QUINTO GRADO - UNIDAD 6 - SESIN 11

Indagamos sobre el usodel vapor como fuente de energa

Es el vapor una fuente de energa?La mquina a vapor fue un gran invento en el siglo XVII, pues

contribuy al desarrollo de la era industrial. En estas mquinas seutiliz la energa de las partculas de vapor de agua que se muevena gran velocidad. Y es que la energa del vapor, al ser transferidaa otras mquinas, las hace moverse. Dada la importancia de estefenmeno, los estudiantes indagarn cmo fue posible transferir

la energa del vapor a otras mquinas y mecanismos, convirtiendoas al vapor en fuente de energa mecnica. Al indagar formularn

preguntas e hiptesis, harn experimentos y contrastarn susresultados con informacin confiable.

? Revisa previamente informacin sobre diversas mquinas a vapor empleadas en la antigedad.? Revisa el planeamiento y la secuencia de esta sesin.? Provete de materiales para construir y hacer funcionar un botecito a vapor.? Prepara las fichas de trabajo y los esquemas de la sesin.? Busca imgenes de mquinas a vapor.

Materiales o recursos a utilizarPapelotes, hojas bond, cinta adhesiva.Imgenes de mquinas a vapor.Libro Ciencia y Ambiente 5.Cartulinas, plumones gruesos.Anexos 1 y 3.

rea curricular de Ciencia y Ambiente

Competencia(s), capacidad(es) e indicador(es)a trabajar en la sesin

COMPETENCIAS CAPACIDADES INDICADORES

Indaga mediante mtodoscientficos situaciones que puedenser investigadas por la ciencia.

Problematiza situaciones. Formula preguntas que involucranlos factores observables, mediblesy especficos seleccionados,que podran afectar un hecho ofenmeno.Formula una hiptesis,considerando la relacin entrela variable que va a modificar(independiente), seleccionada porel docente, y la que va a medir(dependiente).

Explica con conocimientoscientficos el mundo fsico.

Comprende y aplica conocimientoscientficos.Argumenta cientficamente.

Responde interrogantes planteadascon base en la informacinconsultada en diferentes fuentes.

Momentos de la sesin

1. INICIOSaluda a los estudiantes y recurdales que en la sesin anteriorestudiaron las mquinas a vapor del pasado y su impacto en laindustria.A continuacin, pdeles que observen las imgenes de diversasmquinas a vapor. Proponles responder a las siguientes preguntas:ser posible utilizar el vapor para mover cosas, como barcos otrenes, por ejemplo?; qu mquinas a vapor conocen y cules sonsus aplicaciones?Despus de escuchar sus respuestas, comunica el propsito de lasesin: hoy investigarn sobre cmo utilizando el vapor del aguase puede mover objetos; averiguarn sobre el uso del vapor enalgunas mquinas o artefactos; formularn preguntas e hiptesis, yanalizarn sus datos para extraer conclusiones. Adems, indagarnsi el uso del vapor es una fuente de energa limpia y sostenible.Finalmente, evaluarn y comunicarn sus conclusiones.Pide a los estudiantes que elijan, de su cartel, una o dos normas deconvivencia, para ponerlas en prctica durante la presente sesin.

2. DESARROLOLPlanteamiento del problema

En grupo claseRotula las mquinas a vapor que previamente les presentaste.Luego muestra el modelo de botecito a vapor, cuya construccinse halla en el Anexo 2, y pregunta: qu creen que requiere estebotecito para poder moverse?, qu tipo de combustible podramosusar?, creen que lo podramos hacer funcionar con vapor?Aclrales esta idea:

Un objeto puede moverse cuando se le proporciona la energanecesaria para hacerlo; por ejemplo, cuando empujamos con nuestrafuerza un mueble para moverlo de un lugar a otro, lo que hacemoses transferir nuestra energa al objeto mueble, y, como resultado, elmueble se mueve.

En pequeos gruposA continuacin, organiza a los estudiantes en grupos de trabajo decuatro miembros y escribe en la pizarra la siguiente pregunta, queinvestigarn:

Cmo creen que el vapor de agua puede hacer mover los objetos?

Planteamiento de hiptesis

Muestra el funcionamiento del bote pop-pop a vapor. Brinda a losestudiantes una explicacin sencilla de lo ocurrido con la energay luego escucha atentamente sus apreciaciones y opiniones, perono absuelvas la pregunta, por el contrario, haz las repreguntas quesean necesarias y registra sus respuestas.Hazles notar que la pregunta que has planteado est relacionadacon la transferencia de energa y que ser motivo de indagacin.Espera respuestas variadas cuando entregues a los grupos imgenesde diversas mquinas.Indica que cada grupo deber especificar sus preguntas segn lamquina que les toque; por ejemplo: cmo creen que la energadel vapor de agua se transfiere al motor a vapor, o al barco a vapor,o a la locomotora a vapor, o al auto a vapor?

Analiza con los estudiantes la pregunta y pdeles que planteen susposibles respuestas sin ayuda de ninguna informacin adicional,solo sobre la base de su observacin de la mquina y de sussaberes previos. Anota sus respuestas en la pizarra y trata deconsolidarlas.

Elaboracin del plan de indagacin

Propn a los estudiantes que, para dar respuesta a la preguntaplanteada, recuerden informacin sobre lo siguiente: qu es unamquina a vapor?, cules son sus principales componentes?,qu aplicaciones tienen?, cmo se aprovecha el vapor para sufuncionamiento?Si tienes los medios, pdeles que revisen el video La mquina devapor1.De ser posible, distribuye a cada grupo una XO u otras fuentesbibliogrficas que se refieran a las mquinas a vapor y sufuncionamiento.Pdeles que piensen y propongan su plan de indagacin. Losestudiantes realizarn su esquema en un papelote. Acompalos enla elaboracin de ese plan.Solictales que al final de su indagacin elaboren una sntesis de lainformacin, que les permita sustentar su respuesta.Luego, pdeles que, con toda la informacin obtenida de las diversasfuentes utilizadas (incluida internet), respondan a la pregunta deindagacin. En este punto, indcales que pueden plantear su propioesquema de registro de informacin o, si consideras conveniente,faciltales el Anexo 3.Finalmente debern preparar su exposicin oral sobre lo siguiente:cmo el vapor de agua se convierte en energa mecnica, segn lamquina a vapor que le toc a cada grupo?

Anlisis de resultados y comparacin de las hiptesis

Examina con los estudiantes lo que van presentando como resultadoy dales sugerencias para que puedan analizar sus resultados yconstatar de manera adecuada sus hiptesis.En la sistematizacin, pdeles que lean las respuestas que plantearona la pregunta de investigacin y que indiquen si sus prediccionesfueron correctas o no.

1Recuperado de Annimo (s/f). La mquina de vapor. s/l. Consulta: 4 de julio de 2015.

Indcales que, si fueron correctas, han validando sus hiptesis; encaso contrario, sus hiptesis deben ser rechazadas y replanteadas.Indcales que tomen en cuenta que para determinar la validez de sushiptesis debern organizar los datos obtenidos en sus indagaciones ycomparar resultados.A continuacin, reflexiona con los estudiantes acerca de lassimilitudes en sus conclusiones sobre el aprovechamiento del vaporpara el funcionamiento de diversas mquinas.

Estructuracin del saber construido como respuesta al problema

Pide a los estudiantes que expliquen sucintamente qu tipo deenerga se genera en la mquina sobre la que han indagado, y queargumenten sobre su importancia para el desarrollo del hombre.

Evaluacin y Comunicacin

En grupo claseIndica a los estudiantes que, empleando la tcnica de museo, exponganbrevemente lo indagado en los grupos, argumentando sus respuestas.

Consolida las respuestas de los grupos.

Muestra la infografa y concluye hablando sobre la importancia quehan tenido las mquinas a vapor en la Revolucin Industrial.

Finalmente, cierra el tema retroalimentando el proceso con estasideas y las que se ilustran en la figura siguiente:

En las mquinas a vapor, el combustible que alimenta lascalderas, al quemarse, transfiere su energa al agua.

Las partculas de agua reciben la energa en forma de calor yaumentan su movimiento (energa cintica). Esta energa estransferida despus al pistn y, de este, a la rueda.

Al girar la rueda de la mquina a vapor, esta puede transmitir suenerga a otras ruedas mediante poleas, y poner as en marchaotras mquinas o mecanismos complejos.

De este modo, estas mquinas pueden cortar, imprimir, moversea lo largo de un camino, etc.

Caldera CalderaVapor Vapor

PistnAgua Agua Pistn

Calor Giro Condensador Calor Giro Condensador

El agua de la caldera se calienta por accin del calor, transformndoseen vapor. ste ingresa en la cmara del pistn al abrirse la vlvula. Elvapor empuja el pistn hacia abajo y hace girar la rueda.

El pistn desciende empujado por el vapor haciendo que la ruedacontine su giro, al mismo tiempo, la vlvula de acceso del vaporempieza a cerrarse. La rueda lleva ahora al pistn hacia arriba.

CalderaVapor

Agua

Pistn

Calor Giro Condensador

La vlvula de ingreso del vapor est cerrada, as el vapor puedesalir de la cmara del pistn al abrirse la vlvula de salida. Elvapor ingresa al condensador donde se enfriar y volver a lacaldera. El pistn sin la presin del vapor sube llevando a larueda a la posicin inicial. El ciclo se reinicia cuando se abre lavlvula de ingreso del vapor y ste entra en la cmara.

Comenta a los estudiantes que el combustible empleado paraalimentar las calderas de las mquinas a vapor fue el carbnmineral, fundamentalmente. Por este motivo, uno de losgrandes inconvenientes de estas mquinas fue el alto gradode contaminacin ambiental generado con los residuos de lacombustin del carbn: el dixido de carbono (adems de otrosgases provenientes de las impurezas del carbn utilizado). As seelevaron los niveles de este gas en la atmsfera, abonando de estemodo al calentamiento global.

Por otra parte, al agotarse o no existir suficiente carbn mineral, seemple la lea o el carbn vegetal en las mquinas a vapor; estollev tambin a la depredacin de la flora.

3. CIERRE (valoracin del aprendizaje)? Recuerda junto con los estudiantes la secuencia del

proceso seguido: planteamiento del problema, planteamientode hiptesis, elaboracin del plan de indagacin, anlisis deresultados y comparacin de las hiptesis, estructuracin delsaber construido como respuesta al problema, evaluacin ycomunicacin. Todos estos procesos se han implementadocon la observacin de su entorno, la reflexin, la formulacinde respuestas a preguntas, la experimentacin, la elaboracinde grficos, etc.

? Destaca la importancia de organizar la informacin con el usode esquemas, ya que son una forma de garantizar losconocimientos adquiridos.

? Pregntales: cuntas de las mquinas mostradas continanusndose?; se hicieron preguntas mientras lean informacinsobre algunas mquinas a vapor?; compararon elcontenido del texto con informacin proveniente de otrasfuentes?; el organizador les permiti comprender mejorel contenido?; qu saban antes de su investigacin?, qusaben ahora?; para qu les servir lo aprendido en estasesin?

Pide a los estudiantes que busquen informacin de mquinasa vapor que se continen empleando en su regin, y queindiquen en qu actividades productivas se continan usando.

Anexo 1

Locomotora a vapor y auto a vapor

[Imagen de una locomotora a vapor].Recuperado de https://goo.gl/zdcklR

[Imagen de un auto a vapor].Recuperado de https://goo.gl/KHUj48

Barco a vapor y submarino a vapor

[Imagen de un barco a vapor].Recuperado de https://goo.gl/0tOrA8

[Imagen de un submarino a vapor].Recuperado de https://goo.gl/oFZSCO

http://www.minem.gob.pe/

Anexo 2

Como hacer el bote pop-pop a vapor2

Materiales:

Una lata de gaseosa de aluminio. Dos pajillas, sorbetes o caitas de las que pueden doblarse. Una vela pequea. Pegamento de dos componentes o UHU. Pistola para pegar con silicona. Tijeras. Cter o trincheta (Instrumento para cortar papel, cartn, etc.). Plumn marcador. Cinta adhesiva. Dos envases de cartn de jugo o de leche de 1 litro o ms.

Procedimiento:1. Desarma los envases de cartn y luego extindelos. Recorta uno de los envases de

cartn segn la siguiente plantilla, para construir el casco del bote pop-pop.

21 cm

3 cm

14 cm

3 cm

2. Corta del segundo envase de cartn dos rectngulos de 7 8 cm para los detalles delacabado.

3. Arma el casco del botecito como indica la figura.

2Recuperado de Gisbert, Enrique, Vicente Manzana y Carlos Cols (s/f). Barquito pop-pop tornillo de Arqumedes.Consulta: 04 de julio de 2015.

4. La caldera se construye con la lata de gaseosa de aluminio, siguiendo estas indicaciones:a. De la lata de gaseosa debes obtener un rectngulo de unos 5 o 6 cm de ancho y lo

que d de largo. Para ello, cortars con un cter la parte superior y la inferior dela lata.De este modo obtendrs un cilindro hueco, el cual debers cortar con unastijeras y extender (fig. a).

b. Dobla el rectngulo por la mitad (fig. b).c. A continuacin, ayudndote con una regla, dobla los bordes (fig. c).d. Por ltimo, introduce las dos pajillas y sella todos los bordes con pegamento de dos

componentes o UHU (fig. d).

(a) (b)

(c) (d)

5. Une la caldera al casco con la silicona. Las pajillas deben atravesar el fondo del botecitoy luego ser curvadas en forma de L. Sella el fondo del bote alrededor de los bordes dela pajilla.

6. Termina de ensamblar y de decorar.7. Procede a probar el bote pop-pop.

Funcionamiento:Llena el caldero con agua. Luego, cuando enciendas la vela, se iniciar el calentamiento delagua del caldero. Luego de un momento la temperatura de la misma ser suficiente paratransformar el agua lquida en vapor.El vapor de agua ocupa mayor volumen que el agua en su estado lquido, por lo que elvapor expulsar el agua del circuito. Eso es lo que hace que el bote avance.Cuando el vapor entra en contacto con el agua fra del exterior, se transforma en lquidorpidamente (se condensa). El espacio que antes ocupaba el vapor ahora est vaco. Estogenera una disminucin en la presin y permite que el agua en estado lquido entre alcaldero nuevamente para ocuparlo. Por ello, el ciclo vuelve a comenzar, y as se repite hastaque se agota la fuente de calor (la vela).En este experimento se observa cmo la energa de las partculas de agua aument alhaberles transferido calor de la vela, y ahora se mueven a gran velocidad. Esta energa luegoes transferida al botecito, lo que le permite desplazarse a lo largo de un espacio sobre el agua.

Modelo de esquema para recopilar informacin relevante para la indagacinpor los grupos

Cules son sus parteso componentes?

Motor a vapor

Qu es? Cules son susaplicaciones?

Cmo aprovechaba el vaporpara su funcionamiento?

Infografa

[Imgenes relacionadas con la Revolucin Industrial]. Recuperado de http://goo.gl/CP0XBa