Montar un laboratorio Arduino en el colegio: kits y presupuesto

Para montar un laboratorio Arduino en el colegio, divide la lista de compra en tres capas: kits por grupo (la placa, la protoboard, los cables y las piezas básicas de cada mesa), equipo compartido (multímetros, herramientas de mano, una caja de repuestos y, si quieres, una estación de soldadura) e infraestructura (ordenadores, conexión USB, enchufes, mesas y almacenamiento con llave). Supongamos que lo montas para una clase de 24 alumnos: 8 grupos de 3, un kit de Arduino Uno por grupo, 4 ESP32 y 4 Raspberry Pi Pico para todo el laboratorio, 2 Uno de repuesto, 5 multímetros y 8 ordenadores son un buen punto de partida. Dedica primero el presupuesto a la primera capa y amplía en el segundo año con cajas de sensores y módulos. El primer año de un laboratorio va de comprar; los siguientes, de mantenerlo en marcha, y por eso las cajas numeradas, el código de colores y el recuento de cada trimestre importan tanto como las propias piezas.

Este artículo trata del montaje del laboratorio y de su funcionamiento a largo plazo. La primera lista de compra de un solo alumno está en el artículo del kit de inicio de Arduino, y los roles de grupo, la cola de ayuda y el reparto de cajas al empezar la clase en enseñar Arduino en una clase numerosa. Aquí encontrarás, por orden, la tabla de kits, el equipo compartido, la distribución de mesas y ordenadores, una plantilla de presupuesto con la columna de precios vacía, las cajas de ampliación del segundo año, la organización del armario, una estimación de consumibles, las normas de seguridad, un calendario anual y un dosier para donaciones. No damos precios, porque cambian de un país a otro y de un mes a otro; en su lugar damos cada artículo con su cantidad y tú añades el precio de tu proveedor.

Tres capas: kits por grupo, equipo compartido, infraestructura

Separar el laboratorio en capas ayuda de tres maneras. La primera es la prioridad: con un presupuesto ajustado, los kits por grupo van primero, porque ahí está todo lo que toca el alumno; los multímetros y las herramientas pueden empezar con pocas unidades, y la mayor parte de la infraestructura ya existe en el centro. La segunda es la responsabilidad: el kit es la caja de ese grupo y el grupo la cuenta al final de la clase, el equipo compartido queda bajo control del docente y se presta, y la infraestructura es inventario del centro. La tercera es la vida útil: placas, protoboards y multímetros duran años, mientras que LEDs, resistencias y cables jumper son consumibles que hay que reponer cada año. En la plantilla de presupuesto seguirás esta división con dos tipos, único y anual.

8 grupos, 24 alumnos: la tabla del kit básico

La tabla supone 24 alumnos, 8 grupos de 3 y una o dos clases por semana. La columna total suma alrededor de un 20–25 % de repuesto a lo que necesitan 8 grupos y redondea el resultado; las piezas resistentes, como placas y protoboards, llevan poco repuesto, y las que se pierden con facilidad, como LEDs y cables, más. Las piezas no son al azar: la mayoría de los sensores y salidas de la lista coinciden con al menos un proyecto gratuito de BlueGrays con su esquema y su código, así que el primer trimestre se llena sin comprar nada más. Si tienes otro número de grupos, multiplica la columna por grupo por tu número de grupos y añade el mismo porcentaje de repuesto.

Dar la mayor parte de la mezcla de placas al Arduino Uno tiene una razón sencilla: funciona a 5 V, casi todos los sensores de iniciación se conectan directamente, su conector USB-B aguanta el uso constante y la mayoría del material didáctico está escrito para él. De los 200+ proyectos de BlueGrays, unos 110 son para Arduino, 50 para ESP32 y 30 para Raspberry Pi Pico. Compra el ESP32 para una unidad de internet de las cosas que necesite Wi-Fi y Bluetooth, y la Pico para pasar a la programación con texto en MicroPython. Como estas dos placas suelen entrar en la segunda mitad del curso, el primer año bastan 4 de cada una: en esa unidad, 4 grupos trabajan con ESP32 o Pico mientras los otros 4 siguen con un proyecto de Uno, y a la semana siguiente se intercambian. Puedes ver la comparación en Arduino o ESP32 y las primeras clases en el plan de la primera clase con ESP32 y el plan de clases de Pico con MicroPython.

Equipo compartido: lo que vive en el armario, no en las mesas

La estación de soldadura es opcional en esta lista a propósito. Los proyectos montados con protoboard y cables jumper no necesitan soldadura, así que el primer año del laboratorio puede pasar sin ella. La primera necesidad de soldar suele llegar con módulos que se venden sin pines y con la Pico; comprar las Pico con los pines ya soldados elimina esa necesidad el primer año. Cuando empiecen los circuitos permanentes, las exposiciones o el trabajo de club, montas un rincón de soldadura con 2 estaciones con control de temperatura, ventilación y supervisión del docente; tienes los detalles en la guía de soldadura. El multímetro, en cambio, hace falta desde el primer día: es la forma más rápida de encontrar un cable jumper roto, una pila agotada o una patilla en la fila equivocada. Las primeras semanas, enseña solo la prueba de continuidad (el pitido) y a medir bien la tensión, y deja la medida de corriente para más adelante; lo explicamos en la guía del multímetro.

Infraestructura: mesas, corriente, ordenadores y almacenamiento

• Distribución de mesas: 8 mesas de grupo, cada una con 3 sillas y 1 ordenador. Coloca las mesas en U a lo largo de las paredes o en islas de 2; la mesa del docente, junto al proyector, y entre las mesas deja un pasillo de al menos 1 metro para moverte con comodidad. Pega en la esquina de cada mesa el mismo número que lleva su caja.
• Corriente: Basta una regleta con interruptor y toma de tierra por mesa. Pasa los cables por detrás de las mesas o por una canaleta, no por el suelo, y no encadenes regletas. Apagar las regletas al final de la clase debe formar parte de la rutina de cierre del laboratorio.
• Ordenadores: 8 ordenadores de grupo y 1 del docente. Las versiones de escritorio de Arduino IDE y Thonny funcionan en Windows, macOS y Linux; los dispositivos que solo ejecutan un navegador no sirven para esta instalación. Ordenadores antiguos pero fiables son suficientes.
• Conexión USB: Si el puerto está en la parte trasera del ordenador, un alargador USB corto fijado a la mesa evita que la placa quede colgando. Si no hay puertos suficientes, usa un hub USB con su propio adaptador de corriente (hub alimentado); los hubs sin alimentación pueden hacer que la placa se reinicie con piezas que consumen corriente, como un servo.
• Almacenamiento: Un armario con llave o un sistema de estanterías, con baldas separadas para cajas de grupo, cajas temáticas y existencias de repuesto. Dentro del armario, una caja metálica o un compartimento aparte, también con llave, para baterías y soldadores.
• Pantalla: Proyector o pizarra digital. Aumenta el tamaño de letra de Arduino IDE en el ordenador del docente; que el grupo del fondo pueda leer el código lleva menos tiempo que copiarlo en la pizarra.

Instalación de ordenadores y software

1. Instala Arduino IDE en todos los ordenadores y espera a que terminen los componentes adicionales que descarga al abrirse por primera vez; los pasos están en el artículo de instalación de Arduino IDE.
2. Instala el controlador del chip USB de las placas compatibles (normalmente un CH340); en Windows este paso requiere permisos de administrador. Si el puerto no aparece, sigue el orden de comprobaciones del artículo sobre el error al subir el código.
3. Instala el paquete de placas ESP32 desde el Gestor de placas (explicado en qué es el ESP32). El paquete es grande, así que descárgalo antes de clase, cuando la red del centro esté tranquila.
4. Instala Thonny para la Pico y carga una vez el firmware de MicroPython en cada Pico (qué es la Raspberry Pi Pico). Si lo haces tú a principio de trimestre, en clase solo queda escribir código.
5. Instala por adelantado las bibliotecas que piden los proyectos del curso (por ejemplo, las de DHT y LCD I2C); la biblioteca Servo ya viene con Arduino IDE.
6. En cada ordenador, sube el ejemplo Blink con la placa de esa mesa y, cuando funcione, pega el número de mesa en el ordenador.
7. Escribe todos los pasos en una lista de instalación de una página. Cuando se restablezcan los ordenadores o llegue una actualización grande, vuelves a recorrer la lista desde el principio.

Resuelve las restricciones de la red y los ordenadores del centro antes de que empiece el trimestre. En la mayoría de los centros, el permiso para instalar software y controladores lo tiene el departamento de informática; envíales la lista de instalación con al menos dos semanas de antelación y decidid juntos qué ordenadores se usarán y con qué cuenta de usuario. Algunos centros bloquean los dispositivos de almacenamiento USB; mientras se carga el firmware de MicroPython, la Pico aparece en el ordenador como una unidad USB, así que si hay bloqueo, haz este paso con el departamento de informática. Los proyectos con ESP32 tienen un asunto aparte: el ESP32 clásico solo se conecta a Wi-Fi de 2,4 GHz y la mayoría de los ejemplos esperan una red sencilla con contraseña. En redes corporativas en las que se entra con usuario y contraseña, o en redes de invitados que abren una página de acceso en el navegador, estos ejemplos no funcionan tal cual. Con el visto bueno de informática, un punto de acceso sencillo de 2,4 GHz exclusivo del laboratorio, encendido solo durante las clases, resuelve el problema para siempre.

Plantilla de presupuesto: rellena los precios con tu proveedor

La tabla de abajo no es un presupuesto cerrado, sino una plantilla para rellenar. La columna de cantidad sale de las tablas anteriores; las columnas de precio unitario y total las rellenas tú con las ofertas de proveedores locales. Pide al menos dos ofertas por artículo y anota cuál elegiste y por qué; cuando solicites donaciones o ayudas, esas notas serán la parte más sólida de tu dosier. Suma por separado los gastos únicos y los anuales: el primer año necesitas la suma de ambos, y los siguientes, sobre todo los anuales. Añade al final un margen del 10–15 % para imprevistos; con él cubres el envío, una placa rota o un precio que cambia a mitad de trimestre. Quedarte con un solo modelo de placa y, si puedes, con un solo proveedor simplifica durante años los controladores y los repuestos.

Segundo año: cajas de ampliación de sensores y módulos

Cuando los kits básicos ya funcionan, crea cajas temáticas en lugar de añadir módulos nuevos a cada caja de grupo. Una caja temática contiene entre 2 y 8 unidades de cada módulo de un mismo tema y se presta según el proyecto: los grupos que esa semana hacen un proyecto con pantalla cogen de la caja Pantallas y lo devuelven al final de la clase. Así no tienes que comprar 8 unidades de un módulo que se usa poco, y las cajas de grupo siguen tan sencillas como el primer día. En la tarjeta de contenido de la caja temática pon una hoja de préstamo donde anotes, junto al nombre de cada módulo, qué grupo se llevó qué. Para decidir qué módulos comprar te sirve la lista de Mi Taller de BlueGrays que explicamos más abajo: si introduces el contenido de una sola caja de grupo, ves qué pieza que falta desbloquea cuántos proyectos.

Armario y cajas: número, tarjeta de contenido, código de colores

Todo lo que se mueve en el laboratorio debe tener un nombre y un sitio. Numera las cajas de grupo de G1 a G8, las de ESP32 de E1 a E4, las de Pico de P1 a P4, las temáticas por su nombre y la de repuestos con R; la placa, el cable USB y la protoboard de cada caja llevan el mismo número. Llena el armario según el peso y la frecuencia de uso: las cajas de grupo a la altura de los ojos y de izquierda a derecha de G1 a G8, las temáticas en la balda de arriba, las existencias pesadas de repuesto abajo del todo, y las baterías y los soldadores en un compartimento aparte con llave. Cuelga las herramientas en un panel de pared y dibuja el contorno de cada una con rotulador; al final de la clase, un contorno vacío muestra la herramienta que falta sin necesidad de contar. Pega en la tapa de cada caja una tarjeta de contenido plastificada: nombre de la pieza, cantidad, color y un pequeño dibujo. La tarjeta lleva además la fecha del último recuento y una línea para las piezas que faltan.

• Azul: Cajas de grupo de Arduino Uno (G1–G8) y sus cables.
• Verde: Cajas de ESP32 (E1–E4); el aviso de 3,3 V va escrito en la tapa.
• Morado: Cajas de Raspberry Pi Pico (P1–P4); en la tapa se indica que tienen MicroPython instalado.
• Amarillo: Cajas temáticas; la hoja de préstamo va dentro de la tapa.
• Rojo: Lo que solo se usa con el docente: baterías, soldadores, la fuente de alimentación y la caja de Alimentación.
• Blanco: Caja de repuestos y existencias de consumibles; no se abre durante la clase, solo sirve para cubrir faltas.

La rutina de recuento funciona por capas. El grupo cuenta su caja al final de cada clase; esa rutina de dos minutos la contamos en el artículo sobre clases numerosas. El equipo compartido y las cajas temáticas los cuentas tú una vez por semana; gracias al panel de herramientas y a las tarjetas de contenido, no lleva más de cinco minutos. No cuentes uno a uno los consumibles pequeños como resistencias, LEDs y cables: marca una línea de "mínimo" en cada bolsa o compartimento y, cuando el nivel baje de la línea, apúntalo en la lista de pedidos. Las placas, los sensores y los módulos, en cambio, se cuentan por unidades, porque perder un HC-SR04 no es lo mismo que perder un LED. Al final del trimestre se hace un inventario completo y se prueban las placas una a una. En lugar de castigar las piezas perdidas o rotas, regístralas: qué pieza falta de qué caja y con qué frecuencia te dice qué pedir la próxima vez y qué norma no está funcionando.

Consumibles: ¿cuánto se gasta en un año?

Los consumibles son las piezas pequeñas que se rompen, se pierden o se estropean en clase. Las cifras de abajo no son una medición, sino una estimación aproximada para planificar con 8 grupos y una clase por semana; usa los registros de recuento de tu primer trimestre para encontrar tu propio ritmo y actualizar la tabla. Hay tres motivos principales de desgaste: patillas que se doblan tantas veces que se parten, LEDs conectados sin resistencia o al revés, y piezas pequeñas que caen bajo las mesas. Los dos primeros disminuyen con buenos hábitos de conexión; el tercero, con cajas de compartimentos y una revisión de la mesa al terminar. Comprar LEDs y resistencias en paquetes grandes, con bolsas separadas por color y valor, baja el precio unitario y facilita el recuento. Para que los alumnos devuelvan las resistencias sueltas al compartimento correcto, enséñales a leer el valor por las bandas de color; la herramienta gratuita Código de colores ayuda en este ejercicio.

Seguridad: límite de 5 V, soldadura, baterías y primeros auxilios

La norma básica de seguridad del laboratorio es el límite de alimentación: el primer año, todos los circuitos se alimentan desde el puerto USB del ordenador, es decir, a 5 V. Esa tensión es baja en cuanto a riesgo de descarga eléctrica; los riesgos reales son piezas y cables que se calientan en un cortocircuito, quemaduras con el soldador y las baterías de litio. Los proyectos que conmutan aparatos conectados a la red eléctrica con un relé no se hacen en el laboratorio; los proyectos con relé usan solo una carga de baja tensión. Si se va a soldar, deja claro desde el principio que la punta del soldador supera los 300 °C, que nunca se deja fuera de su soporte y que el humo de la soldadura se elimina con la ventana abierta o con un extractor; si se usa estaño con plomo, después hay que lavarse las manos. Las baterías Li-ion y 18650 se guardan en una caja con llave e ignífuga, con los terminales sin posibilidad de tocarse y a media carga si van a estar mucho tiempo almacenadas; una batería hinchada, aplastada o caliente no se usa, se lleva a un punto de recogida de pilas, y nunca se carga sin vigilancia (más detalles en el artículo del módulo de carga TP4056). En quemaduras leves, los primeros auxilios consisten en mantener la zona unos 20 minutos bajo agua fresca corriente; la ubicación del botiquín y del extintor debe estar indicada junto a la puerta, y cada incidente se comunica según el protocolo de tu centro. Cuelga las 8 normas de abajo en un cartel A3 junto a la puerta.

1. Mientras montas o cambias un circuito, el cable USB está desconectado.
2. La única fuente de alimentación es el USB del ordenador; pilas, adaptadores y módulos de alimentación, solo con permiso del docente.
3. Si una pieza se calienta, huele o echa humo, desconecta el USB y levanta la mano.
4. Nada de comida ni bebida en las mesas; las mochilas se quedan en la estantería de la entrada.
5. Cada pieza vuelve a su propia caja; no se intercambian piezas entre cajas.
6. Los soldadores, las baterías y la fuente de alimentación se usan solo en la mesa del docente y con el docente.
7. Ponte gafas al recortar patillas y sujeta el extremo que vas a cortar.
8. No escondas una pieza rota, perdida o estropeada; anótala en la tarjeta de contenido y díselo al docente.

Calendario anual de mantenimiento

BlueGrays para el inventario del laboratorio y la planificación de proyectos

Puedes llevar el inventario del laboratorio en BlueGrays con Mi Taller; como Piezas es una función Premium, lo haces en tu propia cuenta de docente. En Piezas añades las piezas con su cantidad, escribes detalles como "330R" o "LED rojo" en el campo Nombre Especial y la ubicación, como "cajas G, armario 2", en la nota; una pieza cuya cantidad va bajando aparece con la etiqueta Stock Bajo. La verdadera ventaja está en la planificación: como Piezas es un único inventario, si introduces el contenido de una sola caja de grupo en lugar del total del laboratorio, la lista Proyectos que Puedes Hacer muestra los proyectos que cada grupo puede montar con las piezas de su caja, y Proyectos con Componentes Faltantes te dice, con etiquetas como "2 Faltantes", qué proyectos se abren si añades cada pieza, así que eliges las cajas temáticas del segundo año en función de eso. Tienes los detalles en el artículo sobre encontrar proyectos con las piezas que tienes. Mientras los alumnos siguen un proyecto en su propia pantalla, la lista Componentes Necesarios muestra las cantidades, así que preparas las cajas de esa clase en consecuencia. Cuando vayas más allá de los proyectos gratuitos, puedes dar Premium a tus alumnos con paquetes para educadores, en forma de códigos de pago único que no necesitan tarjeta y no se renuevan solos. Si quieres llevar a clase un proyecto propio de tu laboratorio, lo compartes desde Aprende > Foro > Nueva publicación, en la categoría Tutorial: añade fotos del circuito, tu código con Añadir código y los proyectos listos relacionados, y después envía el enlace de la publicación a los alumnos con Compartir (los pasos están en el artículo sobre dar clase con tu propio proyecto).

Lista de documentos para donaciones, patrocinios y ayudas

• Resumen de una página: Objetivo del laboratorio, a cuántos alumnos y a qué asignaturas dará servicio, cuántas horas por semana se usará.
• Lista de necesidades en tres capas: Las tablas de kits, equipo e infraestructura de este artículo, con cantidades.
• Plantilla de presupuesto rellena: Al menos dos ofertas por artículo, la oferta elegida y el motivo, con totales únicos y anuales por separado.
• Información del espacio: Fotos actuales del aula, un croquis sencillo de la distribución, estado de enchufes y ordenadores.
• Plan de seguridad: Cartel de normas, cómo se guardan baterías y material de soldadura, primeros auxilios y persona responsable.
• Plan de funcionamiento: Calendario anual, rutina de recuento y nombre del docente responsable del laboratorio.
• Sostenibilidad: De dónde saldrá el presupuesto de consumibles y reposición en los años siguientes.
• Objetivos medibles: Por ejemplo, número de proyectos terminados por trimestre, exposición de final de curso, actividades de club.
• Aprobación de la dirección: Una carta de apoyo del equipo directivo y cómo se registrará el material en el inventario del centro.
• Compromiso de informe: Cuándo y con qué contenido (fotos, lista de proyectos, inventario) informarás a quien apoye el proyecto.

Un laboratorio escolar nunca queda montado de una vez para siempre; el primer año se asientan los kits, las cajas y las normas, el segundo crece con las cajas temáticas, y en los años siguientes tus registros de recuento te dicen qué se gasta y qué se usa de verdad. Cuando tengas preparada la primera caja de grupo, instalar BlueGrays en tu móvil y mirar qué proyectos gratuitos se pueden montar con las piezas de esa caja es una forma fácil de sacar la lista de clases de tu primer trimestre.