Ingeniería de transportadores
Esta lección explora cómo trabajan los ingenieros para resolver los desafíos de una sociedad, como el traslado de mercancías y personas. Los estudiantes trabajan en equipos para diseñar un sistema de transporte utilizando materiales cotidianos que puedan mover caramelos.
- Aprenda sobre diseño y rediseño de ingeniería.
- Obtenga más información sobre los procesos de fabricación y los sistemas de transporte.
- Aprenda cómo la ingeniería puede ayudar a resolver los desafíos de la sociedad.
- Aprenda sobre el trabajo en equipo y la resolución de problemas.
Rangos de Edad: Rinde de 8 a 18 porciones
Materiales de Construcción (para cada equipo)
Materiales recomendados: todos o algunos pueden usarse para el comercio / tabla de posibilidades
- Tubos de cartón (rollos de toallas de papel, rollos de papel higiénico)
- Botellas de agua / refrescos vacías
- Mangueras o tubos
- Tubería de PVC
- Lápices
- Bandas de goma
- Rodamientos de bolas
- Bolas de goma o plástico
- Hojas de tela
- Cordón
- Engranajes
- Vasos de papel / plástico
- Straws
- Toallas de papel
- Clips de papel
- pegamento
- Cordón
- Papel de aluminio
- Envoltura de plástico
- Rollos de papel de regalo
Materiales de Prueba
- Dulces o artículos de tamaño similar (cada equipo debe usar los mismos artículos)
Materiales
- Dulces o artículos de tamaño similar (cada equipo debe usar los mismos artículos)
Proceso
Cada equipo prueba los diseños de sus cintas transportadoras demostrando cómo la cinta transportadora mueve los dulces (u otros artículos pequeños) a lo largo de una distancia de 4 pies, incluso a lo largo de un giro de 90 grados.
Reto de Diseño
Mueva los caramelos 4 pies (120 cm) incluyendo un giro de 90 grados.
Formas parte de un equipo de ingenieros al que se enfrenta el desafío de desarrollar tu propia cinta transportadora. Deberá mover los caramelos a lo largo de su cinturón, lo que debe incluir un giro de 90 grados.
Criterios
- Candy debe moverse 4 pies.
- El diseño debe incluir un giro de 90 grados.
Limitaciones
- Los caramelos no se pueden pegar ni fijar a la superficie de la banda.
- Candy no se puede caer.
- Utilizar solo los materiales proporcionados.
- Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados.
- Divida la clase en equipos de 3-4.
- Reparta la hoja de trabajo de Ingeniería del transportador, así como algunas hojas de papel para dibujar diseños.
- Analice los temas de la sección Conceptos básicos. Para presentar la lección, considere preguntar a los estudiantes cómo clasifica y entrega el equipaje en un aeropuerto. Pídales que piensen en las “aceras móviles” por las que hayan viajado (aeropuertos, centros comerciales, otros edificios grandes).
- Revise el Proceso de Diseño de Ingeniería, el Desafío de Diseño, los Criterios, las Limitaciones y los Materiales.
- Proporcione a cada equipo sus materiales.
- Explique que los estudiantes deben diseñar y construir una cinta transportadora que funcione. El transportador debe mover los caramelos 4 pies e incluir un giro de 90 grados.
- Anuncie la cantidad de tiempo que tienen para diseñar y construir (se recomienda 1 hora).
- Utilice un temporizador o un cronómetro en línea (función de cuenta atrás) para asegurarse de mantener el tiempo. (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Dé a los estudiantes “avisos de tiempo” regulares para que se mantengan concentrados. Si tienen dificultades, hágales preguntas que los llevarán a una solución más rápido.
- Los estudiantes se reúnen y desarrollan un plan para su cinta transportadora. Acuerdan los materiales que necesitarán, escriben / dibujan su plan y presentan su plan a la clase. Los equipos pueden intercambiar materiales ilimitados con otros equipos para desarrollar su lista de piezas ideal.
- Los equipos construyen sus diseños.
- Pruebe los diseños demostrando cómo mueve los dulces (u otros artículos pequeños) a lo largo de 4 pies, incluso a lo largo de un giro de 90 grados.
- Como clase, discuta las preguntas de reflexión de los estudiantes.
- Para obtener más contenido sobre el tema, consulte la sección "Explora Más."
Idea de extensión
Haga que los estudiantes avanzados o mayores alimenten sus sistemas de transporte con motores o sistemas de engranajes.
Reflexión Estudiantil (cuaderno de ingeniería)
- ¿Cuán similar era su diseño original al transportador real que construyó su equipo?
- Si descubrieron que necesitanan hacer cambios durante la fase de construcción, describan por qué su equipo decidió hacer revisiones.
- ¿Qué sistema de transporte que diseñó otro equipo fue el más interesante para usted? ¿Por qué?
- ¿Crees que esta actividad fue más gratificante para hacer en equipo, o hubieras preferido trabajar solo en ella? ¿Por qué?
- Si pudiera haber utilizado un material adicional (cinta, pegamento, palos de madera, papel de aluminio, como ejemplos), ¿cuál elegiría y por qué?
Modificación de Tiempo
La lección se puede realizar en tan solo 1 período de clase para estudiantes mayores. Sin embargo, para ayudar a los estudiantes a no sentirse apresurados y asegurar el éxito de los estudiantes (especialmente para los estudiantes más jóvenes), divida la lección en dos períodos para que los estudiantes tengan más tiempo para intercambiar ideas, probar ideas y finalizar su diseño. Realice las pruebas y el informe en el próximo período de clases.
¿Qué es una cinta transportadora?
Las cintas transportadoras pueden estar hechas de muchos materiales diferentes, pero en su forma más básica es un marco con rodillos instalados que mueven materiales en la parte superior. Puede motorizarse para que los rodillos se muevan a una velocidad establecida, accionarse manualmente o moverse con la fuerza de la gravedad.
También existe una aplicación llamada cinta sándwich en la que dos transportadores básicos corren en paralelo, uno encima del otro, dejando suficiente espacio para colocar una caja entre ellos. Se utiliza con frecuencia para mover elementos en pendientes pronunciadas y se desarrolló en 1979 para mejorar la eficiencia al eliminar rocas y otros materiales de las minas.
¿Quién usa los sistemas de transporte?
Los sistemas de transporte se utilizan comúnmente en muchas industrias, incluidas las de transporte, automotriz, agrícola, informática, electrónica, procesamiento de alimentos, aeroespacial, farmacéutica, química, embotellado y enlatado, y envasado. Aunque la mayoría de los materiales se pueden transportar, algunos de los más comunes incluyen alimentos en cajas, botellas y latas; componentes de automoción; materiales mineros y chatarra; y cereales o piensos. También se utilizan para trasladar personas y materiales (como cajas y equipaje) en los aeropuertos. Un lugar de instalación común para las cintas transportadoras son los departamentos de embalaje y también en todas las áreas de fabricación. Los cinturones generalmente se instalan a la altura de la cintura para facilitar que las personas supervisen la operación y observen los materiales que se mueven a través del sistema. Y… en muchos países, los restaurantes de sushi están utilizando cintas transportadoras para distribuir platos de sushi a través de las mesas de los clientes, ¡así que solo ven lo que pasa y recogen el plato que se ve bien!
¿Cómo funciona?
Un sistema de transporte generalmente consta de una estructura de metal con rodillos instalados en varios intervalos a lo largo de la cinta transportadora. Por lo general, estos están cubiertos con un material suave o gomoso que cubre los rodillos y ayuda a que los materiales se muevan sin quedar atascados entre los rodillos. Algunos sistemas de rodillos son rectos y otros curvos. Algunos son planos y otros mueven materiales hacia arriba o hacia abajo entre pisos o incluso hacia minas subterráneas.
¿Qué es la producción en masa?
La producción en masa implica hacer muchas copias de productos, muy rápidamente, utilizando técnicas de línea de ensamblaje para enviar productos parcialmente completos a los trabajadores que trabajan en un paso individual, en lugar de que un trabajador trabaje en un producto completo de principio a fin.
Historia de la banda transportadora y línea de montaje
Historia e inventores
Las cintas transportadoras primitivas se han utilizado desde el siglo XIX, inicialmente utilizadas para transportar mercancías hacia y desde las minas, lo que tuvo un gran impacto en la mejora de la velocidad con la que los materiales extraídos podían llevarse a la superficie. En 1800, Henry Ford introdujo líneas de montaje de cintas transportadoras en la fábrica de Ford Motor Company en Highland Park, Michigan, EE. UU. La línea de ensamblaje desarrollada por Ford Motor Company entre 1913 y 1908 hizo famosas las líneas de ensamblaje en la década siguiente a través de las ramificaciones sociales de la producción en masa, y la cinta transportadora era un componente clave del sistema, lo que permitía que los trabajadores trasladaran las piezas.
En 1957, BF Goodrich Company patentó una cinta transportadora llamada en última instancia Sistema de cinta transportadora de volumen de negocios. Incorporaba un medio giro en el cinturón llamado Möbius Strip (ver diagrama a la derecha). Este diseño tenía una gran ventaja sobre las bandas convencionales porque exponía toda su superficie al desgaste y, por lo tanto, duraba más. Ahora, los cinturones de tiras de möbius ya no se fabrican porque los cinturones modernos sin trenzar hechos de varias capas de materiales son más duraderos.
El sistema de cinta transportadora más largo del mundo en 2012 tiene 98 km de largo y conecta las minas de fosfato de Bu Craa con la costa del Sahara Occidental. Para aplicaciones de equipaje, el sistema de transporte más largo con 92 km se encuentra en el Aeropuerto Internacional de Dubai.
Aceras móviles
Otro tipo de sistema de transporte es la acera móvil, que transporta personas en lugar de mercancías o maletas. La primera pasarela móvil debutó en la Exposición Mundial de Columbia de 1893, en Chicago, IL, EE. UU. Ahora, estos sistemas de transporte se utilizan en aeropuertos, centros comerciales y cualquier área donde se espere que la gente camine largas distancias. La primera pasarela móvil en un aeropuerto se instaló en 1958 en Love Field en Dallas, Texas, EE. UU. La serie de televisión animada The Jetsons muestra pasillos móviles en todas partes, incluso en hogares privados.
- Restricciones: limitaciones de material, tiempo, tamaño del equipo, etc.
- Cinta transportadora: un marco con rodillos instalados que mueven materiales en la parte superior.
- Criterios: Condiciones que debe satisfacer el diseño como su tamaño total, etc.
- Ingenieros: inventores y solucionadores de problemas del mundo. Se reconocen veinticinco especialidades importantes en ingeniería (ver infografía).
- Proceso de diseño de ingeniería: los ingenieros de procesos utilizan para resolver problemas.
- Hábitos de la mente de ingeniería (EHM): Seis formas únicas en que piensan los ingenieros.
- Iteración: Probar y rediseñar es una iteración. Repetir (múltiples iteraciones).
- Producción en masa: Implica hacer muchas copias de productos, muy rápidamente, utilizando técnicas de línea de ensamblaje para enviar productos parcialmente completos a los trabajadores, quienes trabajan en un paso individual, en lugar de que un trabajador trabaje en un producto completo de principio a fin.
- Prototipo: Modelo funcional de la solución a probar.
- Sandwich Belt: dos transportadores básicos corren en paralelo, uno encima del otro, dejando suficiente espacio para colocar una caja entre ellos.
Enlaces a Internet
Lectura Recomendada
- Transportadores: aplicación, selección e integración (innovación industrial) (ISBN: 978-1439803882)
- La invención de la línea de montaje móvil: una revolución en la fabricación (ISBN: 978-1604137729)
- Del sistema estadounidense a la producción en masa, 1800-1932: el desarrollo de la tecnología de fabricación en los Estados Unidos (ISBN: 978-0801829758)
Actividad de Escritura
Escriba un ensayo o un párrafo sobre tres aplicaciones existentes y una imaginada de un sistema de cinta transportadora.
Alineación con los marcos curriculares
Nota: Los planes de lecciones de esta serie están alineados con uno o más de los siguientes conjuntos de estándares:
- Estándares de educación científica de EE. UU. (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
- Estándares de ciencia de la próxima generación de EE. UU. (http://www.nextgenscience.org/)
- Estándares de Alfabetización Tecnológica de la Asociación Internacional de Educación Tecnológica (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
- Principios y estándares para las matemáticas escolares del Consejo Nacional de Profesores de Matemáticas de EE. UU. (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
- Estándares Estatales Básicos Comunes de EE. UU. Para Matemáticas (http://www.corestandards.org/Math)
- Estándares de Informática de la Asociación de Maestros de Ciencias de la Computación K-12 (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados K-4 (edades 4-9)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
- Comprensión de la investigación científica
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Propiedades de objetos y materiales
- Posición y movimiento de objetos
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Tipos de recursos
- Ciencia y tecnología en desafíos locales
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- La ciencia como esfuerzo humano
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (10-14 años)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar una comprensión de
- Propiedades y cambios de propiedades en la materia.
- Movimientos y fuerzas
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades en los grados 5-8, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Riesgos y beneficios
- Ciencia y tecnología en la sociedad
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 5-8 (10-14 años)
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- La ciencia como esfuerzo humano
- Historia de la ciencia
Estándares Nacionales de Educación Científica Grados 9-12 (14-18 años)
ESTÁNDAR A DE CONTENIDO: La ciencia como investigación
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades necesarias para realizar investigaciones científicas.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO B: Ciencias Físicas
Como resultado de sus actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Movimientos y fuerzas
- Conservación de energía y aumento del desorden.
- Interacciones de energía y materia.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO E: Ciencia y Tecnología
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar
- Habilidades de diseño tecnológico
- Comprensión de ciencia y tecnología.
ESTÁNDAR DE CONTENIDO F: La ciencia en perspectivas personales y sociales
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Salud personal y comunitaria
- Ciencia y tecnología en desafíos locales, nacionales y globales
ESTÁNDAR DE CONTENIDO G: Historia y naturaleza de la ciencia
Como resultado de las actividades, todos los estudiantes deben desarrollar la comprensión de
- Perspectivas historicas
Estándares de ciencias de la próxima generación (de 8 a 11 años)
Movimiento y estabilidad: fuerzas e interacciones
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 3-PS2-1. Planificar y realizar una investigación para proporcionar evidencia de los efectos de fuerzas equilibradas y desequilibradas en el movimiento de un objeto.
Diseño de ingeniería
Los estudiantes que demuestren comprensión pueden:
- 3-5-ETS1-1. Defina un problema de diseño simple que refleje una necesidad o un deseo que incluya criterios específicos para el éxito y limitaciones de materiales, tiempo o costo.
- 3-5-ETS1-2. Genere y compare múltiples soluciones posibles a un problema basándose en qué tan bien es probable que cada una cumpla con los criterios y limitaciones del problema.
- 3-5-ETS1-3.Planificar y realizar pruebas justas en las que se controlen variables y se consideren puntos de falla para identificar aspectos de un modelo o prototipo susceptibles de mejora.
Estándares de ciencias de la próxima generación (de 11 a 14 años)
Diseño de ingeniería
- MS-ETS1-2 Evaluar las soluciones de diseño de la competencia mediante un proceso sistemático para determinar qué tan bien cumplen con los criterios y limitaciones del problema.
Estándares de alfabetización tecnológica: todas las edades
La naturaleza de la tecnología
- Estándar 1: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de las características y el alcance de la tecnología.
Tecnología y Sociedad
- Estándar 4: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los efectos culturales, sociales, económicos y políticos de la tecnología.
- Estándar 6: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la sociedad en el desarrollo y uso de la tecnología.
- Estándar 7: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de la influencia de la tecnología en la historia.
Diseño
- Estándar 8: Los estudiantes desarrollarán una comprensión de los atributos del diseño.
- Estándar 9: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del diseño de ingeniería.
- Estándar 10: Los estudiantes desarrollarán una comprensión del papel de la resolución de problemas, la investigación y el desarrollo, la invención y la innovación y la experimentación en la resolución de problemas.
Habilidades para un mundo tecnológico
- Estándar 11: Los estudiantes desarrollarán habilidades para aplicar el proceso de diseño.
- Estándar 13: Los estudiantes desarrollarán habilidades para evaluar el impacto de productos y sistemas.
El mundo diseñado
- Estándar 18: Los estudiantes desarrollarán una comprensión y serán capaces de seleccionar y utilizar tecnologías de transporte.
Planificación y trabajo en equipo de ingeniería
Usted es parte de un equipo de ingenieros que se enfrenta al desafío de desarrollar su propia cinta transportadora a partir de una variedad de materiales. Deberá llevar los dulces a lo largo de su cinturón, que debe incluir un giro de 90 grados. Puede usar cualquier material que le guste que se le proporcione ... y puede compartir o intercambiar materiales con otros equipos de estudiantes. Hay algunas reglas: 1. Los caramelos no se pueden pegar ni fijar a la superficie del cinturón. 2. Los caramelos no se pueden caer.
Fase de investigación
Lea los materiales que le proporcionó su maestro. Si tiene acceso a Internet, explore ejemplos de sistemas de transporte y considere cómo se trasladan los comestibles al cajero en un mercado o tienda de comestibles.
Fase de planificación y diseño
Dibuje un diagrama de su cinta transportadora planificada en la parte posterior de esta página y haga una lista y la cantidad de todos los materiales que cree que necesitará en el cuadro a continuación. Deberá considerar cómo hará que se mueva la cinta transportadora; puede usar sus manos para mover rodillos, engranajes o puede usar un motor, ¡simplemente no toque la taza!
Materiales que necesitará:
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Fase de presentación
Presente su plan y dibujo a la clase y considere los planes de otros equipos. Es posible que desee ajustar su propio diseño.
¡Constrúyelo! ... y rediseñar si es necesario!
A continuación, construya su cinta transportadora y pruébela. Puede compartir materiales de construcción no utilizados con otros equipos y también intercambiar materiales. Asegúrese de observar lo que están haciendo otros equipos y considerar los aspectos de los diferentes diseños que podrían ser una mejora en el plan de su equipo.
¡Pruébalo!
A continuación, la clase probará sus sistemas de cintas transportadoras. Asegúrese de ver todas las pruebas para que pueda ver las ventajas o desventajas de otros sistemas.
Reflexión
Complete las preguntas de reflexión a continuación:
- ¿Cuán similar era su diseño original al transportador real que construyó su equipo?
- Si descubrieron que necesitanan hacer cambios durante la fase de construcción, describan por qué su equipo decidió hacer revisiones.
- ¿Qué sistema de transporte que diseñó otro equipo fue el más interesante para usted? ¿Por qué?
- ¿Crees que esta actividad fue más gratificante para hacer en equipo, o hubieras preferido trabajar solo en ella? ¿Por qué?
- Si pudiera haber utilizado un material adicional (cinta, pegamento, palos de madera, papel de aluminio, como ejemplos), ¿cuál elegiría y por qué?