Estufa laboratorio

Serie: Recursos didácticos

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

a u t o r i d a d e s

PRESIDENTE DE LA NACIÓN
Dr. Néstor Kirchner

MINISTRO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Lic. Daniel Filmus

SECRETARIO DE EDUCACIÓN, CIENCIA Y TECNOLOGÍA
Prof. Alberto E. Sileoni

DIRECTORA EJECUTIVA DEL INSTITUTO NACIONAL DE
EDUCACIÓN TECNOLÓGICA
Lic. María Rosa Almandoz

DIRECTOR NACIONAL DEL CENTRO NACIONAL DE
Lic. Juan Manuel Kirschenbaum

Estufa de laboratorio
Aquiles Gay
María Gabriela Durán

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 derechos
reservados por el Ministerio de Educación, Ciencia y Técnologia - Instituto
Nacional de Educación Tecnológica.

La reproducción total o parcial, en forma idéntica o modificada por cualquier
medio mecánico o electrónico incluyendo fotocopia, grabación o cualquier sis-
tema de almacenamiento y recuperación de información no autorizada en forma
expresa 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 97
Fecha de catalogación: 12/05/2005

Instituto Nacional de Educación Tecnológica
Centro Nacional de Educación Tecnológica
CeNET-Materiales

Serie: “Recursos didácticos”

1 Invernadero automatizado
2 Probador de inyectores y motores paso a paso
3 Quemador de biomasa
4 Intercomunicador por fibra óptica
5 Transmisor de datos bidireccional por fibre óptica, entre computadoras
6 Planta potabilizadora
7 Medidor de distancia y de velocidad por ultrasonido
8 Estufa de laboratorio
9 Equipamiento EMA -Características físicas de los materiales de construcción-
10 Dispositivo para evaluar parámetros de líneas

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

LAS METAS, LOS PROGRAMAS Y LAS LÍNEAS DE
ACCIÓN DEL INSTITUTO NACIONAL DE
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

Programa 1. Formación técnica, media y Programa 7. Secretaría ejecutiva del Consejo
superior 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, en
Programa 3. Formación profesional para el las aulas y talleres, como equipamiento
desarrollo 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 de
integración social. las Naciones Unidas para el Desarrollo
–PNUD– desde su línea “Conocimientos
Programa 5. Mejoramiento de la enseñanza
científico-tecnológicos para el desarrollo de
y del aprendizaje de la Tecnología y de la
equipos e instrumentos”, a quienes esta
Ciencia:
Dirección expresa su profundo reconoci-
5.1. Formación continua. miento por la tarea encarada.
5.2. Desarrollo de recursos didácticos.
María Rosa Almandoz
Programa 6. Desarrollo de sistemas de infor-
Directora Ejecutiva del Instituto Nacional de
mación y comunicaciones:
Educación Tecnológica.
6.1. Desarrollo de sistemas y redes. Ministerio de Educación, Ciencia y
6.2. Interactividad de centros. Tecnología

IX

LAS ACCIONES DEL CENTRO NACIONAL DE
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 proyectos 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

• 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

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

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

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

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 Tecnológica

2

Las metas, los programas y las líneas de acción
del Instituto Nacional de Educación Tecnológica VIII
Las acciones del Centro Nacional de Educación Tecnológica X

Índice 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

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 de

4

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 permita
rancia de la temperatura no corres- operar a 103 ± 2 °C.
ponde al requerido para sus experien-
cias. Se ha enterado también que
mediante un control electrónico es En un dispensario zonal suelen hacer
posible 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, la
esta 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, por
jos 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 de
que mantenga constante una temperatura consultar con el ingeniero agrónomo
de 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 utilizarla
técnico-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 estar
De los tres métodos que figuran en la envolviendo el recipiente con mucho
Norma 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

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

En este equipo didáctico, el elemento que usarse en estos casos, pues su función es
suministra 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 montarse
cuencia 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 funciona
que 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, es
El control de la menos preciso, mientras que el electrónico,
temperatura (y la un poco más complejo en su desarrollo,
El sistema de control
precisión reque- ofrece mayor precisión.
manual podría con-
rida) es un factor siderarse sólo relati-
clave del funcio- vamente preciso; Como solución estructural planteamos, en
namiento de las pero, su ventaja es todos los casos, una estufa cilíndrica hecha
estufas de labora- que requiere una de chapa de acero inoxidable o de hierro
torio. 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 que
de control; algu- los automáticos, fa convencional (un poco compleja para
nos manuales, como su nombre lo construir en el aula-taller de una escuela) y
otros 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 de
tro recurso didác- control de temperatura, proponemos a los
tico consideraremos un sistema manual, alumnos analizar los diversos circuitos que
basado 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 y
basado en un bimetálico; y, otro, electróni- efectuar las mediciones correspondientes y
co de variación proporcional, basado en un el control.
termistor y un triac.
El análisis y la construcción de la estufa
El 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 en
consiguen modelos fabricados para usos el aula-taller y despertar la creatividad de
específicos (por ejemplo, para planchas los alumnos que también pueden buscar
eléctricas automáticas, etc.) que pueden otras aplicaciones al dispositivo.

7

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

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 energía
presente en la combustión, en el calenta- eléctrica.
miento por frotamiento, en conversiones de
energía, etc.
Habiendo planteado la energía como la
La energía química tiene las características capacidad para producir trabajo, veamos
de una energía de reserva que posibilita qué es el trabajo. Desde el punto de vista de
otras 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 trabajo
ladores, los combustibles, los músculos, cuando al aplicar una fuerza se produce un
etc. desplazamiento; por ejemplo si aplicamos
una fuerza (F) a un móvil, cuando el móvil
La energía eléctrica es una de las más se mueve una distancia (d), efectuamos un
versátiles (como lo analizaremos más trabajo (T); el trabajo es energía puesta en
adelante); su utilización generalizada en acción.
todos los campos del quehacer humano
se remonta a poco más de un siglo y está La relación entre el trabajo (T), la fuerza
íntimamente asociada al desarrollo del (F) y el desplazamiento en el sentido de la
mundo de hoy. La circulación de corrien- fuerza, es decir la distancia recorrida (d), se
te es una manifestación de la energía expresa por la siguiente fórmula:
eléctrica.
T=Fxd
La energía radiante se presenta bajo la
forma de radiaciones electromagnéticas: El trabajo y la energía se miden con la
rayos 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 a
la energía luminosa. Energía y trabajo son dos conceptos asocia-

9

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

• 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 convierten
pre 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

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 de

12

transformarla fácilmente en otras formas gador de baterías o del mismo generador
de energía (calórica, luminosa, mecánica, del automóvil que restituye la energía que
química, 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 está
domésticas, etc.) son numerosas. asociada a la presencia de cargas eléctricas
(potencial eléctrico) y al movimiento de
La 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 de
un hecho muy importante. Podemos efec- energía (mecánica, química, radiante o
tuar la comparación con el transporte de térmica); no es una energía directa sino
otras formas de energía, por ejemplo los una energía derivada. Generalmente es el
combustibles –portadores de energía quí- resultado de convertir energía mecánica,
mica– cuyo transporte es, evidentemente, química o radiante en energía eléctrica y
mucho 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 puntos
y que puede transmitir su movimiento a o polos. Las descargas eléctricas naturales
una 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 y
formas de energía: luminosa, mecánica,
calórica o química. En nuestra casa, por circuito eléctrico
ejemplo, nos permite iluminar y disponer a
voluntad de nuestra jornada activa (pense- Cuando se conectan los dos polos mencio-
mos en las limitaciones que tendríamos si nados mediante un circuito formado por
tuviéramos 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 de
cuando recurrimos a los electrodomésticos corriente eléctrica; esta circulación no es
(aspiradora, refrigerador, licuadora, etc.), otra cosa que un desplazamiento de cargas
así como calefaccionarnos cuando las incle- eléctricas (electrones). El circuito formado
mencias del clima lo requieren. Como por elementos conductores de la corriente
campo de aplicación de la transformación eléctrica toma el nombre de circuito eléc-
de la energía eléctrica en energía química, trico, entendiendo como tal todo circuito
podemos mencionar la carga del acumula- por el cual circula o puede circular
dor del automóvil, ya sea a través de un car- corriente eléctrica.

13

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 que

14

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 entre
sí por la llamada ley de Ohm que dice que
la tensión (E) es igual al producto de la
resistencia (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 suma
proporcional a su longitud l, inversamente de las tensiones parciales en los extremos
proporcional a su sección transversal s y de cada elemento (Por ejemplo, la tensión
proporcional a un coeficiente que recibe en los extremos de un conjunto formado
el 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 tres
La resistividad de la Resistividad en resistores r1, r2 y r3 conectados en serie es
plata es 1,47; la del microhm por cm3 igual a: R = r1 + r2 + r3, mientras que la
cobre 1,55; la del oro a 0ºC. corriente circulante será la misma en todos
2,2; la del aluminio los elementos).
2,56; la del hierro 9,07; la del plomo 20,4; etc.
En un circuito formado por elementos
Tanto la fuente como el consumidor-utili- conectados en paralelo, la tensión en los
zador (sumidero) pueden estar compuestos extremos (A - B) es igual a la presente en
por más de un elemento. Por ejemplo una, cada elemento tomado aisladamente (en el
dos, 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 sean
pueden conectarse en serie o en paralelo. de la misma tensión).

15

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 joule

16

• 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 dos
variantes 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 a
te 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 la
cia de la conversión de energía mecánica, más importante.

17

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 que

18

distribuye la energía eléctrica a los poten- menor diámetro, retorcidos (cable), en
ciales puntos de consumo, portalámparas, ambos casos con una cubierta aislante de
tomacorrientes, etc., en algunos casos, pre- plástico; el cable es mucho más flexible y
vio 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 que
El circuito eléctrico de una casa de familia están embutidos en la pared son de mayor
normalmente está embutido en las paredes; sección (2 mm2 o más) según sea la carga
su presencia física se pone de manifiesto en eléctrica a la que pueden llegar a estar
las llaves interruptoras, los tomacorrientes, sometidos; los que exteriormente conec-
las cajas de conexión, los portalámparas tan los diversos artefactos a la red son
con sus correspondientes cables y lámpa- siempre flexibles y de menor sección. Para
ras, 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 requiere
parte exterior de las paredes; pero, esto no conductores de 0.75 o 1.00 mm2 y, en
debería ser lo normal. algunos casos, más aún. Existen normas
que establecen la máxima corriente que
Los 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 están
alojados 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 representan
por dos conduc- Se usa el cobre por
ser un metal muy ningún riesgo para la vida humana; sin
tores 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 cosa
está prácticamen- ca. cambia: Un golpe de corriente puede llegar
te al potencial de a electrocutar a una persona y costarle la
tierra; el otro, el polo vivo, al potencial de vida, incluso tratándose de tensiones bajas
220 volt. Además, hay un tercer conductor como 110 V. Por esa razón, nunca serán
conectado directamente a tierra que sirve excesivas todas las precauciones que se
como protección, ya que a él pueden deri- tomen.
varse todas las eventuales pérdidas en los
artefactos conectados a la red; normalmen-
te, el conductor de tierra debería ser de En nuestro caso es fundamental la
color verde-amarillo rayado. puesta a tierra de la estructura
metálica de la estufa mediante un tomaco-
rriente apropiado (con puesta a tierra), para
Existen dos tipos de conductores, el for- evitar eventuales problemas de
mado por un solo alambre de cobre y el electrocución.
formado por una serie de alambres de

19

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

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 la
En nuestro desarrollo nos ocuparemos, fun- llave que controla la llama de la hornalla de
damentalmente, 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 control
analogías 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 múltiples
hombre. 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, el
y electromecánicos (palancas, relés, bimetá- horno a microondas, el aparato de aire
licos, 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; sólo
narios de la electrónica (los circuitos inte- plantearemos un esquema general que nos
grados, los microprocesadores y las compu- permita entender los principios que gobier-
tadoras), se generalizaron los sistemas de nan su funcionamiento y sus usos, sobre
control electrónicos. todo los vinculados a nuestro caso específi-
co, la estufa de laboratorio.
Los desarrollos de los sistemas de control
han producido grandes cambios en el que- Los sistemas de control son subsistemas de
hacer humano, desde facilitar el funciona- sistemas más grandes; su objetivo es regular
miento de artefactos corrientes de la vida (controlar) el funcionamiento de estos últi-
cotidiana, pasando por la automatización mos. Por ejemplo, el “sistema de control de
de los sistemas de producción industriales, una canilla” regula un flujo de agua y forma
hasta la colaboración en los explosivos parte de un sistema más grande, el “sistema
desarrollos que han tenido lugar en la canilla” (la canilla propiamente dicha);

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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 desde 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

El proceso y su control Hemos dicho que el control implica verifi-
cación, regulación, etc. La verificación
Los 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, la
dos o ser susten- cedimiento, manual
to de procesos que informa sobre el desarrollo del proceso.
o automático, que
que implican permite regular y/o En nuestro caso, puede ser una luz que
transformación, fijar las condiciones indique que el aparato está funcionando.
y/o producción, de desarrollo de un
proceso (es decir,
y/o transporte, de del funcionamiento
materia, energía del sistema en el Energía eléctrica
o información, y cual tiene lugar el
Señal
que tienen como proceso), y/o el nivel de control
o magnitud de la Energía
resultado pro- (Mano) Sistema Estufa térmica
salida (en el caso de
ductos o fines, la estufa, la salida
de de
materiales o in- control laboratorio
del sistema es el
Información
materiales (obje- calor que genera el
tos, bienes en ge- elemento calefac-
neral, energía tor). El sistema de Sistema de control con retroinformación
control es el que sobre si funciona o no
eléctrica, proce- realiza esta opera-
dimiento, etc.). ción de control.
En todo proceso En cuanto a la regulación, ésta se basa en
hay magnitudes que influyen, y que definen comparar, en la entrada de un sistema, una
los estados y el desarrollo del proceso; éstas señal de referencia (o consigna, o entrada
se pueden medir y/o regular. Para el correc- de referencia) con una señal proveniente de
to desarrollo del proceso y el buen funcio- la salida (señal de realimentación) que llega
namiento del sistema asociado a él, en a través de un lazo de realimentación y
general, es necesario controlar alguna de cuyo valor depende de la magnitud de la
esas magnitudes de estado. salida. La comparación tiene lugar en un
elemento de comparación; como resultado
En la figura se esquematiza el diagrama de de ésta se tiene una señal (función de la
bloques de un Sistema que cuenta con sis- diferencia entre el valor real a la salida y el
tema de control cuyo punto
de funcionamiento se regu- Energía eléctrica
la con la mano. Podemos
observar dos bloques: uno
representa el sistema de Señal Energía
(Mano) Sistema de control Estufa térmica
control y el otro, el sistema de de
controlado (en nuestro control laboratorio
caso, la estufa).
Sistema de control

23

valor deseado fijado por la señal de referen- Clasificación de los sistemas de
cia), llamada señal de desviación, que actúa
control
sobre el sistema de corrección. La compara-
ción y el ajuste pueden ser realizados auto-
Considerando las características del con-
máticamente por la máquina, o sensorial,
trol, los sistemas se pueden clasificar en dos
intelectual y muscularmente por el hombre
tipos:
(control automático o control manual).
Como ejemplo de control automático pode-
- Sistemas de control de lazo (o bucle)
mos mencionar un horno cuya llama se
abierto.
prende o se apaga en función de la infor-
mación que le proporciona un termostato - Sistemas de control de lazo (o bucle)
regulable asociado; o una estufa cuya resis- cerrado (sistemas realimentados).
tencia recibe o no corriente eléctrica en
función de la información que le proporcio- En ambos casos, el control puede ser
na un sensor (en nuestro caso, el sensor manual o automático.
puede ser un bimetálico o un termistor).
Como ejemplo de control manual podemos Para explicar la diferencia entre los dos sis-
mencionar la llama de una cocina de gas, temas, planteemos un ejemplo sencillo:
que se regula observándola y girando de un Supongamos tener un calefactor eléctrico
lado o de otro la llave de control, hasta con el que deseamos calefaccionar una
lograr la intensidad deseada; o, en el caso habitación. El calefactor tiene dos elemen-
de la estufa de laboratorio, un potencióme- tos de calefacción de 1 Kw de potencia cada
tro que se regula manualmente en función uno y una llave selectora (conmutador) que
de la información que proporciona un ter- permite conectar uno o los dos –es decir,
mómetro asociado a la estufa. Los sistemas optar por 1 ó 2 Kw–; calculamos que,
con realimentación (o retroinformación) se conectando un elemento, podemos alcan-
llaman sistemas realimentados. zar la temperatura deseada y actuamos en

Sistema de control con lazo de realimentación (lazo cerrado)

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Estufa laboratorio

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