Aplicación Ecológica en la Ingeniería a través de la energía Superior

Transcripción

1 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Aplicación Ecológica en la Ingeniería a través de la energía Superior JOSHUA ROSA LIZARDI VERANO

2 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Energía Solar JOSHUA ROSA LIZARDI VERANO

3 Conceptos a trabajar 1. La luz 1. Refracción 2. Reflexión 3. Energía Solar 2. Propiedades de los Materiales 1. Aislante 2. Conductor 3. Semiconductor 3. Placas fotovoltaicas 3

4 Como funciona la luz 1. Cuáles son algunas de las propiedades más comunes de la luz? 2. La luz tiene un color o varios? 3. La luz viaja como una onda, como un rayo o como una corriente de partículas? 4

5 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #1.1 DEMOSTRACIÓN DE REFRACCIÓN 5

6 Materiales 1. Vaso de cristal 2. Agua 3. Lápiz o bolígrafo 6

7 Instrucciones 1. Colocar un envase transparente sobre una mesa. 2. Poner un lápiz, bolígrafo o regla en el envase de manera que parte de él sobresalga. 3. Verter agua en el envase. 1) 2) 3) 7

8 Por qué el lápiz aparenta estar virado? 8

9 Refracción La refracción es una modificación de la dirección de una onda cuando ésta pasa de un medio a otro. [ 9

10 Lo que sucedió con el lápiz, bolígrafo o regla LUZ LUZ Aire Agua 10

11 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #1.2 DEMOSTRACIÓN DE REFLEXIÓN 11

12 Materiales 1. Vaso de cristal 2. Agua 3. Moneda 12

13 Instrucciones 1. Colocar una moneda sobre una mesa. 2. Colocar el vaso de cristal sobre la moneda. 3. Verter el agua dentro del vaso. 13

14 Por qué la moneda desaparece? 14

15 Reflexión La reflexión es un fenómeno que tiene lugar cuando una luz que tiene incidencia sobre un cierto material es reflejada. Esto quiere decir que la reflexión implica una modificación en la dirección de dicha luz, ya que ésta vuelve a su medio. [ 15

16 Planicies de sal 16

17 Lo que sucedió con la moneda LUZ LUZ 17

18 Energía solar Es el tipo de energía que se obtiene al captar el calor y la luz que emite el sol. Por sus características la energía solar es limpia y renovable. [ 18

19 Energía Solar Cada año, el Sol irradia suficiente energía en la tierra para satisfacer el consumo energético de la humanidad 6,000 veces. No solo eso, es prácticamente inexhaustible. El Sol va a seguir alumbrando por varios billones de años. Por otro lado, la energía del Sol solo está disponible durante el día, así que normalmente se necesita almacenarla. La energía del Sol se esparce sobre un área grande; por consecuente aparatos complejos y costosos son necesarios para capturar su energía en cantidades usables. Mientras más cerca del ecuador, mayor es la cantidad de energía por cantidad de área. 19

20 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #2 Power House ENSAMBLAJE DE LA CASA DE POTENCIA 20

21 Materiales 1. Partes en polietileno de la casa ( Power house kit, pag. 2): a) Secciones del techo y la base b) Pared puntiaguda con sección de puerta c) Pared puntiaguda con ventana d) Pared cuadrada con dos puertas e) Pared cuadrada con ventana 2. Presillas de contacto x 4 3. Cubierta del solárium 4. Ventanas de cartón 5. Exacto 21

22 7) Ensamblaje Véase página 10 en el manual. 1) 3) 5) 8) 2) 4) 6) 9) 22

23 Cómo la energía solar afecta los hogares? REFIÉRASE A LOS EXPERIMENTOS #12 AL #17 (PÁGS ) 23

24 Corriente eléctrica Es la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado. En qué dirección se mueve la corriente? 24

25 Corriente eléctrica Es la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado. La corriente eléctrica siempre se mueve del polo negativo al positivo de la fuente de voltaje. En qué dirección se mueve la corriente? VÉASE EXPERIMENTOS #63, #64 Y #65 PÁGS. 42 Y 44 25

26 No conductores y conductores AISLANTE Se refiere a un material que impide el paso o la transmisión de sonido, calor, humedad, electricidad, etc. SEMICONDUCTOR Se refiere a un material aislante que bajo ciertas circunstancias, se vuelve conductor CONDUCTOR Se refiere a un material que tiene la facilidad de permitir el movimiento de las cargas. Sus átomos se caracterizan por tener muchos electrones libres y aceptarlos o cederlos con facilidad; por lo tanto son materiales que conducen electricidad. VÉASE EXPERIMENTO #67 PÁG

27 Diodo emisor de luz Los diodos emisores de luz o LEDs por sus siglas en inglés son componentes electrónicos modernos. Están hechos de un pequeño cristal incrustado en un contenedor plástico. Si electricidad fluye atreves de un LED, una porción de la energía es convertida en luz y sólo permite que la corriente fluya en una sola dirección. VÉASE EXPERIMENTOS #68 PÁG. 44Y 45 27

28 Fotosíntesis vs. Fotovoltaico 28

29 Aprovechando la energía del Sol FOTOSÍNTESIS Es utilizado por las platas para convertir bióxido de carbono en carbohidratos, y a su vez en oxígeno. Después de que la planta absorbe la luz a través de el pigmento de la planta y es convertido en energía en un proceso químico. Al contrario de las celdas solare, las plantas pueden almacenar la energía absorbida y usarla en otra ocasión. PLACA FOTOVOLTAICA Es un dispositivo hecho por el humano que convierte energía solar en electricidad. Los fotones en la luz solar reacciona con el silicón en la celda solar para causar una transferencia de energía. Las celdas solares son mas eficientes en convertir los fotones de la luz en energía. 29

30 Fotosíntesis 1. Los cloroplastos en la planta absorben la energía solar. 2. Por otro lado agua entra a la hoja. La hoja utiliza la luz y el agua para producir energía química. 3. A su vez la hoja aspira bióxido de carbón. Ella utiliza esto y la energía química para producir azúcar. 4. El azúcar sale de la hoja para alimentar la planta. 30

31 Placa Fotovoltaica 1) 3) 2) 4) 31

32 Placa Fotovoltaica Celda 32

33 Irradiación solar Es una medida de la irradiación producida por el Sol en la forma de radiación electromagnética, lo que es percibido por los seres humanos como luz solar. GoeModel (2014). Global map. solargis.info 33

34 Eficiencia Es la razón entre la energía aprovechada en comparación con la energía total suplida. Normalmente se expresa con decimales o porciento. La eficiencia promedio de una celda solar es de 15% E = Energía aprovechada de salida Energía total entrando 34

35 Actividad #3 DETERMINANDO LA ENERGÍA PRODUCIDA POR LA PLACA SOLAR 35

36 Instrucciones 1. Utilizar una regla para determinar el área de la celda solar. 2. Determinar la energía toral recibida utilizando la irradiación. 3. Calcular la energía absorbida por la celda solar. Irradiación Solar Mes Irradiación(kWh/(m 2 *day)) Ene 5.42 Feb 5.88 Mar 6.29 Abr 6.12 May 6.00 Jun 6.49 Jul 6.38 Ago 5.86 Sep 5.71 Oct 5.69 Nov 5.24 Dic

37 Flujo de energía en la celda solar

38 Musgo 1. Al musgo le gusta crecer en áreas con sombra. 2. Normalmente en el hemisferio norte el musgo crece mirando hacia el norte. 3. En el hemisferio sur normalmente el musgo crece mirando hacia el sur. 38

39 Cómo se puede aplicar este conocimiento a las celdas solares? REFIÉRASE A LOS EXPERIMENTOS #72 Y 73 PAG

40 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Energía Eólica JOSHUA ROSA LIZARDI VERANO

41 Energía eólica Es el tipo de energía renovable que se captura la fuerza del viendo para generar energía eléctrica. [ 41

42 Qué es el viento? El viento es definido como una corriente de aire en grandes proporciones. Este es un fenómeno que surge a partir de una serie de condiciones atmosféricas. [ 42

43 Cómo se genera el viento? El sol calienta la superficie de la tierra y a su vez el aire se calienta. No todas las partes de la tierra se calientan uniformemente y esto crea diferencias en temperatura. El aire caliente pesa menos que el frio y se eleva. Luego el aire frio se mueve para reemplazar el caliente y este movimiento es lo que hace soplar el viento. 43

44 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #4.1 DEMOSTRACIÓN DE MOVIMIENTO DE AIRE 44

45 Materiales 1. Papel de seda 2. Tijera 3. Encendedor o fosforos 45

46 Instrucciones 1. Cortar un cuadrado con el papel de seda de cuatro pulgadas. 2. Enrollar el papel en una bola y luego enderezarlo 3. Doblar el papel de manera que forme un cilindro. 4. Colocar el cilindro en una superficie resistente al fuego. 5. Encender un extremo del cilindro y ver la ciencia

47 Lo que esta sucediendo C a li e n t e Frio Frio 47

48 El viento de día y de noche Durante el día: La tierra calienta mas rápido que el mar. El aire caliente de la tierra se eleva. A su vez el aire frio del mar se mueve hacia la tierra para ocupar el espacio de el caliente. Durante la noche: El agua tiene la capacidad de retener por mas tiempo el calor y calienta el aire sobre el. El aire caliente de el mar se eleva. A su vez el aire frio del la tierra se mueve hacia el mar para ocupar el espacio de el caliente. 48

49 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #4.2 DEMOSTRACIÓN DE CONVECCIÓN 49

50 Instrucciones 1. Refiérase al experimento 28 en la página 22 del manual. 2. Pasar un pedazo de hilo por el centro del espiral y hacer un nudo en un lado. 3. Colocar el espiral sobre una fuente de calor (tener cuidado de no acercarlo mucho). 2) 50

51 Por qué el espiral gira? 51

52 Lo sucede con el espiral Aire 52

53 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #4.3 DETERMINANDO LA DIRECCIÓN DEL VIENTO 53

54 Instrucciones 1. Refiérase al los experimentos 78 y 88 en las páginas 50 y 57 del manual. 2. Utilizar un secador de pelo o abanico como fuente de viento 3. Cambiar la dirección del viento y observar el cambio. [ 54

55 Describe el fenómeno en términos de fuerza energía y trabajo 55

56 Fuerza Trabajo Energía 56

57 Tipos de generadores eólicos 57

58 Generador horizontal 58

59 Energía de un generado horizontal eólico 59

60 Generador vertical (Savonius) 60

61 Generador vertical (Savonius) 61

62 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #5.1 DEMOSTRANDO LA FUERZA GENERADA POR EL VIENTO 62

63 Instrucciones 1. Refiérase al los experimentos 79 y 86 en las páginas 50 y 56 del manual. 2. Utilizar un secador de pelo o abanico como fuente de viento 3. Compara el peso que cada tipo de aspa puede levantar. [windturbineshome.net] 63

64 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #5.2 GENERADOR EÓLICO 64

65 Instrucciones 1. Refiérase al experimento 80 en la página 52 del manual para el ensamblaje de la turbina. 2. Para el funcionamiento del generador refiérase al los experimentos 81 y 82 en la página 53 del manual. 3. Colocar el espiral sobre una fuente de calor (tener cuidado de no acercarlo mucho). [chavawindenergysolutions.wordpress.com] 65

66 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Actividad #6 PEQUEÑO BOTE SOLAR 66

67 Proyecto de diseño 1. Con lo aprendido de las aspas en la actividad 5.1 y refiriéndose al experimento 89 en la página 57, diseñe y construya un pequeño bote solar. 2. El bote puede tener la forma y el tamaño deseado. 3. Debe evitar que los componentes eléctricos entren en contacto con el agua. [ 67

68 MATH AND SCIENCE PARTNERSHIP FOR THE 21 ST CENTURY HIGH SCHOOL TEACHERS MSP21 PHASE IV Gracias por su Atención 68