PROPUESTA DIDÁCTICA TECNOLOGÍA Y DIGITALIZACIÓN
M. Blázquez, J. Santos, R. Arroyo, M. S. Rodríguez, C. Esteban, I. Hoyos
Electricidad 5
Situación de aprendizaje
Motivación
APERTURA DE LA UNIDAD
Activación
Exploración
Estructuración
En esta situación de aprendizaje aprovecharemos la estructura elaborada en la unidad anterior para construir sobre ella un pequeño generador eólico. El giro de su hélice producirá un movimiento en el eje que las une. Para recuperar esta energía de rotación y convertirla en energía eléctrica, utilizaremos un motor de corriente continua, aprovechando su condición de máquina reversible. Para resolver la unión entre el eje de la hélice y el eje del motor, emplearemos un acoplamiento de ejes. La potencia generada dependerá de la velocidad a la que giren las aspas, de su tamaño y de si se incorpora un sistema multiplicador entre la hélice y el motor. Por este motivo se plantea realizar dos tipos de mediciones:
Aplicación
SECCIONES ESPECIALES
Conclusión
DESARROLLO DE LA UNIDAD
Evaluación
CIERRE DE LA UNIDAD
MATERIAL DEL PROFESORADO
– Cualitativa. Se propone el uso de una lámpara incandescente de 5 W con la que evidenciar las diferencias de potencia. Las lámparas incandescentes, aunque ya no se fabrican y suelen sustituirse por lámparas de diodos led, siguen siendo una forma muy adecuada de observar las variaciones de potencia en el laboratorio. Esta carga podría sustituirse por otros dispositivos, como un zumbador o un led, pero sería mucho más complicado apreciar las diferencias.
– Cuantitativa. Para obtener medidas precisas de corriente y voltaje, se han incorporado un amperímetro y un voltímetro al montaje. Es importante utilizarlos con una fuente regular de aire. Para facilitar esta situación se propone el uso de un secador de pelo.
Otras alternativas a la carga que conectar al aerogenerador podrían ser un cable para cargar un teléfono móvil o incluso conectarlo a unas pilas recargables.
Esta situación de aprendizaje, además, pretende favorecer la reflexión sobre las energías renovables, la dificultad de producir electricidad en la medida y localización en las que se necesitan, así como sobre la importancia de hacer un uso eficiente y responsable de ellas.
Este hecho hace que sea un buen momento para centrar la atención en las competencias y en los saberes asociados a la solución creativa y sostenible de problemas tecnológicos. Esta conexión permitirá interrelacionar los elementos del currículo con actividades, tareas competenciales y con la construcción del aerogenerador.
Podemos relacionar la situación de aprendizaje con el ODS 7: Energía asequible y no contaminante, ya que a través de las actividades, consejos y estrategias que se proponen en la secuencia didáctica de la unidad se contribuye a garantizar y promover el uso eficiente de energías renovables. En cada apartado, la sección «En situación» presenta un texto breve y motivador que permite al alumnado conectar directamente el contenido del apartado con el contexto inicial y el producto final propuesto, facilitando el seguimiento del hilo conductor de la situación de aprendizaje.
1 El circuito eléctrico 2 Los generadores eléctricos
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
Es recomendable que el alumnado trabaje desde el principio la parte de contenidos que tiene mayor relación con la física teórica, ya que a partir de exponerse los conceptos y de ir acercándolos a la práctica poco a poco a través del cálculo de magnitudes, del montaje de circuitos y de la medida de las magnitudes eléctricas, se motivarán en mayor medida y, como consecuencia, aprenderán de forma significativa.
Conviene advertir al grupo que los bornes, o polos, de un generador de corriente continua no son iguales. La corriente sale por uno de ellos y regresa por el otro. Si se invierten las conexiones (si se cambia el cable que va al polo positivo por el que va al polo negativo, y viceversa), se invierte el sentido de la corriente.
Para comprobarlo, se puede pedir al alumnado que monte un circuito como el de la figura y observe el sentido de giro del eje del motor. Esta comprobación también se puede llevar a cabo mediante cualquier simulador de circuitos eléctricos (por ejemplo, Tinkercad circuits o Yenka).
Hecho esto, debe invertir las conexiones y comprobar que el eje del motor gira en sentido contrario.
Actividad competencial: Analogía hidráulica
Con esta actividad competencial se aborda la competencia específica 1, buscar y seleccionar la información adecuada proveniente de diversas fuentes, de manera crítica y segura, aplicando procesos de investigación, métodos de análisis de productos y experimentando con herramientas de simulación, para definir problemas tecnológicos e iniciar procesos de creación de soluciones a partir de la información obtenida.
a) El sistema hidráulico dispone de una bomba que absorbe agua del estanque y la impulsa con presión por la tubería hacia la izquierda. El agua a presión fluye por el conducto hasta que se libera en la abertura sobre la turbina. La turbina girará por efecto del empuje del agua, produciendo trabajo en su eje. El agua, una vez que ha perdido su energía, reposa en el estanque hasta que es de nuevo absorbida por la bomba. Esto sucede de forma continua.
b) La bomba hidráulica se encarga de recoger el agua e impulsarla a través del circuito. Se puede decir que la bomba hidráulica hace las veces de generador eléctrico en un circuito impulsando las cargas.
c) Efectivamente, cada gota de agua que compone el fluido hidráulico tiene cierta similitud con las cargas eléctricas que son transportadas por un cable al ser energizadas por un generador eléctrico.
3 La corriente eléctrica 4 Los receptores eléctricos
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
En relación con la conducción eléctrica, conviene aclarar que los conductores no tienen por qué ser necesariamente sólidos. El agua salada y los ácidos son también buenos conductores. Algunos gases, como el flúor y el neón, pueden ser conductores, pero solo si se les aplican corrientes con voltajes relativamente elevados. Se puede indicar que hay receptores que son sensibles a los cambios de sentido de la corriente eléctrica que los atraviesa, como ocurre con los motores y con los diodos led, en cambio otros receptores no ven alterado su funcionamiento.
SOLUCIONES
1 I = Q I = 50 C = 10 A t 5 s
2 ¿Qué te hace decir eso? Dado que la carga ha aumentado, y está relacionada proporcionalmente con la intensidad, esta última también aumentará.
I = Q I = 75 C = 15 A t 5 s
3 Intuyo y deduzco. El fenómeno se conoce como ionización del aire. Esto significa que debido a la alta tensión eléctrica en la atmósfera (de hasta millones de voltios), la capacidad de aislamiento del aire se reduce drásticamente. Los átomos de los gases del aire comienzan a perder electrones, que circularán libremente, actuando como transportadores de la energía acumulada por fricción entre las nubes. Entonces se genera un rayo que transporta la energía eléctrica entre la región de mayor voltaje, también llamado potencial eléctrico, a la zona de menor potencial eléctrico, el suelo o tierra.
4 Normalmente, los elementos que necesitan ser aislados son los conductores eléctricos y los enchufes.
Los aislantes de los aparatos eléctricos suelen estar hechos de algún tipo de material plástico, incluyendo los cables conductores, aunque es posible que encuentren algún aislante cerámico.
5 Generar-clasificar-relacionar. Actividad de respuesta abierta. Probablemente nunca se han parado a pensar que aparatos como las lavadoras, los lavavajillas o los secadores de pelo producen más de un efecto a partir de la energía eléctrica (movimiento, calor, funcionamiento de circuitos electrónicos, iluminación de ledes indicadores).
Respecto a los aparatos eléctricos generadores de calor, la mayoría combinan los tres sistemas —conducción, convección y radiación—, a excepción de la placa de inducción de la cocina y el microondas. Estos aparatos emiten ondas electromagnéticas que provocan el calor en el interior de la sartén o de la comida, respectivamente.
Hay aparatos calefactores que disponen de un motor interno para hacerlos rotar y así dirigir el calor hacia la zona deseada.
5 Elementos de control y protección 6 Simbología eléctrica
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
El principal recurso metodológico que se empleará en esta sección será relacionar el nombre de cada elemento de control con su función. Para ello, se puede pedir al alumnado que, tras observar su funcionamiento, realice un esquema en su cuaderno que represente gráficamente la explicación de cómo operan.
SOLUCIONES
6 Actividad de respuesta abierta.
7 El alumnado podrá dibujar un circuito con todos sus elementos en serie, o bien con unos elementos en serie y otros en paralelo. Es posible combinar los tres receptores de diferentes maneras, pudiéndose conectar de cinco formas distintas.
8 El circuito se compone de una batería, un interruptor (A), una lámpara, un fusible, un pulsador normalmente cerrado (B), un motor y un resistor.
a) Al cerrar A, funcionarían la lámpara, el motor y el resistor. El fusible no actuará, excepto si la corriente es excesiva. En ese caso, se comportaría como un interruptor abierto, dejando de funcionar todo el circuito.
b) Con el interruptor A cerrado, al pulsar B, se abre el circuito de su rama, haciendo que dejen de funcionar el motor y el resistor. La lámpara seguiría funcionando.
7 La resistencia eléctrica
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
La ley de Ohm, que a priori parece sencilla, es motivo de grandes dificultades para los estudiantes con destrezas matemáticas sin desarrollar. Para facilitar la comprensión y la aplicación de la ley de Ohm, se pueden plantear cuestiones como las siguientes: ¿qué tendríamos que hacer en un circuito para aumentar la intensidad manteniendo fija la resistencia? ¿Qué sucederá con la intensidad de la corriente si aumentamos la resistencia y mantenemos fijo el voltaje?
En este curso se enfocará el concepto de resistencia únicamente a los registros eléctricos, si bien hay que mencionar durante la clase que los conductores también ofrecen su resistencia eléctrica. Esta, en la mayoría de los casos, es insignificante, por lo que se simplificará la resistencia de los conductores a valor nulo. A modo de reto, se puede instar al alumnado a realizar una investigación para conocer cuáles son los factores que influyen en la resistencia de un conductor, expandiendo esta investigación a la comprobación de la influencia de estos factores en la determinación de la resistencia eléctrica de un conductor. Con esto se pretende simular los experimentos originales de Ohm, en los que sometía distintos conductores a un voltaje fijo. Como consecuencia, en cada uno se originaba una corriente eléctrica diferente. Este será el patrón de decisión que determine la resistencia de un conductor. Por último, es importante que el alumnado entienda el concepto de «intensidad máxima» o «límite de corriente eléctrica» en un conductor, que determina el valor máximo de corriente que puede soportar sin destruirse. Esta cuestión, que ha de evitarse en todos los cálculos eléctricos de un circuito con el fin de prevenir la destrucción de sus componentes por la circulación de corriente elevada, es aprovechada para incorporar elementos de protección como es el caso de los fusibles, que en definitiva son conductores calibrados para soportar sin fundirse hasta un valor máximo determinado de corriente.
SOLUCIONES
9 Por aplicación de la ley de Ohm: R = V = 24 V = 48 Ω I 0,5 A
10 Despejando el voltaje de la ley de Ohm:
11 Por aplicación de la ley de Ohm: I = V = 4,5 V = 0,05 A = 50 mA R 90 Ω
12 Intuyo y deduzco. Al tener la misma resistencia, cuando se dobla la intensidad, el voltaje se duplica:
Primer circuito: V1 = I1 · R1
Segundo circuito: V2 = I2 · R2
Como I2 es igual a 2 · I1 y además R1 = R2 = R, aplicamos estas relaciones a la ecuación del segundo circuito. Así: V2 = (2 · I1) · R = 2 (I1 · R), y dado que V1 = I1 · R, entonces V2 = 2 · V1
8 La potencia eléctrica
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
Aunque la potencia se expresa inicialmente en unidades del sistema internacional, en este apartado se explica la unidad técnica que el alumnado utilizará a lo largo de su posible futuro profesional relacionado con la tecnología o como usuario de la energía eléctrica: el kilovatio/hora (kWh).
Para completar el entendimiento de esta unidad técnica, es muy importante que se lleve a cabo la actividad propuesta, que tiene un enfoque doméstico y que resultará sencilla de entender
SOLUCIONES
13
a) R e = 1 Ω + 4 Ω + 3 Ω + 2 Ω = 10 Ω I = V = 9 V = 0,09 A Re 10 Ω
V1 = I · R1 = 0,9 A · 1 Ω = 0,9 V
V2 = I · R2 = 0,9 A · 4 Ω = 3,6 V V3 = I · R3 = 0,9 A · 3 Ω
V1 = I · R1 = 0,417 A · 4 Ω = 1,668 V
V2 = I
9 Disposición de receptores en un circuito
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
Es recomendable emplear, desde el principio de la explicación, los ejercicios resueltos a modo de ejemplo que faciliten al alumnado la organización de los datos a la hora de resolver un circuito serie o paralelo.
SOLUCIONES
15 a) Se trata de un circuito en serie en el que cuatro resistores de 100 Ω se reparten por igual el voltaje, al tener el mismo valor resistivo. Así, la resistencia equivalente es de:
Re = 100 Ω + 100 Ω + 100 Ω + 100 Ω = 4 · 100 Ω = 400 Ω
Por tanto, la corriente que circula por todas ellas será de:
I = 10 V = 0,025 A = 25 mA
400 Ω
El voltaje de cada uno de los resistores es:
VR = 0,025 A · 100 Ω = 2,5 V
b) Se trata de un circuito paralelo en el que el voltaje es aplicado directamente a cada resistor, circulando tantas corrientes diferentes como ramas hay. Así, la resistencia equivalente de este circuito en paralelo, al tratarse de cuatro resistores iguales de 100 Ω , será:
Re = 100 Ω = 25 Ω 4
Esto hace que la corriente que circula a través de la batería sea de valor:
IV = 10 V = 0,4 A 25 Ω
Cada una de las ramas está directamente conectada a la pila, por lo que la corriente por cada rama con resistor es:
IR = 10 V = 0,1 A
100 Ω
Obsérvese que los 0,4 A se repartirán por cada una de las ramas, cumpliéndose que:
IV = IR1 + IR2 + IR3 + IR4 = 0,1 A + 0,1 A + 0,1 A + 0,1 A = 0,4 A
16 a) Se iluminarán las lámparas L1, L2 y L4 por estar cerrados los interruptores S1 y S3, mientras que L3 permanecerá apagada, ya que S2 está abierto impidiendo que circule corriente por esa rama.
b) La lámpara L1 estará iluminada independientemente de la posición de los interruptores del circuito.
Por otro lado, al encontrarse los interruptores S1 y S2 abiertos, no permitirán el paso de corriente por ninguna de las lámparas restantes.
10 La placa protoboard
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
Como curiosidad, se puede comentar que el término inglés protoboard es una contracción de los vocablos, prototype y board, que significa tablero de prototipado. Sin embargo, sobre todo en Estados Unidos y Reino Unido, la placa de prototipado es conocida como breadboard. Antes, una breadboard era una tabla para cortar el pan, pero en los principios de la electrónica los pioneros usaban tablas similares para montar sus prototipos, compuestos por tubos de vacío, clavijas, etc., los cuales eran asegurados por medio de tornillos e interconectados usando cables. Aunque una vez adquirida cierta práctica con las placas de prototipado el conexionado resulta sencillo, al comienzo puede ser algo complejo. Para facilitar la comprensión de su funcionamiento, es buena práctica mostrar el conexionado de la placa retirando su parte inferior. Así podrán ver las chapas metálicas que conectan las diferentes hileras de agujerillos, observando cómo todos esos orificios permiten realizar la conexión entre los componentes que se sitúan en la misma hilera.
Actividad competencial: Laberinto eléctrico
Esta actividad competencial trabaja la competencia específica 2, abordar problemas tecnológicos con autonomía y actitud creativa, aplicando conocimientos interdisciplinares y trabajando de forma cooperativa y colaborativa, para diseñar y planificar soluciones a un problema o necesidad de forma eficaz, innovadora y sostenible.
Una de las soluciones posibles sería:
• Laberinto 2: G3-G6 y A12-A13
• Laberinto 3: F4-F5, I13-I14, B12-B16 y C5-C8
En situación: Diseñamos el esquema de un circuito
Con esta actividad competencial se aborda la competencia específica 4, describir, representar e intercambiar ideas o soluciones a problemas tecnológicos o digitales, utilizando medios de representación, simbología y vocabulario adecuados, así como los instrumentos y recursos disponibles, valorando la utilidad de las herramientas digitales para comunicar y difundir información y propuestas.
Una de las soluciones posibles sería:
11 El simulador de circuitos de Tinkercad
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
En este apartado se inicia al alumnado en el uso del simulador de circuitos eléctricos y electrónicos de Tinkercad. Al tratarse de un entorno muy intuitivo y sencillo de utilizar, el alumnado enseguida podrá comenzar a simular los circuitos. Además, la propia web de Tinkercad incluye numerosos ejemplos y ayudas para que cualquier estudiante pueda comenzar a diseñar circuitos de manera bastante autónoma.
SOLUCIONES
17 El de la figura es un circuito serie con una pila de 9 V y resistores de 4,7 kΩ y 3,3 kΩ
I = 1,125 mA
V4.7kΩ = 5,29 V
V3.3kΩ = 3,71 V
12 Las fuentes de energía
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
En esta sección se presentan las fuentes de energía, comenzando por la clasificación de las fuentes de energía primaria y secundaria. Aunque a priori puede parecer una explicación sencilla, el alumnado puede tener dificultades a la hora de distinguir cada clase, por lo que se recomienda realizar una explicación basada en imágenes relativas a cada una de las clases de fuentes. Es conveniente indicar al alumnado que, si bien la energía eólica se debe a los movimientos de masas de aire atmosférico captados por centrales eólicas, su origen inicial es también la energía del Sol.
Actualmente, las fuentes de energía no renovables son las más empleadas por la humanidad, pero la transición hacia energías limpias y renovables está ganando velocidad en todo el mundo. El alumnado ha de ser consciente de la necesidad de sustituir este tipo de fuentes de energía por otras respetuosas con el medioambiente y que no incrementen la huella de carbono, por la incorporación de CO2 a la atmósfera. Por otro lado, muchos países están desmantelando las centrales termonucleares a causa de lo peligrosos que pueden llegar a ser los accidentes en dichas centrales.
Según los miembros del IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), el grupo de expertos que estudian los efectos del cambio climático, existe una agenda internacional que todos los países han de seguir para tratar de limitar los daños en el medioambiente debido al cambio climático. Esto exige un rápido cambio de rumbo en el tipo de energías que consumimos. De ahí la necesaria transición hacia las energías renovables.
Se puede mencionar que la Unión Europea y países como China, Japón, Corea del Sur o Estados Unidos siguen investigando y apostando por la fusión nuclear, pues consideran que tiene el potencial de proporcionar una solución segura, rentable y sostenible para las necesidades energéticas mundiales.
SOLUCIONES
18 A través de https://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/es/informacion-energetica/datos-energeticos se puede acceder a toda la información, incluido el siguiente gráfico:
13 El código de eficiencia energética
SUGERENCIAS METODOLÓGICAS
Para poder entender el sentido de las etiquetas, habrá que explicar al alumnado dos términos que seguramente no entiendan en primera instancia: la eficiencia y el rendimiento. Para complementar la definición del libro del alumnado, se puede emplear un gráfico como este:
Energía perdida
Energía suministrada
Sistema o proceso
Energía útil
Se trata de describir las pérdidas de potencia de un sistema que da lugar al aprovechamiento de una energía útil final. Cuanto mayor sea el valor de la energía útil para una energía suministrada dada, mayor será la eficiencia del sistema.
Por tanto, el rendimiento es un valor cuantitativo (comprendido entre 0 y 1) que nos indica, precisamente, la eficiencia energética: cuanto más cerca esté el valor del rendimiento de 1, más eficiente será el sistema. Puede que ambos términos den lugar a confusión, pero hay que indicar al alumnado que son conceptos que definen la misma idea, de forma cualitativa en el caso de la eficiencia energética, y de forma cuantitativa por medio del valor del rendimiento.
SOLUCIONES
19 El alumnado deberá reflexionar sobre la importancia de ofrecer al público información precisa, reconocible y comparable sobre los electrodomésticos en relación con el consumo de energía, rendimiento y otras características. Contribuyendo, de esta manera, a reducir el consumo energético.
20 Se debe plantear la primera fase de la actividad como individual (que cada estudiante realizará con la ayuda de sus familiares), y la fase posterior de puesta en común de los datos, en el seno de un equipo de 4 o 5 estudiantes.
En caso de no encontrar la etiqueta en un determinado electrodoméstico, puede intentar leer, en la chapa de identificación del electrodoméstico, su año de fabricación y sus características eléctricas.
En cualquier caso, esta actividad pone en contacto al alumnado con los objetos reales, de forma que pueda experimentar la lectura de los datos que ha estudiado en un objeto real.
21 a) El de la izquierda es de la marca Balay y el de la derecha es de la marca Siemens.
b) El de la izquierda es una lavadora y el de la derecha es un frigorífico.
c) El más eficiente es el de la derecha, ya que es de categoría C, mientras que el de la izquierda es de categoría D.
d) Comparando el símbolo de ruido, el de la izquierda produce 74 dB con un nivel de ruido B mientras que el de la derecha es más silencioso, ya que produce 38 dB, categorizado como C.
e) Asumiendo que una lavadora se use 100 veces al año, el frigorífico consume 149 kWh, un consumo energético mayor que los 69 kWh anuales de la lavadora.
22 Las pulgadas son unidades propias del sistema imperial, también conocido como sistema inglés. Una pulgada corresponde a 2,54 centímetros.
23
Significado de los iconos
ICONO SIGNIFICADO
Número máximo de servicios (formados por plato, vaso y cubiertos), colocados según las especificaciones del fabricante, que el lavavajillas puede lavar en un ciclo.
Consumo de agua por ciclo del programa «eco», en decenas y unidades de litro.
Capacidad máxima de masa de ropa en kilogramos que se puede lavar simultáneamente en un ciclo de lavado.
Capacidad de un frigorífico, en litros.
FRIGORÍFICO
Duración del programa «eco» del electrodoméstico.
LAVADORA
Cantidad de ruido que genera un electrodoméstico, siendo A un nivel muy bajo y D un nivel muy alto de ruido.
Capacidad de escurrido de la ropa por centrifugado en una lavadora. Donde A corresponde a un alto grado de centrifugado, y G, a un mínimo grado.
Capacidad en litros de un congelador, ya sea independiente o combinado con un frigorífico.
Clasificación por electrodoméstico
CONGELADOR
LAVAVAJILLAS
VARIOS ELECTRODOMÉSTICOS
Significado de pictogramas (de izquierda a derecha):
Primera fila:
1. Mediante las letras XY se indica el número máximo de servicios (formados por plato, vaso y cubiertos), colocados según las especificaciones del fabricante, que el lavavajillas puede lavar en un ciclo.
2. Las letras XY identifican el consumo de agua por ciclo del programa «eco», en decenas y unidades de litro.
3. Las letras XYZ identifican en decenas, unidades y décimas la capacidad máxima de masa de ropa en kilogramos que se puede lavar simultáneamente en un ciclo de lavado.
4. Se indica mediante las letras XYZ —centenas, decenas y unidades— la capacidad de un frigorífico, en litros.
Segunda fila:
1. Indica, en horas y minutos, la duración del programa «eco».
2. Indica la cantidad de ruido que genera un electrodoméstico en decibelios. Debajo del pictograma se establece una escala de A a D, donde A es bajo ruido y D es ruido elevado. En este pictograma se resalta la letra B indicando una generación de ruido de baja a moderada.
3. En este pictograma se representa el símbolo del escurrido por centrifugado para la ropa en una lavadora. Se indica una escala desde la letra A hasta la letra G, donde A corresponde con un alto grado de centrifugado, y G, un mínimo grado. La letra que sobresale, en este caso la letra B, identifica la característica de este electrodoméstico.
4. Las letras XYZ indican en centenas, decenas y unidades los litros de capacidad de un congelador, ya sea independiente o combinado con un frigorífico.
STEAM Power
SUGERENCIAS
METODOLÓGICAS
STEAM Power es una sección pensada para reforzar y ampliar los contenidos de cada unidad a través de la lectura, pilar fundamental del aprendizaje en todas las materias. Los textos propuestos presentan uno o varios perfiles científicos relacionado con lo estudiado en la unidad, un centro de investigación y una profesión vinculada también a los contenidos. El hilo conductor de la sección son las power skills que necesitamos poner en juego en los distintos ámbitos de la actividad científica. Conocer el modo concreto en que estas habilidades han contribuido a hacer avanzar el conocimiento y cómo se utilizan en cada profesión motivará al alumnado para intentar desarrollarlas y tomar conciencia de su importancia.
Protagonista: Amory Bloch Lovins
El objetivo de este apartado es acercar a los estudiantes algunas de las figuras científicas más relevantes de la Historia relacionadas con los contenidos que han estudiado en la unidad, tanto por sus contribuciones profesionales como por las power skills que desplegaron a lo largo de su carrera. En este caso, hemos elegido a Amory Bloch Lovins, físico que acuñó el concepto de «negaWatt» para pensar en la energía en términos de ahorro y no de producción. En su trabajo diseñando proyectos sostenibles desde el punto de vista energético, ha destacado por la aplicación de power skills como la resiliencia, el aprendizaje constante y la capacidad de tomar decisiones efectivas bajo presión ante los desafíos urgentes que plantea el cambio climático.
Propuesta de actividad
Antes de la lectura
Podemos pedirle al alumnado que investigue sobre el concepto de «NegaWatt» y sus implicaciones a la hora de pensar en el desarrollo de sistemas energéticos sostenibles.
Durante la lectura
Buscamos el significado de las palabras o expresiones que no entendamos y apuntamos en un guion las ideas principales del texto.
Después de la lectura
• Investigamos sobre la vida y el trabajo Amory Bloch Lovins.
• Buscamos en su biografía algún ejemplo de situación o proyecto en el que haya tenido que aplicar alguna de las power skills mencionadas en el texto.
• Reflexionamos sobre cómo podríamos aplicar nosotros el concepto de «Negawatt» para implantar mejoras en la sostenibilidad energética de nuestro centro.
Mi profesión, ingeniera en eficiencia energética
El objetivo de este apartado es familiarizar a los estudiantes con una profesión ligada a los contenidos de la unidad y resaltar las habilidades necesarias para ejercerla. Con ello, estamos contribuyendo a la orientación profesional del alumnado, tal y como exige el marco legal vigente para este nivel educativo.
En este caso, hemos elegido a Azucena, que es ingeniera en eficiencia energética. En el texto nos cuenta la formación que ha recibido para dedicarse a esta profesión, las power skills que ha tenido que desarrollar y las distintas tareas que afronta en su trabajo.
Propuesta de actividad
Antes de la lectura
Podemos plantearnos qué habilidades necesitaríamos para implantar un plan de mejora energética en nuestras casas.
Durante la lectura
Buscamos el significado de las palabras o expresiones que no entendamos y apuntamos en un guion las ideas principales del texto.
Después de la lectura
• Relacionamos la profesión de Azucena con los contenidos estudiados en esta unidad teniendo en cuenta las distintas modalidades y especialidades de esta ingeniería.
• Reflexionamos sobre las power skills de Azucena. ¿Por qué en su trabajo es fundamental la creatividad?
• Investigamos sobre las instituciones en España que ofrecen formación para realizar la profesión de Azucena.
Mejorando la eficiencia energética de tu casa – Orientaciones metodológicas para realizar la actividad
Esta actividad permitirá al alumnado aplicar las power skills de una ingeniera en eficiencia energética a una mejora concreta en la vivienda de cada uno. Para realizarla, es importante insistir en que no se trata de un proyecto teórico, sino de un plan efectivo que podemos llegar a implantar, con ayuda de nuestras familias, en nuestros domicilios.
Como complemento de la actividad, podemos realizar un reportaje de los pasos seguidos para convertir el proyecto en una realidad.
Porfolio
SOLUCIONES
Las magnitudes eléctricas
2 El circuito que se describe en el enunciado se representa a continuación, y el timbre
drá una resistencia eléctrica de:
R = 4,5 V = 90 Ω 0,05 A
3 I t = I 1 + I 2 = 250 mA + 100 mA = 350 mA = 0,35 A
Re = 12 V = 34,29 Ω 0,35 A
4 Se iluminarán más si se conectan en paralelo. Si se realiza el cálculo de corriente por cada lámpara, la corriente por cada una de ellas será:
9 V = 90 mA
100 Ω
En el caso de conectarse en serie, la corriente será:
9 V = 30 mA
300 Ω
Además de circular más corriente eléctrica por cada lámpara, cada una dispone de más voltaje en el caso de conectarse en paralelo. En paralelo tendrán 9V cada lámpara, mientras que en serie tendrán 3V. Más corriente y más voltaje supondrá mayor nivel de energía. Por lo tanto, la mayor iluminación se conseguirá con el circuito paralelo.
La asociación de receptores en un circuito
5 a) Re = 33 Ω + 60 Ω + 84 Ω = 177 Ω
b)
d) 1 = 1 + 1 + 1 = 1 + 1 + 1 = Re R1 R2 R3
Ω
Ω 3 + 2 + 3 = 8 = 1 600 Ω 600 Ω 600 Ω 600 Ω 75 Ω
Invirtiendo el resultado, Re = 75 Ω
Los circuitos eléctricos
7 Utilizando los circuitos de la actividad 5:
a) I = V = 9 V = 0,0508 A = 50,8 mA
Re 177 Ω
b) I = V = 9 V = 0,0103 A = 10,3 mA
Re 870 Ω
c) I = V = 9 V = 0,0115 A = 11,5 mA
Re 780 Ω
d) I = V = 9 V = 0,0007 A = 0,7 mA
Re 11500 Ω
Utilizando los circuitos de la actividad 6:
a) I = V = 6 V = 0,18 A = 180 mA Re 33,334 Ω
b) I = V = 6 V = 0,02 A = 20 mA
Re 300 Ω
c) I = V = 6 V = 0,265 A = 265 mA Re 22,5 Ω
d) I = V = 6 V = 0,08 A = 80 mA Re 75 Ω
8 a) Re = R1 · R2 = 1000 Ω · 3000 Ω = 750 Ω R1 + R2 1000 Ω + 3000 Ω I = V = 50 V = 0,0667 A = 66,7 mA Re 750 Ω
Como los resistores están conectados en paralelo, todos ellos reciben el mismo voltaje. I1 = V = 50 V = 0,05 A = 50 mA
R1 1000 Ω I2 = V = 50 V = 0,00167 A = 16,7 mA R2 3000 Ω
b) 1 = 1 + 1 + 1 = 1 + 1 + 1 = Re R1 R2 R3 10 Ω 105 Ω 45 Ω 9 + 6 + 2 = 17 = 1 90 Ω 90 Ω 90 Ω 90 Ω 5,294 Ω
Invirtiendo el resultado, Re = 5,294 Ω = 5294 Ω
I = V = 120 V = 0,022 A = 22 mA
Re 5294 Ω
Como los resistores están conectados en paralelo, todos ellos reciben el mismo voltaje.
I1 = V = 120 V = 0,012 A = 12 mA
R1 10 000 Ω
I1 = V = 120 V = 0,008 A = 8 mA
R2 15 000 Ω
I1 = V = 120 V = 0,002 A = 2 mA
R3 45 000 Ω
9 En el circuito en serie, se parte del cálculo de la resistencia equivalente mediante la suma de los valores de los resistores de 15 k Ω y 5 k Ω , obteniendo 20 k Ω . Al aplicar la ley de Ohm para calcular la corriente:
I = V = 9 V = 0,00045 A = 0,45mA R 20 000 Ω
Por otro lado, si ambos resistores se conectan en paralelo, cada uno de ellos tendrá un voltaje igual que el de la pila; es decir, 9 V. Esto hará que la circulación de corriente por cada uno sea de 9 V/15 kΩ = 0,6 mA y de 9 V/5 kΩ = 1,8 mA, respectivamente. La suma de ambas nos dará el valor de corriente que fluye desde la pila; es decir, 2,4 mA.
Al aplicar la ley de Ohm al valor de la pila y de la corriente que circula por ella, se obtendrá el valor de la resistencia equivalente que representa el paralelo de ambos resistores; es decir:
R = V = 9 V = 3750 Ω = 3,75 mA I 0,0024 A
Este valor también se puede calcular aplicando la fórmula de obtención de la resistencia equivalente en paralelo a partir de los dos resistores conectados según esta asociación: la inversa de la suma de las inversas o, también, el producto dividido por la suma de dichas resistencias.
Re = R1 · R2 = 5 Ω · 15 Ω = 75 Ω = 3,75 Ω R1 + R2 5 Ω + 15 Ω 25 Ω
10 Efecto y alcance. La energía eléctrica es la base de nuestra civilización, sin duda alguna. Este hecho, junto con el transporte por carretera, ha modificado el aspecto de nuestro planeta; sobre todo, en los lugares donde nos concentramos los seres humanos.
Aparentemente, la energía eléctrica no tiene más que ventajas, pero, si la analizamos, la mayoría de los inconvenientes proviene de la generación y el transporte de este tipo de energía. Los sistemas más utilizados para generarla son las centrales térmicas y nucleares. Un futuro de generación energética sostenible, principalmente basada en las energías alternativas, acabaría con muchos de sus inconvenientes, relacionados principalmente con el cambio climático y la contaminación.
11 Asamblea de ideas. Este es un buen ejercicio de reflexión para convencerse de las múltiples medidas que se pueden tomar para reducir el consumo eléctrico. Entre estas, se encuentran:
Cambiar las bombillas por otras de bajo consumo.
Tener una actitud responsable a la hora de encender y apagar las luces a las estrictamente necesarias.
Reducir el número de aparatos en stand-by.
Instalar aleros más anchos en los tejados para generar sombra en verano.
Dedicar las aulas con mayor exposición al sol a las clases en invierno y las menos expuestas a las clases en verano.
Regular el termostato de la calefacción en invierno a una temperatura más baja.
Regular el termostato del aire acondicionado a una temperatura más alta.
La construcción del aerogenerador constituye una oportunidad para aplicar lo aprendido de forma holística, poniendo en valor el funcionamiento de la energía eólica.
Con el objeto de estructurar el análisis de la contribución de los distintos componentes del aerogenerador al funcionamiento global del sistema se propone el uso de la técnica de pensamiento «Las partes suman».
Una vez completados, lo ideal es exponer todos los aerogeneradores en lugares visibles e invitar al alumnado a explorar en profundidad el trabajo de sus compañeros y compañeras, planteando preguntas y ofreciendo soluciones a los problemas detectados.
ANOTACIONES
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