Marco Teórico

El presente proyecto está basado teóricamente en los siguientes dos conceptos para su desarrollo: La mecánica y la electricidad. El sustento teórico permite entender el funcionamiento y enfoque de EMBER, estableciendo las bases conceptuales necesarias para su planeación, construcción y aplicación en el aula de electricidad del Colegio Sorrento.

4.1 La Mecánica: 

La mecánica es una disciplina esencial de la física que estudia el movimiento de los cuerpos, las fuerzas que los causan y el equilibrio que pueden tener dichos cuerpos (Coluccio Leskwo, 2024). Según Newton (1687), la mecánica posee tres leyes primordiales que explican el movimiento y el estado de reposo de los cuerpos: la ley de la inercia, que establece que un cuerpo mantiene su estado original a menos que una fuerza ajena actúe sobre él; la ley de la fuerza y la aceleración, que relaciona la fuerza aplicada sobre ese objeto con su correspondiente masa y aceleración; y la ley de acción y reacción, que indica que a toda acción causada genera  una reacción de igual magnitud en sentido opuesto. Estas leyes dan forma a la mecánica clásica, también conocida como mecánica newtoniana, evidenciada en su mayoría en cuerpos macroscópicos o de gran tamaño, que se mueven a velocidades completamente inferiores a la de la luz (Serway & Jewett, 2018).

Figura 1. Mecánica Clásica

Tomado de ¿Que es Mecánica Clásica? | Conocimientos en Física

Con el avance de la física con el pasar de los años, se desarrollaron otras ramas que amplían el aporte de la mecánica clásica. La mecánica relativista, propuesta por Albert Einstein (1905), introduce la idea de que el espacio-tiempo es relativo y depende principalmente del observador. Por otra parte, la mecánica cuántica estudia el comportamiento de partículas a nivel atómico y subatómico, donde las leyes clásicas dejan de ser aplicables debido a la naturaleza de estos cuerpos microscópicos (Griffiths, 2018).

Figura 2. Mecánica Cuántica

Tomado de Mecánica cuántica: qué tan posible es que el futuro influya en el pasado - BBC

En la rama de la mecánica, se destaca la cinemática, que describe el movimiento de un cuerpo sin tener en cuenta la causa del porqué; la dinámica, que estudia las fuerzas que causan el movimiento de dicho cuerpo; y la estática, que profundiza en las condiciones de equilibrio de los cuerpos. La cinemática abarca el estudio de la posición, la velocidad y la aceleración de un cuerpo a lo largo del tiempo. (Tipler & Mosca, 2008). La dinámica, por otro lado, analiza la fuerza neta, el trabajo y la energía mecánica, en busca de encontrar las afectaciones que tienen dichas variables en los cuerpos. Para terminar, la estática se enfoca en el equilibrio, donde la suma de fuerzas es igual a cero.  (Hibbeler, 2017).

Figura 3. Cinemática

Tomado de ¿Que estudia la Cinemática? | Apuntes para Estudiar

El presente proyecto tendrá un enfoque en el movimiento para su transformación a energía eléctrica. El movimiento de las poleas planteadas será clave si se quiere generar la energía suficiente para ser receptada por la dinamo y producir la carga eléctrica que se requiere dependiendo el aparato electrónico que se desea abastecer.

4.2 La Electricidad:

La electricidad fue narrada en sus inicios por Benjamín Franklin (1746, como citado en Ourza Couto, 2020), quién la definió como “un fluido único o un fuego eléctrico que pasa de un cuerpo a otro”. Se puede entender como un conjunto de fenómenos relacionados con el movimiento de las cargas eléctricas en las partículas subatómicas, principalmente los electrones de los átomos. Este flujo de cargas eléctricas es lo que conocemos como corriente eléctrica. La electricidad se produce mediante la transformación de fuentes primarias de energía, como la hidráulica, solar, térmica, nuclear o eólica. Como lo señala Ourza Couto (2020), la electricidad constituye una forma de energía presente en todas las actividades humanas, ya que la mayoría de las máquinas y aparatos que utilizamos dependen de ella para funcionar.

Figura 4. Electricidad

Tomado de ¿Qué es la electricidad? - Recursos

Nikola Tesla argumentaba que “la electricidad es la clave para la comprensión de la realidad” (Tesla, s.f, como citado en Ourza Couto, 2020). La idea apoya completamente las prácticas de transformación de energía, donde la energía primaria se puede convertir en formas secundarias para el uso cotidiano, como la luz de un bombillo en nuestro hogar, el calor de un horno microondas, el sonido de un parlante o el movimiento de un automóvil eléctrico.

Un componente fundamental para el uso práctico de la electricidad en aparatos portátiles o desconectados de la red eléctrica son las baterías. También conocidas como pilas eléctricas, son dispositivos que convierten la energía química en energía eléctrica. Están compuestas por celdas electroquímicas que permiten esta transformación química -eléctrica y se utilizan comúnmente para alimentar circuitos eléctricos (Pérez Sanfiel, 2008). Estas han pasado a ser parte primordial de la vida cotidiana, pues son la fuente de energía de muchos aparatos electrónicos que utilizamos en nuestro día a día.

Según Álvarez (2012), las baterías tienen una capacidad de carga determinada por su composición, la cual se mide en amperios (A). Sin embargo, al contar con un ciclo de vida limitado, su desecho representa una amenaza ambiental a considerar, en principal para las generaciones futuras. Al ser liberados sus componentes tóxicos a la biosfera, pueden contaminar suelos y aguas. En Colombia, el desecho de baterías genera un gran impacto ambiental: se estima que se producen más de 11.000 toneladas de pilas desechadas anualmente (ICESI, 2018).

Figura 6. Pila Eléctrica

Tomado de La primera pila eléctrica. El «gigante» Volta - A hombros de Gigantes

El presente proyecto tiene como propósito generar electricidad mediante fuentes primarias renovables, en beneficio de los estudiantes del aula de electricidad del Colegio Sorrento. Se busca que puedan abastecer sus dispositivos electrónicos y recargar baterías eléctricas. Además, al ser un generador limitado para ciertos voltajes establecidos (mínimo 12V), se plantea una concientización sobre el uso responsable de la energía eléctrica en todos los ámbitos. El desperdicio de este recurso representa una problemática grave en relación con su sostenibilidad y conservación. Las baterías tienen un valor importantísimo, pero a su vez, una consecuencia que no se puede ignorar. El presente proyecto plantea una apuesta por la extensión de vida de las pilas eléctricas, una reutilización al ser recargadas después de cumplir su ciclo con el fin de evitar la compra de más, trayendo consigo la acumulación de más residuos en los vertederos del planeta.