Proyecto Wikimedia Argentina

Publicación Proyectos Wikipuentes - 5° edición (2017)
A continuación se presenta el enlace de los proyectos publicados en formato PDF para descargar de los docentes que elaboraron sus secuencias didácticas innovadoras.

Entre esos proyectos se encuentra uno de mi autoría: Proyectos pedagógicos #Wikipuentes 2017

Tal vez algunos aspectos no se encuentren detallados, tal como fueran pensados originalmente por su mentor.

¿Los estudiantes saben con qué materiales fueron construidas sus casas? ¿Serán capaces de asociar que un mayor consumo energético en acondicionar / calefaccionar se vincula a la aislación deficiente?
Para ello es importante que los estudiantes sean capaces de: 

• Reconocer la diferencia entre calor y temperatura.
• Identificar la conducción como una forma de transmitir calor utilizando ejemplos sencillos de la vida cotidiana.
• Reconocer las propiedades a los materiales que se utilizan para construir una casa y su comportamiento frente al calor.
• Reconocer los materiales como buenos o malos conductores del calor.
• Reconocer materiales alternativos para la fabricación de casas, pensando en la sustentabilidad y el ahorro energético.

Los estudiantes deberán relevar los materiales con que se encuentran construidas sus casas y, luego por medio del empleo de programa Excel se buscará graficar en base a esos datos recolectados por ellos mismos.

La Ley de Fourier o Ley de conductividad térmica establece que, el calor transmitido por unidad de tiempo depende del tipo de material, del área, de su espesor y de la diferencia de temperaturas (llámese temperatura interior y temperatura exterior)

Si en una práctica aúlica se solicita a los estudiantes que efectúen mediciones a intervalos de tiempo, dentro y fuera del aula, empleando termómetros. Con sus respectivos registros, puede establecerse el intercambio al pensar ¿Qué factores son los que influyen para que exista una variación de temperatura interna y externa? ¿Arrojarán los mismos resultados si ubicamos los termómetros en diferentes posiciones? ¿Existen fuentes de calor / frío dentro del aula? ¿Qué fenómenos de conducción, convección y/o radiación pueden identificarse?

Esas preguntas orientadoras darán pie para incursionar en el concepto de calor... ¿Es lo mismo calor que temperatura?

Si se solicita a los estudiantes que busquen la definición en Wikipedia, los posibles resultados sean los siguientes:

Se denomina calor a la energía en tránsito que se reconoce solo cuando se cruza la frontera de un sistema termodinámico. Una vez dentro del sistema, o en los alrededores, si la transferencia es de dentro hacia afuera, el calor transferido se vuelve parte de la energía interna del sistema o de los alrededores, según su caso. El término calor, por tanto, se debe de entender como transferencia de calor y solo ocurre cuando hay diferencia de temperatura y en dirección de mayor a menor. De ello se deduce que no hay transferencia de calor entre dos sistemas que se encuentran a la misma temperatura (están en equilibrio térmico) (1)

En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico[...] está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que este se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor. (2)

Para hablar de calor, debe existir una diferencia de temperaturas, la temperatura determina la variación de la energía cinética (movimiento) que tienen las partículas que componen el cuerpo o sustancia.

Mientras que, el calor por conducción, no sólo depende de la variación de temperatura, tal como se observa en la Ley de Fourier, sino que además depende de otros factores.

Los estudiantes traen incorporados consigo, los materiales tradicionales que se emplean en la construcción. No así, los materiales que son considerados como aislantes del calor, cuya incorporación se va realizando de manera incipiente.

Una vez que se haya dejado en claro el significado de calor por un lado y el significado de temperatura por otro.

(1) Definición de calor, disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Calor

(2) Definición de temperatura, disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura

Con las mediciones efectuadas, se procederá a completar en una planilla Excel, con los siguientes datos a completar (pertenecientes a la Ley de Fourier)

Una vez completados los datos, dependiendo del tipo de material con que se encuentra construida el área en la que se efectúa el cálculo, a intervalos de tiempo estipulados, cada hora, por ejemplo. Podrá obtenerse el gráfico de variación de calor en esa jornada de medición.
El cálculo podrá repetirse con otro material, cuyo coeficiente de conductividad sea menor y represente un impacto significativo en el ahorro energético al obtener una diferencia notoria en la variación de calor.
Los coeficientes de conductividad térmica pueden ser descargados en el siguiente enlace.

¿Qué material resultará mejor aislante del calor? ¿A qué se debe esa afirmación? En términos de costos: ¿Será costoso invertir en estos materiales? ¿Tendrá algún efecto en el ahorro energético?

Los materiales en nuestra casa pensando en el ahorro energético (Última parte)

La enciclopedia Encarta, una pionera.

Después de varios posteos hablando sobre la misma temática, quedan muchos temas para el abordaje, materiales que deben optarse por una u otra utilización.

Una fuente valiosa de consulta fue Enciclopedia Encarta que desde un CD - rom proveía información enciclopédica con fotos, infografías, videos, sonidos, etc.

De esa enciclopedia, rescato lo que ya se venía hablando desde hace bastante tiempo: El sistema de refrigeración solar pasiva (en verano) y el sistema de calentamiento solar pasivo (en invierno).

Imagen extraída de Enciclopedia Encarta 2000

Claramente pueden destacarse las corrientes convectivas del calor con sus respectivos puntos de fuga o escape, como así también sus puntos de "atrapamiento".

Si fijamos en el detalle del bajofondo o subsuelo, se observan unos depósitos de agua, justamente son los reservorios de agua para entregar agua calefaccionada cuando se lo requiera. Lo que intuitivamente surgirá de los alumnos es "¿Cómo proveer agua calefaccionada desde ese bajo nivel?" Evidentemente por medio de una bomba que le provea el impulso.

Las botellas de sol.

Desde el año 2008 en Brasil emplean como recurso, el uso de botellas plásticas cargadas con agua y gotas de cloro para prevenir la formación de colonia de bacterias, como así también unos portarrollos fotográficos que cumplen la función de proteger las tapas del deterioro tras la exposición continua al sol. Básicamente, las chapas empleadas en los techos son perforadas con el tamaño de la botella y fijados con silicona para aislar de posibles goteras. La incidencia de la luz solar en el agua, oficia como una lámpara de sol, iluminando los espacios que antiguamente eran oscuros, representando un ahorro energético.

Respecto de los materiales.

La observación de videos en los que se muestran los materiales "autóctonos" resulta importante destacar el empleo de adoquines o piedras. Dentro del listado de materiales provisto en los posteos anteriores no se mencionaba para obtener su conductividad térmica. Así también, la disposición de la casa, según la orientación para aprovechar al máximo la luz solar, como los llamativos ventanales de gran porte. Todas estas curiosidades deben surgir de los propios estudiantes que logren asociar a los temas que ya se venían viendo en la secuencia.

Muchos temas quedan por delante, frente a problemáticas que se vienen dando vinculadas al consumo energético y la demanda frente a la falta de inversiones, como ocurre en nuestro país. Pensar en construcciones más "amigables" con el medio ambiente ayudarán a minimizar el impacto económico y social.

Los materiales en nuestra casa pensando en el ahorro energético (Parte III)

Cuando se mencionó la resistividad (R) que dependía del espesor del material, a mayor espesor su resistividad también lo sería y viceversa.

Aunque la membrana ISOLANT ofrecía un aislamiento doble con un espesor entre 5 y 8 veces menor que la lana de vidrio o el poliestireno expandido.

Si continuamos con el análisis de otro material, AlumAir es otra membrana, tal vez no aporta algo novedoso en cuanto a material, pero sí unos datos importantes que pasan a destacarse.

Imagen extraída del folleto AlumAir

Además de mencionar la reflectividad de los rayos infrarrojos, aporta otros datos interesantes: "Su estructura interna, sumada al sistema constructivo, minimizan el puente térmico, la aislación por masa de aire es lo más resistente a la transferencia de calor por conducción" (Fuente: Catálogo AlumAir)

Tabla extraída del folleto AlumAir

Si recordamos la fórmula de la resistencia térmica:

Una ejercitación muy interesante... Obtener el coeficiente de conductividad, dado que se cuenta con el valor de R (Resistencia térmica) y e (espesor) especificados en tabla.

La pregunta que surge es...¿Qué significado físico tiene el coeficiente de conductividad?

Física (Ed. Logikamente)

Dicho coeficiente representa la cantidad de calor que fluye o se propaga por conducción a través de un cuerpo de 1 cm2 de superficie, de 1 cm de espesor, durante 1 segundo cuando hay una diferencia de temperatura de 1°C entre sus caras. (Fuente: Física. Ferraro - Csik - Pisano. Ediciones Logikamente)

Con los valores que se hayan obtenido, en la ejercitación anterior, solo resta mostrar la siguiente tabla y que los estudiantes encuentren materiales que se asimilen en valor al coeficiente calculado, es decir buscar coeficientes calculados aproximados a los coeficientes tabulados.

Con la tabla presentada y, al observar el bajo coeficiente de conductividad que presenta en aire y el vidrio, cabe la reflexión sobre las ventanas con doble aislamiento con cámara de aire, tal como se muestra en la imagen.

El calor irradiado por el sol se refleja en verano NO permitiendo la transmisión desde el exterior hacia el interior.

En invierno el calor generado por un calefactor, salamandra, hogar o aire acondicionado también se refleja hacia el mismo interior, sin dejar su transmisión al exterior.

Imagen propia

Todo tiene que ver con todo... En el posteo anterior se mostraba el mapa de la Argentina dividido por regiones, debiendo optar por materiales con ciertos valores de K, el coeficiente de transmisión total del calor (K = 1/ R)

Como la zona sur de nuestro país se encuentra expuesta a temperaturas muy bajas, observando la tabla de coeficiente de conductividad, se destaca que la madera posee una baja conductividad del calor.

Imagen propia

Lo que no debemos olvidar es que hablamos de un material combustible, siempre debe aclararse que no permite el pasaje de calor por conducción a través de ella.

Dado su carácter de material combustible, por cuestiones de seguridad debería pensarse en materiales ignífugos o retardantes de llama, sin olvidar los matafuegos reglamentarios.

Ahora se plantea nuevamente la actividad... ¿Con qué materiales construirías tu casa? ¿Podrías justificar tu elección?

Los materiales en nuestra casa pensando en el ahorro energético (Parte II)

En el posteo anterior se daba continuidad a la secuencia didáctica sobre el consumo de energía eléctrica visto desde el ahorro, pero ahora pensando en la construcción de una casa con todos los materiales necesarios y ponerlos frente al tema que preocupa o que tal vez no se brinda demasiada importancia: La conductividad térmica, la aislación térmica y las formas en que el calor logra transmitirse.

Ahora vamos a proponer un análisis de diferentes tipos de aislantes que se ofrecen en el mercado de la construcción. (Se aclara que no se pretende elaborar una lista exhaustiva de materiales, sino más bien ofrecer una guía en la que puedan estimarse y/o calcularse valores significativos, como así también generar un cambio en la forma de pensar y ver los materiales para la construcción de casas)

En Argentina, una vez al año se realiza la muestra internacional sobre materiales para la construcción de viviendas BATIMAT + FEMATEC, resulta productivo organizar una salida educativa en la que los estudiantes recolecten folletos informativos. Y ahora aclaro el porqué: Personalmente, cuando intenté buscar en Internet, diferentes tipos de información para dar continuidad a la secuencia didáctica mencionada, verificar los links y así derivar a los estudiantes para la indagación correspondiente, grande fue mi asombro al ver una información poco precisa, sin datos tabulados que pudiesen ofrecer una referencia comparativa.

Frente a esto, por haber concurrido a muestras de la construcción, cuento con folletos (algunos comerciales y otros más técnicos) que permiten obtener información valiosa que ha de servir de insumo para perfeccionar la casa, antes construida por los estudiantes con materiales tradicionales sin siquiera vislumbrar el ahorro energético.

Barreras de vapor.

Las familias generan cierta cantidad de humedad que proviene de la ducha, el lavado de ropa y otras actividades. Es importante evitar que esta humedad atraviese los muros, ya que puede condensarse sobre las superficies más frías y causar problemas. (Fuente: Catálogo ISOVER)

¿Cuánto aislante se requiere?

Imagen extraída del catálogo ISOVER

La eficacia del aislamiento se mide en valores de R (Resistencia térmica), o sea la capacidad del material para resistir el flujo de calor o en su inversa K = 1 / R (Coeficiente de transmisión total de calor).
Cuánto más alto sea el valor de R, y consecuentemente más bajo el valor de K, mayor será el poder aislante. ISOVER ha preparado el siguiente cuadro de niveles de aislamiento óptimos.
Para usarlo, localice su zona geográfica en el mapa, luego busque los valores de K apropiados para cada elemento constructivo. (Fuente: Catálogo ISOVER)

Tablas extraídas del catálogo ISOVER

Importancia del espesor en los materiales aislantes.

Imagen extraída del catálogo ISOVER

Recuerde que el concepto que define la efectividad de una aislación térmica es su resistencia térmica.
Por lo tanto la resistencia térmica de un material aislante determinado y consecuentemente su efectividad como aislante será mayor cuanto mayor sea su espesor.
(Fuente: Catálogo ISOVER)

Más adelante, se abrirá el debate entorno a si realmente el aumento del espesor garantiza la resistencia térmica o si los avances tecnológicos han permitido obtener materiales "inteligentes" que demuestran lo contrario.

La compañía DuPont ofrece aislamientos para techos, en esta oportunidad, se procederán a mostrar las imágenes de la página y de los folletos, con posibles actividades demostrativas para realizar.

Un producto muy interesante es Tyvek que no permite el paso de agua en estado líquido, pero sí ofrece permeabilidad al escape del exceso de humedad. Dicha conformación se denomina estructura microrespirante.

Imagen extraída del catálogo Tyvek

Una experiencia que propone la marca para realizar con su producto es la siguiente:

Aclaración: Debe contarse con una muestra de la subcobertura bajo tejas (tal como figura su nombre comercial)

1. Se prepara una taza con agua que haya alcanzado su punto de ebullición y se procede a cubrir la boca de la misma con la muestra Tyvek, ajustando firmemente por los bordes.
2. A un centímetro de distancia aproximadamente, debe colocarse una superficie espejada o vidriada, durante 30 segundos.

Lo que ha de percibirse a través de esta sencilla experiencia es que el vapor de agua que emana de la taza, atraviesa el material de muestra, empañando así la superficie "fría" que se encuentra a temperatura ambiente.

Imagen extraída del catálogo Tyvek

En este aspecto, debemos ser cuidadosos ya que en los propios catálogos se maneja el vocabulario vulgar o popular, como por ejemplo: Con Tyvek RESPIRA, lo que en realidad ocurre, tal como se observa en la imagen, cuando los materiales son impermeables, favorecen la condensación de los vapores emanados, conteniéndolos. A diferencia del material que analizamos, ya que dada su permeabilidad (evidenciada en la experiencia) no retiene la condensación que, con el correr del tiempo se transforma en humedad absorbida por la madera.

Las membranas ISOLANT cumplen también con una doble función: Impermeabilizar y aislar térmicamente el techo.

Cuando se analiza el catálogo es importante que los estudiantes manejen términos tales como: Coeficiente de conductividad, resistencia térmica, flujo de calor ascendente o descendente, entre otros.

¿Por qué la importancia de conocer la terminología y su significado? Para estalecer un comparativo ya que se ofrece una variedad de productos y de alguna forma, debe situarse al estudiante en la toma de decisiones, como así también en la lectura de tablas de equivalencias:

Tabla presentada en el catálogo Tyvek

Retomando el debate sobre si el aumento del espesor garantizaba la mayor resistencia térmica: La lectura de esta tabla debe ser orientada hacia hablar de una misma resistencia térmica en la cual, la membrana que se halla en análisis, tiene un menor espesor respecto de la Lana de vidrio o del Poliestireno expandido. Mención aparte del dato que figura entre paréntesis cuyas unidades son Kg/m2, sin lugar a dudas la masa distribuida por el área influye cuando de proyección o cálculo se trate.

Imagen extraída del catálogo HARVI - FOIL

Otro material que puede ser evaluado a fin de sumar aportes al debate es HARVI - FOIL una membrana constituida por láminas de aluminio puro y pulido. Dentro de los datos ofrecidos en el catálogo, podemos observar la siguiente imagen:

Lo que podemos resaltar es que en verano, el aluminio reflecta el calor irradiado, con lo que representa una barrera eficaz para paredes y techos, logrando rechazar el 95% de ese calor. Las edificaciones aisladas permanecerán frescas en verano, ahorrando costos de aire acondicionado, restringiendo su uso a un 5%.

En invierno, ocurre que retiene el calor generado en el interior, evitando por su propiedad reflectiva que el calor se transmita al exterior, manteniéndose de esa manera el ambiente cálido, ahorrando en el consumo de energía para calefacción un 60%. (Fuente de datos porcentuales: Catálogo HARVI - FOIL)

A esta altura del análisis podría solicitarse el cálculo estimativo cuantificado, es decir, en términos económicos ¿Cuánto dinero representa el ahorro del 95% de acondicionamiento y el 60% de calefacción? O planteado en términos de consumo ¿Cuánto dinero representa la utilización del 5% de acondicionamiento y el 40% de calefacción?

En otra entrada se ofrecerán otros aspectos para continuar con el análisis, dejando en claro cuál es el eje de la secuencia: El ahorro energético.

Los materiales en nuestra casa pensando en el ahorro energético

En un posteo anterior, surgió la propuesta de que los alumnos, en la materia Introducción a la Física, pensaran en una casa (ficticia o real) para luego equiparla con artefactos eléctricos, realizando un listado para luego calcular el consumo de la energía eléctrica en kW (Kilowatts) a nivel mensual.

De allí se derivan otras propuestas de los alumnos que buscan armar sus casas en maquetas o en planos.

Una propuesta muy interesante viene de la mano de un alumno que presenta, junto a las consignas solicitadas, un video realizado desde Homebyme (casa para mí, según su traducción literal) por medio de este programa on - line los alumnos pueden armar la distribución de sus espacios, entre otras cuestiones.

A continuación, socializo el video autoría de mi actual alumno Mathias B.

Este recurso TIC, resulta muy valioso e interesante para ofrecer otra presentación, en el caso de una feria de Ciencias, por ejemplo.

Pero así también, servirá como puntapié inicial para dar una continuidad pedagógica con los materiales y el ahorro de energía.

Antes se había solicitado el equipamiento eléctrico de una casa, ahora se solicitará la construcción pensando en los materiales frente a la transmisión de calor en cualquiera de sus formas (Conducción, convección y radiación). Un dato también importante es la condensación del calor, mal llamado entre la jerga popular "transpiración".

Dejando en claro, que la conductividad térmica en sólidos es más eficiente que en los líquidos, siendo poco eficiente en los gases. De allí que surgen los materiales que presentan resistividad al calor (o también llamados "aislantes")

Los alumnos, frente al abordaje teórico y la propuesta de construir sus propias casas, pensándolas desde los materiales necesarios para ello, centran su atención en la construcción tradicional (ladrillos, revoque, techo de losa o teja, etc.)

Una vez presentados los trabajos, puede procederse a la muestra de otras opciones o alternativas pensadas en el ahorro energético.

Imagen propia

Una información presentada tal como aparece en la figura, no generará un impacto como el de mostrar una casa real. Particularmente, en uno de los viajes que he realizado por la provincia de Buenos Aires, más precisamente en Tandil, recorriendo la periferia de la ciudad, me encuentro con una casa con terraza verde. La primera que había observado personalmente, sin titubear, tomé una fotografía pensando en la secuencia didáctica.

Con los alumnos del ciclo superior, contamos con un grupo de Whatsapp por medio del cual socializamos dudas, intercambiamos actividades y/o apuntes en formato Word o PDF. Como disparador, al mostrar la fotografía, los estudiantes se asombran y se formulan preguntas tales como: ¿Vegetación? ¿Por qué será? ¿Reducir el calor? ¿Cómo se mantendrá sin que la humedad no influya? Personalmente, el uso de las redes sociales y el conjugar la realidad vista con ojos de docente, generan un impacto significativo.

Para continuar concientizando sobre las pérdidas de energía en los hogares, evidenciar en términos porcentuales cuáles y dónde se producen esas pérdidas es clave para continuar con la propuesta de aprendizaje.

Al abrir el debate en torno a las pérdidas que suelen darse:
30% en el techo.
20% en ventilación.
16% en muros.
16% en suelos.
13% en puertas y ventanas.
5% en puentes térmicos y en garage.
La sumatoria total de pérdidas alcanza un 100%.
Se deja planteada la propuesta que ha de continuar en un posteo futuro... ¿Qué materiales serían óptimos para construir una casa con la menor cantidad de pérdidas de energía posible?