APROVECHEMOS LA ENERGIA DEL SOL EN NUESTRO HOGAR
INICIEMOS Y OBSERVEMOS
Existen diferentes fuentes de energía que se utilizan en beneficio de la humanidad. Algunas de estas provienen de fuentes naturales y se consideran renovables. La energía solar es una de ellas; provee de energía termina y lumínica en forma de calor y luz. Sin embargo, esta no es completamente sustentable, los materiales y equipos necesarios para transformar la energía producen desperdicios tóxicos para el medio ambiente. Por ejemplo, para producir paneles solares se genera una gran cantidad de gases de efecto invernadero y desechos tóxicos. Aun no existe un proceso adecuado para reciclar la totalidad de los componentes de los paneles solares obsoletos que se convierten en desperdicios tóxicos (lamas, 2020).
El aprovechamiento sustentable de la energía solar es todo un reto. ¿Cómo se podrían conseguir los beneficios de la energía solar sin dañar el medio ambiente?
DISEÑO Y DESARROLLO DE LA INDAGACIÓN
¡Aquí está el problema!
Es posible aprovechar la energía solar de manera eficiente, sin emplear procesos contaminantes, al utilizar las diferentes formas de transmisión de la energía térmica.
Utilicen sus conocimientos previos sobre las formas de transmisión de la energía térmica.
1. Organicen comunidades de tres integrantes e investiguen sobre las aplicaciones que tiene cada una de las formas de transmisión de la energía térmica.
2. Cada integrante investigue sobre alguna de ellas en las fuentes confiables que tenga al alcance, como el libro Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico.
BUSCA Y ENCUENTRA
¿Cómo se puede transmitir la energía térmica? Para dar respuesta a esta pregunta, realicen los siguientes experimentos.
Materiales:
2 botellas de reuso del mismo tamaño y material. Pueden ser de agua.
Tijeras
Pintura negra
2 termómetros
Una brocha
Un litro de agua
Un reloj
Experimento 1
1. Corten las botellas a la misma altura
2. Pinten una de las botellas de color negro. Una vez seca, lleven ambas a un lugar soleado.
3. Llenen cada botella con la misma cantidad de agua.
4. Coloquen un termómetro en cada botella y registren en una libreta la temperatura del agua.
5. Dejen las botellas al sol durante 45 minutos con los termómetros dentro de ellas.
6. Midan la temperatura cada 15 minutos y regístrenla en su libreta.
Temperaturas |
Botella transparente | Botella negra |
1.en 20° | 1.en 12° |
2.en 43° | 2.en 21° |
3.en 51° | 3.en 28° |
7. Comenten entre ustedes lo que notaron sobre la transferencia de energía entre la luz del sol, las botellas y los termómetros, y elaboren una lista con las diferentes transferencias de energía térmica que detecten. Después, expliquen cual fue el mecanismo de transferencia de energía térmica observada en el experimento.
8. Investiguen sobre la radiación del cuerpo negro (la botella pintada). Como se representa analíticamente, en donde se presenta y como puede aprovecharse.
9. Registren en su cuaderno sus observaciones, luego respondan lo siguiente: ¿Cómo podrían aprovechar los tipos de transferencia de energía térmica que encontraron en el experimento? ¿Cuáles serian las ventajas y desventajas?
10. Tomen en cuenta que la transferencia de energía termina siempre ocurre del objeto de mayor temperatura a otro de menor temperatura.
EXPERIMENTO 2
1. Forren el interior de las 4 cajas y las tapas con el papel aluminio, asegurándose de cubrir toda la superficie.
2. Recorten la caja de cartón en tiras de 10 cm x 20 cm y fórrenlas también con el papel aluminio.
3. Cubran las cajas por fuera con la cinta canela.
4. En cada caja chica coloquen una bolsa para basura.
5. Tomen una caja grande e introduzcan en ella una de las chicas.
6. Pongan unos cubos de hielo en la caja mas chica y tomen la temperatura. Tapen la caja.
7. Tomen el otro par de cajas, pero, en esta ocasión, coloquen las tiras de cartón a manera de rejillas aislantes entre la caja pequeña y las paredes de la caja grande. Coloquen el hielo y tomen la temperatura del interior de la caja. Tápenla.
8. Lleven ambas cajas a un lugar soleado.
9. Escriban en su cuaderno lo que creen que sucederá con cada par de cajas y justifiquen porque será así.
10. Después de 15 minutos tomen nuevamente la temperatura de cada una de las cajas.
11. Registren sus mediciones en su cuaderno.
12. Anoten sus observaciones y expliquen los resultados obtenidos. Expliquen cómo funciona la conversión en la atmosfera terrestre y porque consideran que obtuvieron esos resultados.
MATERIALES:
4 cajas de cartón de dos diferentes tamaños, preferentemente con tapa. Dos de ellas deben entrar en las otras dos.
Una caja de cartón para recortar
Un rollo de papel aluminio de 10 metros
2 bolsas para basura
Tijeras
Un rollo de cinta canela o para embalaje
Una regla de 30 cm o un flexómetro
Un termómetro
Hielo
ENCUENTRA Y APRENDE
En los experimentos anteriores pudieron trabajar con los mecanismos de transmisión de energía térmica por conducción, radiación y convección. Ahora, el reto es aprovechar la energía térmica que se obtiene del sol como fuente de energía para el diseño y construcción de algún dispositivo equipado para aprovechar la energía térmica de forma sustentable, útil en la vida diaria.
1. Organícense en equipos y elijan alguna propuesta de dispositivo, por ejemplo, un horno solar, un calentador, solar con botellas de plástico o un sistema aislante térmico.
2. Investiguen como elaborar su dispositivo en fuentes confiables y compartan sus hallazgos en asamblea.
3. De acuerdo con el dispositivo que eligieron, tomen en cuenta las siguientes preguntas para responderlas cuando realicen sus experimentos.
¿Cuáles son los tipos de transferencia de energía que se dan en un horno solar?
En un horno solar, se producen diferentes formas de transferencia de energía para aprovechar la radiación solar y generar calor. Los principales tipos de transferencia de energía involucrados son: 1. **Radiación solar:** La radiación solar es la fuente principal de energía en un horno solar. La luz solar, que incluye tanto luz visible como radiación infrarroja, llega a la Tierra desde el sol. Los componentes del horno, como reflectores y concentradores, se diseñan para captar y dirigir la radiación solar hacia un punto focal.
¿Cómo se da la transferencia de calor dentro y fuera del horno solar?
La transferencia de calor en y fuera de un horno solar involucra diversos procesos que permiten aprovechar la radiación solar y distribuir el calor. Aquí te explico cómo se da la transferencia de calor en diferentes partes del horno: 1. **Captación de Radiación Solar
¿Cómo se podrá conseguir aislar la caja para su mejor funcionamiento?
El aislamiento adecuado de la caja de un horno solar es esencial para maximizar su eficiencia y retener el calor generado en el interior. Aquí hay algunas sugerencias para aislar la caja y mejorar su funcionamiento: 1. **Material Aislante:** - Utilice materiales aislantes de alta calidad en las paredes de la caja. Los materiales comunes incluyen espuma de poliestireno expandido (corcho blanco), fibra de vidrio, espuma de poliuretano u otros materiales aislantes térmicos. 2. **Doble Pared:** - Considere construir la caja con una doble pared, dejando un espacio de aire entre las dos capas. Esto ayuda a reducir la transferencia de calor por conducción y convección. 3. **Reflejantes Térmicos
¿Existe alguna relación entre el calor que cuece los alimentos y el color de las cajas?
Sí, existe una relación entre el color de las cajas de un horno solar y su capacidad para absorber y retener calor, lo que afecta la eficiencia en la cocción de alimentos. La absorción de la radiación solar depende en gran medida de las propiedades ópticas del material, incluido su color. Aquí hay algunas consideraciones relevantes: 1. **Absorción de Radiación
¿Cómo funciona el efecto invernadero dentro del horno y que beneficios se obtienen de este fenómeno al cocer alimentos?
El efecto invernadero en el contexto de un horno solar es un fenómeno que se produce cuando la radiación solar penetra en la caja del horno, calienta los objetos y superficies interiores, y luego estos emiten radiación térmica. La radiación térmica emitida tiene longitudes de onda más largas y puede tener dificultades para salir de la caja, lo que resulta en un aumento de la temperatura interna. Este proceso es análogo al efecto invernadero que ocurre en la Tierra, donde los gases en la atmósfera retienen el calor. Aquí se explica cómo funciona este fenómeno en un horno solar y los beneficios asociados al cocinar alimentos: 1. **Captación de Radiación Solar:** - La caja del horno solar está diseñada para captar la radiación solar utilizando reflectores y concentradores. Estos elementos dirigen la luz solar hacia un punto focal, aumentando la intensidad del calor en ese punto. 2. **Calentamiento de la Caja y Superficies Internas:** - La radiación solar concentrada calienta las superficies internas de la caja, incluyendo la superficie de cocción y los objetos dentro del horno. 3. **Emisión de Radiación Térmica:** - Las superficies calentadas emiten radiación térmica en forma de radiación infrarroja. Este tipo de radiación tiene longitudes de onda más largas que la radiación solar. 4. **Retención de Calor:** - La radiación térmica emitida por las superficies internas tiene dificultades para escapar de la caja debido a las propiedades de absorción y emisión de los materiales utilizados. Este fenómeno es análogo al efecto invernadero, donde ciertos gases en la atmósfera retienen el calor. 5. **Aumento de la Temperatura Interna:** - La retención de la radiación térmica dentro de la caja resulta en un aumento de la temperatura interna. Este aumento de temperatura es beneficioso para la cocción eficiente de alimentos. Beneficios asociados al efecto invernadero Con esta información, ¿pueden concluir que se aprovecha la energía solar de manera eficiente sin emplear procesos contaminantes, al utilizar las diferentes formas de transmisión de la energía térmica?
CONSTRUCCIÓN Y/O COMPROBACIÓN
Los caminos posibles
1. En comunidades, diseñen y construyan el dispositivo que eligieron, teniendo en cuenta la información que obtuvieron. Consideren la necesidad de transportarlo a donde será su lugar de funcionamiento.
a) Tengan a la mano los materiales necesarios para llevarlo a cabo, así como las herramientas para armar su dispositivo y la ayuda de un familiar adulto en caso de ser necesario.
2. Consideren lo obtenido en las indagaciones realizadas para lograr un producto eficiente, funcional y capaz de satisfacer las necesidades, así mismo, el cuidado del medio ambiente durante y después de su construcción.
3. Verifiquen que el dispositivo terminado tenga un optimo funcionamiento y, si es necesario, hagan ajustes o investigaciones extra.
4. Tengan en cuenta que es conveniente tomar datos de los tiempos que se requieren para logar los resultados esperados y volver a ajustar, si fuera el caso.
COMUNICACIÓN
Ya lo tengo
Una vez hecho y probado su dispositivo, presenten los resultados. Para ellos, muestren el dispositivo ante la clase, procuren la participación de cada uno.
a) Describan como fue el proceso de construcción, la indagación que realizaron para llegar a la comprensión sobre su funcionamiento, los conceptos físicos aprendidos y aplicados, así como los obstáculos y las adecuaciones hechas para lograr su funcionamiento optimo.
b) Expongan las ventajas y desventajas del dispositivo construido, si contribuye a la mejora de su casa o comunidad, y una reflexión sobre el impacto y mejora del medio ambiente.
c) Hablen sobre las emociones que sintieron durante el proceso de indagación y análisis, asi como el sentimiento de responsabilidad, compañerismo, logro o decepción, si lo tuvieron, y como lo superaron.
d) Otorguen un valor a su trabajo de acuerdo con la percepción de lo que realizaron y pregunten a sus compañeras y compañeros de clase las mejoras que podrían realizar. Para que la presentación sea favorable, deben considerar los siguientes momentos para lograr el éxito.
ANTES: es el tiempo destinado a la preparación de lo requerido para la presentación, se puede realizar una lista para verificar que cuentan con todo, es importante planear cada detalle par que todo vaya bien y puedan exponer los resultados de su investigación.
DURANTE: en este momento es importante la escucha activa y el respeto mutuo si se realiza la presentación frente a sus compañeras y compañeros de clase. En caso de tener un publico mas extenso, pueden recurrir a técnicas de relajación y regulación de emociones, asimismo, cuando les toque participar como observadores, muestren respeto por el trabajo de sus compañeros.
DESPUES: este momento se considera para hacer una introspección y revisar las actividades realizadas para valorar lo hecho y reflexionar sobre las posibles acciones de mejora.
AUTORREFLEXIÓN
Valorando mis pasos
1. Organicen una muestra de trabajos con los miembros de la comunidad escolar y presenten su prototipo o diseño.
a) Expongan su principio de funcionamiento, ventajas, desventajas, porque es útil para su comunidad y las posibles aplicaciones en su entorno cercano.
2. Organizados en asamblea, comenten con sus compañeros como se sintieron con la actividad, cuales fueron sus aciertos y cuales las áreas que pueden mejorarse.
a) Mencionen como enfrentaron los conflictos al interior del equipo.
b) Mencionen cuales fueron las fortalezas que encontraron en cada uno de ustedes.
3. Marca la siguiente rubrica de acuerdo con los criterios solicitados, siempre reflexionando sobre los aspectos a considerar. Al final, comenta sobre las aportaciones realizadas, el proceso que se siguió para su construcción y lo que aporto a la comunidad.
criterios | Nivel 0 | Nivel 1 | Nivel 2 | Nivel 3 |
Planeación del proyecto | Solo existe un esbozo de lo que se realizo | Se detallaron algunos pasos que se siguieron | Se mencionaron todos los pasos que se siguieron, en general. | Se detallo paso a paso, describiendo cada uno de ellos. |
Nuestro dispositivo | No funciono | Funciono parcialmente | Funciono con algunas fallas | Funciono correctamente |
Explicamos sobre conceptos físicos involucrados | No explicamos ningún fenómeno físico involucrado | Tratamos algún fenómeno físico involucrado | Mencionamos la mayoría de los fenómenos físicos involucrados | Detallamos todos los fenómenos físicos involucrados. |
Resolvimos los conflictos presentados | No se resolvieron | Se resolvió la mayoría | Se resolvieron totalmente | Se resolvieron y se plantearon innovaciones |
Exposición del proyecto | Solo se puso en funcionamiento sin explicación | Explicamos a grandes rasgos | Explicamos a detalle la construcción | Explicamos la construcción y los conceptos físicos requeridos. |
Utilizamos recursos bibliográficos | No los mencionamos | Nos concentramos en un solo recurso | Utilizamos varios recursos sugeridos | Utilizamos los recursos sugeridos y mas |
Los materiales que utilizamos están acordes con al temática del cuidado del medio ambiente | Los materiales fueron nuevos | Los materiales fueron reciclados | Modificamos materiales para su uso | Utilizamos materiales completamente acordes y modificados para cuidar el medio ambiente |
Hablamos sobre la sustentabilidad del proyecto y el beneficio para la comunidad y el medio ambiente | No los mencionamos | Los mencionamos poco | Hablamos sobre partes del proyecto que pueden beneficiar | Hablamos durante gran parte de la presentación sobre los beneficios |
4. Comenten sobre los alcances obtenidos, las mejoras a realizar y los sentimientos acerca de la conclusión de su proyecto
5. Por último, escriban en sus cuadernos digitales los acuerdos asamblearios a los que llegaron en comunidad para analizar las formas de transferencia de energía térmica en diferentes situaciones de la vida cotidiana.
Para ingresar toda la información del proyecto, vamos a hacer uso de nuestro correo electrónico y crear un Power Pages, un sitio web para cargar tu proyecto, evidencias y retroalimentación con tu cuenta de correo de Microsoft, veamos el siguiente video tutorial para conocer la plataforma.
