8 estufa

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8 estufa

  1. 1. Serie: Recursos didácticosTapa:Imagen combinada de la Supernova Remnamt captadapor el telescopio Hubble - NASA.
  2. 2. a u t o r i d a d e sPRESIDENTE DE LA NACIÓNDr. Néstor KirchnerMINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍALic. Daniel FilmusSECRETARIO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍAProf. Alberto E. SileoniDIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DEEDUCACIÓN TECNOLÓGICALic. María Rosa AlmandozDIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DEEDUCACIÓN TECNOLÓGICALic. Juan Manuel Kirschenbaum
  3. 3. Estufa de laboratorioAquiles GayMaría Gabriela Durán
  4. 4. 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 950-00-0503-4 Gay, Aquiles Estufa de laboratorio / Aquiles Gay y María Gabriela Durán; coordinado por Juan Manuel Kirschenbaum. - 1a ed. - Buenos Aires: Ministerio de Educación, Ciencia y Tecnología de la Nación. Instituto Nacional de Educación Tecnológica, 2005. 108 p.; 22x17 cm. (Recursos didácticos; 8) ISBN 950-00-0503-4 1. Electrónica. 2. Electromecánica. I. Durán, María Gabriela, II. Kirschenbaum, Juan Manuel, coord. III. Título CDD 621.381 : 620.112 97Fecha de catalogación: 12/05/2005
  5. 5. Instituto Nacional de Educación TecnológicaCentro Nacional de Educación TecnológicaCeNET-MaterialesSerie: “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 líneasMinisterio de Educación, Ciencia y Tecnología.Instituto Nacional de Educación Tecnológica.Saavedra 789. C1229ACE.Ciudad Autónoma de Buenos Aires.República Argentina.
  6. 6. LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE EDUCACIÓN TECNOLÓGICA El Instituto Nacional de Educación nico-profesional, en el marco de los acuer- Tecnológica -INET- enmarca sus líneas de dos y resoluciones establecidos por el acción, programas y proyectos, en las metas Consejo Federal de Cultura y Educación. de: • Diseñar y desarrollar un plan anual de • Coordinar y promover programas capacitación, con modalidades presen- nacionales y federales orientados a for- ciales, semipresenciales y a distancia, con talecer la educación técnico-profesional, sede en el Centro Nacional de Educación articulados con los distintos niveles y ci- Tecnológica, y con nodos en los Centros clos del sistema educativo nacional. Regionales de Educación Tecnológica y las Unidades de Cultura Tecnológica. • Implementar estrategias y acciones de cooperación entre distintas entidades, • Coordinar y promover programas de instituciones y organismos –gubernamen- asistencia económica e incentivos fis- tales y no gubernamentales-, que permi- cales destinados a la actualización y el tan el consenso en torno a las políticas, desarrollo de la educación técnico-profe- los lineamientos y el desarrollo de las sional; en particular, ejecutar las ofertas educativas, cuyos resultados sean acciones relativas a la adjudicación y el considerados en el Consejo Nacional de control de la asignación del Crédito Educación-Trabajo –CoNE-T– y en el Fiscal –Ley Nº 22.317–. Consejo Federal de Cultura y Educación. • Desarrollar mecanismos de cooperación • Desarrollar estrategias y acciones desti- internacional y acciones relativas a dife- nadas a vincular y a articular las áreas de rentes procesos de integración educativa; educación técnico-profesional con los en particular, los relacionados con los sectores del trabajo y la producción, a países del MERCOSUR, en lo referente a escala local, regional e interregional. la educación técnico-profesional. • Diseñar y ejecutar un plan de asistencia Estas metas se despliegan en distintos pro- técnica a las jurisdicciones en los aspectos gramas y líneas de acción de responsabilidad institucionales, pedagógicos, organizativos de nuestra institución, para el período 2003- y de gestión, relativos a la educación téc- 2007:VIII
  7. 7. Programa 1. Formación técnica, media y Programa 7. Secretaría ejecutiva del Consejosuperior no universitaria: Nacional de Educación Trabajo –CoNE-T–. 1.1. Homologación y validez nacional de Programa 8. Cooperación internacional. títulos. 1.2. Registro nacional de instituciones de Los materiales de capacitación que, en esta formación técnica. ocasión, estamos acercando a la comunidad 1.3. Espacios de concertación. educativa a través de la serie “Recursos 1.4. Perfiles profesionales y ofertas formati- didácticos”, se enmarcan en el Programa 5 vas. del INET, focalizado en el mejoramiento de la enseñanza y del aprendizaje de la Tec- 1.5. Fortalecimiento de la gestión institu- nología y de la Ciencia, uno de cuyos pro- cional; equipamiento de talleres y la- pósitos es el de: boratorios. 1.6. Prácticas productivas profesiona- • Desarrollar materiales de capacitación lizantes: Aprender emprendiendo. destinados, por una parte, a la actua-Programa 2. Crédito fiscal: lización de los docentes de la educación técnico-profesional, en lo que hace a co- 2.1. Difusión y asistencia técnica. nocimientos tecnológicos y científicos; y, 2.2. Aplicación del régimen. por otra, a la integración de los recursos 2.3. Evaluación y auditoría. didácticos generados a través de ellos, enPrograma 3. Formación profesional para el las aulas y talleres, como equipamientodesarrollo local: de apoyo para los procesos de enseñanza y de aprendizaje en el área técnica. 3.1. Articulación con las provincias. 3.2. Diseño curricular e institucional. Estos materiales didácticos han sido elabora- 3.3. Información, evaluación y certifi- dos por especialistas del Centro Nacional de cación. Educación Tecnológica del INET y por espe-Programa 4.Educación para el trabajo y la cialistas convocados a través del Programa deintegración social. las Naciones Unidas para el Desarrollo –PNUD– desde su línea “ConocimientosPrograma 5. Mejoramiento de la enseñanza científico-tecnológicos para el desarrollo dey del aprendizaje de la Tecnología y de la equipos e instrumentos”, a quienes estaCiencia: Dirección expresa su profundo reconoci- 5.1. Formación continua. miento por la tarea encarada. 5.2. Desarrollo de recursos didácticos. María Rosa AlmandozPrograma 6. Desarrollo de sistemas de infor- Directora Ejecutiva del Instituto Nacional demación y comunicaciones: Educación Tecnológica. 6.1. Desarrollo de sistemas y redes. Ministerio de Educación, Ciencia y 6.2. Interactividad de centros. Tecnología IX
  8. 8. LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE EDUCACIÓN TECNOLÓGICA Desde el Centro Nacional de Educación tación continua para profesores de educación Tecnológica –CeNET– encaramos el diseño, técnico-profesional, implementando trayec- el desarrollo y la implementación de proyec- tos de actualización. En el CeNET contamos tos innovadores para la enseñanza y el apren- con quince unidades de gestión de apren- dizaje en educación técnico-profesional. dizaje en las que se desarrollan cursos, talleres, pasantías, conferencias, encuentros, El CeNET, así: destinados a cada educador que desee inte- grarse en ellos presencialmente o a distancia. • Es un ámbito de desarrollo y evaluación de metodología didáctica, y de actuali- Otra de nuestras líneas de trabajo asume la zación de contenidos de la tecnología y responsabilidad de generar y participar en de sus sustentos científicos. redes que vinculan al Centro con organismos • Capacita en el uso de tecnología a do- e instituciones educativos ocupados en la centes, profesionales, técnicos, estudian- educación técnico-profesional, y con organis- tes y otras personas de la comunidad. mos, instituciones y empresas dedicados a la tecnología en general. Entre estas redes, se • Brinda asistencia técnica a autoridades e- encuentra la Red Huitral, que conecta a ducativas jurisdiccionales y a edu- CeNET con los Centros Regionales de cadores. Educación Tecnológica -CeRET- y con las • Articula recursos asociativos, integrando Unidades de Cultura Tecnológica –UCT– a los actores sociales involucrados con la instalados en todo el país. Educación Tecnológica. También nos ocupa la tarea de producir Desde el CeNET venimos trabajando en dis- materiales de capacitación docente. Desde tintas líneas de acción que convergen en el CeNET hemos desarrollado distintas series objetivo de reunir a profesores, a especialistas de publicaciones –todas ellas disponibles en en Educación Tecnológica y a representantes el espacio web www.inet.edu.ar–: de la industria y de la empresa, en acciones compartidas que permitan que la educación • Educación Tecnológica, que abarca mate- técnico-profesional se desarrolle en la escuela riales que posibilitan una definición cu- de un modo sistemático, enriquecedor, pro- rricular del área de la Tecnología en el fundo... auténticamente formativo, tanto para ámbito escolar y que incluye marcos los alumnos como para los docentes. teóricos generales, de referencia, acerca del área en su conjunto y de sus con- Una de nuestras líneas de acción es la de di- tenidos, enfoques, procedimientos y señar y llevar adelante un sistema de capaci- estrategias didácticas más generales.X
  9. 9. • Desarrollo de contenidos, nuestra segunda estrategias –curriculares, didácticas y serie de publicaciones, que nuclea fascícu- referidas a procedimientos de construc- los de capacitación en los que se profun- ción– que permiten al profesor de la edu- diza en los campos de problemas y de cación técnico-profesional desarrollar, contenidos de las distintas áreas del cono- con sus alumnos, un equipamiento cimiento tecnológico, y que recopila, tam- específico para integrar en sus clases. bién, experiencias de capacitación docente desarrolladas en cada una de estas áreas. Desde esta última serie de materiales de capacitación, nos proponemos brindar he-• Educación con tecnologías, que propicia el rramientas que permitan a los docentes no uso de tecnologías de la información y de sólo integrar y transferir sus saberes y capaci- la comunicación como recursos didácti- dades, sino también, y fundamentalmente, cos, en las clases de todas las áreas y acompañarlos en su búsqueda de soluciones espacios curriculares. creativas e innovadoras a las problemáticas con las que puedan enfrentarse en el proceso• Educadores en Tecnología, serie de publica- de enseñanza en el área técnica. ciones que focaliza el análisis y las pro- puestas en uno de los constituyentes del En todos los casos, se trata de propuestas de proceso didáctico: el profesional que enseñanza basadas en la resolución de pro- enseña Tecnología, ahondando en los blemas, que integran ciencias básicas y rasgos de su formación, de sus prácticas, tecnología, y que incluyen recursos didácti- de sus procesos de capacitación, de su cos apropiados para la educación vinculación con los lineamientos curricu- técnico–profesional. lares y con las políticas educativas, de interactividad con sus alumnos, y con Los espacios de problemas tecnológicos, las sus propios saberes y modos de hacer. consignas de trabajo, las estrategias de enseñanza, los contenidos involucrados y,• Documentos de la escuela técnica, que finalmente, los recursos didácticos están difunde los marcos normativos y curricu- planteados en la serie de publicaciones que lares que desde el CONET –Consejo aquí presentamos, como un testimonio de Nacional de Educación Técnica- deli- realidad que da cuenta de la potencialidad nearon la educación técnica de nuestro educativa del modelo de problematización en país, entre 1959 y 1995. el campo de la enseñanza y del aprendizaje de la tecnología, que esperamos que resulte• Ciencias para la Educación Tecnológica, de utilidad para los profesores de la edu- que presenta contenidos científicos aso- cación técnico-profesional de nuestro país. 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. Juan Manuel Kirschenbaum Director Nacional del Centro Nacional de• Recursos didácticos, que presenta con- Educación Tecnológica. tenidos tecnológicos y científicos, Instituto Nacional de Educación Tecnológica XI
  10. 10. LA SERIE “RECURSOS DIDÁCTICOS” Desde esta serie de publicaciones del Centro tecnológicos y conceptos científicos aso- Nacional de Educación Tecnológica, nos pro- ciados. ponemos: 3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientos para la construc- • Poner a consideración de los educadores ción y el funcionamiento del equipo. un equipamiento didáctico a integrar en Aquí se describe el equipo terminado y se los procesos de enseñanza y de apren- muestra su esquema de funcionamiento; dizaje del área técnica que coordinan. se presentan todas sus partes, y los mate- • Contribuir a la actualización de los riales, herramientas e instrumentos nece- docentes de la educación técnico-profe- sarios para su desarrollo; asimismo, se sional, en lo que hace a conocimientos pauta el “paso a paso” de su construc- tecnológicos y científicos. ción, armado, ensayo y control. Inicialmente, hemos previsto el desarrollo de 4 El equipo en el aula. En esta parte del veinte publicaciones con las que intentamos material escrito, se retoman las situa- abarcar diferentes contenidos de este campo ciones problemáticas iniciales, aportando curricular vastísimo que es el de la educación sugerencias para la inclusión del recurso técnico-profesional. didáctico construido en las tareas que docente y alumnos concretan en el aula. En cada una de estas publicaciones es posible 5 La puesta en práctica. Este tramo de reconocer una estructura didáctica común: la publicación plantea la evaluación del material didáctico y de la experien- 1 Problemas tecnológicos en el aula. En cia de puesta en práctica de las estrate- esta primera parte del material se gias didácticas sugeridas. Implica una describen situaciones de enseñanza y de retroalimentación –de resolución vo- aprendizaje del campo de la educación luntaria– de los profesores destinata- técnico-profesional centradas en la re- rios hacia el Centro Nacional de solución de problemas tecnológicos, y se Educación Tecnológica, así como el presenta una propuesta de equipamiento punto de partida para el diseño de didáctico, pertinente como recurso para nuevos equipos. resolver esas situaciones tecnológicas y didácticas planteadas. Esta secuencia de cuestiones y de momentos 2 Encuadre teórico para los problemas. didácticos no es azarosa. Intenta replicar –en En vinculación con los problemas didác- una producción escrita– las mismas instancias ticos y tecnológicos que constituyen el de trabajo que los profesores de Tecnología punto de partida, se presentan conceptos ponemos en práctica en nuestras clases:XII
  11. 11. XIII
  12. 12. Es a través de este circuito de trabajo (pro- desencadenante– suele estar distribuida blema-respuestas iniciales-inclusión teórica- materialmente –en equipamiento, en respuestas más eficaces) como enseñamos y materiales, en herramientas–. como aprenden nuestros alumnos en el área: No es lo mismo contar con este equipamien- • La tarea comienza cuando el profesor to que prescindir de él. presenta a sus alumnos una situación codificada en la que es posible recono- Por esto, lo que cer un problema tecnológico; para con- intentamos des- Caracterizamos como figurar y resolver este problema, es nece- de nuestra serie recurso didáctico a to- sario que el grupo ponga en marcha un de publicacio- do material o compo- nente informático se- proyecto tecnológico, y que encare análi- nes es acercar al leccionado por un edu- sis de productos o de procesos desarro- profesor distin- cador, quien ha evalua- llados por distintos grupos sociales para tos recursos di- do en aquél posibili- resolver algún problema análogo. dácticos que a- dades ciertas para ac- Indudablemente, no se trata de cualquier yuden a sus a- tuar como mediador entre un problema de la problema sino de uno que ocasiona lumnos en esta realidad, un contenido obstáculos cognitivos a los alumnos tarea de proble- a enseñar y un grupo respecto de un aspecto del mundo artifi- matización y de de alumnos, facilitando cial que el profesor –en su marco curri- intervención procesos de compren- cular de decisiones– ha definido como –sustentada sión, análisis, profundi- zación, integración, relevante. teórica y técni- síntesis, transferencia, camente– en el producción o evalua- • El proceso de enseñanza y de aprendiza- mundo tecno- ción. je comienza con el planteamiento de esa lógico. situación tecnológica seleccionada por el profesor y con la construcción del espa- cio-problema por parte de los alumnos, y Al seleccionar los recursos didácticos que continúa con la búsqueda de respuestas. forman parte de nuestra serie de publica- ciones, hemos considerado, en primer térmi- • Esta detección y construcción de no, su potencialidad para posibilitar, a los respuestas no se sustenta sólo en los alumnos de la educación técnico-profesional, conocimientos que el grupo dispone configurar y resolver distintos problemas tec- sino en la integración de nuevos con- nológicos. tenidos. Y, en segundo término, nos preocupó que • El enriquecimiento de los modos de “ver” cumplieran con determinados rasgos que les y de encarar la resolución de un proble- permitieran constituirse en medios eficaces ma tecnológico –por la adquisición de del conocimiento y en buenos estructurantes nuevos conceptos y de nuevas formas cognitivos, al ser incluidos en un aula por un técnicas de intervención en la situación profesor que los ha evaluado como perti-XIV
  13. 13. nentes. Las cualidades que consideramos plejidad).fundamentales en cada equipo que promove- • Reutilización (los diversos componentes,mos desde nuestra serie de publicaciones bloques o sistemas pueden ser desmonta-”Recursos didácticos”, son: dos para volver al estado original). • Modularidad (puede adaptarse a diversos • Incrementabilidad (posibilidad de ir usos). agregando piezas o completando el equipo en forma progresiva). • Resistencia (puede ser utilizado por los alumnos, sin peligro de romperse con facilidad). • Seguridad y durabilidad (integrado por materiales no tóxicos ni peligrosos, y durables). • Adaptabilidad (puede ser utilizado en el taller, 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, bloques funcionales y sistemas son adecuados para el trabajo con los contenidos cu- rriculares de la educación técnico-pro- fesional). • Fiabilidad (se pueden realizar las tareas preestablecidas, de la manera esperada). • Coherencia (en todos los componentes, bloques funcionales o sistemas se siguen Haydeé Noceti las mismas normas y criterios para el Coordinadora de la acción “Conocimientos armado y utilización). científico-tecnológicos para el desarrollo de • Escalabilidad (es posible utilizarlo en equipos e instrumentos”. proyectos de diferente nivel de com- Centro Nacional de Educación Tecnológica XV
  14. 14. 8. Estufa de laboratorio
  15. 15. Este material de capacitación fue desarrollado por: Aquiles Gay. Ingeniero mecánico electricista (Univer- sidad Nacional de Córdoba). Diplomado en Ciencias de la Educación (Universidad de Ginebra). Autor de diversos libros, entre otros: La educación tecnológica. Aportes para su implementación (CONICET 1997. Buenos Aires), Temas para educación tecno- lógica (La Obra. 2000. Buenos Aires), La lectura de objeto (TEC. 2003. Córdoba). Ex profesor titular de la Universidad Nacional de Córdoba, de la Universidad Tecnológica Nacional y de la Escuela de Ingeniería Aeronáutica de la Fuerza Aérea Argentina. Ex funcionario de la UNESCO en la Oficina Internacional de Educación en Ginebra, Suiza. Ex decano de la Facultad Regional Córdoba de la Universidad Tecnológica Nacional. Ex ingeniero de la Compañía Coordinación general: Haydeé Noceti Telefónica Ericsson en Estocolmo, Suecia. Diseño didáctico: Ana Rúa María Gabriela Durán. Ingeniera civil (Universidad Nacional de Administración: Córdoba), especialista en Tecnología Adriana Perrone Avanzada del Hormigón (Universidad Monitoreo y evaluación: Nacional de La Plata), con Estudios Laura Irurzun Mayores de la Construcción (Instituto E. Diseño gráfico: Torrojas. España.). Es profesora en la Tomás Ahumada Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Karina Lacava Alejandro Carlos Mertel Naturales de la (UNC), subdirectora del Centro de Investigaciones Avanzadas en Diseño de tapa: Tecnología del Hormigón (UNC) y subdi- Laura Lopresti Juan Manuel Kirschenbaum rectora del Departamento de Enseñanza de la Ciencia y la Tecnología (UNC). Se ha Con la colaboración desempeñado por más de diez años como del equipo de profesionales docente en escuelas técnicas y como aseso- del Centro Nacional ra en el área de la tecnología del hormigón. de Educación Tecnológica2
  16. 16. Las metas, los programas y las líneas de acción del Instituto Nacional de Educación Tecnológica VIII Las acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica XÍndice La serie “Recursos didácticos” XII 1 Problemas tecnológicos en el aula 4 • El recurso didáctico que proponemos 2 Encuadre teórico para los problemas 8 • La energía, y el calor como forma de energía • Las fuentes de energía • Las transformaciones de energía • La electricidad • Corriente eléctrica y circuito eléctrico • El efecto Joule • Los sistemas de control • Sistemas de control de temperatura • Sistemas electromecánicos de control de temperatura (“todo-nada”) • Los termostatos • Los bimetálicos • Sistemas electrónicos de control de temperatura • El tiristor • El triac • Los termistores • Control de fase o por variación del ángulo de conducción • Control proporcional por ciclo entero 3 Hacia una resolución técnica. Manual de procedimientos para la construcción y el funcionamiento del equipo 47 • El producto • Los componentes • El material de la estructura y la construcción • Los sistemas de control de temperatura • Las mediciones y el control 4 El equipo en el aula 61 • Análisis de la estufa • Uso de la estufa en sus funciones específicas 5 La puesta en práctica 68
  17. 17. 1. PROBLEMAS TECNOLÓGICOS EN EL AULA Lo invitamos a considerar estos testimonios: Los alumnos de “Tecnología de los de variaciones con respecto al valor materiales” están estudiando el com- medio, de ± 2 °C, lo que responde a los portamiento de cierto material sintético requerimientos planteados. que se encuentra sometido durante largos períodos de tiempo a una temperatura constante, dentro del campo de los 60 a 80 °C; El profesor de “Producción vegetal” pero, tienen un problema: No disponen de del Trayecto técnico-profesional una estufa que mantenga automáticamente Producción agropecuaria considera intere- la temperatura a un valor prefijado y que, sante para el desarrollo de sus clases con- además, pueda variar ese valor cuando la tar con una estufa que pueda mantener experiencia lo requiera. constante una temperatura del orden de 40 °C, a fin de analizar el poder de germinación Entonces, deciden encarar el desarrollo de de determinadas semillas. un proyecto tecnológico que les permita contar con esa estufa. Teniendo en cuenta que la situación eco- nómica de la escuela no permite adquirir Como primera etapa del desarrollo del pro- esta estufa, consulta con el profesor de yecto, buscan recordar controles de tempe- “Construcciones mecánicas”, acerca de la ratura en artefactos de la vida cotidiana y posibilidad de que los alumnos de tercer sale a la luz, entonces, el caso de la plancha año puedan colaborar en solucionar el pro- eléctrica automática. blema. Investigando el tema, llegan a la con- clusión que, en este caso, el control de Para su trabajo con bacterias, los temperatura se basa en un bimetálico alumnos del Centro de Formación que cierra o abre el circuito en función Profesional requieren una estufa que per- de las fluctuaciones de la temperatura: mita efectuar cultivos a temperaturas del Lo cierra cuando la temperatura es infe- orden de 30, 37, 41 y 45 °C, con un mar- rior a la deseada y lo abre cuando gen de variaciones de ±2 °C. alcanza el valor prefijado. Se trata, así, de un sistema todo-nada con un margen Su instructor sabe de la existencia de4
  18. 18. estufas con control automático más conveniente es el de secado en estufa,mediante un bimetálico; pero, tiene por lo que han decidido encarar la cons-referencia de que el margen de tole- trucción de un dispositivo que permitarancia de la temperatura no corres- operar a 103 ± 2 °C.ponde al requerido para sus experien-cias. Se ha enterado también quemediante un control electrónico es En un dispensario zonal suelen hacerposible lograr el grado de precisión yogur para autoabastecerse.necesario y, a tal fin, convoca al profe-sor de “Electrónica” para que, en cola- El procedimiento que usan es casero:boración con el profesor de Toman una porción de leche y le“Construcciones mecánicas”, planteen ponen algo de yogur; luego, laesta situación a sus alumnos, a fin de calientan sin que llegue a la ebulli-encararla como proyecto tecnológico. ción; y, finalmente, la envuelven con mucho papel para que el calor se mantenga durante un largo período Desde el módulo de “Biología vege- de tiempo (toda la noche, por ejem- tal” de la escuela agrotécnica de San plo) y permita que la leche se con-Martín, están interesados en obtener la vierta en yogur.relación peso seco / peso fresco de deter-minados organismos vegetales, para traba- Este sistema tiene sus problemas, porjos de biomonitoreo. lo que los alumnos de “Diseño tecno- lógico” han decidido colaborar, bus-A tal fin, necesitan contar con una estufa cando una mejor solución. Después deque mantenga constante una temperatura consultar con el ingeniero agrónomode 60 ± 2 °C. Vázquez, profesor de “Tecnología”, llegan a la conclusión de que, si hacen una estufa que mantenga constante Entre muchos otros contenidos, la una temperatura del orden de 40 °C y asignatura “Materiales de construc- en la que sea posible colocar un reci-ción” permite a los alumnos de la escuela piente apropiado, pueden utilizarlatécnico-profesional determinar la hume- para hacer yogur en forma más efi-dad de la madera. ciente, sin estar cuidando que la leche no hierva y sin que sea necesario estarDe los tres métodos que figuran en la envolviendo el recipiente con muchoNorma IRAM 9532 (método de secado en papel para evitar que se enfríe rápida-estufa, método de extracción con disolven- mente y que el yogur no se haga.tes y método eléctrico), el que les parece 5
  19. 19. El recurso didáctico que proponemos Cada una de las situaciones escolares que hemos expuesto, plantean la necesidad de contar con una estufa para cumplir con los objetivos de las corres- pondientes asignaturas. Si analizamos las características de las estufas requeridas, posi- blemente encontremos puntos comunes; la fuente de calor y la estructura pueden ser similares en todos los casos y ajustadas a las posibilidades constructivas de los alumnos. El objetivo es que sean sólidas, seguras y que cumplan con los requerimien- tos planteados. ¿Nuestra propuesta?6
  20. 20. En este equipo didáctico, el elemento que usarse en estos casos, pues su función essuministra el calor necesario para mantener abrir o cerrar un circuito eléctrico en res-la temperatura deseada es un resistor por el puesta a variaciones de temperatura. El sis-que circula corriente eléctrica; como conse- tema con termistor y triac puede montarsecuencia del efecto Joule, la energía eléctrica en el aula y, a tal fin, los profesores de elec-presente en esta corriente se convierte en trónica pueden colaborar en su construc-energía térmica. Regulando la corriente ción. Aquí se describe uno que funcionaque circula por el resistor, se controla la muy bien, pero esto no excluye que se pue-temperatura de la estufa. dan plantear otros. El sistema con bimetá- lico, si bien más sencillo de construir, esEl control de la menos preciso, mientras que el electrónico,temperatura (y la un poco más complejo en su desarrollo, El sistema de controlprecisión reque- ofrece mayor precisión. manual podría con-rida) es un factor siderarse sólo relati-clave del funcio- vamente preciso; Como solución estructural planteamos, ennamiento de las pero, su ventaja es todos los casos, una estufa cilíndrica hechaestufas de labora- que requiere una de chapa de acero inoxidable o de hierrotorio. Existen di- mayor atención per- galvanizado, con una tapa en su parte supe- sonal por los alum-versos sistemas rior que reemplazaría la puerta de una estu- nos; mientras quede control; algu- los automáticos, fa convencional (un poco compleja paranos manuales, como su nombre lo construir en el aula-taller de una escuela) yotros automáti- indica, regulan auto- un elemento calefactor en su interior.cos; para la con- máticamente la tem-creción de nues- peratura prefijada. En cuanto al sistema de calefacción y detro recurso didác- control de temperatura, proponemos a lostico consideraremos un sistema manual, alumnos analizar los diversos circuitos quebasado en un triac, y dos sistemas automá- aquí se presentan u otros que pueden plan-ticos, uno electromecánico (“si” o “no”), tearse, seleccionar uno, hacer el montaje ybasado en un bimetálico; y, otro, electróni- efectuar las mediciones correspondientes yco de variación proporcional, basado en un el control.termistor y un triac. El análisis y la construcción de la estufaEl elemento clave del sistema electromecá- permiten entrar al campo de muchos temas,nico es el dispositivo bimetálico; éste no es tanto científicos como tecnológicos (mecá-de fácil construcción, pero en el mercado se nicos, eléctricos y electrónicos), trabajar enconsiguen modelos fabricados para usos el aula-taller y despertar la creatividad deespecíficos (por ejemplo, para planchas los alumnos que también pueden buscareléctricas automáticas, etc.) que pueden otras aplicaciones al dispositivo. 7
  21. 21. 2. E N C U A D R E T E Ó R I C O PA R A L O S PROBLEMAS La energía, y el calor como una forma de energía Con referencia a la estufa de laboratorio, El término energía abarca un conjunto de recordemos que para elevar la temperatura magnitudes, aparentemente diferentes pero de algo o para íntimamente relacionadas entre sí. Las dife- mantener una rentes formas en que se presenta la energía determinada Entendemos por pueden enmarcarse en la siguiente clasifica- temperatura calor una forma par- ción: ticular de energía cuando ésta tien- que se transmite de de a disminuir un cuerpo a otro y • Energía mecánica por transmisión que se aprecia a tra- (potencial o cinética) al medio, se vés de cambios en la • Energía térmica requiere una temperatura. fuente de calor. • Energía química • Energía eléctrica Comencemos nuestro análisis buscando • Energía radiante aclarar qué es la energía –aún teniendo en (radiación electromagnética) cuenta que no es fácil definirla–. En el len- guaje cotidiano, la asociamos a caracterís- • Energía nuclear ticas, propiedades, actitudes, comporta- mientos, actividades, etc.; por ejemplo, En función de las fuentes de donde provie- decimos: un producto alimenticio de gran ne o de sus características, también se valor energético, una persona muy enérgi- puede hablar de energía eólica, hidráulica, ca, desplegó gran energía, etc. Porque toda mareomotriz, muscular, geotérmica, lumi- actividad entraña una energía que la sus- nosa, etc.; pero, teniendo en cuenta que son tenta, desde un esfuerzo muscular hasta el variantes o aspectos parciales de las seis funcionamiento de un robot; además, formas que llamamos fundamentales. recordemos que, para la producción de cualquier bien o servicio, se requiere ener- La energía mecánica que, corrientemente, gía, entendiendo en este caso el término se pone de manifiesto en movimientos, des- energía como capacidad para producir tra- plazamientos, etc., puede ser potencial o bajo. cinética.8
  22. 22. La energía nuclear se pone de manifiesto La energía potencial es energía almace- bajo forma de energía térmica, cuando se nada; es decir, la capacidad para efectuar produce la fisión de núcleos de elementos trabajo que posee un cuerpo debido a su químicos pesados como el uranio, o la posición o su configuración (por ejemplo, un cuerpo que puede caer, o un resorte fusión entre sí de núcleos de elementos de comprimido). peso atómico bajo. Actualmente, tiene apli- caciones prácticas solamente la fisión La energía cinética es energía en movi- miento; es decir, la capacidad para efec- nuclear. tuar trabajo que posee un cuerpo debido a su estado de movimiento. En nuestro caso, el funciona- miento de la estufa está vincula-La energía térmica, fuente de calor, está do a la energía térmica y a la energíapresente en la combustión, en el calenta- eléctrica.miento por frotamiento, en conversiones deenergía, etc. Habiendo planteado la energía como laLa energía química tiene las características capacidad para producir trabajo, veamosde una energía de reserva que posibilita qué es el trabajo. Desde el punto de vista deotras formas de energía. Como ejemplo de la física, trabajo es el producto de una fuer-elementos depositarios de energía química za por el desplazamiento del punto de apli-podemos mencionar las pilas y los acumu- cación de la misma; se realiza un trabajoladores, los combustibles, los músculos, cuando al aplicar una fuerza se produce unetc. desplazamiento; por ejemplo si aplicamos una fuerza (F) a un móvil, cuando el móvilLa energía eléctrica es una de las más se mueve una distancia (d), efectuamos unversátiles (como lo analizaremos más trabajo (T); el trabajo es energía puesta enadelante); su utilización generalizada en acción.todos los campos del quehacer humanose remonta a poco más de un siglo y está La relación entre el trabajo (T), la fuerzaíntimamente asociada al desarrollo del (F) y el desplazamiento en el sentido de lamundo de hoy. La circulación de corrien- fuerza, es decir la distancia recorrida (d), sete es una manifestación de la energía expresa por la siguiente fórmula:eléctrica. T=FxdLa energía radiante se presenta bajo laforma de radiaciones electromagnéticas: El trabajo y la energía se miden con larayos X, rayos gamma, rayos ultravioletas, misma unidad: kilowatt-hora (kWh), kilo-rayos infrarrojos, luz visible, etc. La zona grámetro (kgm), joule (J), caloría (cal), etc.visible de la energía radiante corresponde ala energía luminosa. Energía y trabajo son dos conceptos asocia- 9
  23. 23. dos al hombre, a su desarrollo y a sus cam- El viento y los ríos (fuentes proveedoras bios. de energía mecánica), son consecuencia del calor del Sol, que llega a la Tierra El trabajo que se lleva a cabo en la unidad (calentando su superficie, lo que provoca de tiempo es lo que se llama potencia. La movimientos de aire y, consecuentemen- potencia es el ritmo del trabajo. Existen te, vientos; o evaporando el agua, la que varias unidades de potencia; podemos men- luego precipita bajo forma de lluvia, y ali- cionar el caballo vapor (HP), el watt (W), menta los ríos y mares, cerrando el ciclo etc. meteorológico). La madera, otra fuente de energía química, Las fuentes de energía es consecuencia de un proceso de fotosínte- sis debido a la radiación solar. La energía de que se dispone proviene: En cuanto a la energía eléctrica utilizable, • Del Sol (energía térmica y radiante, ésta no se obtiene directamente de la natu- combustibles fósiles, vientos, corrientes raleza sino que es el resultado, como vere- de agua, biomasa). mos más adelante, de la conversión de otras formas de energía, como por ejemplo, la • Del proceso cósmico que dio mecánica (dínamos y alternadores), la quí- nacimiento al sistema solar (energía mica (pilas), la térmica (par termoeléctri- nuclear y energía geotérmica). co) o la radiante (célula fotovoltaica). • De la atracción gravitatoria Sol-Tierra- Luna (energía de las mareas); ésta es, relativamente, mucho menos impor- Las transformaciones tante que las otras dos. de energía La fuente más importante de El Sol, como todas Una característica fundamental de la ener- energía de que las estrellas, es un gía es que no puede ser creada ni destruida, dispone el ser gigantesco reactor termonuclear que pero sí transformada de un tipo de energía humano es el Sol. transforma una par- en otra (ley de conservación de la energía). te de su materia en energía, la que emite A título de ejemplo, en cuanto a transfor- Los combustibles bajo la forma de fósiles, el carbón mación de energía, podemos mencionar: radiaciones (luz visi- mineral, el petró- ble, calor, rayos leo y el gas natu- gama, etc.). • La energía eólica (energía cinética del ral (fuentes de aire en movimiento) que, en el molino energía química) representan energía solar de viento, se transforma en energía acumulada a través de siglos. mecánica presente en un eje que gira.10
  24. 24. • La energía química del carbón que, en El concepto de el proceso de combustión, se transfor- transformación En muchos casos, la ma en energía térmica. de la energía es transformación amplio y no im- implica conversión; plica necesaria- por ejemplo en un • La energía hidráulica (fuerza viva de mente su conver- motor eléctrico hay una corriente o de un salto de agua) sión. Para aclarar conversión de ener- gía eléctrica en que, en los molinos de agua o en las el tema veamos energía mecánica y, turbinas hidráulicas, se transforma en algunos ejem- en una estufa, de energía mecánica. plos: Los molinos energía eléctrica en de viento o de energía térmica; es agua transforman decir que la energía • La energía mecánica que, en una que alimenta el dis- la energía mecá- positivo es de una dínamo o en un alternador, se transfor- nica del viento o forma distinta de la ma en energía eléctrica. del agua (energía que entrega. eólica e hidráuli- ca, respectivamente) en energía mecánica • La energía química de las pilas que, por presente en un eje que gira; pero, no hay una reacción química, se transforma en conversión de energía; antes y después de energía eléctrica. la transformación tenemos energía me- cánica, si bien bajo distintas característi- cas. • La energía nuclear que mantiene unidas las partículas en el núcleo de cada Otro ejemplo interesante de destacar es el átomo, y que puede ser liberada bajo la organismo humano que transforma gran forma de energía térmica y radiante. parte de la energía química de los alimen- tos en energía mecánica (que se pone de • La energía eléctrica que, en un motor, se manifiesto en el trabajo muscular) y en transforma en energía mecánica o, en energía calórica. La mayor parte de la una estufa, en energía térmica. energía contenida en los alimentos sirve para producir calor y no trabajo muscular. Tengamos en cuenta que el calor del cuer- • La energía mecánica que, con la fric- po es esencial para la supervivencia. El ción, se transforma en energía térmica. hombre, como todo ser viviente, convierte energía.Estos ejemplos nos muestran que no siem- Los dispositivos o máquinas que conviertenpre la energía se encuentra en la forma más un tipo de energía en otro se llaman con-adaptada para cumplir la función requeri- versores de energía. A continuación men-da, por lo que suele ser necesario transfor- cionamos algunos conversores y las corres-marla de una forma en otra. pondientes energías de entrada y de salida. 11
  25. 25. En nuestro equipo, es la energía Conversores Energía Energía eléctrica la fuente que provee la de energía de entrada de salida energía necesaria para calentar y mante- ner la temperatura de la estufa, y la corres- Energía Energía pondiente conversión de energía asociada Resistor eléctrica térmica (energía eléctrica en energía térmica). Este fenómeno de conversión de energía está Lámpara Energía Energía radiante vinculado al llamado Efecto Joule. incandescente eléctrica y térmica Estufa Energía Energía eléctrica eléctrica térmica Par termoeléctrico Energía térmica Energía eléctrica La electricidad Energía Energía El término electricidad está asociado a Altavoz eléctrica mecánica energía eléctrica y, corrientemente, se lo Motor Energía Energía utiliza para referirse a la energía eléctrica eléctrico eléctrica mecánica que se suministra como servicio; por otra Dínamo y Energía Energía parte, caracteriza el campo de la física rela- alternador mecánica eléctrica cionado con los fenómenos eléctricos. Energía Energía Sin lugar a Micrófono mecánica eléctrica dudas, de las Sólo en los transpor- Reactor Energía Energía diferentes formas tes no se ha genera- nuclear nuclear térmica en que se presen- lizado el uso de la Energía Energía ta la energía, la energía eléctrica, Pila debido a que todavía química eléctrica eléctrica es no se ha desarrolla- actualmente –y, do un sistema de al- Cuerpo Energía Energía humano química mecánica posiblemente, macenamiento con por mucho tiem- una alta relación Cuerpo Energía Energía po– la que tiene capacidad-peso. humano química térmica un espectro más Motor de Energía Energía amplio de aplicaciones, tanto familiares, combustión química mecánica como comerciales e industriales. interna Energía Energía La energía eléctrica es la más dúctil, la Quemador química térmica más versátil y la más cómoda de todas, Célula Energía Energía debido a las múltiples ventajas que pre- fotovoltaica radiante eléctrica senta. Entre éstas podemos mencionar la facilidad de transportarla y distribuirla aun a gran distancia, la posibilidad de12
  26. 26. transformarla fácilmente en otras formas gador de baterías o del mismo generadorde energía (calórica, luminosa, mecánica, del automóvil que restituye la energía quequímica, etc.), la disponibilidad inme- consume el sistema eléctrico de ilumina-diata, la ausencia de contaminación en ción, el motor de arranque, etc.su uso, etc. Debido a todo esto, sus apli-caciones (industriales, profesionales, La energía eléctrica utilizable, que estádomésticas, etc.) son numerosas. asociada a la presencia de cargas eléctricas (potencial eléctrico) y al movimiento deLa facilidad de transporte –de transmisión– estas cargas, no existe en la naturaleza,con relativamente poca pérdida a través de sino que se obtiene mediante la transfor-conductores (cables) –la red eléctrica– es mación (conversión) de otras formas deun hecho muy importante. Podemos efec- energía (mecánica, química, radiante otuar la comparación con el transporte de térmica); no es una energía directa sinootras formas de energía, por ejemplo los una energía derivada. Generalmente es elcombustibles –portadores de energía quí- resultado de convertir energía mecánica,mica– cuyo transporte es, evidentemente, química o radiante en energía eléctrica ymucho más complicado; otro ejemplo: la suele presentarse bajo la forma de diferen-energía mecánica de un eje motor que gira cia de potencial eléctrico entre dos puntosy que puede transmitir su movimiento a o polos. Las descargas eléctricas naturalesuna máquina, tiene también sus limitacio- (rayos, etc.) no proporcionan energía utili-nes en cuanto al alcance de transmisión del zable.movimiento.Otro aspecto clave es la facilidad y comodi-dad con que puede transformarse en otras Corriente eléctrica yformas de energía: luminosa, mecánica,calórica o química. En nuestra casa, por circuito eléctricoejemplo, nos permite iluminar y disponer avoluntad de nuestra jornada activa (pense- Cuando se conectan los dos polos mencio-mos en las limitaciones que tendríamos si nados mediante un circuito formado portuviéramos que atenernos solamente a otras elementos conductores de la electricidad,fuentes de luz); nos permite, también, sim- la diferencia de potencial eléctrico produ-plificar nuestras actividades cotidianas ce en el circuito una circulación decuando recurrimos a los electrodomésticos corriente eléctrica; esta circulación no es(aspiradora, refrigerador, licuadora, etc.), otra cosa que un desplazamiento de cargasasí como calefaccionarnos cuando las incle- eléctricas (electrones). El circuito formadomencias del clima lo requieren. Como por elementos conductores de la corrientecampo de aplicación de la transformación eléctrica toma el nombre de circuito eléc-de la energía eléctrica en energía química, trico, entendiendo como tal todo circuitopodemos mencionar la carga del acumula- por el cual circula o puede circulardor del automóvil, ya sea a través de un car- corriente eléctrica. 13
  27. 27. Ahora bien, para entender el fenómeno de sentido del polo negativo de la fuente gene- la energía eléctrica y, consecuentemente, el radora de electricidad (dínamo, alternador, de la circulación de corriente, debemos pila, etc.), donde hay un exceso de electro- recordar que los átomos que constituyen la nes, al otro polo, donde la falta de electro- materia tienen un núcleo con carga eléctri- nes hace que tenga una polaridad positiva. ca positiva (la de los protones que lo inte- Convencionalmente, se indica como senti- gran) y electrones (con carga eléctrica do de circulación de la corriente eléctrica negativa) ligados al núcleo alrededor del una que iría del polo positivo al negativo, cual giran, describiendo órbitas elípticas. inverso al sentido del flujo de electrones. En condiciones normales, un cuerpo es eléctricamente neutro pues hay un equili- Fuente de brio de cargas negativas y positivas. En energía Flujo de electrones algunos materiales, llamados materiales Flujo de conductores (cobre, plata, hierro, aluminio, Lámpara, electrones motor, plomo, etc.), sucede un fenómeno impor- dentro de resistor, Interruptor tante que es la base de la electricidad: la fuente etc. Algunos electrones están ligados al núcleo con una fuerza tan débil que pueden libe- Generador, Sentido convencional Pila, etc. de la corriente eléctrica rarse y desplazarse hacia zonas en las que, por falta de electrones hay una carga positi- Circuito Circuito va (Recordemos que las cargas de igual de generación de utilización signo se rechazan y las de signo contrario se atraen). Ese desplazamiento de electrones es lo que se llama corriente eléctrica; y, el A continuación planteamos un circuito circuito por el cual circulan los electrones, eléctrico elemental compuesto de una fuen- circuito eléctrico. te (pila), los cables conductores, el elemen- to de control (interruptor) y el consumi- El circuito eléctrico más elemental está dor-utilizador (lámpara). compuesto de una fuente de energía (pila, acumulador, generador, etc.), un dispositi- vo consumidor-utilizador (lámpara, motor, resistencia, etc.) y los cables que cierran el circuito (circuito de utilización). Este cir- cuito puede completarse agregando una llave interruptora (elemento de control) que permita interrumpir o no la circulación de corriente. Teniendo en cuenta que los elementos que conforman el circuito eléctrico (cables, El sentido de circulación de la corriente lámparas, etc.) ofrecen una cierta resisten- eléctrica es el del flujo de electrones (cargas cia a la circulación de la corriente eléctrica, negativas), que se van desplazando en el podemos señalar las tres magnitudes que14
  28. 28. definen el comportamiento del circui-to y que son: • La tensión (E) de la fuente, que se mide en volt. • La resistencia (R) del circuito de Elementos conectados en serie utilización, que se mide en ohm. • La corriente (I) que circula por el circuito, que se mide en ampere.Esas tres magnitudes están vinculadas entresí por la llamada ley de Ohm que dice quela tensión (E) es igual al producto de laresistencia (R) por la corriente (I). Elementos conectados en paralelo E=RxI En circuitos compuestos de elementos conectados en serie, la tensión en los extre-En un conductor cilíndrico, la resistencia es mos del conjunto (A - B) es igual a la sumaproporcional a su longitud l, inversamente de las tensiones parciales en los extremosproporcional a su sección transversal s y de cada elemento (Por ejemplo, la tensiónproporcional a un coeficiente que recibe en los extremos de un conjunto formadoel nombre de resistividad (o resistencia por tres pilas de 1,5 volt cada una, conecta-específica) y que se expresa en ohm o das en serie, será de 4,5 volt).microhm por unidad de volumen. La resistencia total de elementos conecta- l dos en serie es igual a la suma de las resis- R= s tencias parciales (Por ejemplo, la resisten- cia total del conjunto formado por tresLa resistividad de la Resistividad en resistores r1, r2 y r3 conectados en serie esplata es 1,47; la del microhm por cm3 igual a: R = r1 + r2 + r3, mientras que lacobre 1,55; la del oro a 0ºC. corriente circulante será la misma en todos2,2; la del aluminio los elementos).2,56; la del hierro 9,07; la del plomo 20,4; etc. En un circuito formado por elementosTanto la fuente como el consumidor-utili- conectados en paralelo, la tensión en loszador (sumidero) pueden estar compuestos extremos (A - B) es igual a la presente enpor más de un elemento. Por ejemplo una, cada elemento tomado aisladamente (en eldos, tres o más pilas, una, dos, tres o más caso de conectar en paralelo pilas, baterías,resistores, lámparas, etc. Estos elementos etc., se debe tener presente que todas seanpueden conectarse en serie o en paralelo. de la misma tensión). 15
  29. 29. La corriente total que circula por un con- Las magnitudes puestas en juego en un cir- junto de elementos conectados en paralelo cuito eléctrico: es igual a la suma de las corrientes que cir- Tensión (E) volt E=RxI culan por cada elemento mientras que la Corriente (I) ampere resistencia total del conjunto corresponde a Resistencia (R) ohm la siguiente expresión: Potencia (W) watt W=ExI=RxIxI=RxI 1 1 1 1 Energía (Wh) watt-hora Wh = E x I x t (tiempo) = + + R r1 r1 r1 (kWh) kilowatt-hora El trabajo y la energía se miden con la Ejemplos misma unidad. de circuitos en paralelo La potencia es la energía en la unidad de tiempo. Energía Potencia = Tiempo En lo referente al trabajo, si tomamos al newton (N) como unidad de medida de la fuerza e indicamos el desplazamiento en metros, la unidad de medida es el joule. Un watt es la potencia correspondiente a un joule por segundo. Otras unidades son: el kilográmetro (kgm), el kilowatt-hora (kWh), el ergio (erg), la caloría (cal), el electrón-volt (eV), etc. Algunas equivalencias son: 1 kWh = 3,60 x 106 joule = 8,67 x 105 kgm 1 joule = 107 erg = 0,24 cal Ejemplos 1 kgm = 9,804 joule = 2,342 cal de circuitos 1 cal = 4,1868 joule = 0,423 kgm en serie 1 electrón-volt = 1,6 x 10-19 joule16
  30. 30. • Corriente continua y química o radiante en eléctrica; si bien la corriente alterna energía mecánica puede ser de origen hidráulico, eólico, nuclear, etc.Es interesante destacar que existen dosvariantes de la corriente eléctrica, la llama- Cuando hablamos de conversión de ener-da corriente continua y la llamada corrien- gía mecánica en eléctrica nos referimos ate alterna: las dínamos o a los alternadores, en los que la corriente eléctrica tiene su origen • En la corriente continua, la corriente en fenómenos electromagnéticos. circula en los conductores en un solo sentido y podemos hablar de un polo Cuando hablamos de la conversión de positivo y de un polo negativo; para energía química en energía eléctrica, nos nosotros el caso más común de genera- referimos a las pilas y los acumuladores, dores de este tipo de corriente son las en los que una reacción química provoca pilas y los acumuladores. una diferencia de potencial eléctrico en • En la corriente alterna, el sentido de sus bornes y, consecuentemente, cuando circulación cambia constantemente (en se cierra el circuito, una corriente eléctri- la red pública de energía eléctrica, a un ca. ritmo de 50 veces por segundo, corrien- te de 50 ciclos). En este caso no En cuanto a la energía eléctrica provenien- podemos más hablar de polo positivo y te de la transforma- polo negativo; pero, cuando uno de los ción de energía conductores está conectado a tierra radiante, es la –como normalmente sucede con la red que entregan los El aprovechamiento de la energía solar, de distribución eléctrica que llega a llamados paneles motor de la vida en nuestras casas–, podemos hablar de solares compues- la Tierra, todavía no polo vivo y polo neutro (este último es tos de células ha alcanzado la im- el que está conectado a tierra). fotovoltaicas que portancia que posi- Actualmente, toda la energía que se dis- transforman la blemente le depare el futuro, porque el tribuye por la red pública es de corrien- energía radiante, costo de los paneles te alterna (220 volt para uso familiar; proveniente del solares es todavía 380 volt para uso industrial) por las Sol, en energía muy elevado; pero, ventajas que presenta su transporte y su eléctrica (fenó- es muy importante distribución, frente a los de la corriente meno fotoeléctri- tenerla en cuenta en lugares alejados en continua. co). donde no se dispone de otras fuentes de De estas tres energía.• Fuentes de energía eléctrica fuentes provee-Como hemos dicho, la energía eléctrica doras de energía eléctrica (mecánica, quí-normalmente se obtiene como consecuen- mica, radiante), la mecánica es sin duda lacia de la conversión de energía mecánica, más importante. 17
  31. 31. Los lugares en donde se efectúa la transforma- bina que mueve el alternador. ción de energía mecánica en eléctrica, se lla- man usinas o centrales de generación. El nom- La energía eléctrica (de alta y media ten- bre centrales de generación merece un comen- sión) proveniente de la central, se distribu- tario, pues la energía no se genera ni se des- ye mediante una red eléctrica (red de distri- truye sino que se transforma; lo que tiene bución) cuyas ramas terminan en las llama- lugar en estas usinas o centrales es la transfor- das subestaciones de transformación que mación de energía térmica, hidráulica, nucle- rebajan la tensión de la red antes de distri- ar, etc., en energía mecánica y, luego, en ener- buirla a los usuarios. Para uso familiar se gía eléctrica. Según sea el tipo de energía que utiliza 220 volt (monofásica) y para uso alimenta la central, hablamos de central térmi- industrial, 380 volt (trifásica). ca, central hidráulica, central nuclear, etc. Las redes de distribución pueden ser aéreas Las centrales térmicas son aquéllas que o subterráneas; actualmente, en las ciuda- usan combustibles fósiles (energía química des se trata que sean subterráneas (por que durante el proceso de combustión se razones de seguridad y, además, por razo- transforma en energía térmica) para ali- nes estéticas) por lo que normalmente, mentar, ya sea un motor de combustión están tendidas debajo de las veredas y calles interna (normalmente, un motor diesel) o (Si imaginamos un corte vertical de las un generador de vapor que actúa sobre una veredas de nuestra ciudad nos encontramos turbina; solidario al eje del motor o de la con una interesante variedad de circuitos turbina se encuentra el alternador que conductores de electricidad, de gas, de tele- entrega energía eléctrica cuando gira. fonía, de agua, de residuos cloacales, etc.). En las centrales De las subestaciones de transformación sur- hidráulicas, la gen redes de distribución secundarias a las fuerza que mue- Hablamos de alter- cuales está conectado cada usuario a través ve el alternador nador porque la co- de un medidor y de un interruptor general; rriente que genera proviene de una en el caso de instalaciones familiares con- es alterna; su senti- turbina hidráuli- do se invierte a un viene, por razones de seguridad, colocar ca; en las centra- ritmo de 50 veces luego del medidor y el interruptor general, les eólicas, de pa- por segundo (50 ci- un interruptor diferencial que actúa y corta letas movidas por clos). La corriente la corriente cuando por uno de los dos con- la fuerza del alterna tiene la ven- ductores del circuito eléctrico circula más viento; y, en las taja que puede mo- corriente que por el otro, debido a una acci- centrales nuclea- dificarse la tensión, dental derivación a tierra. res, del calor pro- elevándola o baján- ducto de la fisión dola con muy pocas El medidor mide el consumo de electrici- pérdidas, mediante nuclear que ge- dad; la unidad de medida es el kilowatt- el simple uso de un nera vapor que transformador. hora (un kilowatt = 1000 watt). Al medidor alimenta una tur- está conectada la red eléctrica interna que18
  32. 32. distribuye la energía eléctrica a los poten- menor diámetro, retorcidos (cable), enciales puntos de consumo, portalámparas, ambos casos con una cubierta aislante detomacorrientes, etc., en algunos casos, pre- plástico; el cable es mucho más flexible yvio paso por un circuito interruptor (la el único que se usa para conectar artefac-llave interruptora o llave de luz). tos móviles. En cuanto a la sección de los conductores, podemos decir que los queEl circuito eléctrico de una casa de familia están embutidos en la pared son de mayornormalmente está embutido en las paredes; sección (2 mm2 o más) según sea la cargasu presencia física se pone de manifiesto en eléctrica a la que pueden llegar a estarlas llaves interruptoras, los tomacorrientes, sometidos; los que exteriormente conec-las cajas de conexión, los portalámparas tan los diversos artefactos a la red soncon sus correspondientes cables y lámpa- siempre flexibles y de menor sección. Pararas, etc. En algunos casos particulares –y, alimentar lámparas, radios, etc. es suficien-sobre todo cuando se amplía una instala- te usar cables de conexión de 0.50 mm2;ción–, parte de los cables suele correr por la pero, para consumos mayores se requiereparte exterior de las paredes; pero, esto no conductores de 0.75 o 1.00 mm2 y, endebería ser lo normal. algunos casos, más aún. Existen normas que establecen la máxima corriente queLos conductores que conforman el circuito puede circular por un conductor en fun-eléctrico (la red eléctrica) son de cobre, con ción de su sección.una cubierta aislante de plástico, y estánalojados en caños embutidos en la mam- Se debe aclarar que las tensiones que sumi-postería. La co- nistran los equipos o dispositivos que tra-rriente circula bajan con pilas o baterías no representanpor dos conduc- Se usa el cobre por ser un metal muy ningún riesgo para la vida humana; sintores uno de los buen conductor de embargo, cuando se realizan trabajos en cir-cuales, el neutro, la corriente eléctri- cuitos conectados a la red eléctrica, la cosaestá prácticamen- ca. cambia: Un golpe de corriente puede llegarte al potencial de a electrocutar a una persona y costarle latierra; el otro, el polo vivo, al potencial de vida, incluso tratándose de tensiones bajas220 volt. Además, hay un tercer conductor como 110 V. Por esa razón, nunca seránconectado directamente a tierra que sirve excesivas todas las precauciones que secomo protección, ya que a él pueden deri- tomen.varse todas las eventuales pérdidas en losartefactos conectados a la red; normalmen-te, el conductor de tierra debería ser de En nuestro caso es fundamental lacolor verde-amarillo rayado. puesta a tierra de la estructura metálica de la estufa mediante un tomaco- rriente apropiado (con puesta a tierra), paraExisten dos tipos de conductores, el for- evitar eventuales problemas demado por un solo alambre de cobre y el electrocución.formado por una serie de alambres de 19
  33. 33. El efecto Joule implica, fundamentalmente, mando, verifi- cación, regulación, puede tener connota- ciones particulares según sea el campo de Se llama Efecto Joule al fenómeno del aplicación. calentamiento de un conductor debido al paso de una corriente eléctrica. La energía Para introducirnos en el tema comen- de la corriente que se emplea para vencer la zaremos analizando el cuerpo huma- resistencia de un circuito se transforma en no. Normalmente, su temperatura calor (la energía eléctrica se convierte en permanece constante, cualquiera sea energía térmica). la temperatura del medio que lo rodea o la actividad que realiza; esto se debe La ley relativa a ese fenómeno es la llamada a que tiene un complejo sistema de Ley de Joule, que dice que la cantidad de control de temperatura (control de calor “Q” que se genera en un conductor regulación) que, entre sus mecanis- por el paso de una corriente constante es mos de termorregulación, tiene uno proporcional a la resistencia “R” del circui- que lo hace transpirar cuando la tem- to, al cuadrado de la intensidad “I” de la peratura sube o que lo hace temblar corriente y al tiempo “t” que dura su paso cuando la temperatura baja. Además, por el conductor: posee otro sistema (cuyo centro está en el cerebro) que controla sus movi- Q = R I2 t joule mientos musculares (control de posi- ción que le posibilita desarrollar sus Recordando que R = E/I, tenemos que la actividades). energía disipada en un conductor (que se desprende bajo la forma de calor) es pro- Éste es un ejemplo porcional al producto de la diferencia de típico que nos per- En nuestro potencial “E” (en volt) medida en sus extre- mite ir anticipan- caso, el mos, por la intensidad de la corriente “I” do que cualquier mencionado sis- (en ampere) y por el tiempo “t” (en segun- sistema de control tema de control dos). forma parte y con- de temperatura trola un Sistema integra el Sistema más grande, al que cuerpo humano y Los sistemas de control pertenece. controla su tem- peratura. El concepto de con- Pero, debemos En el recur- trol está presente en tener en cuenta que también el hombre so didáctico que proponemos, diversas disciplinas ha creado sistemas de control en su hemos incluido el (ingeniería, biología, búsqueda de medios para controlar control de economía, sociolo- acciones físicas. temperatura. gía, etc.), Si bien la palabra “control” Resumiendo, podemos reconocer, básica-20
  34. 34. mente, dos tipos de sistemas de control. segunda mitad del siglo XX; por ejemplo, serían impensables los viajes al espacio • Sistemas de control naturales o biológi- exterior si no se contara, entre otras cosas, cos. Por ejemplo, el mencionado sis- con los sistemas de control que permiten tema de control de temperatura del y/o garantizan el correcto funcionamiento cuerpo humano. de los dispositivos implicados en estas • Sistemas de control artificiales (creados empresas. por el hombre). Por ejemplo, el sistema de control de temperatura de una estu- Cuando hablamos de sistemas de control fa de laboratorio, el piloto automático nos referimos a un amplio espectro que de un avión o, simplemente, un conmu- abarca, tanto los manuales como los auto- tador eléctrico. máticos, sencillos o complicados. Por ejem- plo: desde la simple llave que controla el encendido de una lámpara eléctrica, o laEn nuestro desarrollo nos ocuparemos, fun- llave que controla la llama de la hornalla dedamentalmente, de sistemas de control arti- una cocina de gas, o una canilla que con-ficiales vinculados al campo de la tecnolo- trola un flujo de agua (controles manuales),gía, aún cuando muchas veces se presentan hasta los complejos dispositivos de controlanalogías entre los sistemas de control de un satélite artificial, pasando por los sis-naturales y los artificiales creados por el temas de control asociados a múltipleshombre. objetos de la vida cotidiana de hoy, como el termotanque (control automático de tem-En el campo de la industria, los primeros peratura mediante un termostato), el multi-sistemas de control estuvieron basados casi procesador (control de velocidad, de fun-exclusivamente en componentes mecánicos ciones a cumplir, etc.), el refrigerador, ely electromecánicos (palancas, relés, bimetá- horno a microondas, el aparato de airelicos, etc.); pero, en la segunda mitad del acondicionado, la estufa de laboratorio, etc.siglo XX, debido a los progresos revolucio- El tema es muy amplio y especializado; sólonarios de la electrónica (los circuitos inte- plantearemos un esquema general que nosgrados, los microprocesadores y las compu- permita entender los principios que gobier-tadoras), se generalizaron los sistemas de nan su funcionamiento y sus usos, sobrecontrol electrónicos. todo los vinculados a nuestro caso específi- co, la estufa de laboratorio.Los desarrollos de los sistemas de controlhan producido grandes cambios en el que- Los sistemas de control son subsistemas dehacer humano, desde facilitar el funciona- sistemas más grandes; su objetivo es regularmiento de artefactos corrientes de la vida (controlar) el funcionamiento de estos últi-cotidiana, pasando por la automatización mos. Por ejemplo, el “sistema de control dede los sistemas de producción industriales, una canilla” regula un flujo de agua y formahasta la colaboración en los explosivos parte de un sistema más grande, el “sistemadesarrollos que han tenido lugar en la canilla” (la canilla propiamente dicha); 21
  35. 35. pero, a su vez, (el sistema canilla) forma gramables industriales (API)–. Estos siste- parte de un sistema más grande, el “sistema mas pueden realizar distintas funciones de de distribución de agua de la casa”, el que a control sin alterar su configuración física, su vez forma parte de un sistema más gran- con sólo cambiar el programa de control. de aún, el “sistema de distribución de agua de la ciudad”. Otro ejemplo: El “sistema Para analizar los sistemas de control utiliza- llave de control de la llama de una cocina remos los diagramas de bloques. En nuestro de gas” regula un flujo de gas y forma parte caso, posiblemente sea más preciso hablar de un sistema más grande, el “sistema coci- de “diagramas funcionales de bloques” na” (la cocina), que podemos considerar a (aunque es de uso corriente llamarlos con su vez formando parte de un sistema más la primera denominación) pues son la grande aún, como el “sistema de prepara- representación gráfica de las funciones que ción de comidas” o el “sistema de distribu- realiza cada elemento y de las señales (por- ción de gas de la ciudad”. tadoras de información) que actúan en el sistema (señales que en los diagramas representaremos con líneas llenas finas). En En nuestro caso, el “sistema de con- el diagrama funcional, los bloques repre- trol” regula la temperatura del “sis- sentan sobre todo las funciones y no los tema estufa de laboratorio”. componentes del sistema. Un diagrama funcional de bloques contiene información con respecto al comportamiento funcional, Con referencia a la automatización de los pero no contiene información respecto a la sistemas de control, podemos hablar de dos constitución física del sistema. Por lo tanto, lógicas de sistemas: Una, la llamada lógica muchos sistemas disímiles no relacionados cableada, en la que la función de control entre sí, pueden estar representados por el depende de los componentes que integran mismo diagrama funcional de bloques. En el sistema y de la forma en que están inter- los diagramas de bloques de sistemas de conectados (de allí el nombre cableada); es control no se suelen representar los flujos la que aplicaremos en las estufas que des- de materia y de energía, excepto en la últi- cribiremos. Pero, con la llegada de los ma etapa –porque su representación no microprocesadores, sumados a la demanda interesa a los efectos del control–. de la industria en cuanto a sistemas de con- trol económicos, robustos, flexibles, fácil- mente modificables, con posibilidad de manejar tensiones y corrientes fuertes, apa- Señal Señal de entrada Unidad de salida rece como alternativa a la lógica cableada, funcional una lógica programada y, como consecuen- cia, los sistemas programables generalmen- te llamados PLC –Programmable Logic Controllers; en español, controladores lógi- Elemento de un diagrama funcional de bloques cos programables (CLP) o autómatas pro-22
  36. 36. El proceso y su control Hemos dicho que el control implica verifi- cación, regulación, etc. La verificaciónLos sistemas pue- –muchas veces presente en el control, aun-den estar asocia- que no siempre– plantea una señal de retor- El control es un pro- no (información) al sistema de control, lados o ser susten- cedimiento, manualto de procesos que informa sobre el desarrollo del proceso. o automático, queque implican permite regular y/o En nuestro caso, puede ser una luz quetransformación, fijar las condiciones indique que el aparato está funcionando.y/o producción, de desarrollo de un proceso (es decir,y/o transporte, de del funcionamientomateria, energía del sistema en el Energía eléctricao información, y cual tiene lugar el Señalque tienen como proceso), y/o el nivel de control o magnitud de la Energíaresultado pro- (Mano) Sistema Estufa térmica salida (en el caso deductos o fines, la estufa, la salida de demateriales o in- control laboratorio del sistema es el Informaciónmateriales (obje- calor que genera eltos, bienes en ge- elemento calefac-neral, energía tor). El sistema de Sistema de control con retroinformación control es el que sobre si funciona o noeléctrica, proce- realiza esta opera-dimiento, etc.). ción de control.En todo proceso En cuanto a la regulación, ésta se basa enhay magnitudes que influyen, y que definen comparar, en la entrada de un sistema, unalos estados y el desarrollo del proceso; éstas señal de referencia (o consigna, o entradase pueden medir y/o regular. Para el correc- de referencia) con una señal proveniente deto desarrollo del proceso y el buen funcio- la salida (señal de realimentación) que lleganamiento del sistema asociado a él, en a través de un lazo de realimentación ygeneral, es necesario controlar alguna de cuyo valor depende de la magnitud de laesas magnitudes de estado. salida. La comparación tiene lugar en un elemento de comparación; como resultadoEn la figura se esquematiza el diagrama de de ésta se tiene una señal (función de labloques de un Sistema que cuenta con sis- diferencia entre el valor real a la salida y eltema de control cuyo puntode funcionamiento se regu- Energía eléctricala con la mano. Podemosobservar dos bloques: unorepresenta el sistema de Señal Energía (Mano) Sistema de control Estufa térmicacontrol y el otro, el sistema de decontrolado (en nuestro control laboratoriocaso, la estufa). Sistema de control 23

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