Introducción
Los alumnos explorarán las diferencias entre la energía solar pasiva y la activa, y realizarán experimentos que demuestran cómo la energía térmica del Sol puede aprovecharse y transferirse de manera eficiente. Al estudiar la transferencia térmica, los alumnos aprenderán cómo el diseño solar pasivo puede ayudar a satisfacer las necesidades energéticas y mejorar la eficiencia energética.
Objetivos de los alumnos
Los alumnos podrán:
- Explorar la diferencia entre la energía solar pasiva y la activa.
- Probar y recopilar datos sobre dos modelos diferentes de calentamiento solar.
- Analizar los costos y beneficios de la construcción y el diseño en el mundo real.
Materiales
Para los experimentos solares: (para cada grupo de 3 a 4 alumnos)
- Caja de zapatos u otro recipiente de cartón
- Papel de construcción negro
- Envoltura plástica transparente o funda protectora de plástico
- Cinta adhesiva
- Taza pequeña de color negro o lata de aluminio
- Agua a temperatura ambiente
- Pajilla
- Termómetro de sonda
- Luz solar directa o lámpara de calor
- Cronómetro o temporizador
- Kit de Flinn Scientific (opcional): kit completo de laboratorio disponible aquí: Solar Ovens Kit
Procedimiento
Paso 1: Introducción
Entregue a los alumnos la hoja de trabajo «Actividad de lectura e instrucciones de investigación» y pídales que trabajen en parejas para leer la historia «Un concurso de repostería con energía solar» y luego respondan las preguntas de reflexión. Pida a los alumnos que compartan sus respuestas y planteen preguntas en una discusión grupal sobre la energía solar pasiva frente a la activa. Como alternativa, el profesor puede leer la historia a la clase y dirigir una discusión grupal sobre las preguntas de reflexión.
Paso 2: Experimentos
Divida a la clase en grupos de 2 a 3 alumnos y pídales que sigan las instrucciones de la hoja de laboratorio para realizar los experimentos de energía solar pasiva y activa.
Paso 3: Debate en clase
Después de completar los experimentos y sacar conclusiones, guíe a los alumnos en una discusión en clase, estableciendo conexiones con el mundo real mediante las siguientes preguntas de debate y la tabla de características:
- ¿Cómo se utilizan la energía solar pasiva y la activa para calentar y enfriar edificios reales?
- ¿Cuáles son los costos y beneficios de cada una?
- ¿Cómo podría el diseño solar pasivo contribuir a la arquitectura sostenible?
- ¿En qué situación sería más eficaz cada método (por ejemplo, en climas cálidos frente a climas fríos)?
Tabla de características de la energía solar pasiva y activa
| Característica | Energía solar pasiva | Energía solar activa |
|---|---|---|
| ¿Necesita energía mecánica? | No | Sí |
| ¿Cómo se recolecta la energía? | Se absorbe y se almacena | Utiliza dispositivos mecánicos para transferir energía |
| Ejemplo | Invernaderos, solarios | Calentadores solares de agua, paneles solares |
| ¿Costo? | Más económica (pocos materiales) | Más costosa (requiere equipo) |
| ¿Mantenimiento? | Bajo (una vez construida) | Mayor (requiere mantenimiento continuo) |
Paso 4: Ideas de ampliación
Pida a los alumnos que modifiquen los diseños para mejorar la absorción de calor, o que realicen pruebas con diferentes materiales (revestimiento de papel aluminio, distintos colores, etc.).
Clave de respuestas del laboratorio de energía solar activa y pasiva
La Guía del alumno contiene las preguntas del «Laboratorio de energía solar activa y pasiva – Alumno».
Clave de respuestas de las preguntas de reflexión:
Pregunta 1: (Respuesta de ejemplo): Mia utilizó un método de energía solar pasiva, dejando que el calor del Sol calentara naturalmente sus galletas dentro de una caja cubierta con plástico. Jake utilizó un método de energía solar activa, que incluía herramientas adicionales (espejos y un ventilador) para que las galletas se hornearan más rápido.
Pregunta 2: (Respuesta de ejemplo): El método de Mia tardó más tiempo porque no utilizó ningún dispositivo para acelerar el calentamiento. La energía del Sol tuvo que calentar lentamente el interior de su caja, y el calor se mantuvo principalmente en un solo lugar.
Pregunta 3: (Respuesta de ejemplo): Jake utilizó espejos reflectantes para enfocar aún más luz solar sobre sus galletas y un ventilador con energía solar para hacer circular el aire caliente. Esto hizo que el horno se calentara más rápido y distribuyera el calor de manera uniforme.
Pregunta 4: Las respuestas pueden variar.
Hipótesis
(Respuesta de ejemplo): Creo que el modelo de energía solar activa producirá el mayor cambio de temperatura, porque la pajilla ayudará a mover el aire como un ventilador y distribuirá el calor de manera más uniforme dentro de la caja.
Conclusión
Pregunta 1: (Respuesta de ejemplo): El método de energía solar activa tuvo el mayor cambio de temperatura. El agua de la taza se calentó más en la configuración activa que en la pasiva.
Pregunta 2: Las respuestas pueden variar.