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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
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 CONCEPTUAL
AUTOEVALUACIÓN
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Lo
No lo
presenta presenta
Puntos
(sobre
10)
1
1
1
1
1
1
1
1
Sugerencias
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.
Nota obtenida (sume los porcentajes donde tenga una “X” en “Lo presenta”)
1