; Rela, Agustín; Sztrajman,Jorge. 1996. Ondas electromagnéticas. CONICET -ConsejoNacional de Investigaciones Científicas y Técnicas-.Ministerio de Educación. Buenos Aires.Se encuentran disponibles en el sector "Publicaciones.Materiales de capacitación" de la página web del InstitutoNacional de Educación Tecnológica: wwwwww..iinneett..eedduu..aarrOpción "Serie: Ciencias para la Educación Tecnológica".

y hacia abajo, el movimiento de la cuer-da es perpendicular a la dirección delmovimiento de la onda. Cuando elmovimiento del medio (en este caso, lacuerda) es perpendicular a la direcciónen que se propaga la onda, decimos quese trata de una onda transversal.

Las ondas que se producen en las cuerdastensas de los instrumentos musicales y enlas superficies de los líquidos, son trans-versales.

También lo son las ondas electromagnéti-cas que constituyen las ondas de radio yla luz.

• LLoonnggiittuuddiinnaalleess:: El movimiento local delmedio alcanzado por la perturbación seefectúa en la dirección de avance de la on-da. Un resorte que se comprime y se ex-pande, da lugar a una onda longitudinal.

Las ondas sonoras son ondas longitudi-nales.

Es posible reconocer otros tipos de ondas.Las oonnddaass eessttaacciioonnaarriiaass son aquellas ondasen las cuales ciertos puntos llamados nodos,permanecen inmóviles. En este tipo deondas, las posiciones donde la amplitud esmáxima se identifican como antinodos, losque se forman en los puntos medios entredos nodos.

Las ondas estacionarias son producto de lainterferencia. Cuando dos ondas de igualamplitud, longitud de onda y velocidad,avanzan en sentido opuesto a través de unmedio, se forman ondas estacionarias. Porejemplo, si se ata a una pared el extremo deuna cuerda y se agita el otro extremo haciaarriba y hacia abajo, las ondas se reflejan enla pared y vuelven en sentido inverso. Sisuponemos que la reflexión es perfectamenteeficiente, la onda reflejada está media longi-tud de onda retrasada con respecto a la ondainicial. Se produce interferencia entre ambasondas; el desplazamiento resultante encualquier punto y momento es la suma de losdesplazamientos correspondientes a la ondaincidente y la onda reflejada.

En los puntos en los que una cresta de laonda incidente coincide con un valle de lareflejada, no existe movimiento; estos puntosson los nodos.

A mitad de camino entre dos nodos, las

2299

Onda transversal

Onda longitudinal

dos ondas están en fase, es decir, las crestascoinciden con crestas y los valles con valles;en esos puntos, la amplitud de la ondaresultante es dos veces mayor que la de laonda incidente; por tanto, la cuerda quedadividida por los nodos, en secciones de unalongitud de onda. Entre los nodos (que noavanzan a través de la cuerda), la cuerdavibra transversalmente.

Se forman ondas estacionarias en las cuer-das de instrumentos musicales que se pun-tean, se golpean o se tocan con un arco, asícomo en el aire de un tubo de órgano y enel de una botella de gaseosa cuando sopla-mos sobre su boca. Se pueden crear ondasestacionarias tanto en las ondas transver-sales como en las longitudinales.

Otro tipo está constituido por las oonnddaass ddeepprrooaa.. Cuando la rapidez de la fuente en unmedio es igual a la rapidez de las ondas queproduce, las ondas se apilan.

En los primeros días de los aviones a reacción sepensaba que este apilamiento de las ondas sono-ras frente a la aeronave presentaba una "barrerade sonido" y que, para avanzar a una rapidezmayor que la del sonido, el avión tenía queromper esa barrera. Lo que sucede en realidades que las crestas de onda que se superponentrastornan el flujo del aire sobre las alas, de talmanera que es difícil controlar la aeronave cuan-do ésta vuela a una rapidez cercana a la delsonido. Pero, la barrera no es real.

Un avión con la potencia suficiente puede viajarsin dificultad con una rapidez mayor que la del

sonido. Decimos, en-tonces, que el avión essupersónico; esto es, másrápido que el sonido. Unavión supersónico vuelatranquilo y sin perturba-ciones porque las ondassonoras no se propaganfrente a él. De formaanáloga, un insecto quenadase con una rapidezmayor que la de las ondasque genera, se encon-traría siempre entrandoen aguas cuya superficieestá lisa.

Cuando el avión viaja amayor velocidad que elsonido, se adelanta a lasondas que genera. Losbordes de las crestas se

3300

Formación de una onda estacionaria

3311

superponen y forman un patrón en forma de V,llamado onda de proa.

Consideremos, finalmente, las oonnddaass ddeecchhooqquuee. Un bote rápido de motor que abre unsurco en las aguas, genera una onda de proaen dos dimensiones. Análogamente, un aviónsupersónico genera una onda de choque entres dimensiones. Así como se produce unaonda de proa cuando los círculos que sesuperponen forman una "V", se genera unaonda de choque cuando las ondas esféricas sesuperponen y forman un cono. De igual ma-nera que la onda de proa de un bote rápido sepropaga hasta llegar a la orilla del lago, la ondade choque cónica que genera un avión super-sónico se propaga hasta llegar al suelo.

Cuando la capa cónica de aire comprimidoque deja tras de sí un avión supersónico llegaa un observador en tierra, éste escucha unviolento chasquido que se conoce comoestruendo sónico.

Un avión subsónico no produce un estruen-do sónico porque las crestas de las ondassonoras llegan una a una a nuestros oídos y,así, las percibimos como un sonido continuo.

No es necesario que la fuente en movimientoemita sonido para que produzca una onda dechoque. Una vez que un objeto se mueve conmás rapidez que el sonido, produce sonido. Unabala supersónica que pasa volando, produce unchasquido que es un pequeño estruendo sónico.Cuando un domador de leones hace chasquearsu látigo, el chasquido es, en realidad, unestruendo sónico generado por la punta del láti-go al moverse más aprisa que el sonido. Si sehace chasquear una toalla, su extremo puedesobrepasar la rapidez del sonido y producir unminiestruendo sónico. La bala, el látigo y la toa-lla no son en sí fuentes de sonido; pero, cuandose mueven con rapidez supersónica, producensu propio sonido porque se generan ondas deaire (las ondas de choque) hacia los costados delobjeto en movimiento.

FENÓMENOSASOCIADOS A LAS ONDAS

Interferencia

Rapidez de onda

Rapidez de sonido

Resonancia, reflexión y eco

Refracción

Reverberación

Efecto Doppler

Fenómenos asociadosa las ondas

Avión que viaja a la velocidad del sonido ya mayor velocidad

Interferencia

Un objeto material -una piedra, por ejemplo-no comparte con otra piedra el espacio queocupa. Pero, puede existir más de unavibración u onda en el mismo espacio almismo tiempo. Si se arrojan dos piedras alagua, las ondas que produce cada unapueden superponerse y formar un patrón deinterferencia; en este patrón, los efectos delas ondas se pueden incrementar, reducir oneutralizar.

• Cuando la cresta de una onda se super-pone a la cresta de otra, los efectos indi-viduales se suman. El resultado es unaonda de mayor amplitud. Este fenómenose llama iinntteerrffeerreenncciiaa ccoonnssttrruuccttiivvaa oorreeffuueerrzzoo. En él, las ondas están en fase.

• Cuando la cresta de una onda se super-pone al valle de otra, los efectos indivi-duales se reducen. La parte alta de unaonda llena la parte baja de la otra. Se tratade una iinntteerrffeerreenncciiaa ddeessttrruuccttiivvaa oo ccaann--cceellaacciióónn; las ondas están fuera de fase.

La interferencia es un fenómeno característi-co de todo movimiento ondulatorio, trátesede ondas en el agua, ondas sonoras u ondasde luz.

La interferencia de ondas de luz causa, porejemplo, las irisaciones (brillos análogos alos colores del arco iris) que se ven, a veces,

en las burbujas de jabón. La luz blanca estácompuesta por ondas de luz de distintaslongitudes de onda. Las ondas de luz refle-jadas en la superficie interior de la burbujainterfieren con las ondas de esa misma lon-gitud reflejadas en la superficie exterior. Enalgunas de las longitudes de onda, la inter-ferencia es constructiva y, en otras, destruc-tiva. Como las distintas longitudes de ondade la luz corresponden a diferentes colores,la luz reflejada por la burbuja de jabónaparece coloreada.

Las ondas de radio interfieren entre sí cuan-do rebotan en los edificios de las ciudades,con lo que la señal se distorsiona. Cuando seconstruye una sala de conciertos, hay quetener en cuenta la interferencia entre ondasde sonido, para que una interferenciadestructiva no haga que en algunas zonas dela sala no puedan oírse los sonidos emitidosdesde el escenario. Arrojando objetos al aguaestancada, podemos observar la interferenciade ondas de agua, que es constructiva enalgunos puntos y destructiva en otros.

3322

Interferencia

constructiva

y destructiva

Rapidez de onda

Las propiedades del medio influyen decisiva-mente en las características de las ondas. Así,la velocidad de una onda depende de la rapi-dez con la que cada partícula del medio escapaz de transmitir la perturbación a sucompañera. Los medios más rígidos danlugar a velocidades mayores que los más fle-xibles. Lo mismo sucede con los medios másdensos respecto de los menos densos.

Por ejemplo, las ondas sonoras se desplazancon una rapidez de 330 m/s a 350 m/s en elaire (según la temperatura) y unas cuatroveces más rápido en el agua. Cualquiera quesea el medio, existe una relación entre la lon-gitud de onda, la rapidez y la frecuencia de laonda.

Rapidez del sonido

Casi todos los sonidos que escuchamos setransmiten a través del aire. El sonido no sepropaga en el vacío, siempre debe existir unmedio; se transmite con más rapidez en loslíquidos que en los gases, todavía más aprisaen los sólidos, y con más intensidad y másaprisa en el metal que en el aire.

La rapidez del sonido en aire seco a 0 °C esde, aproximadamente, 330 metros porsegundo o 1200 km/h. Pero, esta rapidez esligeramente mayor cuando el aire contienevapor de agua y aumenta también con latemperatura -pues, las moléculas de airecaliente, que se mueven más aprisa, chocanunas con otras más a menudo y, por tanto,transmiten un impulso en menos tiempo. Porcada grado de incremento en la temperaturadel aire arriba de 0 ºC, la rapidez del sonidoaumenta en 0.60 m/s. Así, pues, en el aire, a

3333

Rapidez de la onda = frecuencia x longitud de onda

En forma de ecuación v = f . �

En teoría, esta técnica permite medir

distancias con una precisión que

depende, básicamente, de la longitud de onda.

Para nuestro equipo didáctico, con una frecuencia

de 40 kHz y una velocidad promedio de 340 m/s,

se da una longitud de onda de, aproximada-

mente, 8,5 mm; de modo que ésta es la pre-

cisión teórica en la medida de distancias que

nuestro kit permite.

En la situación de estudio de la salamunicipal, los alumnos analizan dónde

se produce interferencia destructiva; este estu-dio es imprescindible para suavizar o evitarla,para lograr que el sonido emitido puedaescucharse en toda la sala.

En nuestro equipo medidor de distancia yde velocidad por ultrasonido no producimosuna onda continua, de modo que no vemosefectos de interferencia; pero, no es difícilgenerar una onda continua para trabajar congrillas que permitan observar estos fenómenos.

la temperatura normal de 20 ºC, el sonido sepropaga a unos 340 m/s, aproximadamente.

La rapidez delsonido en unmaterial específi-co no depende dela densidad delmaterial sino desu elasticidad.

En los materiales elásticos, los átomos estánrelativamente juntos y responden con pronti-tud a los movimientos de los demás, por loque transmiten la energía con pocas pérdidas.El sonido se propaga con una rapidez alrede-dor de 15 veces mayor en el acero (el acero esmuy elástico) que en el aire y unas cuatroveces más aprisa en el agua que en el aire.

Según la ley de Newton-Laplace, la velocidadde propagación del sonido en gases está dadapor:

Donde:

• P es la presión.

• � la densidad.

• � = 1.67 para gases monoatómicos, 1.40para gases biatómicos, 1.30 para gasestriatómicos y de 1.2 a 1.1 para gases poli-atómicos.

Aplicando la ley de los gases ideales, laecuación se transforma en:

Donde:

• T es la temperatura.

• M es el peso molecular del gas (enkg/mol).

• R es la constante universal de los gases(8.314 J/mol K).

En conclusión. Para un determinado gas, lavelocidad de propagación del sonido estádada por:

Donde:

• k es una constante propia del gas enestudio.

Según esta ley, la velocidad del sonidodepende únicamente de la temperaturaambiente. Pero, como el aire no está com-puesto por un único gas homogéneo, hayotros factores que también la determinan:

• La humedad ambiente determina quéproporción de moléculas de agua haydisueltas en el aire. Como la constante kes diferente para cada sustancia, lavelocidad total se ve afectada. Como lasmoléculas de agua favorecen la propa-gación: A mayor humedad, mayor veloci-dad del sonido.

3344

��� P��

��� RT�

M

�� k �T

La elasticidad es lacapacidad de un mate-rial para cambiar deforma en respuesta auna fuerza aplicada yde recuperar su formaoriginal una vez que lafuerza desaparece.

• La presión atmosférica hace cambiar laproporción de nitrógeno, oxígeno y dió-xido de carbono del aire. Por otro lado, lapresión afecta también la humedad am-biente.

Despreciando las variaciones debidas a cam-bios en la humedad que tienen una influen-cia mucho menor, una aproximación deprimer orden de la velocidad en función de latemperatura -con presión atmosférica están-dar a nivel del mar y humedad típica-, es:

v= (331,5 + 0,61T) m/s

A 0 °C v = 331,45 m/s y a 35°C v = 352,8 m/s.

Existe más de 18 m/s de diferencia entre elrango de temperaturas que abarca el clima denuestro país. Cada grado celcius de diferen-cia modifica la velocidad del sonido en,aproximadamente, 0,2 %.

Resonancia, reflexión y eco

Consideremos estos tres conceptos:

RReessoonnaanncciiaa.. Es la situación en la que un sis-tema mecánico, estructural o acústico vibraen respuesta a una fuerza aplicada con la fre-cuencia naturaldel sistema o conuna frecuenciapróxima. La fre-cuencia natural esaquélla a la que elsistema vibra si lodesviamos de suposición de equi-librio y lo deja-mos moverse li-bremente. Si seexcita un sistemamediante la apli-cación continuadade fuerzas exter-nas con esa fre-cuencia, la ampli-tud de la osci-lación va crecien-do y puede llevara la destruccióndel sistema.

RReefflleexxiióónn. Se da cuando una onda se refleja alpropio medio de propagación tras rebotarsobre una superficie. Cuando una forma deenergía, como la luz o el sonido, se transmitepor un medio y llega a un medio diferente, lonormal es que parte de la energía penetre enel segundo medio y que parte sea reflejada.

Las superficies rugosas reflejan en muchasdirecciones; en este caso, se habla de reflexióndifusa.

3355

El hundimiento delpuente colgante deTacoma Narrowsen Puget Sound,Washington (EEUU)que tuvo lugar en1940, fue causadopor vibraciones conla frecuencia naturalde la estructura,producidas por elviento.

Otro ejemplo es elde un diapasón quevibra a la frecuencianatural para la cualfue construido, quedepende básica-mente de su longi-tud.

En la realidad de nuestro kit, una medi-da de 100,0 cm, tomada a 20 °C corres-

ponde con una medida de 101,0 cm a 15 °C.Esta notoria diferencia justifica una periódicacalibración.

En nuestro equipo didáctico, la propagación sehace a través del aire y tenemos una lectura detemperatura para compensar la velocidad antedicha variación, la que se realiza en formaautomática.

Además, podemos medir la velocidad delsonido en forma directa, ya que el equipo nosprovee una lectura de tiempo en función de unareflexión que se produzca desde un objeto colo-cado, por ejemplo, a un metro de dis-tancia.

Para reflejar un tren de ondas, la superficiereflectante debe ser más ancha que medialongitud de onda de las ondas incidentes.

La reflexión regular se da cuando la direcciónde la onda reflejada está claramente determi-nada y cumple con estas condiciones:

• El rayo incidente y el rayo reflejado for-man el mismo ángulo con la normal; estoes, una línea perpendicular a la superficiereflectante en el punto de incidencia.

• El rayo reflejado está en el mismo planoque el rayo incidente y la normal.

Los ángulos que forman los rayos incidente yreflejado con la normal se denominan,respectivamente, ángulo de incidencia yángulo de reflexión.

EEccoo. Es una repetición del sonido, producidapor la reflexión del sonido en un objeto. Así,un eco es una onda sonora reflejada.

El intervalo de tiempo entre la emisión y larepetición del sonido corresponde al tiempoque tardan las ondas en llegar al obstáculo yen volver. Generalmente, el eco es de repre-sentación débil, porque no todas las ondasdel sonido original se reflejan.

Los ecos escuchados en las montañas se producencuando las ondas sonoras rebotan en grandessuperficies, alejadas más de 30 m de la fuente.

Refracción

Es el cambio de dirección de una onda, cuan-do cruza el límite entre dos medios, en loscuales viaja con diferente rapidez.

El fenómeno de la refracción supone un cam-bio en la velocidad de propagación de laonda, cambio asociado al paso de un medioa otro de diferente naturaleza o de diferentespropiedades. Este cambio de velocidad dalugar a un cambio en la dirección delmovimiento ondulatorio; como consecuen-cia, la onda refractada se desvía un ciertoángulo respecto de la incidente.

La refracción se presenta con cierta frecuenciadebido a que los medios no son perfectamente

3366

Básicamente, éste es el principiode funcionamiento de nuestro

equipo: Emitir un tren de pulsos a una fre-cuencia conveniente para los transduc-tores, disparar un cronómetro, y esperarla reflexión y la llegada del eco, luego deun tiempo, para detener el cronómetro ycalcular la distancia en función de unavelocidad del sonido que está compensa-da en temperatura.

Eco

Sonido

Interfasereflectante

Leyes fundamentales de la reflexión

homogéneos sino que sus propiedades -y, por lotanto, la velocidad de propagación de las ondasen ellos- cambian de un punto a otro.

La propagación del sonido en el aire sufrerefracciones, dado que su temperatura no esuniforme. En un día soleado, las capas deaire próximas a la superficie terrestre estánmás calientes que las altas y la velocidad delsonido, que aumenta con la temperatura, esmayor en las capas bajas que en las altas. Elloda lugar a que el sonido, como consecuenciade la refracción, se desvía hacia arriba (Enesta situación, la comunicación entre dospersonas suficientemente separadas se vedificultada). El fenómeno contrario ocurredurante las noches, ya que la Tierra se enfríamás rápidamente que el aire.

Reverberación

Se define como la persistencia del sonido trasla extinción de la fuente sonora, debido a lasmúltiples ondas reflejadas que continúan lle-gando al oído. Es la continua vuelta del sonidocausada por efectos de la acústica ambiental.

El sonido producido en una habitación nor-mal se ve algo modificado por las reverbera-ciones debidas a las paredes y a los muebles;por esta razón, un estudio de radio o tele-visión -o el salón de usos múltiples de nues-tro testimonio- debe tener un grado de rever-beración moderado para conseguir unareproducción natural del sonido.

Para lograr las mejores cualidades acústicas,las salas se diseñan de forma tal que reflejenel sonido lo suficiente como para propor-cionar una calidad natural:

•sin que introduzcan una reverberaciónexcesiva en ninguna frecuencia,

•sin que provoquen ecos no naturales endeterminadas frecuencias y

•sin que produzcan interferencias o distor-siones no deseables.

El tiempo que necesita un sonido para dis-minuir su intensidad original un millón deveces se denomina ttiieemmppoo ddee rreevveerrbbeerraacciióónn. Untiempo de reverberación apreciable mejora elefecto acústico, especialmente para la música;en un auditorio, un sonido intenso debe oírseligerísimamente durante uno o dos segundosdespués de que su fuente ha dejado de emitirlo.

El tiempo de reverberación de un ambientedepende de la absorción de sus elementos:

• Si los elementos son muy absorbentes, eltiempo es pequeño; se dice, entonces,que la sala es ssoorrddaa.

• Si los elementos son reflectores, el tiem-po es muy grande y los sonidos seperciben entremezclados y confusos; lasala se describe es rreessoonnaannttee.

3377

�1

sen �1

�2

sen �2=

La reverberación determina, así, la buenaacústica de un ambiente. Su eliminación selogra recubriendo las paredes con materiales-corcho o moqueta- que absorben las ondassonoras e impiden la reflexión.

Efecto Doppler

Cuando la fuente de ondas y el observadorestán en movimiento relativo con respecto almedio material en el cual la onda se propaga,la frecuencia de las ondas observadas es dife-rente de la frecuencia de las ondas emitidas porla fuente. Este fenómeno recibe el nombre deefecto Doppler, enhonor a su des-cubridor.

El efecto Dopplerse puede ejempli-ficar cuando unauto pasa a nues-tro lado haciendosonar la bocina.Cuando el auto seaproxima, el tonoes más agudo que

lo normal; esto se debe a que las ondas sono-ras llegan a nosotros con mayor frecuencia.Cuando el auto pasa y se aleja, el sonido sehace más grave porque las ondas llegan conmenor frecuencia.

La ecuación que representa este fenómenoes:

Donde:• F es la frecuencia emitida.

• vs es la velocidad del sonido.

• vo es la velocidad del observador.

• vE es la velocidad del emisor.

3388

Este efecto es muy uti-lizado para medir velo-cidades en función de lavariación de la frecuen-cia emitida y la recibida,y para detectar fenó-menos meteorológicosde grandes masas deaire moviéndose y pro-duciendo efectos at-mosféricos graves, asícomo para detectar laformación de tornados.

En nuestro equipo, el cálculo de lavelocidad se realiza en forma indi-

recta por determinación de distancias con-secutivas. Entonces, la posibilidad deaplicar doppler para calcular la velocidad(como en los radares policiales) no esposible, por la relación de la distancia amedir y la frecuencia utilizada del ultra-sonido.

Para poder hacer comparaciones de fase ofrecuencias, debemos hacer que la longi-tud de onda de las señales sea del ordendel tamaño del ambiente donde el sistemava a funcionar; caso contrario, no tenemosuna buena resolución o precisión en lamedida.

Para trabajar en un espacio de 2 m, la longi-tud de onda debe ser de �= 4 m que, para unavelocidad del sonido típica de v = 340 m/s,equivale a trabajar a una frecuencia de340 / 4 = 85 Hz.

Estamos claramente fuera del rango de lostransductores ultrasónicos y dentrode la porción audible del espectro.

En el planteo de la situación delsalón municipal, los alumnos van a

diseñar el modo de absorber algunosrebotes e interferencias con paneles, paralograr una buena acústica.

Nuestro medidor de distancia y de veloci-dad por ultrasonido permite visualizarmediante un osciloscopio los distintosrebotes que se producen -incluso, conmayor intensidad de lo que es previsible-en algunos materiales compuestos o fa-cetados, y en paneles acústicos.

3399

Aplicaciones de losultrasonidos

En nuestro mundo, la utilización prácticade los ultrasonidos está bastante generaliza-da. Ejemplos cotidianos son: soldadores yperforadores ultrasónicos, sonares usadosen pesca y navegación, examen de materia-les industriales mediante ecopulsos, emul-sionado de cosméticos y alimentos, dife-rentes tipos de ecografías médicas como lasusadas en las mujeres embarazadas o enexámenes diagnósticos, uso de ultrasonidospara disgregar cálculos renales o biliares,baños de limpieza ultrasónica como los uti-lizados en joyería, celulares, laboratorios e,incluso, pequeños instrumentos domésticoscomo los ahuyentadores de mosquitos, losdetectores de presencia o los emisores deseñales.

APLICACIONESDE LOS ULTRASONIDOS

El ultrasonido en el mar: El sonar

Medición de distancias por ultrasonido

En la medicina

Control de la calidad de un producto

Limpieza por ultrasonido

Medición de caudal por ultrasonido

Soldadura por ultrasonido

Erradicación de plagas con ultrasonido

Para profundizar en los temas de su interés,le recomendamos analizar estos sitios web:Electrónica y procesos:hhttttpp::////wwwwww..iisseell..ccoomm..mmxx//pprroodduuccttooss..hhttmmMedición de distancias: wwwwww..sseenniixx..ccoomm;; hhttttpp::////aabbqqiinndduussttrriiaall..ccoomm//ssppaanniisshh//wwaallll__tthhiicckk--nneessss__ggaauuggeess//Medición de nivel:wwwwww..sseennssoorrssmmaagg..ccoomm;;hhttttpp::////wwwwww..iisseell..ccoomm..mmxx//ssoolliidd..hhttmmMedición de caudal:hhttttpp::////wwwwww..fflleexxiimm..ddee//ssppaanniisshh//aapppplliicc..hhttmm;;hhttttpp::////wwwwww..fflleexxiimm..ddee//ssppaanniisshh//oovveerrvviieeww..hhttmmRobótica:hhttttpp::////wwwwww..ssuuppeerrrroobboottiiccaa..ccoomm//ssrrff0088bbxx2244..hhttmmLimpieza de piezas: hhttttpp::////wwwwww..eelleeccttrroonniiccaapp--iittaarrcchh..ccoomm..aarr//iinnssttrruummeennttooss//Soldadura por ultrasonido: hhttttpp::////wwwwww..uullttrraa--ssoonniiddoossttiirroonnii..ccoomm//

El ultrasonido en el mar:El sonar

El sistema sonar emite pulsos de ultrasonidomediante un dispositivo transmisor sumergi-do; a través de un micrófono sensible -hidró-fono-, capta los pulsos reflejados por posiblesobstáculos submarinos.

Los sistemas más complejos utilizan un cablemuy largo con varios hidrófonos conectados.Una vez en altamar, el submarino suelta elcable y lo lleva a rastras.

También se utilizan aviones para desplegarotro tipo de sonar, que emplea un dispositi-vo denominado sonoboya, compuesto porun hidrófono montado sobre una boyaflotante. Cuando se capta un ruido, el detec-tor activa una pequeña emisora de radio quetransmite una señal que se recibe en avioneso barcos

Como consecuencia de la tecnología sonar ode ultrasonido, se han desarrollado laoceanografía acústica, el estudio de las carac-terísticas de los océanos utilizando diferentesmedios acústicos y la tomografía acústica,una técnica de representación de imágenes oteledetección mediante análisis informático,para el estudio de los datos recopiladoscuando las señales acústicas atraviesan unobjeto.

Hoy en día, por extensión, se utiliza la pa-labra sonar a la parte de la acústica aplicadaque abarca todas las actividades en las que elagua es el medio de propagación del sonido.

El sonar es al agua lo que el radar es al aire.La diferencia fundamental reside en el medioen el que se propaga la energía. Tanto en elaire como en el vacío, se utiliza la radiaciónelectromagnética; pero, este tipo de radiaciónno es eficaz en el agua, porque el medioacuático es un excelente conductor eléctrico,por lo que produce una rápida transforma-ción de la energía del campo eléctrico, provo-cando una atenuación mucho mayor que laradiación acústica de naturaleza mecánica.Para una frecuencia de 1 kHz, la pérdida esde 1428 dB/km, mientras que la atenuaciónde la energía acústica es de 0,06 dB/km parala misma frecuencia.

Debido a la distinta naturaleza del medio depropagación y, consecuentemente, al empleode distintos tipos de radiación, se obtienenotras diferencias notables. Así, las ondas elec-tromagnéticas son transversales mientras quelas acústicas son longitudinales, por lo quelas primeras pueden polarizarse mientras quelas segundas no; la velocidad de propagaciónen las primeras varía inapreciablemente conlas características cambiantes del medio,mientras que el sonido aumenta su velocidad

4400

Acrónimo del inglés de Sound Navigation andRanging, el ssoonnaarr es un sistema de detecciónbasado en la reflexión de las ondas submarinasde sonido. Al igual que el radar, se fundamentaen la reflexión de las ondas de radio en el aire.

a medida que decrece la compresibilidad delmedio, lo que tiene una notable incidenciaen la propagación. En el mar, la compresibi-lidad es función de variables como la sali-nidad, la temperatura y la presión.

Básicamente, existen dos tipos de sonar: elactivo y el pasivo.

• El ssoonnaarr ppaassiivvoo se limita a escuchar elsonido que proviene de los objetos que seencuentran sumergidos

• El ssoonnaarr aaccttiivvoo, de operatoria similar a ladel radar, emite un tren de ondas acústi-cas; entonces, el objeto sumergido sobreel que inciden estas ondas, refleja partede ellas, las que vuelven hacia el focoemisor. La energía recibida provenientedel objeto es sólo una muy pequeña partede la que se emitió; el camino que reco-rren las ondas es el doble de la distanciaentre el emisor y el objeto.

El empleo de uno u otro tipo de sonar se basaen criterios de alcance y discreción, teniendocada uno ventajas e inconvenientes en suempleo.

El alcance está limitado por un gran númerode factores; los más importantes son la fre-cuencia de la onda y la efectividad del medio

en el que se propaga la energía. Cuanto másbaja es la frecuencia, mayor es el alcance quese obtiene. Pero, ¿basta emplear frecuenciasmuy bajas para aumentar el alcance todo loque se desee? Para responder, es necesarioconsiderar que la disminución de la frecuen-cia lleva aparejados otros inconvenientes;uno de ellos es el tamaño de la antena que esinversamente proporcional a la frecuencia.

Con ambos tipos es posible determinar ladirección en la que se encuentra el objeto;pero, el sonar activo posibilita obtener la dis-tancia midiendo el tiempo que transcurreentre el momento en que se emite laradiación y el instante en que se recibe el eco,si se conoce la velocidad a la que el sonido sepropaga en el agua.

El sonar pasivo no contempla esa posibili-dad; aunque, en la actualidad, existenmedios para obtener la distancia a un objetomidiendo la diferencia de fase en la que lasondas llegan a varios receptores separadosentre sí.

Una de las primeras referencias al hecho deque el sonido se propaga en el mar se debe aLeonardo Da Vinci quien, en 1490, escribe:"Si paras tu barco e introduces el extremo deun tubo en el agua y aplicas el oído al otroextremo, oirás barcos que se encuentran agran distancia de tí."

4411

El equipo permite modelizarestos procesos, ya que utiliza

esta técnica de medición de distan-cias; pero, en lugar de realizarlaen el agua, la realiza en el aire.

Este primer ejemplo de sistema sonar tiene,en su sencillez, los principios básicos de unsonar pasivo actual:

• Al navegar, todos los barcos -aunque nosean de motor- producen ruido.

• Se detiene el barco propio para reducir elnivel de ruidos.

• Se introduce un tubo en el agua paratransmitir las ondas acústicas desde elmedio acuático al medio aéreo, para sercaptadas por el oído humano.

La primera medición de la velocidad delsonido en el agua es obtenida en 1827 por elfísico suizo Daniel Colladon y el matemáticofrancés Charles Sturn en el lago Ginebra. Elresultado de su medida es de 1434 m/s, queresulta muy precisa para la época en que serealiza dicha medición.

Durante el siglo XIX y tras la enunciación delcálculo infinitesimal, Fourier formula lasseries trigonométricas infinitas y Ohm lasaplica para descomponer sonidos reales enseries de tonos puros. Éste es un importan-tísimo descubrimiento ya que, más tarde,permite la identificación precisa de la fuenteque genera el sonido.

Se produce el descubrimiento del fenómenode la magnetostricción -que provoca el cam-bio de la forma de algunos materiales cuandoson atravesados por un campo magnético-; y,en 1880, Jacques y Pierre Curie, estudiandola compresión del cuarzo, descubren lapiezoelectricidad: Al someter a la acciónmecánica de la compresión, las cargas de lamateria se separan y esto da lugar a unapolarización de la carga; esta polarización es

la causante de que salten las chispas. Pre-sionando sobre las caras de algunos cristales,se puede lograr una diferencia de potencialimportante entre ellas. Ese voltaje es el quehace saltar las chispas entre los terminales dedos cables eléctricos, aproximándolos entresí y manteniendo unidos los otros extremos alas caras -esto sucede, por ejemplo, en losaparatos que producen chispa para encenderla llama, utilizados en la cocina-.

En 1912, Fesseden desarrolla el primeremisor submarino capaz de trabajar comotransmisor y receptor en el margen de fre-cuencia entre 500 y 1000 Hz. En 1914, trasla pérdida del Titanic, demuestra la utilidadde su invento midiendo la distancia a un ice-berg situado a dos millas. La posterior apli-cación de los amplificadores electrónicos alas señales captadas, hace que los sistemas notengan que depender exclusivamente de lasensibilidad del oído humano.

En 1915, Lord Rayleigh descubre que el oídohumano es capaz de determinar la direcciónde una fuente sonora por la diferencia de faseo tiempo de la onda sonora al llegar a ambosoídos. Se desarrollan, entonces, sensoresbiaurales que determinan la dirección de laque proviene el sonido.

En 1917, el físico francés Paul Lagevin, usan-do un sistema piezoeléctrico de cuarzo sintonizado a una frecuencia de 38 kHz, con-sigue formar un haz de energía capaz dedeterminar la dirección y la distancia de unobjeto sumergido, llegando a detectar a unsubmarino a 1500 m.

Los primeros estudios sobre propagación sellevan a cabo por científicos alemanes en

4422

4433

1919. Ellos descubren la influencia de latemperatura, de la salinidad y de la presiónen la velocidad del sonido, y el compor-tamiento de los rayos sonoros al atravesarestratos de distinta velocidad de propagación.

En 1925, se presenta comercialmente laprimera ecosonda, aparato capaz de determi-nar la distancia desde la superficie al fondo.

Los trabajos de eminentes físicos comoKnudsen, Wenz, Marsh, Urick y otros, identifi-can los orígenes y características de las distintasfuentes de ruido ambiental existente en el o-céano. Los mayores logros, en este período, son:

• Descubrimiento del motivo de la ate-nuación a frecuencias inferiores a 100 Hz.

• Determinación experimental de laabsorción para frecuencias entre 100 Hzy 1 Mhz.

• Medida de las pérdidas por absorción porrebote en el fondo.

• Clasificación de las pérdidas y caracterís-ticas del canal sonoro profundo y super-ficial.

• Conocimiento de la propagación enaguas polares.

• Descubrimiento y explicación de laszonas de convergencia.

•Obtención de diagramas de rayos sonorosy predicción de alcances.

•Medida con gran exactitud de la velocidaddel sonido en el agua.

El principal uso de los dispositivos sonar es decarácter militar y naval por excelencia. Las mo-

dernas unidades de las marinas militares detodos los países desarrollados disponen deequipos tanto activos como pasivos para realizarla detección, la clasificación y el seguimiento desubmarinos. Éstos, a su vez, disponen deequipos para la detección de buques de superfi-cie, y de contramedidas para evitar o retardar sudetección por dichas unidades.

El incesante avance de la electrónica y de lainformática aplicadas a la acústica submarina,ha hecho extender las capacidades de losequipos al análisis del ruido radiado por losbarcos obteniendo, así, la denominada "firmaacústica" que permite identificar cada unidadde forma unívoca -al igual que una huelladactilar identifica a una persona; pero, adiferencia de las huellas dactilares que soninvariables, las firmas acústicas cambian conel tiempo; esto sucede porque, como estas"firmas" proceden, en su mayor parte, delruido radiado por la maquinaria a bordo delos buques, dicho ruido varía, a su vez, conlas modificaciones, reparaciones y fatiga delas piezas que la componen, lo que obliga amantener una información actualizada deinteligencia de unidades navales-.

Gran parte de la tecnología se ha transferidoa usos civiles. Es bastante común el uso desondas ultrasónicas en barcos de todo tipo,medidores de espesor de capas de hielo yotros dispositivos de ayuda a la navegaciónque usan el sonido o ultrasonido.

Otro aporte significativo son los detectores decardúmenes para pesca, los que permiten lalocalización de bancos de peces.

Los buscadores de tesoros poseen poderososequipos para la localización de barcos hundidos.

Medición de distanciaspor ultrasonido

Los sensores de ultrasonido son dispositivosmuy utilizados para medición de distancias, ode niveles de líquido o sólidos a granel(¿Recuerda nuestro problema tecnológicorespecto de la capacidad de un silo de granos?)

Están formados por dos unidades piezoeléc-tricas; una de ellas es el emisor y la otra elreceptor de ondas de presión ultrasónicas.Para esto, la unidad emisora se excita con unaseñal adecuada en amplitud y frecuencia.

La unidad receptora traduce todas aquellasondas ultrasónicas de presión de 40 kHz quellegan a excitarla. Si la emisión es continua yse trata de un recinto cerrado -como untanque-, alcanzan la unidad receptora tantolas ondas ultrasónicas rebotadas directa-mente sobre la superficie del líquido comolos diferentes ecos que se producen. La señalsuministrada por el receptor es de una fre-cuencia de 40 kHz; pero, varía en amplitud yfase, dependiendo de la distancia y de losdiferentes ecos recibidos.

El método más utilizado para la determi-nación de la distancia es -en lugar de excitarel emisor con una señal fija de 40 kHz-enviar trenes de pulsos con períodos muycortos.

El tiempo transcurrido entre el comienzo dela emisión y el comienzo de la recepción esproporcional a la distancia recorrida por lasondas de presión ultrasónicas.

Como los ecos deben recorrer más distancia,éstos son recibidos por el receptor un períodode tiempo después que las ondas directas y noperturban a la hora de cuantificar las distancias.

En los medidores de nivel ultrasónicos paralíquidos se mide, sin contacto, el nivel de líqui-dos -limpios o sucios, livianos o viscosos-. Notodos los sensores ultrasónicos son aptos paralíquidos volátiles o inflamables; pero, se desta-can, en cambio, para la medición de sustan-cias alimenticias, corrosivas, líquidos cargadosde impurezas, pastas muy viscosas, plantaspara el tratamiento de aguas y otras instala-ciones en las que el medidor no debe tenercontacto con el medio medido. En general, lasuperficie sensora está recubierta de teflón,para eliminar una posible corrosión.

Los cambios en la velocidad del sonidoocasionados por variaciones de tempera-

tura se com-pensan auto-máticamente,no así los quese producenpor estratifi-cación de va-pores.

4444

Se transmiten pulsos de ultrasonido que sereflejan en la superficie del medio; un micro-procesador calcula la distancia recorrida, fil-trando y suprimiendo posibles fuentes de inter-ferencia como bordes de soldadura, rebordesque actúan como objetivos fijos, ménsulas,escaleras, etc.

Ejemplo de pulsos

4455

Estos sensores poseen diversos rangos demedición, llegando hasta 15 m. Además,estas unidades están equipadas con sensorespara compensación de temperatura y cuentancon gran variedad de conexiones a proceso.Estos sensores ultrasónicos pueden trabajaren ambientes presurizados hasta 3 bar.

En la medicina

En el ámbito de la salud, los ultrasonidos seemplean:

•como herramienta de diagnóstico,

•para destruir tejido enfermo y

•para reparar tejido dañado.

Las ondas ultrasónicas se usan para tratar afec-ciones como, por ejemplo, diferentes tipos deartritis reumática, gota o lesiones musculares, ytambién para destruir cálculos renales.

Como herramienta de diagnóstico, comoplanteábamos al comienzo de estas páginas, losultrasonidos son frecuentemente más reveladoresque los rayos X -que no resultan tan útiles paradetectar las sutiles diferencias de densidad que

aparecen en ciertas formas de cáncer-; también seemplean con mucha frecuencia para producirimágenes del feto durante el embarazo.

Cuando las ondas ultrasónicas atraviesan untejido, se ven más o menos reflejadas, segúnla densidad y elasticidad del tejido.

Con un bisturí ultrasónico, un cirujanopuede realizar una incisión más fina que conun escalpelo convencional. Este tipo de téc-nica se ha empleado para operaciones deli-cadas en el cerebro y el oído.

En fisioterapia, se han utilizado con éxito dis-positivos diatérmicos en los que se empleanondas ultrasónicas para producir calor inter-no, como resultado de la resistencia de lostejidos a las ondas.

En el diagnósticopor ultrasonido,las interfases refle-jan el sonido; elpatrón de refle-xión del sonidoresultante es digi-talizado, para producir una imagen móvil enuna pantalla o una fotografía.

• El sonido es producido por un cristal queoscila, con una frecuencia superior a 1 MHz,lo que es inaudible para el oído humano. Elcristal vibra entre un millón y quinientasveces por segundo.

• Se utiliza un transductor para transmitirel sonido y recibir los ecos. Éste debeestar en contacto íntimo con la piel, sobrela que se extiende una sustancia gelati-nosa para mejorar la acústica.

En el planteo de la situación deldepósito de granos, el objetivo es

tener un instrumento de medición eficiente,seguro y de precisión que no sea afectadopor la variación de temperatura ni dehumedad -o, al menos, que tenga compen-sación frente a estas variaciones-El mmeeddiiddoorr ddee ddiissttaanncciiaa yy ddee vveelloocciiddaadd ppoorruullttrraassoonniiddoo nos permite desarrollar lasmediciones de distancia requeridas yanalizar la precisión de la técnica, así comolos factores que la condicionan.

El diagnóstico porultrasonido es una técni-ca en la que un sonido defrecuencia muy alta esdirigido hacia el organis-mo; también se conocecomo ecografía.

• El aire, hueso y otros tejidos calcificadosabsorben casi todo el haz de ultra-sonidos, por lo que esta técnica no es útilpara determinar el estado de los huesos opulmones. Sin embargo, como los fluidosconducen bien los ultrasonidos, éstaresulta una técnica muy empleada en eldiagnóstico de quistes (que están llenosde líquido), para explorar estructurasque contienen líquido -la vejiga, el híga-do, las vías biliares- y para visualizar elfeto en la bolsa amniótica.

Cuando el ultrasonido se utiliza para explo-rar el corazón, constituye una técnicadenominada ecocardiografía. La ecocardio-grafía se emplea en el estudio de cardiopatíascongénitas, enfermedades de las arteriascoronarias, tumores del corazón y, de formaespecial, en las alteraciones de las válvulascardiacas. El ultrasonido en aplicacionesmédicas se utiliza en frecuencias de 1 MHzhacia unos 10 MHz.

A diferencia de los rayos X, la eeccooggrraaffííaa escompletamente segura durante el embarazo,sin riesgo para la madre ni para el bebé. Seutiliza para controlar el crecimiento, desa-rrollo y bienestar del feto, y se puede emplearpara comprobar la fecha de la concepción; eneste caso, se mide el tamaño de la cabeza delfeto para estimar su edad. La ecografía seemplea siempre que se sospecha un embara-zo múltiple, en especial si la madre ha sidosometida a tratamientos de fertilidad o a pro-gramas de fecundación asistida, o cuandohay antecedentes familiares de ello; así, sepuede determinar el número de fetos queestán en gestación. Se emplea, además, paradetectar anomalías fetales como la espina

bífida, el enanismo de extremidades cortas ocardiopatías congénitas graves, en cuyo casoel diagnóstico precoz permite la instauracióndel tratamiento preciso durante el resto delembarazo hasta el parto.

El uullttrraassoonniiddoo ddoopppplleerr ccoolloorr utiliza ultra-sonido de alta definición, atribuyendo color alas imágenes obtenidas. Permite valorar elflujo sanguíneo en arterias y venas, y medirporcentaje de estenosis de los vasos.

Es útil para realizar estudios de:

• grandes vasos de flujo sanguíneo (arteriay vena),

• malformaciones arteriovenosas,

• aneurismas,

• arteriosclerosis,

• tercera dimensión de vasos,

• valoración obstétrica con doppler color.

El uullttrraassoonniiddoo ddee tteerrcceerraa ddiimmeennssiióónn es unanueva tecnologíaque permite creari m á g e n e sv o l u m é t r i c a spara valorar laanatomía tridimensional y detectar malfor-maciones fetales desde el primer trimestredel embarazo.

4466

Control de la calidad de unproducto

Realicemos un repaso de algunos contenidosplanteados hasta aquí, que entran en conver-gencia en los procesos de control de calidadde un producto usando ultrasonidos.

Decíamos que el sonido generado por encima delnivel audible humano -típicamente, de 20 kHz- esllamado ultrasonido. Sin embargo, el nivel de fre-cuencia normalmente usado en pruebas nodestructivas ultrasónicas y en medición de espe-sores es de 50 a 100 kHz. Aunque el ultrasonido secomporta de manera similar al sonido audible, éstetiene una longitud de onda mucho más corta.

Esto significa que el ultrasonido puede serreflejado por superficies muy pequeñas talescomo defectos en el interior de ciertos mate-riales. Esta propiedad es la que permite queel ultrasonido sea usado para pruebas nodestructivas en materiales.

El espectro acústico divide el sonido en tresniveles de frecuencia:

• subsónico (0 - 20 Hz),

• audible (20 Hz - 20 kHz) y

• ultrasónico (20 kHz - 1 GHz).

El nivel ultrasónico está dividido, a su vez, entres subniveles:

• el de baja frecuencia,

• el convencional y

• el de alta frecuencia.

La velocidad del ultrasonido en un materialperfectamente elástico a una temperatura ypresión dadas es constante.

Los métodos máscomunes de exa-men ultrasónicoutilizan tantoondas longitudi-nales como ondast r a n s v e r s a l e s .También existenotras formas depropagación delsonido, entre ellaslas ondas superfi-ciales y las lla-madas ondas deLamb.

La onda longitu-dinal, por su lado,es una onda decompresión endonde el movimiento de las partículas se daen la misma dirección que la propagación dela onda. La onda transversal, en cambio, esuna onda en donde el movimiento de laspartículas es perpendicular a la dirección depropagación.

Como tipo adicional a éstos, existen las

4477

El recurso didáctico que vamos aconstruir permite analizar ecos

provenientes de distintas superficies, asícomo la amplitud de la respuesta.Con la ayuda de un osciloscopio logramosejemplificar el funcionamiento de estosequipos de ultrasonido de uso enmedicina.

Las ondas de Lamb sepropagan en placas conun espesor de unas pocaslongitudes de onda. Lapropagación de estasondas depende de la den-sidad, propiedades elás-ticas y estructura delmaterial, así como tam-bién de su espesor. Lasondas de Lamb puedenser simétricas o anti-simétricas, según elmovimiento de la partícu-la con respecto al ejeneutro del material aprueba. Resultan particu-larmente interesantesporque se propagan alargas distancias,afectando todo el mate-rial.

Cuando el sonido llega a una interfase acústicacon una incidencianormal, una canti-dad de energía esreflejada y otra can-tidad es transmitidaa través de la inter-fase. El ultrasonidoes atenuado amedida que pasa através de un mate-rial.

Existen tres causas de atenuación:

• difracción,

• dispersión y

• absorción.

La cantidad de atenuación dentro de unmaterial puede jugar un papel muy impor-tante en la selección de un transductor enuna determinada aplicación.

ondas de superficie (Rayleigh) que viajan através de superficies planas o curvadas departes sólidas gruesas. Éstas muestran unmovimiento longitudinal y transversal,donde cada molécula ejecuta una elipse con-forme pasa la onda. La longitud de onda esaquí muy corta, comparada con el espesordel material por el cual ésta viaja. Las ondas

de superficie viajan a una velocidad aproxi-mada del 90 a 95 % de la velocidad de unaonda transversal, en el mismo material.

¿Cómo se relacionan estas características conlos procesos de control? Solamente fracturaso defectos en la superficie o muy cerca de ellapueden ser detectados.

4488

Tipo de onda Gas Líquido Sólido Movimiento de partícula Aplicación

Longitudinal

Transversal

Superficie

Lamb

Sí

No

No

No

Sí

No(excepto,pequeña)

No

No

Compresión y refrac-ción a lo largo del eje

de propagación

Desplazamiento de lapartícula perpendicularal eje de propagación

Elipses; se atenúanrápido por debajo de la

superficie

Elipses; transmisión de onda guiada

Pruebas,mediciones(más usado)

Pruebas,soldadura,resonancia

Pruebas desuperficie

para partesde difícilacceso

Lámina ybarras del-

gadas

Sí

Sí

Sí(Sólo

superficie)

Sí

Características y utilización de las ondas

La impedancia acústicade un material es laoposición que presentansus partículas a ser des-plazadas por el sonido.

El límite entre dos mate-riales de diferentesimpedancias acústicases la interfase acústica.

4499

Características y utilización de las ondasVelocidades sónicas (105 cm/s)

DDeennssiiddaadd((�)) gg//ccmm33

vv((aa))OOnnddaass lloonn--ggiittuuddiinnaalleessddee ccoommpprree--

ssiióónn

MMaatteerriiaall vv((bb))OOnnddaass

ttrraannssvveerr--ssaalleess

vv((cc))OOnnddaass

ssuuppeerrffiicciiee

IImmppeeddaanncciiaaaaccúússttiiccaa

ZZ110066 gg//ccmm22..ss

((aa))

Aceros inoxidables

7,9

7,9

7,91

7,76

7,7

5,66

5,64

5,74

5,39

6,01

Tipo 302

Tipo 304 L

Tipo 347

Tipo 410

Tipo 430

3,12

3,07

3,10

2,99

3,36

3,12

---

2,8

2,16

---

4,47

4,45

4,54

4,13

4,63Aluminios

2,71

2,8

6,35

6.25

1100-O

Aleación 117-T4

3,1

3,1

2,97

2,70

1,72

1,75

Plomo

11,34

10,98

2,15

2,16

Puro

Duro (94Pb-6Sb)

0,70

0,81

0,64

0,73

2,45

2,35

No metales

2,2

2,65

1,1-1,6Agua

1,0

0,9

1,49

3,98

Líquida (4 °C)

Hielo (0 °C)

---

1,99

---

---

0,149

0,36

Teflón

Cuarzo natural

Caucho vulcanizado

1,35

5,73

2,3

---

---

---

---

---

---

0,30

1,52

0,25-0,37

0,00129

0,87

0,92

0,9

0,331

1,74

1,38

2,2

Aire

Aceite (SAE 20)

Aceite transformador

Parafina

---

---

---

---

---

---

---

---

0,00004

0,150

0,127

0,2

Plásticos y otros materiales

(a) Para ondas longitudinales Z= �.v

El ultrasonido es una excelente herramientade control de calidad que puede ser explota-da aun más con mayor beneficio para carac-terizar uniones o discontinuidades en losmateriales.

El aire, al tener una muy baja impedancia, esatenuador fuerte de las ondas de ultrasonidoa altas frecuencias, marcando una gran dife-rencia con respecto a los metales. Es por esoque se transmite la señal sónica a través deun medio de contacto -agua, aceites, gliceri-na, pegamentos o algunos cauchos-.

Además, es importante el acabado de lasuperficie de la pieza, la temperatura y sulimpieza.

Limpieza por ultrasonido

Un limpiador ultrasónico es un equipo elec-trónico que genera vibraciones de alta fre-cuencia a través de un líquido. Las vibra-ciones crean burbujas microscópicas inmer-sas en el líquido, que colapsan en él y quegeneran la acción de limpieza.

Estos transductores están fijados en el exte-

rior de un tanque o inmersos en una caja deacero inoxidable. Las ondas sonoras produci-das por estos transductores generan ccaa--vviittaacciióónn dentro del líquido, acción por la cualse produce una limpieza rápida, eficiente ysuave.

El procedimiento es:

•Se coloca el elemento a limpiar en unacuba con algún tipo de solvente o deter-gente -por ejemplo, amoníaco-, alcoholalcalino, etc.

•Luego de media hora -en algunos casos,más- se obtiene una limpieza pareja entoda la superficie, incluso en lugares dedifícil acceso manual.

La cavitación se produce en los líquidos; sucausa no es únicamente el ultrasonido.Consideremos algunos principios básicosque explican este fenómeno:

•Si una onda tiene amplitudes grandes,provoca variaciones de presión.

•Por su parte, todo líquido tiene un puntollamado tensión de vapor. Cuando nossituamos por debajo de dicho valor depresión, el líquido pasa a estado gaseoso,lo que genera bolsas de vapor (cavi-dades).

•Las burbujas, entonces, viajan hacia unaregión de mayor presión y chocan entresí.

•Cuando esto ocurre, la presión aumen-ta muchísimo -llegando, incluso, a los800 Mpa- y también la temperatura(5000 ºC).

5500

Desde nuestro kit podemos caracterizarel eco y, mediante un osciloscopio, analizar lasreflexiones que se producen ante dos superfi-cies consecutivas que simulan fisuras o discon-tinuidades.

Como podemos imaginar, esto es algotremendamente peligroso puesto que puededestruir superficies de contención o tuberías.Controlar la cavitación es, así, de vital impor-tancia en máquinas hidráulicas, en las quepuede ocasionar serios destrozos.

La cavitación depende de muchos aspectos:

• Frecuencia. A mayores frecuencias, eltiempo dado a la burbuja para que crez-ca y afecte al sistema es pequeño; el efec-to de la cavitación es, entonces, menor.

• Viscosidad. Cuanto más viscoso es unlíquido, menor es el efecto de la ca-vitación.

• Temperatura. Cuanto mayor es la tempe-ratura, la cavitación tiene lugar paraintensidades acústicas menores.

• Presión externa. El aumento de este factorprovoca una mayor violencia en la co-lisión de las burbujas.

• Intensidad. En general, a mayor intensi-dad ultrasónica, mayor es el efecto deeste fenómeno.

Existe, entonces, una limitación seria en lautilización de soluciones volátiles inflama-bles como agentes de limpieza, porque gene-ran una atmósfera explosiva; paralelamente,crece en importancia la limpieza ultrasónica.

La limpieza ultrasónica está siendo amplia-mente utilizada en odontología, para lalimpieza de piezas dentales al extraer man-chas de nicotina, café, té, etc.; en relojería,por sus posibilidades de limpiezamicroscópica de piezas; en electrónica,

impresión, mecanizado y estampado de me-tales y pulido de superficies; en aplicacionesespaciales, nucleares y militares; en limpiezade filtros, moldes, goma, instrumentos decirugía y médicos, textiles, (desgasificar,homogeneizar, disgregar), galvanoplastia,farmacia, cosmética, biotecnología, arma-mentos, tintas, emulsiones, etc.

Los sistemas de limpieza ofrecen al clienteflexibilidad de adaptación en aplicacionesindustriales y de laboratorio, al penetrar ensitios inaccesibles por sistemas de cepillado ospray. La minuciosidad de la limpieza porultrasonido no puede ser comparada aningún otro método.

La excitación ultrasónica, por su parte, incre-menta la efectividad de los limpiadores acuo-sos y semiacuosos, proveyendo velocidad yefectividad para satisfacer las necesidades.

Aunque los beneficios de la energía ultra-sónica son numerosos, la clave para estosprocesos es la selección adecuada delequipamiento y de los productos químicos,los que son elegidos no sólo por su capacidadde limpieza sino también por su capacidadde transmitir energía ultrasónica.

Medición de caudal porultrasonido

Los medidores de caudal utilizan la tec-nología de ultrasonido y el doppler paradeterminar el movimiento de distintos líqui-dos -agua, aceites hidráulicos, condensados,productos derivados del petróleo y muchosotros circulantes- en una tubería de metalplástico o de cemento.

5511

Estos caudalíme-tros tienen comoprincipal cuali-dad la de notener que per-forar la tuberíapara colocar elmedidor; asimis-mo, la de traba-jar con fluidos dealta viscosidad,en pequeñostubos, a muy alta temperatura (400 º C), amuy baja temperatura, y permitir lecturascon equipos portátiles, en pocos minutosde llegar al lugar de la medición.

Según el modelo, los caudalímetros puedenoperar en tuberías desde 13 mm a 6 m, tem-peraturas de fluidos desde 40 ºC a 200 ºC yvelocidades de caudal desde 0,3 m/s a 32 m/sLos errores en sus medidas se sitúan en elrango del 1 % del caudal. La velocidad rondauna muestra por segundo.

La ubicación de los transductores dependede los factores asociados con la instalación,del tamaño de la tubería, del espaciodisponible para la colocación de los trans-ductores, del tipo de fluido y del caudal.

• EEll mmééttooddoo ZZ es recomendado para serutilizado en condiciones adversas, espa-cio limitado, fluido turbio, tuberías vie-jas; no lo es para tuberías pequeñas.

• EEll mmééttooddoo VV es recomendado en la ma-yoría de las instalaciones; los transduc-tores del mismo lado facilitan la colo-cación del rail de desplazamiento para laobtención del eco.

•EEll mmééttooddoo WW se utiliza en tuberías de 1½pulgadas de diámetro y menores, logran-do darle más camino al ultrasonido paraobtener mayor resolución; sus limita-ciones se producen en fluidos turbios.

Muchos fabricantes determinan en sus pro-ductos a qué distancia se debe colocar elcaudalímetro de bombas, válvulas, codos,etc. para obtener una lectura adecuada; estalectura es, generalmente, expresada endiámetros de tubería -por ejemplo, 1000diámetros por arriba y 5 diámetros pordebajo-.

Soldadura por ultrasonido

La soldadura por ultrasonido es un procesometalúrgico utilizado en las industrias elec-trónica, eléctrica, automotriz, aeronáutica yen algunos otros campos. El beneficioeconómico y la calidad -la soldadura noafecta la zona aledaña por calentamiento,como sucede con otros métodos- obtenidospor el uso de esta tecnología son conside-rables.

5522

Puede interesarle reco-rrer el sitio de MeasuringFlow Worldwide. Si biense trata de un sitio co-mercial, contiene muchainformación conceptual:

http://www.eesiflo.com/index.html

El medidor de distancia y develocidad por ultrasonido que

proponemos posee las mismas carac-terísticas del sistema de medición portiempo de propagación; no así pordoppler. De este modo, permite inter-pretar el sistema de medición yanalizar el funcionamiento en el aire,pudiendo extrapolar dichos estudios alcaso de otros fluidos.

El proceso es controlado electrónicamentecon muy pocos parámetros.

La soldadura ultrasónica se utiliza para unirpiezas en un tiempo corto y regulado concondiciones de fuerza controlada. Serequieren dos mordazas; la superior induceuna alta frecuencia de vibración y hace quelas superficies en contacto se fundan y fijen elensamble. El proceso de fusión se facilita uti-lizando venas o concentradores de energía,en una de las superficies a soldar.

En una época en que los productos se hacenmás complejos -hasta los juguetes tienen uncreciente contenido electrónico-, los fabri-cantes buscan modos eficientes y ecológica-mente benignos para unir cables y para sol-dar pequeños componentes en las líneas deensamble. Por ejemplo, ensamblar un cochenuevo -con la cantidad cada vez mayor departes electrónicas- exige hacer cientos deconexiones entre diversos componentes eléc-tricos y electrónicos, desde la batería hastalos sistemas de navegación y los asientosaccionados eléctricamente. En estos proce-sos, la tecnología ultrasónica para unir me-tales está ganando aceptación; es limpia,inofensiva para el ambiente y ofrece un méto-do rentable para unir piezas metálicas; puedetener control electrónico para mantener nor-

mas estrictas de calidad y, como parte delproceso, verifica la integridad de la soldadu-ra; no se utilizan productos consumibles y segasta poca energía; finalmente, no se necesi-ta agua de enfriamiento y no se producengases ni olores.

La ssoollddaadduurraa uullttrraassóónniiccaa ddee mmeettaalleess resultaatractiva para unir piezas pequeñas, películasmetálicas muy delgadas, cable plano flexibley metales -tanto similares como disímiles-.Las aplicaciones eléctricas y electrónicasincluyen la conexión de cables, la soldadurade terminales -tanto a alambres conven-cionales como a cables planos flexibles- y launión de conectores a los casquillos de lasbaterías de litio. Otras aplicaciones compren-den el sellado de tubos de aparatos domésti-cos y unidades de aire acondicionado, asícomo el soldado continuo de láminas de alu-minio y cobre.

La soldadura ultrasónica de metales es unaforma de soldadura por fricción que unepartes metálicas haciéndolas vibrar una con-tra otra en forma cizallante, mientras launión se mantiene. La vibración produce unaacción de frotamiento que desprende los óxi-dos en la superficie interfacial; esto permiteque las moléculas de los límites se mezclen yse difundan en toda la superficie divisoria,creando una verdadera unión metalúrgica.

La fuente de la vibración es un transductorpiezoeléctrico. La energía, usualmente com-prendida entre los 20 y los 40 kHz, se trans-forma en vibración mecánica a la misma fre-cuencia del transductor, se amplifica me-diante un sistema reforzador y se aplica a unaherramienta de acero termotratado. Laspiezas que se van a soldar se sujetan entre la

5533

herramienta vibrante y un yunque esta-cionario, con una fuerza considerable, y sefrotan una contra otra por la vibración. Tantola herramienta como el yunque tienen super-ficies fresadas con estrías cruzadas para per-mitir un agarre seguro entre las piezas.

Las piezas se compactan ligeramente en lasuperficie, debido a la fuerza de sujeciónantes de conectar la energía ultrasónica; elintervalo durante el cual sucede esto se llamatiempo de exprimido. Después de apagar laenergía ultrasónica y de aflojar la fuerza desujeción, se aplica una breve ráfaga de laprimera para evitar que el ensamble soldadose pegue a la herramienta o al yunque.

La soldadura ultrasónica de metales es unproceso en frío en el que las partes que seunen no se funden. La escoriación provocadapor la frotación entre ambas superficies gene-ra una liga metalúrgica de estado sólido. Lavariación de grosor de las piezas que se suel-dan se maneja fácilmente porque los sistemasultrasónicos de este tipo miden, verifican ycontrolan automáticamente los parámetrosde soldadura -energía, fuerza y tiempo desoldadura, y amplitud-, para produciruniones con mayor resistencia mecánica ycon mejor conductividad eléctrica que unaconexión normal o mediante un simple tren-zado.

Aunque los principios de la ssoollddaadduurraa uullttrraa--ssóónniiccaa ddee pplláássttiiccooss y la de metales son muysimilares, hay varias diferencias importantes.La principal es que la vibración se aplica endirección paralela a la zona interfacial, en elcaso de los metales; en plásticos, se aplica endirección perpendicular. La fuerza de suje-ción es mucho menor para plásticos que la

empleada en metales. La soldadura ultrasóni-ca de plásticos genera suficiente calor de fric-ción para fundir las partes termoplásticas enlas orillas por lo que la fuerza de sujeción sedebe mantener brevemente después de apa-gar la energía ultrasónica, para permitir quela superficie limítrofe se solidifique.

En la soldaduraultrasónica deplásticos no esnecesario un pre-calentamiento; esmuy rápida y nogenera contami-nantes. La uniónes, en general,mejor que conotros métodos.Normalmente, esnecesaria una pre-sión de los mate-riales a unir; pero,en las soldadorasmás modernas noes fundamental.

Los arneses de cableado, las baterías y losswitches son aplicaciones en las que, usual-mente, se necesita soldar entre sí metalesdisímiles. Los fabricantes de arneses decableado usan la soldadura ultrasónica paraunir alambre de cobre con receptáculos y ter-minales de cobre; los fabricantes de baterías,por su parte, la usan para soldar orejasconectoras de níquel a los casquillos de lasbaterías de litio, y a películas y mallas decobre y aluminio.

Una aplicación importante de la soldaduraultrasónica de metales es la unión de termi-

5544

La pieza clave es elsonotrodo, aparato hechogeneralmente de alu-minio y titanio (mate-riales con buenaspropiedades acústicas),que convierte los ultra-sonidos en energía calorí-fica, la cual funde el plás-tico y lo une. Dichaenergía es proporcional ala amplitud de la ondaultrasónica. Las frecuen-cias de trabajo se sitúanentre los 20 y 40 kHz; lapotencia es del orden dealgunos miles de vatios.

nales y conectores a cable plano flexible -CPFo FFC; flexible flat cable- y a circuitos impre-sos flexibles. El CPF está reemplazando rápi-damente a los arneses convencionales decableado en cantidad cada vez mayor de apli-caciones electrónicas y de industria auto-motriz, debido a que los manufacturerosbuscan una alternativa menos complicada ymolesta que los arneses de cableado conven-cionales.

Por ejemplo, los tres más grandes fabricantesestadounidenses de automóviles ya estánusando CPF en los sistemas de bolsas de aire.Otras aplicaciones automotrices incluyen elcableado de los espejos laterales y de losasientos ajustables. También se usa CPF paracablear sistemas de navegación y otros dis-positivos electrónicos del tablero. En muchasde estas aplicaciones, sólo se necesita colocarel CPF detrás del tapiz del techo, o en espa-cios estrechos de las puertas o del tablero, enreemplazo de los voluminosos arneses decableado.

El CPF también se puede usar en aplica-ciones dinámicas en las que el cable se vesometido a constantes flexiones, comopueden ser los controles de velocidad decrucero montados en el volante. En estasaplicaciones de "cuerda de reloj", el cabledebe enrollarse y desenrollarse continua-mente al girar el volante. Hay disponibleequipo automático tanto para pelar comopara soldar ultrasónicamente conductoresde CPF con espesores tan pequeños comode 35 micrones.

En el pasado, en la carga de sistemas de

refrigeración y aire acondicionado se nece-sitaba instalar una válvula Hansen para podersacar el aire y la humedad, por bombeo,antes de llenarlo de refrigerante; después deque el sistema se ponía a presión por elrefrigerante, el tubo de cobre de llenado secerraba por plegado; luego, se quitaba laválvula Hansen y se latonaba el tubo paraformar un sello permanente. En la actuali-dad, los dispositivos para sellado ultrasónicose utilizan ampliamente para cerrar, cortar ysoldar los tubos de cobre en una solaoperación. Además de los ahorros de manode obra directa -de hasta el 60 %-, la sol-dadura ultrasónica elimina las preocupa-ciones ecológicas que suscita el uso del lato-nado.

Que la soldadura ultrasónica de metales seaapropiada para una aplicación específicadepende del material, de la tasa de produc-ción, del tiempo de proceso, del tamaño delas piezas, del costo del equipo y de lasdemandas energéticas. Como los sistemas desoldadura ultrasónica tienen bajas demandasde energía, no utilizan productos consumi-bles, no necesitan agua de enfriamiento yocupan poco espacio, pueden ofrecer solu-ciones rentables y ecológicamente inocuaspara muchas aplicaciones.

Los sistemas de control mediante micro-procesador permiten la regulación precisa delas variables clave en la soldadura ultrasónicade metales, para verificar que cada pieza sesuelda de acuerdo con los requisitos estable-

5555

cidos.

Las variables clave incluyen:

• el grado de compactación del materialantes de aplicar la energía ultrasónica,

• el grado de compactación mientras seestá aplicando,

• el aporte total de energía a la unión y

• el tiempo del proceso de soldado.

El sistema de control mide la compactacióncuando la herramienta aprieta la parte contrael yunque, antes de aplicar la energía ultra-sónica. Si la medición se desvía del valor co-rrecto almacenado en la memoria del sis-tema, se interrumpe el proceso.

El sistema de control puede, también, veri-ficar el aporte de energía y el tiempo, ydetener el sistema de soldadura cuando se haaplicado la cantidad especificada de energía ala superficie de contacto de la junta o biendespués de un tiempo determinado.

También es posible verificar la compactacióndurante la soldadura, mediante la mediciónde la carrera de la herramienta y la aplicaciónde energía ultrasónica hasta que el espesor dela soldadura se ha reducido en una cantidadespecífica. Este método es útil en aplica-ciones en las que el espesor del material novaría en grado importante.

Los sistemas de control pueden monitorearlas variables que se especifican y advertir aloperador cuando se presenta una condiciónfuera de tolerancia. Estos monitores son sufi-cientemente sensibles para detectar un solo

filamento faltante en una operación deempalme de cables de filamentos múltiples.

Erradicación de plagas conultrasonido

La emisión ultrasónica es un método efectivopara controlar: ratas, ratones, murciélagos,cucarachas adultas, pulgas, grillos, langostas,hormigas y la mayoría de las alimañascomunes.

Las investigaciones de laboratorio handemostrado que las ondas de ultrasonido ata-can el sistema auditivo y nervioso de la ma-yoría de estos animales, causándoles dolor.Con 130 db de presión de sonido, abando-nan sus fuentes de alimentación, agua o refu-gios, y dejan el lugar.

Estas ondas de sonido de alta frecuenciaestán fuera del alcance del oído humano ydel de mascotas domésticas; no interfierencon televisores, radios, alarmas eléctricas,detectores de incendios, humo, audífonos,marcapasos ni con otros tipos de equiposelectrónicos; tampoco dañan las plantas.

Inicialmente, este procedimiento genera unamayor actividad de las alimañas; esto es nor-mal, pues significa que las plagas estánsaliendo de sus madrigueras o escondrijoshabituales. En pocos días, comienzan a ale-jarse de las zonas protegidas, dejando atrássus huevos o larvas, los que normalmente nose ven afectados por las ondas ultrasónicas.La incubación continúa usualmente; pero,luego, estos nuevos insectos son atacadostambién por las poderosas ondas y el lugarqueda totalmente liberado de plagas e insec-tos en un período de 4 a 6 semanas.

5566

5577

El producto

Presentamos aquí un equipo de ultrasonidocon el cual es posible experimentar situa-ciones de aprendizaje vinculadas con lapropagación de ondas acústicas, reflexión,ecos, medición de distancias, velocidades,visualización de la señal proveniente de lareflexión por medio de un osciloscopio, quepermite medir la velocidad del sonido y, va-riando la ganancia, puede servir como undetector ultrasónico de presencia.

Los componentes

El principal componente es el microcontro-

lador que genera el tren de diez pulsos a 40kHz.

Éste, al mismo tiempo que inicia la cuenta enel módulo temporizador, queda a la esperade la llegada de un eco o, en su defecto, deldesborde del temporizador:

•Si no llega el eco en el tiempo máximoesperado, se inicia un nuevo ciclo deemisión y lectura.

•Si el eco es recibido dentro de los límitesde tiempo, se produce el conge-lamiento del valor del tempo-rizador, el escalado de la medicióny la adecuación del valor para suvisualización.

El segundo componente, en orden de impor-tancia, son los amplificadores de señal, quereciben la señal y la acondicionan para que sepueda representar en el osciloscopio o deten-ga el sistema temporizador.

3. HACIA UNA RESOLUCIÓN TÉCNICAManual de procedimientos para la construcción yel funcionamiento del equipo

MMiiccrrooccoonnttrroollaaddoorr

El resto de los componentes son rreessiisstteenncciiaass,,ccaappaacciittoorreess,, ddiiooddooss yy ttrraannssiissttoorreess, que seencargan de polarizar y adecuar la señal paraser procesada por los dispositivos menciona-dos, y, algunos elementos especiales comodisplay, teclado y llaves para la operación.

Los materiales, herramientas e instrumentos

Para el armado del equipo son necesarios:

• Microcontrolador (MC68HC908KX8)1

• Amplificadores (LM833)

• Comparadores (LM311, LM339)

• Inversores (4069)

• Cápsulas ultrasónicas Murata RxMA40S4R Tx MA40S4S

• Resistencias 5 K, 6 K7, 390 K, 100 K,10 K, 4 K7 *

• Capacitores 10 nF, 0.1 uF, 10 uF, 100 uF,2200 uf, 22 pF

• Display LCD 2 x 16

• Conectores

• Cables

• Led (3 mm rojo y verde)

• Teclas (reset, vel, asc, modo, enter)

• Cristal (9,8304 MHz)

• Borneras

• Gabinete

• Cinta plana

• Regulador (LM7805, LM7812 yLM7912)

• Diodos (1N4007 y 1N4148)

• Disipador

• Plataforma (madera o metal)

• Micro llaves

• Transistores (BC337, BC548)

• Placa experimental para soldar compo-nentes (agujereada)

• Cable mayado (no apantallado)

• Potenciómetro 10 K o 5 K

5588

Amplificadores

1 Si lo desea, puede consultar:Estévez, Marcelo. 2004. Microprocesadores y microcontro-ladores. Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de la Nación.Buenos Aires.Disponible en: wwwwww..iinneett..eedduu..aarr..Opción "Publicaciones", "Materiales de capacitación","Serie: Desarrollo de contenidos", "Colección:Controladores lógicos programables". *K equivale a k�

• Sensor de temperatura de estado sólidoLm35

• Potenciómetro multivueltas de cali-bración (500 K, 100 K, 220 K)

Otros insumos son:

• soldador (no mayor a 40 W),

• estaño de 0,7 mm,

• multímetro para medir tensiones para lacalibración,

• pinzas y alicates para el armado de losconectores,

• osciloscopio, para ver las señales emiti-das y recibidas,

• cables para conexión y

• conectores,

• madera o metal para apoyar todo en unabase y graduar la distancia sobre estaplataforma,

• placas de distintos materiales y espesorespara realizar las experiencias.

La construcciónLa construcción del equipo no reviste mayorcuidado que el de todo dispositivo electróni-co. El recaudo básico es soldar los compo-nentes lo más cercanos posible para evitar lainducción de ruido y para reducir al máximoel cableado. Verificamos, asimismo, que notenga soldaduras frías y de ser posible, colo-camos buenas masas y una fuente con muybajo nivel de ruido -riple-.

Selección de componentes

Elegimos usar microcontroladores de la serie68HC08 de Motorola® porque:

• resultan un software familiar,

• son productos de bajo costo,

• son alimentados con 5 voltios,

• poseen entradas analógicas para compen-sación,

• pueden ser programados fácilmentedesde la PC.

Optamos por el microcontrolador deMotorola® MC68HC908KX8, porque resul-ta acorde al tamaño de nuestro diseño, ajus-tado a la cantidad de puntos de entrada/sali-da necesarios y a la disponibilidad de chips:

El sistema de programación ISP -In CircuitPrograming-, implementado dentro del chip,permite realizar su grabación sin la necesidadde remover el chip del circuito para usar ungrabador externo. La comunicación con laPC se hace mediante un cable de interfazpara el puerto serie, que se conecta a deter-

5599

minados pines del chip.

En momentos de prototipado, el ISP es degran ayuda, ya que elimina la probabilidadde daño al quitar y colocar el chip en el zóca-lo, y acelera el proceso de grabación.

En la instancia de estudio preliminar, hemosrealizado pruebas con transductorespiezoeléctricos, las que nos dieron comoresultado un muy pobre ancho de banda, porlo que decidimos poder ajustar la frecuenciade emisión de los pulsos, para lograr trabajaren la frecuencia óptima.

El receptor presenta una transferencia deapariencia muy similar a la del emisor,mostrando también un pico muy agudo entorno a los 40 khz; por este motivo, es nece-

sario trabajar en el pico de su transferencia.

Los transductores elegidos son los Murata.

Etapa de entrada

Dado que las señales eléctricas generadas porel receptor son de muy baja tensión, serequiere una amplificación antes de su com-paración. Cuando la distancia entre emisor yreceptor ronda el valor máximo establecidopara el sistema o cuando el ángulo de visibi-lidad entre transductores es grande, lasseñales medidas en el receptor pueden estardebajo del milivoltio de amplitud.

Sin embargo, si la amplificación resulta exce-siva, surge el problema de la saturacióncuando la distancia entre emisor y receptorse hace pequeña -o sea, cuando nos acer-camos a los valores mínimos establecidospara esta distancia-.

Esto plantea la necesidad de un ajuste expe-rimental de la ganancia, de forma de lograr elmejor comportamiento posible en todo elrango de distancias manejadas por el sistema.De acuerdo a esto, se establece como uno delos requerimientos de la etapa de amplifi-cación el que tenga una ganancia variable

6600

Cápsulas ultrasónicas

Frecuencia (kHz)

Sens

ibili

dad

(dB)

Frecuencia (kHz)

Niv

el (d

B)

6611

hasta un valor máximo mayor a 1.000.

Debido a los altos valores de ganancia aimplementar, decidimos realizar la amplifi-cación en dos etapas, de forma de podercumplir con los requerimientos de ancho debanda.

Un aspecto que también se tiene en cuentaa la hora del diseño de la etapa, es el pro-blema del ruido eléctrico. Al respecto,tomamos dos precauciones. En primer

lugar, dada la alta ganancia de la etapa,optamos por ubicarla físicamente lo máscerca posible del transductor. En segundolugar, con el objeto de minimizar la influen-cia del ruido en modo común presente a laentrada de la etapa de amplificación,resolvemos la utilización de una primeraetapa diferencial.

Teniendo en cuenta las consideraciones ante-riores, para la etapa de amplificación di-señamos:

6622

El preset de 500 K de la primera etapacumple la función de balancear el opera-cional en la forma más exacta posible, paramaximizar el CRM -Relación de rechazo almodo común-, minimizando así la influenciadel ruido en modo común. El valor final paraeste componente está en el entorno de los390 K.

El preset de la segunda etapa tiene la funciónde ajuste de ganancia requerido. Mediante suajuste se pueden lograr ganancias desde 0hasta un valor máximo dado por:

Los preset elegidos son del tipo multivuelta,para lograr una mejor precisión en el ajuste.

Entre ambas etapas se coloca un conden-sador de desacople de 10 nF, con el objetivode evitar el pasaje de una posible tensión deoffset de salida del primer operacional.

A la frecuencia de trabajo, este componentepresenta una impedancia mucho menor que6.700 Ohms, que representa la resistenciaubicada en serie con el condensador; por loque, a estas frecuencias, puede ser conside-rado como "un cable" que no tiene efectosobre la transferencia del amplificador.

Selección de los operacionales

Si consideramos una ganancia aproximadade 40 por etapa y una máxima frecuencia detrabajo de 50 kHz, para que la transferenciade los operacionales sea plana, el producto

ganancia por ancho de banda (B) debe sermayor a 2,4 MHz.

Para que el comparador que sigue al amplifi-cador de dos etapas no sature, la señal debe seramplificada hasta un máximo de A= ±5 volt. ElSlew Rate debe ser mayor a:A * 2 �* fmax = 5 * 2 �* 60000 = 1,9 volt/µs.

La alta resistencia de entrada no es algo im-prescindible porque, en la compensación deltransductor, se coloca una resistencia enparalelo con la impedancia de entrada deloperacional del orden de las decenas de kilo-ohms.

Buscamos operacionales dobles que puedanser alimentados con ±12 volt. Encuadramosnuestra opción sobre la línea de NationalSemiconductor® y seleccionamos los integra-dos: LF412, LM833, LF353, LF347.

Finalmente, optamos por el LM833, cuyasprincipales características son:

• Tipo: Doble amplificador operacional.

• Bajo costo.

• Compensado internamente para asegurarestabilidad a bajas ganancias.

• Cantidad de operacionales: 2.

• Formato: DIP-8 pines.

• Producto ganancia x ancho de banda: 15MHz.

• Excursión de salida: ±10,5 Volts (alimen-tando con ±12 Volts).

• Carga mínima recomendada: 2 K ohm.

• Slew Rate: 7 volt/µs.

6633

39015

5007

= 1857,14x

6644

Etapa de salida

La etapa de salida tiene como objetivo ade-cuar los niveles de voltaje y otorgar corrientesuficiente para excitar a los transductoresemisores. Una ventaja del uso de transduc-tores piezoeléctricos es su alto rendimientopotencia eléctrica - potencia acústica. La co-rriente que consumen es tan pequeña que noes necesaria la utilización de amplificadoresde potencia. Si bien los transductores aceptanvoltajes del orden de los 40 volt pico a pico,decidimos alimentarlos entre ±12 V (24volt).

Como la excursión no está centrada en 0 y noes aconsejable alimentar con tensión conti-nua al transductor, agregamos un conden-sador a la salida que actúa como filtro pasaal-tos. El valor de este condensador es de 100nanofaradio. Si consideramos que la impe-dancia vista hacia la etapa de compensaciónes del orden de los kiloohm (para la frecuen-cia de trabajo), la frecuencia de corte ronda

los kHz y la transferencia del pasaaltos esprácticamente plana, cerca de 40 kHz.

Los inversores son utilizados para excitar lascápsulas ultrasónicas. Dos inversores sonconectados en paralelo para aumentar latransmisión de la energía eléctrica hacia eltransductor.

El terminal positivo y negativo del transduc-tor ultrasónico tiene un desfasaje de 180grados. Como el pasaje de corriente continuaal transductor es bloqueado colocando uncapacitor en serie, el transductor ve aplicadaen sus bornes una tensión equivalente aldoble.

Debido a la utilización de inversores C-MOS-metal óxido semiconductor-, es posiblelograr una conmutación a muy alta velocidad.

El control del sistema se realiza por medio deun transistor desde el microcontrolador, con-mutando de 0 a 5 volt.

Circuito de salida

6655

El armado

Como mencionábamos, la etapa de amplifi-cación se coloca junto a los transductores.Los bajos voltajes manejados hacen a estaetapa la más sensible al ruido eléctrico. Poresto, elegimos blindar toda esta etapa para

realizar una jaula de Faraday e impedir, así,el ingreso de señales electromagnéticas.Colocamos, además, condensadores de 10µF de tantalio en paralelo con 0,1 µF cerámi-cos entre fuentes y tierra, para filtrado de ali-mentación.

Le mostramos imágenes del armado:

Circuito del microcontrolador

Soldado de zócalos,resistencias y capacitores Cableado con el resto del circuito

6666

Usted encontrará el programa del microcon-trolador al final de este material.

El ensayo y el controlCentrémonos, ahora, en las mediciones yajustes de nuestro medidor de distancia y develocidad por ultrasonido.

Para fijar la posición del preset de la primeraetapa, procedemos a la inserción de unaseñal sinusoidal en modo común a la entraday al ajuste, de forma de observar la menorseñal posible a la salida del amplificador. Ennuestros ensayos, obtuvimos los mejoresresultados para un valor del preset de 386k�; para este valor y el preset de la segundaetapa ajustado de forma de medir una ganan-cia diferencial de 1000 en la zona plana(ganancia de, aproximadamente, 40 en lasegunda etapa), se mide una ganancia enmodo común de, aproximadamente, 1.

Con este ajuste, se releva la respuesta en fre-cuencia del amplificador y se comprueba quela banda pasante, considerando una caída -3db, está entre los 3,5 y 63 kHz verificán-

dose, de esta forma, el cumplimiento de losrequerimientos de ancho de banda.

Finalmente, buscando un compromiso entrela no saturación a distancias cortas y la buenarecepción de señal a la distancia máxima per-mitida, y tomando como distancia mínimaaceptable la de 50 cm, ajustamos el preset deganancia en un valor de, aproximadamente,350 K�, lo que implica una ganancia dife-rencial del orden de 1300.

Para probar el circuito de salida, colocamosuna carga de 2 k� e inyectamos una señalcuadrada con valores de pico entre 0 y 5voltios en la entrada. Verificamos que, a lasalida, se obtenga la señal esperada (unaseñal también cuadrada con valores de picoentre -10 y 10 voltios, aproximadamente).Luego, colocamos la etapa de los transduc-tores y verificamos que la excursión no bajapara el rango de frecuencias de trabajo (loque muestra que los inversores puedenentregar la carga necesaria).

Dejamos el sistema emitiendo señales ultra-sónicas por 20 minutos y verificamos que losoperacionales no calientan.

Armado finaldel prototipo

Calibración de la entrada

6677

Finalmente, colocamos el microcontro-lador y verificamos el funcionamientodel sistema; y controlamos el fun-cionamiento del display y el teclado,pasando por los diferentes modos detrabajo.

La superación dedificultades

Si el sistema no funciona adecuadamente,debe usted tener en consideración:

Ítem Control Testeo

Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Al encender el equipo, el sistema, ¿presenta un men-saje por el display?

Oprimiendo las teclas de modo, ¿se puede cambiarel menú visualizado?

Las cápsulas ultrasónicas, ¿están alineadas como

para emitir y recibir en la misma dirección?

La señal emitida, ¿se calibra para centrar su fre-cuencia con la respuesta de los transductores

ultrasónicos?

Tomando una medición a una distancia de 0,5 metroy ajustando la lectura presentada por el display, ¿se

verifica la compensación de temperatura?

Tomando como lecturas las señales de eco y pulso,observándolas con un osciloscopio, ¿se verifica que

la ganancia del sistema es la adecuada?

En el caso de fallos en los controles 1 y 2, se sugiere reprogramar al microcontrolador y,luego, verificar que se encuentre alimentado y que genere los pulsos de 40 kHz, además derepresentar mensajes en el display.

6688

El mmeeddiiddoorr ddee ddiissttaanncciiaa yy ddee vveelloocciiddaadd ppoorruullttrraassoonniiddoo permite desarrollar estrategiasdidácticas vinculadas a las prácticas de:

• Medir distancias, ubicando el móvil endistintas posiciones.

• Medir velocidades constantes, desplazan-do el móvil mediante el arrastre -con unmotor, por ejemplo-.

• Medir aceleración; existe un opcionalque inclina el plano para variar la veloci-dad por efecto de la aceleración de lagravedad.

• Medir la absorción de materiales acústi-cos; existe una salida para conectar a unosciloscopio, que permite medir laamplitud de la señal recibida y ver,además, las distintas reflexiones.

• Medir la velocidad del sonido, colocandoun objeto a un metro de distancia y obte-niendo el tiempo entre la salida del trende pulsos y su llegada, luego de rebotaren dicho objeto.

• Trabajar como sensor ultrasónico, varian-do la ganancia de modo que actúe a unadeterminada distancia detectando obje-tos.

• Analizar dispositivos de control de pla-gas.

• Analizar dispositivos de control develocidad, como el radar policial.

• Analizar dispositivos de control de nivel

de fluidos y sólidos.

• Analizar dispositivos medidores de dis-tancia.

• Analizar dispositivos de medición decaudal.

• Analizar dispositivos de detección deobjetos, sonar, robótica, radar.

• Analizar dispositivos de seguridad, alar-mas volumétricas.

Usted ya sabe cómo es el equipo didácticoque le proponemos y cuáles son sus posibili-dades como recurso didáctico. Ahora,retomemos los testimonios planteados ini-cialmente y veamos cómo podríamos opti-mizarlos contando con el mmeeddiiddoorr ddee ddiissttaann--cciiaa yy ddee vveelloocciiddaadd ppoorr uullttrraassoonniiddoo en el aula.

El medidor ultrasónico

Un grupo de alumnos se encuentra analizan-do las características de un medidor ultra-sónico, en función de determinar el nivel dealmacenamiento de cereales en un depósito.¿Recuerda la situación?

Frente al problema, los alumnos buscan bi-bliografía sobre transductores ultrasónicos,propiedades del ultrasonido, utilización ycaracterísticas de propagación.

Con dicha información, se plantean determi-

4. EL EQUIPO EN EL AULA

nar las características principales de los sis-temas que utilizan ultrasonido y, para obser-var el funcionamiento y características,preparan el kit medidor.

Los sistemas ultrasónicos de medición denivel poseen varias formas de trabajo; lasprincipales son:

• por pulsos o

• por doppler;

• algunos trabajan en forma mixta.

Para analizar las características de mediciónpor pulsos, los alumnos adecuan el kit:Encienden el equipo unos minutos antes derealizar la medición para lograr una estabi-lización de temperatura de funcionamientoy, entonces:

• Colocan obstáculos a distintas distanciasy toman las mediciones.

• Observan las mismas mediciones a dis-tintas temperaturas, viendo cómo fun-ciona el sistema de compensación.

• Visualizan las formas de onda y nivel deseñal recibida con obstáculos, con semi-llas y granos de diferente tipo adheridosa la superficie inicialmente utilizada,para determinar el grado de emisividad oabsorción de estas sustancias.

• Determinan el error y la precisión de lasmediciones, y analizan cuáles son loselementos críticos en los sistemas ultra-sónicos.

Finalmente, analizando páginas web y

catálogos de fabricantes, determinan cuál esel equipo más indicado, a partir del análisisde las especificaciones.

La velocidad del sonido

Los alumnos que determinan la profundidadde un pozo, cursan EGB3. En su aula-taller,el estudio se centra en el sonido y, específi-camente, en la velocidad del sonido en unmedio como el aire.

Entre los modelos a analizar para describir elmovimiento de la piedra y la propagacióndel sonido, consideran:

• La caída libre de los cuerpos, evaluandola aceleración de la gravedad y el tiempoempleado por la piedra al caer.

• El tiempo que tarda el sonido en propa-garse en el aire y en llegar desde el fondodel pozo a la superficie.

Para este planteo, la profesora propone a susalumnos medir la velocidad del sonido conel kit, lo que posibilita una modelización delo sucedido. Los alumnos extrapolan losdatos para otras frecuencias audibles y anali-zan el tiempo que tarda el sonido en propa-garse a la velocidad determinada por elmedidor, pudiendo comprobar, además, lavariación de la velocidad del sonido en elaire con la temperatura.

Analizan, finalmente, la precisión quepodrían obtener con un medidor de distan-cia ultrasónico considerando para ello lalongitud de onda utilizada (a 40 kHz) y lavelocidad del sonido en el aire.

6699

7700

El condicionamiento acústico delsalón de usos múltiples

En otra de las situaciones, el profesor de"Gestión de procesos productivos" estáplanteando a sus alumnos el estudio de los re-querimientos acústicos que implica la cons-trucción de un salón destinado a auditorio.

Valiéndose de las características del kit, elgrupo analiza los materiales utilizados en laconstrucción, midiendo la amplitud de laseñal recibida luego de incidir en distintassuperficies, comparándola con la que llega a

materiales utilizados como paneles acústicos.

Los alumnos preparan el equipo conectandoun osciloscopio en la salida llamada "Eco", loque les permite analizar no sólo la amplitudsino también la forma de la señal recibida,posibilitando el estudio de la absorción delos materiales frente a ondas de presión.

El proceso de análisis posibilita al grupoconstruir un diagnóstico comparativo de losmateriales que producen mayor reflexión deondas, y caracterizarlos por sus propiedadesde absorción, reflexión y tiempo de rever-beración.

El caudalímetro ultrasónico

Otro de los instructores que nos proveen tes-timonios, busca que sus alumnos se interi-oricen en técnicas de medición de fluidosviscosos con alto grado de explosividad oposibilidades de incendio.

Plantea a sus alumnos una situación en lacual es necesario desplazar un caudalímetro,colocándolo en distintos lugares, para deter-minar las pérdidas de petróleo en su trans-porte; la tarea se centra, así, en el estudiode una de las virtudes principales de losmedidores ultrasónicos de caudal.

El instructor propone utilizar el equipocomo elemento para medición de dis-tancias, estudiando las características depropagación de las ondas de presión enel aire y analizando el comportamientode ellas en un fluido viscoso como elpetróleo. Su grupo, entonces, analiza laprecisión de la medición, la frecuenciade trabajo y los métodos utilizadossegún el diámetro de las tuberías.

Luego de considerar el funcionamientoy de realizar la medición de distancias,los cursantes indagan en la dependenciade la medición con la temperatura y enla necesidad de su compensación.Produciendo calentamiento en el sensorde temperatura del kit, modelizan cómoes la variación de la medición con latemperatura.

Finalmente, el docente propone a susalumnos estudiar las técnicas de

medición utilizadas por caudalímetrosreales, estableciendo analogías con lastécnicas experimentadas en el prototipodidáctico del Centro. Para esto, el grupoconsidera las especificaciones de loscaudalímetros y sus características fun-damentales en catálogos de fabricantes,clasificándolos según sus propiedades.

Los equipos de seguridad

Un grupo de estudiantes está tomandodecisiones para el desarrollo de equiposelectrónicos que brinden seguridad a unsupermercado.

La profesora, inicialmente, pide a susalumnos que se interioricen con losequipos básicos y con sensores estándarde uso común. A continuación, proponeutilizar el medidor de distancia y develocidad como primer acercamiento auna solución por ultrasonido; los alum-nos, entonces, verifican el fun-cionamiento del kit como sensorvolumétrico de presencia, y analizan laetapa amplificadora, sus ajustes y la ca-libración requerida para esta aplicación.

Plantean, entonces, la posibilidad deutilizar el equipo como central de alar-ma, considerando su posibilidad deconexión con otros sensores. Estudianel microcontrolador del equipo, susmódulos funcionales -timers, interrup-ciones, etc.- y verifican su capacidad deexpansión para ser utilizado como solu-ción a la problemática tecnológicaplanteada.A continuación, encaran un estudio de

7711

7722

la precisión y estabilidad del sistema,concretando la compensación con latemperatura y su posibilidad de inte-gración con sensores piroeléctricos.

Luego de resolver la tarea planteada, laprofesora propone a sus alumnos dise-ñar un sistema electrónico microproce-sado integrando el control, la progra-mación y la habilitación de zonas, consensores ultrasónicos y piroeléctricos.

La propagación de lasondas de presión

Un profesor de Física acostumbrado autilizar equipamiento electrónico ymaterial concreto a fin de establecer uncorrelato tecnológico con el sustentoteórico que desarrolla para la resoluciónde los problemas que plantea, seencuentra desarrollando con su grupola unidad didáctica correspondiente aondas.

Sus alumnos ya han trabajado con unequipo de óptica constituido por unláser y analizado la teoría de las ondaselectromagnéticas, difracción, reflexión,polarización y propagación. A partir deaquí, el profesor se propone hacer algosimilar con el kit y con la teoría deondas acústicas.

Así, el grupo prepara el dispositivo parademostrar la propagación de las ondasde presión -mostrándolas en una pan-talla de osciloscopio-, la emisión depulsos y la recepción del eco.Los alumnos miden la velocidad del

sonido en el aire a través del equipo, elque les permite obtener una lectura deltiempo transcurrido desde la emisióndel pulso hasta la recepción del eco y,conociendo la distancia a la que secolocó el obstáculo, determinan dichavelocidad para la temperatura yhumedad del momento.

Comparan cómo varía la velocidad delsonido con la temperatura, tomandovarias lecturas a diferentes temperatu-ras. Proyectan cómo se puede compen-sar e inducen cuál es la ley de variación.

Finalmente, deducen fácilmente cómopudo calcularse la distancia a la quecayó el rayo.

El equipo mmeeddiiddoorr ddee ddiissttaanncciiaa yy ddeevveelloocciiddaadd ppoorr uullttrraassoonniiddoo puede ser uti-lizado en otras situaciones problemáti-cas de la educación técnico-profesionalque requieren:

•Calibrar la medición como compro-

bación de funcionamiento de la

compensación por temperatura.

Este procedimiento es necesario, porejemplo, cuando cambiamos elequipo de lugar y lo llevamos a unambiente que está a otra temperatu-ra. De esta forma, verificamos que elsistema ya se estabilizó y podemos pro-ceder a realizar nuestras mediciones.

Si el kit se utilizó como sensor volumétri-co y se varió su ganancia para tal fin, esnecesario calibrar la ganancia y verificarsu funcionamiento para ser utilizadocomo medidor de distancias.

Para esto, se coloca un obstáculo a 0,5 metrode distancia y se verifica la lectura en eldisplay.

•Medir velocidad del sonido para elinstante en que se lo utiliza, para desa-

rrollar algunas comprobaciones analíti-cas.

Se requiere de estas comprobacionescuando el objetivo es demostrar losmétodos de cálculo en la medición dedistancia, contrastando la lectura del dis-positivo y el cálculo analítico desarrolla-do con la velocidad del sonido.

Para esto, se coloca el equipo en el modode indicación de tiempos para la llegadadel eco, para realizar la comprobacióndel conteo del sistema y multiplicarlo porla base de tiempo del sistema, y asíobtener el tiempo entre salida y llegadade la señal.

• Conectar un osciloscopioen las salidas indicadascomo pulso y eco, y obser-var la forma de onda de laseñal recibida y la ampli-tud que se correspondecon la distancia al objeto yal tipo de material, tamañoy forma.

La conexión del osciloscopioresulta imprescindible cuan-do se pretende visualizar laforma de señal recibida dedistintos materiales y elobjetivo es analizar el gradode absorción de diferentessuperficies.

• Modificar la ganan-cia de recepción para veri-

ficar la sensibilidad del sistema y ajustar-

7733

7744

la a la distancia de trabajo.

Esta modificación se implementa cuandoobservamos que las lecturas son erráticaso cuando no se corresponden con la dis-tancia a medir, permitiendo el ajuste odemostrando cómo se puede trabajar condistancias mayores a las propuestas en elkit.

• Realizar mediciones en distintos puntos

del rango de trabajo, tabular indicación ydistancia real medida con regla, y veri-ficar la repetitividad de la medición.

Estos procedimientos resultan útiles paracontrastar la estabilidad del sistema, yverificar la dispersión y la confiabilidadde la medición.

• Calentar el sensor de temperatura quefunciona como elemento compensador

y verificar cómo afecta a lamedición.

Este aumento de temperaturareplica con una variación en lamedición -según la ley de variaciónque hemos analizado en la segundaparte de este material-, permitien-do observar cómo el sistema realizala compensación al variar la tem-peratura. Dicha compensacióncontrarresta la variación en lavelocidad de propagación de lasondas de presión.

Circuito de sensado de la temperatura

7755

Anexo: Programa del microcontroladorreset equ $FFFEcoprs equ $1fPTA EQU $0000 ; Ports and data directionPA EQU $0000PTB EQU $0001PB EQU $0001DDRA EQU $0004DDRB EQU $0005PTAPUE EQU $000D ; Port pull-up enablesCONFIG2 EQU $001E ; System configurationCONFIG1 EQU $001FTSC EQU $0020TMODH EQU $0023TMODL EQU $0024TSC0 EQU $0025TCH0H EQU $0026TCH0L EQU $0027TSC1 EQU $0028TCH1H EQU $0029TCH1L EQU $002ATCNTH EQU $0021TCNTL EQU $0022ICGCR EQU $0036 ; Internal Clock GeneratorICGMR EQU $0037ICGTR EQU $0038ICDVR EQU $0039ICGDSR EQU $003AADSCR EQU $003C ; A to D converterADR EQU $003DADCLK EQU $003ECOPCTL EQU $FFFF ; COP (Computer operating properly) controlRAMStart EQU $0040RomStart EQU $E000VectorStart EQU $FFDC

ORG RAMSTARTMEMAUX1 DS 1templo DS 1temphi DS 1TEMPLO1 DS 1TEMPHI1 DS 1VALORLO DS 1VALORHI DS 1TEMP0LO DS 1TEMP0HI DS 1TEMP1LO DS 1TEMP1HI DS 1TEMP DS 1

7766

tiempo ds 1INTACC1 DS 4 ;32-bit integer accumulator #1AD0HIINTACC2 DS 2 ;32-bit integer accumulator #2SPVAL DS 2 ;storage for stack pointer valueAD0LO EQU INTACC2+1DIVIDEND EQU INTACC1+2DIVISOR EQU INTACC2QUOTIENT EQU INTACC1REMAINDER EQU INTACC1HI EQU INTACC2LO EQU INTACC2+1RES1 EQU INTACC1RES2 EQU INTACC1+1RES3 EQU INTACC1+2RES4 EQU INTACC1+3B0 EQU TEMP0LOB1 EQU TEMP0HIB2 EQU TEMP1LOB3 EQU TEMP1HIDATO DS 1PARAM DS 1PBRAM DS 1RAM1 DS 1RAM2 DS 1RAM3 DS 1VELH DS 1VELL DS 1DISTH DS 1DISTL DS 1FREC DS 1

org ROMSTARTMOV #$28,CONFIG2MOV #$01,CONFIG1 ;deshabilito coprsMOV #$1B,DDRAMOV #$38,DDRBMOV #$FF,PTAPUE ;VER PULLUP PARA PBCLR PACLR PB

loop: lda #$13sta icgcrcmp icgcrbne loopmov #$30,tscCLR MEMAUX1clraclrxclrhbclr 3,PA

7777

JSR INIT_LCDLDX #$80JSR POSICIONLDHX #MSG1JSR MENSAJELDX #$C0JSR POSICIONLDHX #MSG2JSR MENSAJEMOV #$08,TSC0 ;flanco de bajada

START:emito:

BCLR 4,TSC ;LIBERO RESET DEL TIMERbclr 5,tsc ;libero stop de timer bsr trenbsr trenbsr trenbsr trenbsr trenbsr trenbsr trenbsr trenbsr trenbsr trenBCLR 0,MEMAUX1

ESPERO_REBOTE:; bclr 3,PA ;INHIBICIÓN; jsr deshabilito150 ;150 useg 5cm; bset 3,PA ;INHIBICIÓN;----------------------------------------------

bclr 3,PAdeshabilito_t:

mov #$ff,tiempovuelvo1: dec tiempo

bne vuelvo1deshabilito_t2:

mov #$ff,tiempovuelvo2: dec tiempo

bne vuelvo2deshabilito_t3:

mov #$80,tiempo ;24vuelvo3: dec tiempo

bne vuelvo3bset 3,pa

;-----------------------------------------------clibset 6,tsc0bset 6,tscBRCLR 0,MEMAUX1,$ ;ESPERO REBOTEjmp calculo_distancia

7788

;---------------------------------------1 ciclotren:

bclr 3,PB; LDX FREC; CLRH; JSR BUFFER,X

nopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopbset 3,PB

; LDX FREC; CLRH; JSR BUFFER,X

nopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnopnop

7799

nopnopnopnopnop; nop reemplazado por rts DE ANTES; nop; nop; noprts; nop reemplazado por el llamado bsr; nop; nop; nop

;---------------------------------------CALCULO_DISTANCIA:

JSR CALCULOREFRESCO_DISPLAY:

LDX #$CAJSR POSICIONBSET 3,PA ;RSLDA TEMP1HIJSR SENDLDA TEMP1LOJSR SENDLDA TEMP0HIJSR SENDLDA TEMP0LOJSR SEND

; jmp siguenRETARDO11: mov #$05,ram1 ;05LOOP721 BSR RETARDO21

DEC RAM1BNE LOOP721JMP SIGUEN

RETARDO21: mov #$ff,ram2 ;ffLOOP731 BSR RETARDO31

DEC RAM2BNE LOOP731RTS

RETARDO31: mov #$FF,ram3 ;ffLOOP41 DEC RAM3

BNE LOOP41RTS

SIGUEN:LDA #$01JSR ADSTA FRECCLRHLDX #$0F

8800

MULPSHXPULHLDX #$FFDIVSTA FRECBCLR 0,MEMAUX1MOV #$70,TSCjmp START

;---------------------------------------TOV:

seibclr 6,tscbclr 6,tsc0CLR HICLR LOBSET 0,MEMAUX1lda tscbclr 7,tscMOV #$30,TSCrti

TCAP:seibclr 6,tsc0bclr 6,tsclda tsc0bclr 7,tsc0MOV TCH0H,HIMOV TCH0L,LOLDA LOSUB FRECSTA LOLDA HISBC #$00STA HIBSET 0,MEMAUX1MOV #$30,TSClda tsc0bclr 7,tsc0rti

;-----------------------------------------------------------------------------; ENTRO CON HI Y LO DEL TIMER Y SALGO CON B3,B2,B1,B0 EN; mm Y ASCII DIRECTAMENTECALCULO:

CLRHCLR RES1CLR RES2CLR RES3CLR RES4

8811

CLR B0CLR B1CLR B2CLR B3JSR ESCALARCLRHMOV RES3,VALORHIMOV RES4,VALORLOJSR DECIMALRTS

;----------------------------------------------------------------------; DECIMAL:; ENTRO CON VALORLO Y VALORHI Y SALGO CON TEMPLO TEMPHI TEMPLO1 TEMPHI1;;----------------------------------------------------------------------DECIMAL:

CLR TEMPLOCLR TEMPHICLR TEMPLO1CLR TEMPHI1

;resolucion en 4 byteLDA VALORLOCMP #$00BHI DECIMAL00LDA VALORHICMP #$00BHI DECIMAL00JMP DECIMALFIN

DECIMAL00:INC TEMPLOLDA TEMPLOAND #$0FCMP #$09BLS DECIMAL01LDA TEMPLOADD #$06STA TEMPLOAND #$F0CMP #$90BLS DECIMAL01CLCLDA TEMPLOADD #$60STA TEMPLOBCC DECIMAL01INC TEMPHILDA TEMPHIAND #$0FCMP #$09BLS DECIMAL01

8822

LDA TEMPHIADD #$06STA TEMPHIAND #$F0CMP #$90BLS DECIMAL01CLCLDA TEMPHIADD #$60STA TEMPHIBCC DECIMAL01INC TEMPLO1LDA TEMPLO1AND #$0FCMP #$09BLS DECIMAL01LDA TEMPLO1ADD #$06STA TEMPLO1AND #$F0CMP #$90BLS DECIMAL01CLCLDA TEMPLO1ADD #$60STA TEMPLO1BCC DECIMAL01INC TEMPHI1LDA TEMPHI1AND #$0FCMP #$09BLS DECIMAL01LDA TEMPHI1ADD #$06STA TEMPHI1AND #$F0CMP #$90BLS DECIMAL01LDA TEMPHI1ADD #$60STA TEMPHI1

DECIMAL01:CLCLDA VALORLOSUB #$01STA VALORLOLDA VALORHISBC #$00STA VALORHIBCS DECIMALFIN

8833

JMP DECIMAL00DECIMALFIN:

JSR ASCHIRTS

;----------------------------------------------------------------------; ASCHI:; ENTRO CON TEMPLO Y TEMPHI Y SALGO CON TEMP0LO TEMP0HI TEMP1LO TEMP1HI;;----------------------------------------------------------------------ASCHI:

LDA TEMPLOAND #$0FORA #$30STA TEMP0LOLDA TEMPLOAND #$F0NSAORA #$30STA TEMP0HILDA TEMPHIAND #$0FORA #$30STA TEMP1LOLDA TEMPHIAND #$F0NSAORA #$30STA TEMP1HIRTS

**************************************************************LASTART:

STA TEMPAND #$0FORA #$30CMP #$39BLS ARN1ADD #7

ARN1:STA TEMPLOLDA TEMPLSRALSRALSRALSRAORA #$30CMP #$39BLS ARN2ADD #7

ARN2:STA TEMPHI

8844

RTS*******************************************************************ESCALAR:

;REALIZO UNA REGLA DE 3 SIMPLE;DONDE 03 FF ------- 03 E8; ADDHI ADDLO ------- INTACC2 INTACC2+1

MOV #$03,INTACC1 ;ESCALO A 1000 EN DECIMALMOV #$E8,INTACC1+1JSR MULTIMOV #$38,INTACC2 ;EN LUGAR DE 03FFMOV #$78,INTACC2+1JSR DIVIDEMOV DIVIDEND,VALORHIMOV DIVIDEND+1,VALORLORTS

*******************************************************************MULTI:; LDHX #$450 ;load H:X with upper RAM boundary + 1; TXS ;move stack pointer to upper RAM boundary

CLRH ;clear H:X******************************************************************** Unsigned 16x16 multiply** This routine multiplies the 16-bit unsigned number stored in* locations INTACC1:INTACC1+1 by the 16-bit unsigned number

stored in* locations INTACC2:INTACC2+1 and places the 32-bit result in

locations* INTACC1....INTACC1+3 (INTACC1 = MSB.....INTACC1+3 = LSB).********************************************************************UMULT16 EQU *

PSHA ;save accPSHX ;save x-regPSHH ;save h-regAIS #-6 ;reserve six bytes of temporary

;storage on stackCLR 6,SP ;zero storage for multiplication carry

** Multiply (INTACC1:INTACC1+1) by INTACC2+1*

LDX INTACC1+1 ;load x-reg w/multiplier lsbLDA INTACC2+1 ;load acc w/multiplicand lsbMUL ;multiplySTX 6,SP ;save carry from multiplySTA INTACC1+3 ;store lsb of final resultLDX INTACC1 ;load x-reg w/multiplier msbLDA INTACC2+1 ;load acc w/multiplicand lsbMUL ;multiply

8855

ADD 6,SP ;add carry from previous multiplySTA 2,SP ;store 2nd byte of interm. result 1.BCC NOINCA ;check for carry from additionINCX ;increment msb of interm. result 1.

NOINCA STX 1,SP ;store msb of interm. result 1.CLR 6,SP ;clear storage for carry

** Multiply (INTACC1:INTACC1+1) by INTACC2*

LDX INTACC1+1 ;load x-reg w/multiplier lsbLDA INTACC2 ;load acc w/multiplicand msbMUL ;multiplySTX 6,SP ;save carry from multiplySTA 5,SP ;store lsb of interm. result 2.LDX INTACC1 ;load x-reg w/multiplier msbLDA INTACC2 ;load acc w/multiplicand msbMUL ;multiplyADD 6,SP ;add carry from previous multiplySTA 4,SP ;store 2nd byte of interm. result 2.BCC NOINCB ;check for carry from additionINCX ;increment msb of interm. result 2.

NOINCB STX 3,SP ;store msb of interm. result 2.** Add the intermediate results and store the remaining three bytes of the* final value in locations INTACC1....INTACC1+2.*

LDA 2,SP ;load acc with 2nd byte of 1st resultADD 5,SP ;add acc with lsb of 2nd resultSTA INTACC1+2 ;store 2nd byte of final resultLDA 1,SP ;load acc with msb of 1st resultADC 4,SP ;add w/ carry 2nd byte of 2nd resultSTA INTACC1+1 ;store 3rd byte of final resultLDA 3,SP ;load acc with msb from 2nd resultADC #0 ;add any carry from previous additionSTA INTACC1 ;store msb of final result

** Reset stack pointer and recover original register values*

AIS #6 ;deallocate the six bytes of local;storage

PULH ;restore h-regPULX ;restore x-regPULA ;restore accumulatorRTS ;return

*******************************************************************DIVIDE:

PSHH ;save h-reg valuePSHA ;save accumulatorPSHX ;save x-reg valueAIS #-3 ;reserve three bytes of temp storage

8866

LDA #!32 ;STA 3,SP ;loop counter for number of shiftsLDA DIVISOR ;get divisor msbSTA 1,SP ;put divisor msb in working storageLDA DIVISOR+1 ;get divisor lsbSTA 2,SP ;put divisor lsb in working storage

** Shift all four bytes of dividend 16 bits to the right and clear* both bytes of the temporary remainder location*

MOV DIVIDEND+1,DIVIDEND+3 ;shift dividend lsbMOV DIVIDEND,DIVIDEND+2; shift 2nd byte of dividendMOV DIVIDEND-1,DIVIDEND+1 ;shift 3rd byte of dividendMOV DIVIDEND-2,DIVIDEND ;shift dividend msbCLR REMAINDER ;zero remainder msbCLR REMAINDER+1 ;zero remainder lsb

** Shift each byte of dividend and remainder one bit to the left*SHFTLP LDA REMAINDER ;get remainder msb

ROLA ;shift remainder msb into carryROL DIVIDEND+3 ;shift dividend lsbROL DIVIDEND+2 ;shift 2nd byte of dividendROL DIVIDEND+1 ;shift 3rd byte of dividendROL DIVIDEND ;shift dividend msbROL REMAINDER+1 ;shift remainder lsbROL REMAINDER ;shift remainder msb

** Subtract both bytes of the divisor from the remainder*

LDA REMAINDER+1 ;get remainder lsbSUB 2,SP ;subtract divisor lsb from remainder lsbSTA REMAINDER+1 ;store new remainder lsbLDA REMAINDER ;get remainder msbSBC 1,SP ;subtract divisor msb from remainder msbSTA REMAINDER ;store new remainder msbLDA DIVIDEND+3 ;get low byte of dividend/quotientSBC #0 ;dividend low bit holds subtract carrySTA DIVIDEND+3 ;store low byte of dividend/quotient

** Check dividend/quotient lsb. If clear, set lsb of quotient to indicate* successful subraction, else add both bytes of divisor back to remainder*

BRCLR 0,DIVIDEND+3,SETLSB ;check for a carry from subtraction;and add divisor to remainder if set

LDA REMAINDER+1 ;get remainder lsbADD 2,SP ;add divisor lsb to remainder lsbSTA REMAINDER+1 ;store remainder lsbLDA REMAINDER ;get remainder msbADC 1,SP ;add divisor msb to remainder msb

8877

STA REMAINDER ;store remainder msbLDA DIVIDEND+3 ;get low byte of dividendADC #0 ;add carry to low bit of dividendSTA DIVIDEND+3 ;store low byte of dividendBRA DECRMT ;do next shift and subtract

SETLSB BSET 0,DIVIDEND+3 ;set lsb of quotient to indicate;successive subtraction

DECRMT DBNZ 3,SP,SHFTLP ;decrement loop counter and do next;shift

** Move 32-bit dividend into INTACC1.....INTACC1+3 and put 16-bit* remainder in INTACC2:INTACC2+1*

LDA REMAINDER ;get remainder msbSTA 1,SP ;temporarily store remainder msbLDA REMAINDER+1 ;get remainder lsbSTA 2,SP ;temporarily store remainder lsbMOV DIVIDEND,QUOTIENT ;MOV DIVIDEND+1,QUOTIENT+1 ;shift all four bytes of quotientMOV DIVIDEND+2,QUOTIENT+2 ; 16 bits to the leftMOV DIVIDEND+3,QUOTIENT+3 ;LDA 1,SP ;get final remainder msbSTA INTACC2 ;store final remainder msbLDA 2,SP ;get final remainder lsbSTA INTACC2+1 ;store final remainder lsb

** Deallocate local storage, restore register values, and return from* subroutine*

AIS #3 ;deallocate temporary storagePULX ;restore x-reg valuePULA ;restore accumulator valuePULH ;restore h-reg valueRTS ;return

*******************************************************************deshabilito150:

mov #34,tiempo ;34 dec total 150 useg = 5 cmvuelvo: dec tiempo

bne vuelvorts

MSG1:FCB 'Ultrasonido',$00

MSG2:FCB 'Distancia:',$00

*******************************************************************CLRLCD:

JSR RETARDO3BSET 4,PA

8888

LDA #$00BCLR 4,PAJSR RETARDO3BSET 4,PALDA #$01JSR LCDBUSBCLR 4,PANOPJSR RETARDO1RTS

*******************************************************************LCDON:

JSR RETARDO3BSET 4,PANOPLDA #$00JSR LCDBUSNOPBCLR 4,PAJSR RETARDO3BSET 4,PANOPLDA #$0CJSR LCDBUSNOPBCLR 4,PARTS

*******************************************************************LCDOFF:

JSR RETARDO3BSET 4,PALDA #$00JSR LCDBUSBCLR 4,PAJSR RETARDO3BSET 4,PALDA #$08JSR LCDBUSBCLR 4,PANOPRTS

*******************************************************************INIT_LCD:

JSR RETARDO1BCLR 3,PA ;RSBSET 4,PA ;ENOPLDA #$03JSR LCDBUS

8899

NOPBCLR 4,PAJSR RETARDO2BSET 4,PANOPLDA #$03JSR LCDBUSNOPBCLR 4,PAJSR RETARDO3BSET 4,PANOPLDA #$03JSR LCDBUSNOPBCLR 4,PAJSR RETARDO3BSET 4,PALDA #$02JSR LCDBUSNOPBCLR 4,PALDA #$28JSR SENDJSR LCDOFFJSR CLRLCDLDA #$06JSR SENDJSR LCDONCLIRTS

*******************************************************************POSICION:

BCLR 3,PAJSR RETARDO3BSET 4,PANOPTXAAND #$F0NSAJSR LCDBUSNOPBCLR 4,PAJSR RETARDO3BSET 4,PANOPTXAJSR LCDBUSNOP

9900

BCLR 4,PARTS

*******************************************************************MENSAJE:

BSET 3,PAMENSAJE00:

LDA 0,XCMP #$00BEQ MENSAJEFINJSR SENDINCXBRA MENSAJE00

MENSAJEFIN:RTS

*******************************************************************SEND:

JSR RETARDO3BSET 4,PANSAJSR LCDBUSBCLR 4,PAJSR RETARDO3BSET 4,PANSAJSR LCDBUSBCLR 4,PARTS

*********************************************************************************************************************************AD:

STA ADSCR ;inicio conversiónCLR ADCLK ;Divisor del ADSCR en 16BRCLR 7,ADSCR,$ ;Espero al COCOLDA ADR ;Cargo el valor analogico en acumuladorRTS

*************************************************************RETARDO1: mov #$05,ram1LOOP72 BSR RETARDO2

DEC RAM1BNE LOOP72RTS

RETARDO2: mov #$33,ram2LOOP73 BSR RETARDO3

DEC RAM2BNE LOOP73RTS

RETARDO3: mov #$33,ram3LOOP4 DEC RAM3

BNE LOOP4RTS

9911

;-----------SACO BUS LCD PB5,PB4,PA1,PA0 CONTROL PA4,PA3 -------LCDBUS:

STA DATOLDA DATOAND #$03STA PARAMLDA PAAND #$18 ;1B?ORA PARAMSTA PALDA DATOROLAROLAAND #$30STA PBRAMLDA PBAND #$08ORA PBRAMSTA PBLDA DATORTS;---------------------------------------

irq:clirti

ORG $FFF2DW TOVORG $FFF6DW TCAPorg $fffbdw irqORG $FFFEDW ROMSTART

9922

Esta parte final de nuestro módulo de capa-citación contiene un cuadernillo para la eva-luación del recurso didáctico que le presen-tamos y, de las experiencias didácticas y con-tenidos propuestos a partir de él:

Esta evaluación tiene dos finalidades:

• Brindarle a usted, como docente que uti-liza este material, la oportunidad de do-cumentar el seguimiento de las activi-dades que realice con sus alumnos, a par-tir de nuestras propuestas y, en funciónde esta memoria de acciones, propiciaruna reflexión acerca de los cambios,mejoras o enriquecimiento de su propiatarea de enseñanza.

• Obtener de su parte, como usuario deeste material, información sobre todoslos aspectos en torno a los cuales gira lapropuesta.

Para este relevamiento de información, ustedencontrará, a continuación, una serie decuestionarios organizados básicamente entablas o matrices para completar. Con losdatos que usted exprese en ellos esperamostener una realimentación que nos permitamejorar todos los componentes de la serie depublicaciones “Recursos didácticos” yenriquecerla con propuestas o docu-mentación complementaria para aquellosdocentes que planteen iniciativas, interro-

gantes o dificultades específicas con relacióna la construcción del recurso didáctico, a lasactividades de aula, a los contenidos cientí-ficos y tecnológicos, a la metodología deenseñanza, a los procedimientos incluidos, ala información sobre materiales y a otrosaspectos.

Dada la importancia que esta información deretorno tiene para nuestro trabajo deseguimiento, mejora y actualización, leagradecemos que nos remita el cuadernillocon todas las observaciones, comentarios osugerencias adicionales que nos quiera hacerllegar. Para ello puede remitirnos una copia,a través de correo postal, a

Área de Monitoreo y Evaluación –CeNET–Oficina 112Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.

O, si lo prefiere, solicitarnos el archivo elec-trónico de las páginas que siguen aeevvcceenneett@@iinneett..eedduu..aarr, enviándonos la versióndigitalizada de sus respuestas a través delmismo correo electrónico.

Desde ya, muchas gracias.

5. LA PUESTA EN PRÁCTICA

Identificación del material:

Las dimensiones que se consideran para la evaluación del módulo de capacitación y delrecurso didáctico son:

IILa puesta en práctica

1. Nivel educativo

2. Contenidos científicos y tecnológicos

3. Componentes didácticos

4. Recurso didáctico

5. Documentación

6. Otras características del recurso didáctico

7. Otras características del material teórico

8. Propuestas o nuevas ideas

(*) Por favor, indique la modalidad, la orientación, la especialidad, etc.

Escuela técnica (*)Nivel educativo EGB2

Polimodal(*)

Trayecto técnico-profesional (*)

Formaciónprofesional (*)

Otra (*)

1 2 3 1 62 3 4 5

EGB3

Nivel en el queusted lo utilizó

Asignatura/espacio curricular en el que usted lo utilizó:

2. Contenidos científicos y tecnológicos trabajados:

1. Nivel educativo en el que trabajó el material:

3. Componentes didácticos:

3.1. Testimonios (situaciones problemáticas) presentados en el material

a. ¿Le resultaron motivadores para iniciar las actividades propuestas?

b. ¿Le facilitaron el desarrollo de contenidos curriculares que ustedtenía previstos?

c. A su criterio, ¿están vinculados con el recurso didáctico que se lepropone desarrollar?

d. ¿Le facilitan la organización de situaciones didácticas para el tra-bajo de los contenidos científicos y tecnológicos propuestos?

e. El nivel de las situaciones problemáticas que se plantean, ¿es eladecuado al nivel educativo para el que está previsto?

f. En caso negativo, ¿permiten adecuaciones para ser trabajados enel nivel educativo de sus alumnos o en otro nivel educativo?

g. Los testimonios iniciales, ¿permiten generar diferentes soluciones(soluciones tecnológicas o didácticas)?

En caso que su respuesta sea negativa (en cualquier ítem), le pedimos que nos indique porqué (señale el número del ítem a que corresponde su comentario)

Otro (indique el ítem al que corresponde el comentario):

La puesta en prácticaIIII

Sí Otro1No

1 Utilice esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la matriz.

La puesta en práctica

3.2. Estrategias

A partir de la utilización de las propuestas de trabajo en el aula contenidas en el material ydel recurso didáctico con el que se asocian, le solicitamos que nos indique (tomando comoreferencia su forma de trabajo anterior a disponer del material), cómo resolvió las activida-des consignadas en la tabla siguiente:

IIIIII

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado2

Inco

rpor

ado3

3.2.1. Contextualización de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

a. Determinar las capacidades, habilidades, conocimientos previosnecesarios para iniciar las actividades propuestas.

b. Organizar, asociar, relacionar los conocimientos científicos y tec-nológicos para resolver un problema tecnológico.

c. Recortar (identificar) los contenidos científicos y tecnológicos atrabajar con sus alumnos para el desarrollo de un sistema/produc-to tecnológico como el propuesto por el material.

d. Vincular estos conocimientos con los saberes previos de los alum-nos.

e. Establecer la secuencia adecuada de los contenidos científicos ytecnológicos, y de los procedimientos para generar una solucióntecnológica (la propuesta por el material u otra diferente).

f. Organizar una experiencia didáctica integrando conocimientoscientíficos y tecnológicos, metodología de resolución de problemasy procedimientos propios del trabajo tecnológico.

g. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

2 No aplicado: No lo hizo antes ni ahora con este recurso didáctico.3 Incorporado: Integró la estrategia a sus clases a partir de la utilización del recurso didáctico propuesto.

La puesta en prácticaIIVV

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.2. Desarrollo de la estrategia didáctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

h. Encuadrar la tarea a partir de la formulación de uno (o varios)problemas.

i. Explicitar consignas de trabajo que plantean una situación pro-blemática.

j. Organizar las actividades de aprendizaje atendiendo a las etapaspropias de la resolución de problemas.

k. Utilizar técnicas de trabajo grupal.l. Promover el trabajo colaborativo y cooperativo.m. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

Mej

or

Igua

l

No

aplic

ado

Inco

rpor

ado

3.2.3. Aspectos cognitivos (proceso de aprendizaje de sus alumnos)

Con respecto a su forma habitual de trabajo, usted logró:

n. Estimular a sus alumnos en la búsqueda de información e investi-gación en torno al problema eje del material.

o. Promover la consulta a variadas fuentes de información.p. Rescatar, incorporar los aportes del grupo para identificar aspectos

o variables críticas del problema.q. Evaluar los conflictos cognitivos propios del proceso de aprendizaje.r. Detectar, evaluar, la comprensión asociativa.s. Promover la reflexión sobre las actividades realizadas y las estrate-

gias utilizadas en cada parte del proceso.t. Otras (que haya incorporado o hecho mejor con el recurso).

4. Recurso didáctico:

4.1. Construcción del recurso didáctico

Tomando en cuenta la finalidad prevista en el material para el recurso didáctico (equipamien-to o software), le pedimos que nos indique si, a partir de la propuesta contenida en el mate-rial:

4.1.1. Utilizó:

VVLa puesta en práctica

a. Un equipo ya construido, según lapropuesta del material.

c. Otro que ya tenía disponible(de características similares).

b. Un software.

d. Ninguno.

Si su respuesta fue “d.” indíquenos la razón, por favor:

a. ¿Pudo seguir sin dificultades los procedimientos indicados en el “Manual deconstrucción”?

b. La secuencia indicada, ¿fue la adecuada para la construcción?

c. El grado de complejidad, ¿fue el apropiado para el nivel educativo a que sedirige el recurso?

d. Los contenidos científicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollo delrecurso propuesto?

e. Los contenidos tecnológicos asociados, ¿son pertinentes para el desarrollodel recurso propuesto?

f. Con sus alumnos, ¿construyó el recurso didáctico siguiendo el proceso y lametodología de resolución de problemas?

g. ¿Siguió todos los procedimientos propuestos para la construcción peroincorporó sus propios contenidos científicos y tecnológicos?

h. Por el contrario, ¿hizo adaptaciones en los procedimientos de construcciónpero mantuvo los mismos contenidos?

i. ¿Realizó la construcción siguiendo las actividades de aula propuestas en elmaterial?

j. ¿Diseñó sus propias experiencias en función de su grupo de alumnos?

¿Completó todas las etapas del proceso de construcción propuesta?

En caso negativo, indíquenos a qué fase llegó:

Sí No

La puesta en práctica

4.1.2. ¿Realizó todo el proceso de construcción del recurso didáctico con susalumnos? (Conteste este apartado en caso de que haya construido un equipoigual al propuesto. En caso contrario, pase al apartado 5 “Documentación”)

4.1.3. En caso de que su respuesta sea afirmativa, le pedimos que nos indique:

Sí No

Sí No

a. Planificación.

c. Construcción, armado.

b. Diseño en dos dimensiones.

d. Ensayo y control.

e. Superación de dificultades (evaluación del funcionamiento, siguiendo las indica-ciones y la lista de control que brinda el material).

f. Construcción de otro equipo que se adapta más a sus necesidades curriculares(Si marcó esta alternativa, lo invitamos a responder, directamente, el apartado 4.1.5.).

VVII

VVIIIILa puesta en práctica

4.1.4. Complete este ítem sólo si realizó el proceso de construcción del equipo siguiendo losprocedimientos indicados en el Manual. Si no fue así, lo invitamos a responder elapartado 4.1.5.

Acerca de los materiales, herramientas e instrumentos:

a. La especificación de los materiales para la construcción, ¿fue suficiente paraconseguirlos?

b. ¿Utilizó los mismos materiales (en calidad y tipificación) indicados en ladocumentación?

c. ¿Reemplazó materiales, instrumentos, componentes, piezas, etc., sin alterarel resultado final previsto en el material?

d. La especificación de las herramientas a utilizar, ¿le resultó adecuada?

e. La cantidad de herramientas indicadas, ¿fue la necesaria?

f. Los instrumentos, ¿estuvieron bien especificados?

g. El tipo y cantidad de instrumentos, ¿fueron los adecuados para armar elrecurso didáctico?

Sí No

4.1.5. En caso de que usted haya construido un recurso didáctico diferente al propuesto porel material de capacitación, le pedimos que nos indique si la razón fue:

a. El propuesto no se ajustaba a susnecesidades curriculares.

c. No pudo interpretar el manual deconstrucción.

b. No pudo conseguir los materi-ales o instrumentos indicados.

d. Otra (Por favor, especifíquela).

La puesta en práctica

4.1.6. ¿Qué características específicas destacaría en este recurso didáctico diferente al pro-puesto por el material, que sus alumnos han construido. (Marque todas las opcionesque considere necesarias):

a. Se ajusta mejor a los contenidoscurriculares que necesita trabajar.

c.

b. Es más económico.

d. Es más adaptable(a diversos usos).

e. Otra (Por favor, especifique):

Permite su reutilización(mediante el desarme y armado, enfunción de necesidades didácticas).

Descripción del recurso didáctico construido:f.

Indique las principales diferencias con el equipo propuesto(estructurales, funcionales, didácticas):

g.

VVIIIIII

La puesta en práctica

a. Aprovechando todo el proceso y lasecuencia de construcción pro-puestos en el material.

c.

b. Aplicándolo (como algo ya comple-to) a la solución de problemas dife-rentes al propuesto en el material.

d. Otra (Por favor, especifique):

Utilizándolo como un sistema tecnológico (ya construido) en las funciones paralas que está pensado (manejo de las variables, control de operaciones, etc.).

4.2. Utilización del recurso didáctico

4.2.1. ¿Cómo utilizó el recurso didáctico (hecho por usted o ya construido), en las experien-cias didácticas que concretó? (Puede marcar todas las opciones que crea necesarias)

IIXX

La puesta en práctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso didáctico lepermitió a usted, como docente:

a. Integrar contenidos científicos y tecnológicos en la solución de situa-ciones problemáticas de carácter tecnológico.

b. Diseñar situaciones de enseñanza y de aprendizaje centradas en laresolución de problemas tecnológicos.

c. Planificar y promover en sus alumnos la organización del trabajo(planificación y secuenciación de tareas), según el proceso tecnológico.

d. Favorecer la identificación de aspectos o variables críticas de unasituación problemática.

e. Organizar las actividades de manera que facilite la toma de decisionespor parte de los alumnos (determinación y selección de alternativas,opciones de diseño, materiales, etc.).

f. Organizar la actividad de sus alumnos en función de solucionesdiversas a los problemas planteados.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

4

Otro

5

4.2.2. Ya sea que haya desarrollado el recurso didáctico con sus alumnos según las especifi-caciones del material, ya sea que haya construido otro diferente o que haya utilizadoun equipo ya construido, en relación con las actividades que usted venía realizando,la utilización del recurso didáctico propuesto por el material le permitió (seleccione laopción que coincida con sus experiencias):

g. Agregue otras que usted considere haber logrado de una mejor manera con este recursodidáctico

4 NA: No aplicable; es una actividad que no realizó antes ni ahora.5 Otro: Recuerde utilizar esta opción para indicar que agregará comentarios al final de este sector de la tabla.

XX

La puesta en práctica

Con respecto a su forma habitual de trabajo, este recurso le permitió alos alumnos (habilidades intelectuales):

Capacidad de planificar

h. Identificar variables o aspectos fundamentales de un problema tec-nológico.

i. Organizar su trabajo en etapas (identificar y seguir la secuencia deoperaciones de un proceso).

j. Ejecutar las actividades en los plazos o etapas previstas.

k. Seleccionar materiales, herramientas y piezas, de acuerdo con lasnecesidades del diseño.

l. Anticipar y resolver dificultades que podrían surgir en el proceso.

m. Prever puntos críticos de todo el proceso.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

n. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XXII

La puesta en práctica

Capacidad para tomar decisiones

o. Analizar alternativas en función de un problema.

p. Seleccionar alternativas en función de las restricciones planteadasen el problema, o en el contexto de enseñanza y de aprendizaje.

q. Adecuar la propuesta para la solución del problema planteado.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

r. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

XXIIII

La puesta en práctica

Capacidad de aplicar y transferir

s. Interrelacionar los datos, técnicas y procedimientos en el diseño dela solución.

t. Utilizar técnicas de representación adecuadas al equipo que seconstruye o en el ya construido que se utiliza.

u. Integrar los conocimientos científicos y tecnológicos en losmomentos pertinentes para el diseño de la solución.

v. Relacionar, ensamblar componentes en la secuencia adecuada.

w. Utilizar de manera correcta la simbología y los lenguajes propios dela tecnología (representación gráfica, simbólica, etc.).

x. Transferir conocimientos científicos y tecnológicos en otras activi-dades similares.

Mej

or

Igua

l

No

aplic

able

Otro

y. Agregue otras que considere que sus alumnos alcanzaron mejor con este recurso didáctico

Otro (Por favor, exprese aquí los comentarios que tenga, identificando el ítem con la letra quecorresponda):

XXIIIIII

La puesta en práctica

5. Documentación (Material teórico, manual de procedimientos y propuestas didácticas):

5.1. ¿Cómo calificaría los aportes del material recibido (encuadre y desarrollo teórico, y expe-riencias propuestas para el aula)?

a. Por su potencialidad didáctica (sugerencias, propuestas de trabajo en elaula, papel motivador, etc.).

b. Para sus necesidades curriculares (desarrollo de los contenidos y experien-cias previstas en su planificación).

c. Para organizar, planificar, concretar experiencias didácticas relacionadascon problemas de Educación Tecnológica.

d. Para renovar, actualizar, ampliar (subraye el que se ajusta más a su expe-riencia) los contenidos que desarrolla en su área/ disciplina.

e. Para trabajar conocimientos científicos y tecnológicos de manera asociadaa un problema tecnológico.

f. Para organizar experiencias de aprendizaje en torno a la utilización derecursos didácticos.

g. Para utilizar un recurso didáctico en el marco de experiencias didácticasorganizadas en función de la resolución de problemas.

h. Para integrar mejor contenidos científicos y tecnológicos en la soluciónde problemas de carácter tecnológico.

i. Para estimular la generación creativa de otros recursos didácticos.

MV6

V PV

Otras (Especifíquelas, por favor)

6 Escala= MV: Muy valioso / V: Valioso / PV: Poco valioso

XXIIVV

Sí OtroNo

La puesta en práctica

5.2. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamientodel recurso didáctico

En caso de que haya seguido los procedimientos contenidos en el Manual (ya sea para hacerun equipo igual o uno diferente al propuesto), le pedimos nos indique si:

a. ¿Pudo seguir todos los procedimientos descriptos, sin dificultad?

b. ¿La secuencia descripta le resultó la adecuada?

c. ¿La secuencia establecida le planteó alternativas según algún crite-rio (disponibilidad de los materiales, trabajo de contenidos especí-ficos, etc.)?

d. ¿La finalidad (para qué sirve) del equipo está indicada con clari-dad?

e. ¿Se establecen cuáles son los contenidos (científicos o tecnológicos)que se asocian al equipo a construir?

f. ¿Se determina la relación entre conocimientos implicados, proce-dimientos a seguir, materiales a utilizar y experiencias posibles derealizar?

g. ¿Considera que la relación anterior es pertinente (es la que corres-ponde) para la construcción que se propone?

h. ¿La descripción de los procedimientos le facilitaron la organizaciónde las experiencias de trabajo con sus alumnos?

i. ¿Pudo seguir las indicaciones para la puesta en funcionamiento?

j. ¿Todas las indicaciones para el uso son claras?

Otro (identifique con la letra que corresponda el ítem sobre el que hace observaciones)

Por favor, fundamente sus respuestas negativas o agregue los comentarios que crea pertinentes(identifique el ítem a que se refiere):

XXVV

La puesta en práctica

6. Otras características del recurso didáctico:

6.1. Constructivas (Por favor, conteste sólo si realizó el proceso de construcción). Indique siel proceso de construcción reúne las siguientes características:

a. Simplicidad.. Es sencillo de construir por parte de los alumnos.

b. Economía. Es posible hacerlo con materiales de bajo costo.

c. Compatibilidad. Todos los componentes, bloques y sistemas permiten serintegrados entre sí.

d. Acoplabilidad. Puede ser unido o combinado con otros recursos didácticos.

e. Sencillez. Permite combinar diferentes tipos de materiales (madera, cartón,plástico, otros similares).

f. Facilidad de armado y desarmado. Permite, sencillamente, realizar pruebas,correcciones, incorporación de nuevas funciones, etc.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué (Por favor, identifique sucomentario con la letra del rasgo aludido):

XXVVII

La puesta en práctica

6.2. Técnicas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno ya cons-truido)

a. Portabilidad. Puede ser utilizado en el taller, aula, laboratorio.

b. Modularidad. Puede ser adaptado a diversos usos; para trabajar diversos con-tenidos curriculares o para realizar diferentes experiencias didácticas; paraaprendizaje, demostraciones, análisis, etc.

c. Reutilización. Posee partes, componentes, bloques o subsistemas que puedenser desmontados para volver a su estado original, y usados en sí mismos o enforma independiente.

d. Incrementabilidad. Puede complejizarse agregando piezas o completando elsistema para mejorar su funcionalidad, rendimiento, precisión o calidad.

e. Aplicabilidad múltiple. Como sistema tecnológico, permite que usted selec-cione las variables con las que desea trabajar (algunas de las que maneja el sis-tema, todas las previstas o agregar otras).

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificando su comentariocon la letra correspondiente:

XXVVIIII

La puesta en práctica

6.3. Didácticas (Por favor, complete tanto si construyó el equipo como si utilizó uno yaconstruido)

a. Congruencia. Tiene relación con los testimonios de realidad incluidos en elmódulo de capacitación.

b. Pertinencia. Los componentes, bloques funcionales y sistemas son adecuadospara el trabajo con los contenidos curriculares de la educación técnico-profe-sional.

c. Integración. Posibilita el tratamiento asociado de los conocimientos científicosy tecnológicos propuestos en el material.

d. Escalabilidad. Es posible utilizarlo con proyectos o problemas con diferentesniveles de complejidad.

e. Complejidad creciente. Las soluciones alcanzadas para una parte del proble-ma, sirven de base para las siguientes o permite que, agregando componentes,sea utilizado como solución a problemas más complejos.

f. Adaptabilidad. Permite su adaptación a soluciones diversas en torno a lasproblemáticas planteadas.

Sí No

Si su respuesta es negativa en alguna de ellas, indique por qué, identificándola con la letracorrespondiente:

XXVVIIIIII

La puesta en práctica

7. Otras características del material teórico:

¿Cómo calificaría el diseño del módulo escrito (desarrollo de contenidos científicos y tec-nológicos, y propuestas de experiencias didácticas)?

a. Formato gráfico del material (distribución del contenido, márgenes, dis-tribución de texto e imágenes, inserción de gráficos, diseño gráfico glo-bal, etc.).

b. Lenguaje utilizado (claridad, adecuación al destinatario).

c. Organización (secuencia entre cada parte).

d. Adecuación al destinatario (evidencia que se toma en cuenta que es unmaterial para ser trabajado en un ámbito escolar).

e. Pertinencia de los conocimientos científicos con las problemáticasplanteadas.

f. Pertinencia de los conocimientos tecnológicos con las problemáticasplanteadas.

g. Vinculación (pertinencia) del recurso didáctico que propone con lassituaciones didácticas planteadas.

h. Congruencia (vinculación) de los contenidos propuestos con el recursodidáctico.

i. Aporte metodológico para enriquecer sus estrategias didácticas.

j. Aporte teórico (en general) para su trabajo docente.

k. Valor motivador para el trabajo con sus alumnos.

l. Valor orientador para generar sus propios recursos didácticos.

m. Concepción innovadora para el trabajo didáctico en la educación técni-co-profesional.

MB7

B MR

Si marcó la opción “Malo”, le pedimos que nos explique por qué:

7 Escala= MB: Muy bueno / B: Bueno / R: Regular / M: Malo

XXIIXX

La puesta en práctica

8. Propuestas o nuevas ideas:

Tanto para los autores de este material, como para el CeNET como institución responsablede su elaboración y distribución, una de las finalidades más importantes es suscitar en loseducadores nuevas ideas, aplicaciones o propuestas creativas a partir de la lectura o el traba-jo con el módulo.

En función de ello, le solicitamos que nos indique:

Si a partir del módulo (contenido teórico y recurso didáctico) usted, en su calidad de(marque todas las opciones que correspondan):

a. docente a cargo de un grupo de alumnos

c. responsable de la asignatura:

b. directivo

d. lector del material

e. otro (especifique):

ha generado nuevas ideas o propuestas:

Respecto de los contenidos (independientemente del recurso didáctico):

a. Organización de su asignatura.

b. Contenidos científicos y tecnológicos (formas de asociarlos, ampliarlos,desarrollarlos, etc.)

c. Planificación de las experiencias didácticas.

d. Trabajo con resolución de problemas.

Sí No

XXXX

La puesta en práctica

Otras (Por favor, especifique en qué ámbitos ligados con los contenidos ha generado estasnuevas ideas o propuestas):

Si su respuesta fue afirmativa le pedimos que la amplíe:

XXXXII

La puesta en práctica

En relación con el recurso didáctico. Le pedimos que nos relate (libremente) las nuevas ideaso propuestas que el trabajo con este material le ha suscitado:

XXXXIIII

Sí

La puesta en práctica

No

En caso negativo, por favor, indíquenos por qué:

¿Puso en práctica alguna de estas ideas o propuestas?

¿Cuál/es?

XXXXIIIIII

Títulos en preparación de la serie “Recursos didácticos”.

- Arquitectura bioclimática

- Ascensor

- Banco de carpintero

- Biodigestor

- Biorreactor para la producción de alimentos

- Cargador semiautomático para máquinas a CNC deaccionamiento electroneumático

- Celda de combustible

- Celda solar

- Entrenador en lógica programada

- Equipamiento para el análisis de estructuras de edificios

- Equipamiento para matricería

- Generador de biodiesel

- Generador eólico

- Instalación sanitaria de una vivienda

- Manipulador neumático

- Máquina de vapor

- Programador visual para microcontroladores PIC

- Relevador de las características de componentessemiconductores

- Simuladores interconectables basados en lógica digital

- Sismógrafo

- Sistemas SCADA para el control de procesos industriales

- Tren de aterrizaje