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PROYECTO DE INVESTIGACIÓN – 2018 TITULO: “ “ e l a b o r a c i ó n d e u n g e n e r a d o r e l é c t r i c o c o n materiales reciclables” CAPÍTULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ORIGEN DEL PROBLEMA Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Actualmente nos encontramos en una sociedad donde nos imparten un conjunto de capacidades que nos permiten actuar con eficiencia en los distintos ámbitos de nuestra vida cotidiana y resolver en ella situaciones problemáticas reales. el presente proyecto está enfocado en la construcción de un generador eléctrico casero, con el fin de obtener electricidad, demostrar la sustentabilidad de

dicho

proyecto

realizando

pruebas para demostrar el funcionamiento

del prototipo diseñado no solo para encender diodos led o pequeños foquitos, sino también a cargar baterías para resolver el siguiente problema:

FORMULACION DEL PROBLEMA

¿Será posible generar energía eléctrica y poder cargar la batería de un celular a bajo costo y accesible a cualquier persona mediante el generador eléctrico casero construido solo con materiales reciclables?

JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACIÓN: Hoy en día en el Perú, la educación va decayendo en el nivel de aprendizaje y conocimiento debido a muchos factores que debe analizarse dentro del Plan Educativo a nivel nacional y ello, preocupa de manera especial, tanto a nosotros como estudiantes, a docentes e Institución Educativa, por ello es 1

conveniente dar alternativas de solución al caso que se presenta año tras año. A medida que pasa el tiempo el hombre ha desarrollado diversas formas de generar energía e l é c t r i c a , p e r o c a d a v e z s e h a c e m á s e v i d e n t e l a n e c e s i d a d d e b u s c a r n u e v a s f o r m a s d e generación de la misma a un costo más bajo y con mayor eficiencia si los cortes de electricidad en nuestra localidad de PANGOA, ocurren al menos una vez al mes y por todo el día, pero que hacer cuando hay corte de electricidad y necesitamos comunicarnos urgentemente y necesitamos el celular y la batería esta bajísima

cuando nos encontramos en un lugar

apartado de la ciudad o simplemente nos encontramos en una emergencia como podría ser un terremoto, una inundación, etc. Necesitamos un celular co n una batería bien cargada para comunicarnos y pedir ayuda. Ante esta situación como estudiantes de la I.E. “SAN DANIEL”, PANGOA - SATIPO, nos vemos con la necesidad de generar energía eléctrica y poder cargar la batería de un celular a bajo costo y accesible a cualquier persona mediante el generador eléctrico casero construido solo con materiales reciclables, nace nuestro interés por buscar estrategias que faciliten la adquisición de estos elementos; respetando la acción y fomentando la exploración y autonomía, puesto que el desarrollo en la enseñanza y el aprendizaje

de

la

ciencias

en

las

estudiantes

debe

ser

orientado

adecuadamente por los docentes, pero aparte de ello los estudiantes deben ampliar sus conocimientos con apoyo de la tecnología, buscar nuevas fuentes que les permita mejorar su calidad de vida, precisamente una de esas fuentes son los medios y materiales educativos.

1.2 OBJETIVOS A. OBJETIVO GENERAL Construir un generador eléctrico casero que nos permita cargar la baterí a de algún artefacto electrónico que la precise. B. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Analizar el funcionamiento de los generadores eléctrico  Recabar información sobre los componentes a utilizar para la construcción del generador eléctrico casero elaborado con material reciclable. 2

CAPÍTULO II MARCO TEORICO ANTECENDENTES La vida moderna sería impensable sin la existencia de los generadores de electricidad, ya que éstos los encontramos en todas partes: en la industria, el transporte, el hogar, etc. En nuestra vida diaria estamos acostumbrados a un tipo particular de generadores: como son los que generan electricidad mediante uno u otro tipo de energía, pues existen en muchos de los aparatos que tenemos en nuestra casa. Debido a la importancia que tienen en nuestra vida cotidiana, consideramos importante conocer cómo son los generadores, motores y los principios físicos involucrados en su funcionamiento. ANTECEDENTES HISTORICO Durante 1831 y 1832, Michael Faraday descubrió que un conductor eléctrico moviéndose perpendicularmente a un campo magnético generaba una diferencia de potencial. Aprovechando esto, construyó el primer generador electromagnético, el disco de Faraday, un generador homopolar, empleando un disco de cobre que giraba entre los extremos de un imán con forma de herradura, generándose una pequeña corriente continua. También fue utilizado como generador de energía en una bicicleta para producir luz de poca intensidad. El dinamo fue el primer generador eléctrico apto para uso industrial. La primera dinamo, basada en los principios de Faraday, fue construida en 1832 por el fabricante francés de herramientas Hipólito Pixii. Empleaba un imán permanente que giraba por medio de una manivela. Este imán estaba colocado de forma que sus polos norte y sur pasaban al girar junto a un núcleo de hierro con un cable eléctrico enrollado (como un núcleo y una bobina). Pixii descubrió que el imán giratorio producía un pulso de corriente en el cable cada vez que uno de los polos pasaba junto a la bobina; cada polo inducía una corriente en sentido contrario, esto es, una corriente alterna. Añadiendo al esquema un conmutador eléctrico situado en el mismo eje de giro del imán, Pixii convirtió la corriente alterna en corriente continua. Disco de Faraday – Dinamo de Pixii

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En 1831 aparece el primer generador Británico, inventado por Michael Faraday. En 1836 Hippolyte Pixii, un francés que se dedicaba a la fabricación de instrumentos, tomando como la base los principios de Faraday, construyó la primera dinamo, llamado Pixii’s dynamo. Para ello se utilizó un imán permanente que se giraba mediante una manivela. El imán se colocó de forma que sus polos norte y sur quedaran unidos por un pedazo de hierro envuelto con un alambre. Entonces Pixii se dio cuenta que el imán producía un impulso de corriente eléctrica en el cable cada vez que transcurría un polo de la bobina. Para convertir la corriente alterna a una corriente directa ideó un colector que era una división de metal en el eje del cilindro, con dos contactos de metal. BASES TEÓRICAS La electricidad es una forma de energía muy utilizada en todos los ámbitos de la sociedad, sin embargo, para muchos es un misterio cómo se genera. De forma resumida se dice que la electricidad proviene de las denominadas centrales de generación, las cuales la obtienen de diferentes fuentes de energía primaria. Las centrales de generación Las centrales de generación son instalaciones capaces de obtener energía final, la electricidad, a partir de diferentes tipos de fuentes de energía primaria. Tradicionalmente, este tipo de centrales generan la electricidad a partir de energías no renovables, como el carbón, el gasóleo o el gas natural. Con el avance de las tecnologías y la aparición de una mayor preocupación por el desarrollo sostenible, surgieron otro tipo de centrales de generación basadas en energías renovables. Los tipos de centrales están directamente relacionados con la energía primaria que utilizan para generar la electricidad. Así, podemos distinguir entre centrales de ciclo combinado, que emplean gas natural o los parques eólicos, que aprovechan el viento para generar electricidad. Estos son sólo dos ejemplos, pero los tipos son tan abundantes como tipos de energía primaria existen: carbón, gas natural, gasóleo, radiación solar, viento, mareas, biomasa, etc. Cómo se genera la electricidad La manera más habitual de producir electricidad se basa en transformar la energía contenida en la energía primaria en energía mecánica a través de diferentes procesos para poder, con ayuda de un generador, convertir esta energía en electricidad. Cada central de generación tiene sus propias características para obtener la electricidad, lo que dificulta explicar de forma resumida su origen. Por ese 4

motivo, a continuación, se muestra de forma general las principales características de los diferentes tipos: • Central de carbón, gasóleo y gas natural: este tipo de centrales obtienen la electricidad mediante la combustión de combustibles fósiles. El calor generado calienta agua a alta presión que mueve una turbina que está conectada a un generador eléctrico donde se obtiene la electricidad. • Central de ciclo combinado de gas natural: es una instalación similar a la anterior, pero de mayor eficiencia ya que posee dos circuitos conectados a un generador. Uno de ellos, sigue el mismo funcionamiento explicado en el punto anterior, y el otro se trata de un ciclo agua-vapor que emplea el calor remanente de los gases de la combustión. • Central nuclear: es un tipo de central en la que el agua se calienta a alta presión mediante el calor liberado en la fisión nuclear. Ese vapor a presión, al igual que los casos anteriores, moverá una turbina conectada a un generador eléctrico. • Central de biomasa: estas instalaciones tienen el mismo funcionamiento que las centrales de combustibles fósiles. La diferencia fundamental esta en el tipo de combustible empleado. Estas centrales usan biomasa, un combustible de origen renovable. • Central hidráulica: este tipo de instalaciones suele estar situada en embalses donde se acumula el agua. La electricidad se obtiene mediante el giro de las turbinas, conectadas a un generador, que se mueven mediante el agua almacenada que cae desde gran altura. • Parque eólico: estas centrales están formadas por aerogeneradores. Estos molinos eólicos poseen unas aspas, que sería equivalente a las turbinas de las otras centrales, y un generador. La electricidad se genera orientando las palas al viento para que éste las mueva. • Huerto solar: es el nombre que recibe las centrales que generan la electricidad a partir de la radiación solar. Este caso es el único que no emplea la energía mecánica, sino que genera la electricidad a través de una serie de reacciones químicas que se producen en los paneles solares. • Central geotérmica: emplea el calor del interior de la tierra para calentar agua a alta temperatura y presión, la cual se encarga de mover una serie de turbinas conectadas a un generador. Estas centrales se instalan en zonas donde el suelo alcanza altas temperaturas a bajas profundidades. • Central maremotriz: estas instalaciones están todavía investigación para mejorar su eficiencia, aunque existen ya algunas situadas en océanos con grandes mareas como el océano Atlántico. El funcionamiento se basa en utilizar las corrientes de las mareas para movilizar una turbina conectada a un generador.

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• Parque undimotriz: esta central, aun todavía en fase de desarrollo muy temprana, genera la electricidad utilizando el movimiento de las olas de mar para mover las turbinas. Podemos concluir que la generación de la electricidad es un proceso muy variado dependiendo de la energía primaria utilizada y que aunque las centrales de carbón, gasóleo, gas natural, nucleares e hidráulicas son las más extendidas en todo el planeta, actualmente, se está potenciando especialmente el uso de energía primaria renovable para disminuir la contribución de la generación de electricidad al cambio climático. ¿Sabías que existían tantas centrales de generación diferentes? ¿Cuál crees que será la central más importante en el futuro?

1.3 HIPÓTESIS La producción y transformación de la energía mecánica a eléctrica con el generador eléctrico casero es de gran utilidad cuando hay corte de energía eléctrica ya que se puede aprovechar para cargar la batería de celulares u otros artefactos pequeños que no superen los 6 voltios.

1.4 VARIABLES DE ESTUDIO: 

VARIABLE INDEPENDIENTE: (CAUSA)  Elaboración del generador electrico.



VARIABLE DEPENDIENTE: (EFECTO)  Materiales reciclables generadores de energía electrica. ESCALA DE LA MEDICIÓN: Intervalar INDICADORES: Aprovechamiento de materiales reciclables en la generación de energía electrica

1.5 IMPORTANCIA El motivo que nos llevó a realizar la investigación es la observación realizada durante nuestras clases, la ausencia de materiales educativos en el proceso de aprendizaje de la ciencia especialmente en los temas donde se hace indispensable su uso ya que los estudiantes se encuentran desmotivados. Por lo que a través de la investigación se pretendió dar solución a las dificultades observadas mediante el método de aprendizaje por descubrimiento guiado como lo 6

sugiere Jerome Bruner, quien considera que en todo aprendizaje es recomendable la utilización de objetos (materiales educativos), con los cuales los alumnos puedan experimentar directamente y relacionarlo con su entorno, y así desarrollar su capacidad de pensar, expresar sus ideas, analizar y sobre todo enseñarles a ser creativos e innovadores. Por ello comenzamos a investigar el cómo se genera la energía eléctrica y la construcción del módulo generador de corriente, a través del cual se pretendió dar al educando la oportunidad de ser el protagonista de su propio aprendizaje, al descubrir por sí mismo los conceptos, para aplicarlos posteriormente en la solución de problemas en su vida diaria.

La electricidad es una forma de energía muy utilizada en todos los ámbitos de la sociedad, sin embargo, para muchos es un misterio cómo se genera. De forma resumida se dice que la electricidad proviene de las denominadas centrales de generación, las cuales la obtienen de diferentes fuentes de energía primaria. Las centrales de generación Las centrales de generación son instalaciones capaces de obtener energía final, la electricidad, a partir de diferentes tipos de fuentes de energía primaria. Tradicionalmente, este tipo de centrales generan la electricidad a partir de energías no renovables, como el carbón, el gasóleo o el gas natural. Con el avance de las tecnologías y la aparición de una mayor preocupación por el desarrollo sostenible, surgieron otro tipo de centrales de generación basadas en energías renovables. Los tipos de centrales están directamente relacionados con la energía primaria que utilizan para generar la electricidad. Así, podemos distinguir entre centrales de ciclo combinado, que emplean gas natural o los parques eólicos, que aprovechan el viento para generar electricidad. Estos son sólo dos ejemplos, pero los tipos son tan abundantes 7

como tipos de energía primaria existen: carbón, gas natural, gasóleo, radiación solar, viento, mareas, biomasa, etc. Cómo se genera la electricidad La manera más habitual de producir electricidad se basa en transformar la energía contenida en la energía primaria en energía mecánica a través de diferentes procesos para poder, con ayuda de un generador, convertir esta energía en electricidad.

Presenta, por tanto, dos propiedades 8

fundamentales: la inercia giroscópica o "rigidez en el espacio" y la precesión, que es la inclinación del eje en ángulo recto ante cualquier fuerza que tienda a cambiar el plano de rotación. Estas propiedades se manifiestan a todos los cuerpos en rotación, incluida la Tierra. El término giróscopo se aplica generalmente a objetos esféricos o en forma de disco montados sobre un eje, de forma que puedan girar libremente en cualquier dirección; estos instrumentos se emplean para demostrar las propiedades anteriores, para indicar movimientos en el espacio, o para producirlos. Éste fenómeno físico, el efecto giroscópico, puede observarse fácil y cotidianamente en peonzas, o monedas lanzadas a rodar, por ejemplo, aunque por supuesto, cualquier objeto giratorio funciona en cierto modo, como giróscopo. El giro en vuelo impartido por el jugador a un balón de rugby, o el de una baladisparada desde un arma de ánima rayada para estabilizar su trayectoria son ejemplos de aplicación del efecto.

Solenoide

Solenoide atravesado por una corriente. Las curvas azules representan las lineas del magnético.

campo

SOLENOIDE. Líneas del campo magnético sobre un solenoide atravesado por una corriente. Aplicaciones del solenoide.

Un solenoide (del griego, «solen», 'tubo', 'conducto', y «eidos», 'en forma de'1 ) es cualquier dispositivo físico capaz de crear un campo magnético sumamente uniforme e intenso en su interior, y muy débil en el exterior. Un ejemplo teórico es el de una bobina de hiloconductor aislado y enrollado helicoidalmente, de longitud indeterminada. En ese caso ideal el campo magnético sería uniforme en su interior y, como consecuencia, afuera sería nulo. En la práctica, una aproximación real a un solenoide es un alambre aislado, de

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longitud finita, enrollado en forma de hélice (bobina) o un número de espirales con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando esto sucede, se genera uncampo magnético dentro de la bobina tanto más uniforme cuanto más larga sea la bobina. La ventaja del solenoide radica en esa uniformidad que a veces se requiere en algunos experimentos de física. Pero también tiene inconvenientes: es más engorroso que lasBobinas de Tesla y no puede producir un campo magnético elevado sin un equipo costoso y un sistema de refrigeración. André-Marie Ampére inventó en 1820 el nombre de solenoide, en un experimento en las corrientes circulares.2 . La bobina con un núcleo apropiado, se convierte en un electroimán. Se utiliza en gran medida para generar un campo magnético uniforme. Se puede calcular el módulo del campo magnético en el tercio medio del solenoide según la ecuación: siendo:    

m, la permeabilidad magnética, N, el número de espiras del solenoide, i, la corriente que circula y L, la longitud total del solenoide.

La levitación magnética, también conocida por su acrónimo inglés Maglev, es un método por el cual un objeto es mantenido a flote por acción únicamente de un campo magnético. En otras palabras la presión magnética se contrapone a la gravedad. Cabe decir que cualquier objeto puede ser levitado siempre y cuando el campo magnético sea lo suficientemente fuerte. 

El teorema de Earnshaw demuestra que utilizando únicamente el ferromagnetismo estático es imposible hacer a un objeto levitar establemente contra la gravedad, pero el uso de materiales diamagnéticos, servomecanismos o superconductor hacen posible dicha levitación.



Las aplicaciones más comunes de la levitación magnética son los trenes Maglev, el rodamiento magnético, y la levitación de productos para su exposición. En un futuro, y si llegamos a controlar la fusión nuclear, otra utilidad de la levitación magnética podría ser la levitación del plasma. Esta sería la única manera posible ya que a los millones de grados en los que ocurre este fenómeno derretirían cualquier contenedor.

METODOLOGÍA DEL ESTUDIO 3.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN: Tratándose de una investigación del tipo aplicativo, la variable experimental se sometió a condiciones de control a fin de descubrir y explicar las causas que produce

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ésta en el rendimiento académico de los alumnos, se seleccionó los siguientes métodos: el científico como general, y el método experimental como específico. 3.2 MÉTODO: A. MÉTODO GENERAL: *Método Científico: Se empleará el método científico que consiste en conseguir una serie procedimientos relacionados entre sí, para alcanzar los objetivos previamente determinados. B. MÉTODO ESPECÍFICO: *Método Experimental: Por qué se va hacer uso de la aplicación de materiales educativos para la obtención de resultados. C. DISEÑO DE INVESTIGACIÓN: Es un diseño cuasi – experimental, el diseño se realizará con un Test de entrada y Test de salida. Que serán evaluados a los 80 estudiantes del nivel secundario de la I. E. “SAN DANIEL” PANGOA - SATIPO. El esquema es el siguiente: Grupo experimental:

G.E.

O1

X

O2

Dónde: G.E.

: Grupo Experimental.

O1

: Resultados de la prueba de entrada.

O2

: Resultados de la prueba de salida.

X

: Es la variable independiente.

D. POBLACIÓN Y MUESTRA POBLACIÓN Estudiantes del nivel secundario de la I.E. “San Daniel”, PANGOA, SATIPO. MUESTRA 80 estudiantes del nivel secundario de la I.E. “San Daniel”, PANGOA, SATIPO. E.

TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE INFORMACIÓN  La encuesta  La observación  Prueba rápida de habilidades mentales (Entrada y Salida)

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F. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES:

DESCRIPCIÓN

CRONOGRAMA A

Identificación del problema

X

Formulación del problema

X

Planteamiento de objetivos

X

Formulación de objetivos

X

M

Elaboración del cronograma

X

Búsqueda de información y ejecución de instrumentos

X

J

A

X

Sistematización y conclusión Elaboración de materiales educativos

J

X x

x

x

x

x

Presentación

X

Exposición

X

G.

PREVISION DE RECURSOS a. RECURSOS HUMANOS  Estudiantes del nivel secundario de la I.E. “San Daniel Comboni”, PANGOA, SATIPO. b.

RECURSOS MATERIALES Y SERVICIOS

 Cubos de madera (3cm. x 3cm. x 3cm.)  Pegamento  Regla  Serrucho  Barniz  Papelote  Hoja bond A4 – 80 gr  Plumones  Impresión  Cinta de embalaje  Siluetas de número  Silicona en barra , liquida 12

 Servicio de Internet y bibliografía c. PRESUPUESTO

MATERIALES

COSTO

1

Papelotes

S/. 2. 50

2

Hoja bond A4 – 80 gr

S/. 1.00

3

Plumones

S/. 6.00

4

 Silicona en barra , liquida

S/. 3.00

5

Cinta de embalaje

S/. 1.00

6

Siluetas de número

S/. 0.50

7

Listones de madera de 3cm.x 3cm. x 3cm.

S/. 40.00

8

Pegamento (cola 1/4)

S/. 2.00

9

Barniz

S/. 8.50

10

Impresiones

S/. 16.00

11

Carton de 1/16”

S/. 4.80

12

otros

S/. 30.00 TOTAL

13

115.00