Nuestros hogares y su comportamiento frente al calor

Introducción

Las pérdidas de energía en el hogar al intercambiar con el medio se vuelven más notorias o forman parte de la agenda de discusión en el común de las personas, con las altas temperaturas que se registran debido al cambio climático, donde "existe la probabilidad de que la media quinquenal del período 2022-2026 sea superior a la media de los últimos cinco años (2017-2021) también es del 93 %" (Fuente: Según la publicación Global Annual to Decadal Climate Update (Boletín sobre el clima mundial anual a decenal), elaborada por la Oficina Meteorológica del Reino Unido)

Cuántas veces hemos oído "Cierra la puerta que se va el frío" o "Cierra la puerta porque entra el calor" esto radica en la noción errónea del calor en movimiento, más que el concepto de energía en tránsito. Por tal motivo, debemos pensar que nuestras casas deben ambientarse en función de esa energía en tránsito.

Según la ley de conservación de la energía: "La energía no se crea, ni se destruye, solo se transforma". Entonces, al hablar de 'pérdidas' de energía, estamos incurriendo en un error conceptual, tal como mencionábamos en el párrafo anterior, el calor debe pensarse como energía en tránsito, en vez de energía en movimiento.

Estrategias didácticas

Uso de infografías

Como ejercicio para nuestros estudiantes, solicitar que por medio del buscador de Internet (Chrome, Google, Mozilla,Microsoft Edge, Internet Explorer, etc.) coloquen en el motor de búsqueda "pérdidas de energía en el hogar"

Los resultados no diferirán respecto de lo mostrado en la siguiente imagen:

Primer y segundo principio de la Termodinámica.

Para explicar el principio de conservación de la energía, debemos recurrir al primer principio que refleja la conservación de la energía en el contexto de la termodinámica y establece que "si se realiza trabajo sobre un sistema o bien este intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, este principio permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna". Vale aclarar que nuestras casas deben considerarse como sistema.

Mientras que, para explicar la necesidad de recurrir a la calefacción, el segundo principio de la termodinámica, propuesta por Clausius establece que "No es posible que el calor fluya desde un cuerpo que se encuentra a menor temperatura hacia un cuerpo con mayor temperatura, sin necesidad de producir ningún trabajo que genere este flujo. La energía no fluye espontáneamente desde un objeto a baja temperatura, hacia otro objeto a más alta temperatura. Esto se opone al perfecto refrigerador. Las declaraciones sobre los refrigeradores, se aplican a los acondicionadores de aire y a las bombas de calor, que encarnan los mismos principios."

Análisis de la casa como sistema.

Al tener en cuenta, el primer principio de la termodinámica que establece la noción de sistema que intercambia energía, en términos de transformación, se puede analizar esa transformación o desaprovechamiento de la energía (mal llamadas 'pérdidas')

Desaprovechamiento de la energía.

Realizadas las salvedades, se procederá a presentar la infografía. Para luego reflexionar ¿Existe alguna manera de aprovechar la energía o de reducir ese intercambio entre el sistema - casa con el medio exterior? ¿Cómo poder disminuir el consumo energético que se utiliza para calefaccionar?

Lectura del artículo

La Casa De Zona Norte Certificada Como La Más Eficiente Que Prende El Aire Acondicionado Cuatro Veces En Un Año La Nacion

Publish at Calameo

Disponible en: En Martínez: los secretos de la casa certificada como la más eficiente que prende el aire acondicionado cuatro veces en un año

Tal como versa en el epígrafe de la nota "Una propiedad en Martínez fue certificada como una de las más eficientes en el Cono Sur latinoamericano, gracias a su diseño sustentable ahorra un 65% en energía, 83% en agua y 56% de ahorro en la energía incorporada a los materiales"

Análisis - Debate

¿Cuáles fueron las decisiones tomadas arquitectónicamente respecto del ahorro energético? ¿Qué importancia tienen los materiales en este principio de ahorro? ¿Cómo se aprovechan los recursos?

Realización de nuestra casa Gran Hermano (Big Brother)

En Argentina, se encuentra en el aire, nuevamente el reality show "Gran Hermano"

Por ello se solicitará a los estudiantes que, por grupos de 4 integrantes, piensen en construir una casa con todos los espacios que consideren apropiados empleando la aplicación Homebyme disponible para PC, Notebook, Netbook o tablets, como así también para aplicaciones móviles.

Esta aplicación permitirá que los estudiantes plasmen un plano, para poder visibilizarlo en 3-D de modo realista. ¿Los materiales con los cuales se construirán las casas? Será otro tema de discusión...

Transmisión de calor: Estrategias didácticas para su enseñanza

Introducción.

El abordaje de un tema interesante, desde el aspecto práctico es lo que logra el aprendizaje significativo (Ausubel, 1976) a ciencia cierta de que una práctica experimental, en la cual, los propios estudiantes deban construir su modelo o prototipo, conlleva una demanda de tiempo adicional, que generalmente, en el devenir del aula no contamos.

Es muy habitual presentar los conceptos de transmisión de calor (conducción, convección y radiación) de forma aislada a través de ejemplos en los que puedan describirse cada uno de los fenómenos.

Aunque algunas ideas de los estudiantes sean difíciles de desterrar, es una tarea laboriosa que debe llevar adelante el docente, para elaborar estrategias didácticas que favorezcan el cambio conceptual (MOREIRA, 1994).

En esta oportunidad, se presentará una experiencia práctica, íntegramente realizada por los estudiantes e ideada por quien realiza el posteo, habiendo sido llevada a la práctica, con sus respectivos ensayos erróneos, generando así, un trabajo de investigación en torno a las posibles causas de la falla experimental.

Desarrollo.

Es importante establecer la diferencia entre calor y temperatura.

Donde calor es la energía intercambiada entre dos sistemas en contacto a diferente temperatura. Puesto que la temperatura es un parámetro que permite describir un sistema. Los cuerpos no poseen "frío" ni "calor", puesto que pueden tener bajas o altas temperaturas y, como dos o más sistemas a distinta temperatura inicial, cuando se ponen en contacto, alcanzarán el equilibrio térmico luego de cierto tiempo.

Si se toma como referencia sólo uno de los sistemas que intercambia energía: El que recibe energía ha recibido calor mientras que el otro lo ha cedido (no decimos que ha recibido frío o que se ha "enfriado").

No existen cuerpos fríos ni calientes. La sensación de frialdad o de calor de los cuerpos se relaciona con la energía intercambiada y con la rapidez con que intercambian energía nuestro cuerpo cuando los tocamos. No existen cuerpos fríos o calientes por naturaleza, sino aislantes o conductores térmicos. Un aislante térmico nos protege tanto de las bajas como de las altas temperaturas. 

En los procesos que transcurren con intercambio de calor entre dos sistemas, uno de ellos recibe energía y el otro lo cede.

Fuente: "Didáctica específica II: Didáctica de la Física". Rubinstein, J. Iuliani, L. UNSAM. Escuela de Humanidades.

Tal como mencionamos en la introducción, existen tres formas de transmitir energía bajo la forma de calor:

• Conducción: Se denomina conducción a la transferencia de energía sin desplazamiento de materia de un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura a otro que se encuentra a menor temperatura. (Los aislantes son aquellos materiales que son malos conductores del calor)
• Convección: Se denomina convección a la transferencia de energía con desplazamiento de materia debido a corrientes convectivas, tanto en gases como en líquidos.
• Radiación: Esta transferencia de energía no se da por intercambio de calor entre cuerpos que se encuentran a distintas temperaturas, ni por trabajo. Involucran transferencias de energía por medio de ondas electromagnéticas.

A través de un ejemplo, pueden visualizarse las 3 formas de transferir energía.

La propuesta de trabajo, consiste en realizar un modelo, íntegramente por parte de los estudiantes.

Para ello necesitaremos:

• Un recipiente circular de cartón.
• Una tapa circular metálica.
• Un visor de casco de motociclista.
• Pistola de silicona.
• Termómetro.
• Cono forrado con papel de aluminio en el interior.
• Lámpara incandescente.
• Portalámpara cerámico.
• Cable.
• Enchufe.
• Materiales aislantes (telgopor, membrana, cartón, espuma de poliuretano, lana de vidrio, etc.)

Modelo presentado en el aula.

Explicación de lo que ha de ocurrir: La lámpara incandescente comenzará a transferir energía bajo la forma de calor por radiación de forma concentrada (y en su mayor parte reflejada por el papel de aluminio del cono) hacia la tapa metálica cuya característica de buen material conductor del calor, la transforma en un elemento clave para que el calor sea transferido hacia el interior del recipiente, generando corrientes convectivas hasta alcanzar el equilibrio térmico en su interior.

La idea consiste en experimentar en diferentes instancias:

a) Tapa metálica expuesta a la radiación.

b) Tapa metálica con diferentes materiales aislantes, colocados en el lado interno de la misma.

Tomando registro de la variación de temperatura en el interior del recipiente circular, se pretenderá determinar una comparación en cuanto a la efectividad de los materiales aislantes del calor.

Sin embargo, el experimento no resultó como hubiéramos esperado...

Posibles causas:

El recipiente debía ser más bajo.

El diámetro del cilindro debía ser menor.

La tapa original pertenecía a una olla de aluminio, averiguar por otros tipos de materiales.

Espesor de la tapa metálica.

Por tratarse de una lámpara incandescente, el portalámpara debe ser de un material resistente al calor (en vez de ser uno plástico)

Al reducir el diámetro puede favorecer la transmisión de calor puesto que la transmisión es de carácter radial.

Lo mismo ocurrirá al disminuir el valor del espesor del material.

Como así también, teniendo en cuenta otro tipo de materiales (coeficiente de conductividad térmica)

Todo lo mencionado antes, puede favorecer, el aprendizaje conjunto de la Ley de Fourier, que contempla esas consideraciones a evaluar.

La actividad puede complementarse con la indagación de los diferentes tipos de materiales y los respectivos cálculos de la transmisión de calor por conducción, teniendo en cuenta las variables de temperatura, espesor, área (diámetro que debe ser reducido) y establecer comparaciones y/o anticipar conclusiones.

Aplicaciones en la vida cotidiana.

Esta experimentación, no solo puede ser considerada como una comparación entre materiales para corroborar su efectividad como aislantes del calor.

La problematización o continuidad de la investigación puede venir de la mano al consultar ¿Todos los materiales conducen o aislan el calor de la misma manera? ¿Existen otros materiales que sean mejores aislantes del calor? ¿Dónde se los utiliza?

En la construcción es muy habitual hablar de los materiales sustentables, pensados en el ahorro energético.

Una buena oportunidad, para interiorizarlos en el tema y sacar provecho pedagógico de una actividad experimental íntegramente casera.

Bibliografía.

• Rubinstein, J. Iuliani, L. "Didáctica específica II: Didáctica de la Física". UNSAM. Escuela de Humanidades.
• González, N. Muñoz, J. Iuliani, L. "Física. ES 4". Ediciones Tinta Fresca.