CARTOGRAFÍA CONCEPTUAL: ESTRATEGIA DE CONSTRUCCIÓN DE CONCEPTOS Y TEORÍAS

Definición:

La cartografía conceptual es tanto una estrategia didáctica como una técnica de investigación conceptual en el marco de los estudios cualitativos. Busca apoyar la sistematización, análisis, construcción, mejora y comunicación de conceptos y teorías altamente relevantes en un campo disciplinar.

Aplicaciones de la cartografía conceptual:

La cartografía conceptual se puede emplear en los siguientes casos

Docencia:

-Aprendizaje de conceptos y teorías relevantes-Aclaración de un concepto o teoría-Evaluación de la apropiación de conceptos y teorías en los estudiantes-Exposición de un tema siguiendo sus ejes

Investigación:

-Realización de estudios documentales, análisis del discurso y análisis de contenidos-Sistematización de la información en torno a un concepto o teoría-Construcción del marco conceptual o de referencia de una investigación-Elaboración de la revisión teórica de un tema-Exposición académica de un concepto o teoría

Ciencia e Innovación para la Formación y el Emprendimiento

Centro Universitario

Metodología:

Para realizar la cartografía de un concepto o teoría se sugieren los siguientes pasos:

1. Seguir el orden propuesto de los ocho ejes para el análisis del concepto o teoría. Esto ayuda mucho en el proceso ya que la información de un eje es clave para el eje siguiente porque orienta y ayuda a delimitar la construcción conceptual.

2. En el caso de que la cartografía se aplique en la investigación o en un artículo científico, se sugiere empezar por el análisis nocional y terminar con la ejemplificación. El orden de los otros ejes no cambia.

3. Elaborar cada eje siguiendo la pregunta de referencia. Para ello se debe buscar información en fuentes bibliográficas rigurosas. Una fuente rigurosa debe tener como mínimo autor, año y editor (persona, institución, editorial, centro de investigación, organización, asociación, etc.).

4. Organizar la información encontrada de acuerdo con la pregunta de cada eje y las recomendaciones que se brindan.

5. Redactar el texto con las propias palabras citando a los autores. Apoyarse en citas directas o indirectas.

6. Completar los vacíos o aspectos confusos con las propias contribuciones.

7. Si en un eje no se encuentra información en la bibliografía disponible, construir dicho eje con las propias aportaciones, aclarando que es a manera de propuesta.

8. Una vez se concluya un eje, se sugiere revisar de nuevo los ejes anteriores para complementarlos. Hacer esto mismo cuando se llegue al último eje, volviendo a empezar en el primero y siguiendo el orden propuesto. De esta manera, se complementan aspectos que pudiesen haber quedado con vacíos o poco claros. En un artículo de investigación se sugiere hacer como mínimo tres revisiones completas de los ejes para asegurar la calidad de la información. Esto puede implicar la consulta de nuevas fuentes cuando sea necesario.

CARTOGRAFÍA CONCEPTUAL PARA EL APRENDIZAJE DE LOS CONCEPTOS CALOR Y TRABAJO EN PROCESOS INDUSTRIALES TERMODINÁMICOS

__________________________

Autor (es): Juan Pablo Castro, Ximena Espinoza, Edgardo Seballos.

Institución: Universidad de Playa Ancha

Ciudad: Valparaíso

Año: 2015

1. Ejemplificación

El estudio de la termodinámica nos permite resolver problemas que se refieren a

la energía y sus transformaciones en distintos procesos industriales, como sería

una planta generadora de energía eléctrica a base de vapor.

En un esquema simplificado de este proceso, el vapor sobrecalentado a presión

elevada (1), sale de la caldera, que también se conoce como generador de vapor,

y entra a la turbina. El vapor se expande en la turbina y, al hacerlo, realiza trabajo

(W1), lo cual permite que la turbina accione el generador eléctrico, El vapor de

baja presión (2) sale de la turbina y entra al condensador, donde se transfiere el

calor (Q2) del vapor (haciendo que se condense) al agua de la torre de

enfriamiento.

La presión del condensado que sale (3) del condensador aumenta en la bomba,

producto de la adición de trabajo (W2) y permite que fluya hacia el generador de

vapor (4), donde por medio de la quema de un combustible, se le agrega calor al

agua en el generador de vapor (Q1), comenzando nuevamente el ciclo.

Aplicar la primera Ley de la Termodinámica a este tipo de procesos, y calcular las

energías en forma de calor y trabajo transferidas en cada uno de los dispositivos

(Q1, Q2, W1, W2), representa un desafío para los alumnos, debido a la gran

cantidad de conceptos y definiciones que se deben manejar, además de la

correcta interpretación y lectura de tablas termodinámicas

En primer lugar el alumno debería identificar el proceso a estudiar, que en este

caso corresponde a un proceso cíclico de generación de energía a base de vapor.

Luego identificar el fluido de trabajo, que en este caso corresponde al agua,

sustancia pura para la cual existen tablas termodinámicas, que contienen

propiedades que podrían ser una herramienta útil para la solución del problema.

Una vez identificado el fluido, se deben definir los sistemas a analizar, donde lo

conveniente es estudiar cada dispositivo (turbina, condensador, bomba, caldera),

por sí solo, ubicando la información que se tiene de cada una de las corrientes.

Finalmente aplicar la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos y

luego encontrar calor y trabajo transferido en cada uno de los dispositivos.

2. NOCIÓN

El trabajo es una forma de energía y se define, casi siempre como la acción de

una fuerza F a través de un desplazamiento x, donde el desplazamiento es en

dirección de la fuerza. Sin embargo en termodinámica desde un punto de vista

macroscópico es útil relacionar la definición de trabajo con los conceptos de

sistemas propiedades y procesos. En este caso se dice que un sistema realiza un

trabajo si el único efecto sobre el entorno (todo lo externo al sistema) podría ser la

elevación de un peso.

El calor al igual que el trabajo también es una forma de energía, y se define como

la energía que a una temperatura dada se transfiere a través de los límites de un

sistema a otro sistema (o a su entorno) que está a una menor temperatura y que

sucede en virtud de la diferencia de temperatura entre los dos sistemas (Van

Wylen, Capítulo IV).

3. CATEGORIZACIÓN.

Calor y trabajo son clasificados como energías.

La energía es un concepto fundamental para los estudios termodinámicos, muy

difícil de definir.

La evolución del concepto de energía ha sido investigada por Karwasz (2008) y

sus colaboradores quienes mencionan que el término energía se deriva del

griego, wergon que significa trabajo; más tarde cambió a en-erg-eia y adquirió un

significado abstracto. Aristóteles usó el término energía (ένέργεια) como el

principio determinante del movimiento, pero confundió el significado con el de

potencia (potenza, dynamics, δύναμις) fuerza, y momentum. Estuvo lejos de usar

energía como la causa de que los objetos cayeran, para él los objetos pesados

caen ya que su lugar natural es el centro de la Tierra.

El filósofo bizantino JoannesPhiloponos (500-560 aC) supuso que la razón de que

los cuerpos cayeran era la fuerza cinética adquirida de la mano humana. Durante

la Edad Media se dio la separación de los conceptos de energía, fuerza y

momentum por Santo Thomas de Aquino y Buridian, quienes, siguiendo las notas

de Copérnico, creían que mantener el movimiento uniforme no requiere de una

fuerza, fue así que se concibió el principio de inercia. Entre los siglos XVII-XIX se

hicieron modernas formulaciones del principio de inercia y el principio de

conservación del momento se derivó de Descartes y Newton, pero aún sin la

identificación del concepto de energía (Karwasz et al., 2008).

Karwasz (2008) menciona además, que el concepto de energía mecánica, incluye

los trabajos de d’Alembert, Bernoulli, Kraft y más tarde de Lagrange y Laplace. En

1860 gracias al trabajo de Carnot, de Joule y de otros, Clausius formula el

principio de conservación de la energía en el Universo. Al mismo tiempo, se

establece la distinción entre calor y energía útil, establecida como el segundo

principio de la termodinámica. El ingeniero escocés Rankine, definió la energía

como la capacidad de un objeto de realizar trabajo, en 1855. En los siglos XIX y

XX, gracias a los trabajos de Mach, la energía mecánica fue dividida en cinética y

potencial. Einstein generaliza el concepto de energía en la fórmula E=mc2

(Karwasz et al., 2008).

.A su vez las energías y su conservación se rigen por el principio de conservación

de la energía o primera ley de la termodinámica. Para aplicar dicha ley, es

necesario definir un volumen de control en el espacio en el que se tiene interés

para un estudio o análisis particular.

Aplicando la primera ley de la termodinámica se tiene que el calor transferido

hacia un volumen de control, más la energía que entra como resultado de la

transferencia de masa, es igual al cambio de energía dentro del volumen de

control, más la energía que sale como resultado de una transferencia de masa,

más la salida de potencia asociada a los efectos de trabajo de flecha, cortantes y

eléctricos.

4. CARACTERIZACIÓN.

El calor y el trabajo son fenómenos momentáneos, es decir los sistemas nunca

poseen calor o trabajo.

Calor o trabajo, o ambos, cruzan los límites del sistema cuando un sistema sufre

un cambio de estado.

Tanto el calor como el trabajo son ambos fenómenos de frontera, es decir que

suceden en los límites. Ambos se observan solamente en los límites del sistema y

ambos representan energía que cruza el límite del sistema.

Tanto el calor como el trabajo son funciones de la trayectoria y diferenciales

inexactas. (Van Wylen, Capítulo IV)

5. DIFERENCIACIÓN

Trabajo se suele confundir con el concepto de potencia. Si bien se relacionan no

son lo mismo ya que, potencia se define como energía por cada unidad de

tiempo, esto implica que tanto calor, trabajo, las energías de las masas que

ingresan y salen del volumen de control, y las energías del volumen de control, si

se dividen por el tiempo serán igualmente potencias.

Calor se suele confundir con el concepto de calor específico. El calor específico

es una propiedad de las sustancias, que normalmente se determina en

condiciones de presión o volumen constante. Se define como la cantidad de calor

que se requiere por unidad de masa para elevar la temperatura en un grado.

6. CLASIFICACIÓN

Existen diversas formas en que un sistema puede realizar trabajo o en que se

puede realizar trabajo sobre el sistema. Estas incluyen:

-El trabajo que realiza una flecha que gira.

-El trabajo eléctrico.

-El trabajo que se realiza por el movimiento de los límites del sistema.

En el caso del calor existen distintas formas de nombrar esta energía como so:

-Calor latente, de vaporización, de condensación, de fusión y otros, que

representan la energía en forma de calor necesaria para que una masa de

sustancia cambie de fase.

-Calor de reacción, que representa la energía que libera o absorbe una reacción

cuando esta ocurre.

-Calor sensible, que representa la energía necesaria para aumentar la

temperatura de una masa de sustancia sin cambiar de fase.

7. VINCULACIÓN

La termodinámica corresponde a una disciplina o área de la física, que estudia la

energía y sus transformaciones. Su aplicación encuentra una destacada

transversalidad en diversos campos del saber, uno de ellos y el que nos atañe es

la aplicación de la termodinámica a la ingeniería, específicamente a procesos

industriales.

Los procesos industriales pueden efectuarse producto que existen los

dispositivos, equipos y máquinas que coordinadamente trabajan para obtener un

determinado resultado. En ellos se desarrollan ciertos procesos donde

frecuentemente encontramos presentes los conceptos de calor y trabajo, energías

en transición cuyo estudio nos permiten dar respuestas a un sin número de

fenómenos, que finalmente nos conducen a realizar procesos con mejores

eficiencias y por ende más óptimas. Esta situación tiene especial importancia en

la industria, donde aumentar la eficiencia de equipos y procesos trae consigo la

maximización de beneficios económicos y también, un factor que siempre se

debe tener presente, que es cuidado y protección del medio ambiente.

Las mejoras en la eficiencia de procesos llevados a cabo en las industrial, deben

ser bajo una mirada integral, respetuosos de las personas y la naturaleza. El

progreso es bienvenido cuando es armónico, ganan las personas y el entorno

natural.

8. METODOLOGÍA

Los conceptos de Calor y Trabajo han sido abordados desde un punto de vista

general en las asignaturas de Física, previas al estudio de la Termodinámica en

términos formales. Por tal motivo, corresponden a conceptos importantes de

ciencias básicas que son utilizados y aplicados en ciencias básicas de la

ingeniería, específicamente en la asignatura de Termodinámica. Dichos

conceptos cobran una importancia notoria puesto que permiten conformar la

explicación fenomenológica de un sistema o proceso industrial

Bajo esta perspectiva, los elementos centrales para la explicación y aplicación,

ahora más concreta de estos conceptos, se orientan a:

- Comprensión del problema donde aplicará los conceptos

- Visualización de los conceptos e introducción a la formulación matemática de

aquellos

- Integración de lenguajes analíticos, algebraicos, gráficos y computacionales

- Análisis de respuestas del sistema en estudio, ante la interacción de las

variables involucradas y el comportamiento ante la variación de alguna de ellas

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Ameneyro, H. (2010). “Influencia de la mediación de significados en el aprendizaje del concepto de energía mecánica en estudiantes de ingeniería”

Karwasz, G; Karbowski, A. &Turło J. (2008). Energy-Historical, Interactive and

PedagogicalPaths. Resúmenes de la XIII Conferencia Internacional GIREP.

Nicosia, Chipre, 98.

Tobón, S. (2013). Cartografía conceptual: estrategia para la formación y

evaluación de conceptos y teorías. México: CIFE.

Wylen, V (1999). Fundamentos de Termodinámica. Segunda Edición en Español.

LISTA DE COTEJO DE LA CARTOGRAFÍA CONCEPTUALAUTOEVALUACIÓN

Versión 1.5

Estimado participante

Le invitamos a autoevaluar su desempeño en la realización de la cartografía conceptual del concepto, teoría o metodología aborda. Esto le permitirá lograr la mayor calidad posible en su trabajo.

Solamente debe colocar una “x” en la columna “Lo presenta” si cumple completamente con todo lo que describe el indicador. De lo contrario, coloque la “x” en la columna “No lo presenta” si le faltan elementos o no cumple con lo planteado en el indicador. En sugerencias, anote aquellos elementos que debe mejorar en su trabajo. Su información será confidencial y anónima. Gracias.

Indicadores Lo presenta

No lo presenta

Puntos(sobre

10)

Sugerencias

1. Eje de ejemplificación. Se describe un ejemplo del concepto o teoría, con su explicación respecto al seguimiento de la metodología. El ejemplo es un caso específico, con elementos puntuales del contexto, en un determinado espacio y tiempo.

x 1

2. Eje nocional. Se describen las diferentes acepciones o definiciones del concepto y se detalla una de ellas. Se considera la parte etimológica del concepto o teoría y sus desarrollos históricos. Se citan las fuentes completas con autor, año, artículo o libro, editorial o revista, etc.

x 1

3. Eje categorial. Se incluye el concepto o teoría en una clase mayor que lo contiene; y esta clase a su vez en otra. Se describen las características de esta clase general, lo cual permite comprender la naturaleza del concepto que se está estudiando. Se citan las referencias bibliográficas.

x 1

4. Eje de caracterización. Se describen de manera puntual las características esenciales del concepto o teoría que le dan identidad. Se enumeran las características y se citan las referencias bibliográficas.

x 1

5. Eje de diferenciación. Se establecen diferencias con otros conceptos o teorías cercanas, que estén dentro del mismo eje categorial. Se describen con claridad las diferencias. Se citan las referencias bibliográficas.

x 1

6. Eje de subdivisión. Se identifican y describenlassubclasesenlascuales se divide el concepto o teoria. Se anotanalgunos aspectos claves de cada subclase. En ocasiones, más que dividir el concepto en clases lo que se hace es determinar los diferentes contextos o ámbitos de aplicación. Se citan las referencias bibliográficas.

x 1

7. Eje de vinculación. Se identifican, buscan o construyen relaciones del concepto o teoría con otras teorías, enfoques, epistemologías, filosofías o procesos sociales, culturales o económicos que estén por fuera del eje categorial. Se describen las contribuciones de estos otros enfoques o teorías al concepto que se está analizando. Se citan las referencias bibliográficas.

x 1

8. Eje de metodología. Se describen los pasos o ejes claves para aplicar el concepto o teoría en la resolución de problemas del contexto. Cuando hay varias metodologías se pueden colocar los pasos comunes de ellas o se sigue una metodología concreta. Se citan las referencias bibliográficas.

x 1

9. Argumentación de cada eje. Se describen los elementos de cada eje con citas indirectas y directas, citando las fuentes bibliográficas. Cada fuente bibliográfica posee: autor, año y editorial (o revista).

1

10. Mapa gráfico. Se presenta un mapa gráfico con un concepto o teoría en el centro, asociado a una imagen o símbolo pertinente. El mapa gráfico tiene imágenes en al menos tres ejes que ayudan a comprender la información y su relevancia. El mapa gráfico sintetiza con palabras o frases claves los contenidos centrales de cada uno de los ejes del concepto o teoría que se analiza. El mapa gráfico de la cartografía conceptual presenta información pertinente en cada uno de sus ejes claves, considerando la bibliografía en el área.

1

Nota obtenida (sume los porcentajes donde tenga una “X” en “Lo presenta”)