Ingeniería para hacer nada

Por Susan Lewicki

Traducido por Sabrina Sánchez

LA MAYORÍA DE LOS PROFESORES APAGAN LAS LUCES después de que los estudiantes abandonan el salón de clases. Yo apago las luces cuando los estudiantes entran.

Siempre pregunto, «¿todavía pueden ver lo suficientemente bien para leer, escribir y trabajar en un proyecto?»

«¡Sí!»

«Ya estamos conservando energía, ¡gracias al Sol!»

Entonces comenzamos aprendiendo con las luces apagadas, pero no en la oscuridad.

Enseñar a los niños a vivir de forma más sostenible con el medio ambiente a menudo se enfoca en la conservación de recursos y hábitats.  Sin embargo, al observar este asunto de forma más profunda, podríamos considerar por qué los paisajes humanos demandan tantos recursos a diferencia de los paisajes naturales en primer lugar. Un estilo de vida dedicado a la acumulación de «cosas» es ciertamente un factor. Sin embargo, no importa su estilo de vida, incluso los edificios donde vivimos, aprendemos, trabajamos y jugamos a menudo consumen muchos recursos debido al diseño. Cualquier estrategia para vivir o enseñar a la próxima generación acerca de cómo vivir de forma más sostenible debería involucrar cómo rediseñar nuestro medio ambiente construido para proporcionar los resultados deseados.

Aunque el sector residencial consume menos energía que el industrial y el de transporte, los niños se conectan más fácilmente con los lugares donde viven. Mientras que se presta mucha atención a incrementar la cantidad de energía derivada de recursos renovables tales como: energía solar, eólica, hidráulica, puede ser costoso equipar los salones de clases con suficientes células solares, equipos de turbinas y multímetros para una experiencia que valga la pena. Y por supuesto, cada tecnología de energía alternativa conlleva sus propios problemas; emplazamiento, baja eficiencia e impactos en la fauna.

Los hábitos de conservación pueden avanzar en el recorte de las necesidades de energía (¡y las boletas!) para una familia, pero el diseño de energía solar pasiva puede permitir a escuelas de educación primaria y secundaria aceptar el desafío de diseñar un hogar de energía eficiente que requiera menos aporte de cualquier fuente de energía activa. En los siguientes párrafos haré un resumen de cómo puede hacer que sus estudiantes investiguen los principios de la energía asociada con el diseño de la energía solar pasiva con una simple caja de zapatos y linternas.

Diseño de un hogar solar pasivo

Un aro de hula hula reciclado crea recordatorios visibles del trayecto del Sol a través de la estaciones por nuestros 40° de latitud septentrional. El aro más pequeño representa al Sol en el solsticio de invierno, que sólo cubre un trayecto sudeste-sudoeste. El aro más grande muestra el solsticio de verano con sus 15 horas por día. Esto fue mostrado en un gráfico provisto en http://sunposition. info/sunposition/spc/locations.php.

Los sistemas de energía solar activos (por ejemplo, paneles fotovoltaicos, calderas de agua) están recibiendo un montón de atención para la instalación en los hogares, pero el Sol puede dar una mano de una forma poco sofisticada y a bajo costo. La energía solar pasiva es una «tecnología sedentaria de luz y calor», que no requiere equipamiento adicional o mantenimiento más allá de la instalación inicial. Nosotros simplemente reconocemos y honramos el aparente movimiento del Sol por el cielo en el transcurso del día y de las estaciones. El diseño solar pasivo intenta invitar libremente a la luz del Sol, lo que resulta en calor para nuestros hogares durante los meses fríos, a la vez que excluye la luz directa durante el verano. Los hogares más modernos todavía tienen sistemas de calefacción y refrigeración instalados, pero el diseño solar pasivo puede reducir la energía, los recursos y los costos requeridos en gran manera para el confort térmico y la iluminación.

El Meadowlands Environment Center, donde yo trabajo, alberga numerosos programas de excursiones enfocados en el diseño arquitectónico «ecológico». Este edificio de educación informal llegó a ser el primer edificio público en el estado de Nueva Jersey en recibir la certificación Platinum del Consejo de Construcción Ecológica de los Estados Unidos. El programa del Líderazgo de Energía y Diseño Ambiental del USGBC (LEED) fija directrices y criterios técnicos para edificios sostenibles. Planificación territorial, conservación del agua y materiales sostenibles; todo ello contribuyó a una construcción más responsable. Para la conservación de la energía, los datos actuales recolectados de los sistemas de monitoreo del edificio indican que este demanda aproximadamente un séptimo de la electricidad por metro cuadrado de un antiguo «tradicional» espacio de oficina. Gran parte de la eficiencia de esta energía deriva de la orientación del edificio, techo, ventanas, y del paisaje circundante, ¡todo específicamente diseñado con el sol en mente! Una matriz fotovoltaica compensa nuestra demanda de energía eléctrica por otros 29 por ciento. El desempeño de la energía de este edificio no fue de casualidad: fue diseñado.

En el Meadowlands Environment Center, nuestros programas de excursiones al «edificio ecológico» son algunos de los más populares, especialmente en los meses del invierno. En nuestras clases de Diseño de Energía Solar, los estudiantes primeramente estudian la arquitectura del centro para ver diseños ejemplares y luego aplican estos conceptos para crear pequeñas casas modelo que funcionan con el Sol. Sin embargo, no importa de cuál edificio pueda enseñar, cualquiera puede compartir ideas de diseños de energía solar pasiva con los estudiantes. Tener ventanas con vista al Sol es un regalo, pero si sus estudiantes tienen que ir a otra parte del edificio para disfrutar de esa vista, eso es parte de la lección.

Compartir con los estudiantes

Comenzar por presentar a los estudiantes a la estrella más cercana a la Tierra: el Sol y a la idea de que, por un milenio, la gente tenía que planear su vida alrededor de sus ciclos. Antes de la electricidad, incluso algo tan simple como ver dentro del hogar dependía totalmente de alguna forma de fuego y de permitir que ingrese la luz. Para eso, se tenía que conocer dónde sería el amanecer y la puesta, y cómo el sol se movería por el cielo a través de las diferentes estaciones. ¿Puede esa enegía de calor ser invitada a nuestros hogares en los meses más fríos? ¿Se podría restringir esa energía en el verano? Estas antiguas preguntas permanecen en la esencia del diseño solar pasivo moderno.

La mayoría de los estudiantes en este nivel son académicamente conscientes del movimiento de Sol, pero no están tan seguros de qué hacer con la energía que necesita un edificio. Con una caja de zapatos común, una linterna, y arcos hechos de aros de hula hula, puede modelar para sus estudiantes el ascenso, el mediodía, y la puesta del sol en su ubicación a través de las estaciones. El Meadowlands Environment Center está ubicado a 40° de la latitud norte, por tanto, nuestros modelos particulares de los solsticios de diciembre y junio resaltaban aquello dos trayectos solares extremos. ₁ Con una caja sin tapa, al aire libre, los estudiantes pueden ver ahora que el recorrido solar a través de las estaciones cambia drásticamente. También reconocen que la caja, en su estado actual, no obtendrá mucha ayuda del Sol en el invierno, y ¡puede que la familia también se cocine adentro en el verano! A menos que la familia quiera usar un montón de energía activa para iluminar, calefaccionar y refrigerar está casa, necesitamos rediseñarla.

Se reta a los equipos de estudiantes a modificar el modelo actual para sacar total ventaja del sol del invierno mientras se minimiza la luz y el calor del verano. Con algo de debate, los estudiantes reconocen que la incorporación de ventanas, cambios al techo y algo de paisajismo pueden ayudar. Otras modificaciones pudieran incluir la forma general del edificio, la orientación, los colores o el aislamiento térmico. En línea con las prácticas experimentales o de ingeniería, cada equipo toma una variable y prueba varios diseños.

El criterio para el éxito son la penetración máxima de luz adentro de la casa (y que posiblemente resulte en calor) en el invierno y un mínimo en el verano. Dependiendo de la edad actual de los estudiantes y las herramientas de medición disponibles, puede establecer estándares de evaluación específicos también. Los niños más jóvenes pueden simplemente demostrar la penetración de la luz con un sí o un no. Los más grandes pueden comenzar a cuantificar sus resultados colocando una cuadrícula adentro del modelo y midiendo el área del piso fraccionario iluminado por el Sol del medio día durante las varias estaciones («la luz ingresó un cuarto del recorrido a lo largo de la habitación»). Con el equipamiento apropiado, los estudiantes de la escuela media podrían medir los cambios en la temperatura adentro de la casa con un termómetro sensible o sondear después de un periodo de exposición a la luz específico.

Sol del mediodía en verano

Sol del mediodía en invierno

Modelo completo de verano

Modelo completo de invierno

Limitaciones

• Presupuesto – Una opción para los estudiantes más grandes es darles un presupuesto hipotético con el cual «ecologizar» sus hogares y una lista de precios para los aspectos arquitectónicos y de paisajes. Los equipos tienen que decidir sobre un estilo de techo, cuántas ventanas instalar, plantar árboles, etc. Deliberadamente fijamos un presupuesto moderado para que los estudiantes puedan costear todo lo de sus listas de deseos para preplanificar sus diseños. Por ejemplo, establecimos un presupuesto de USD 10000 para la energía. Ventanas de bajo consumo, puertas, o árboles todo USD 500 cada uno, mientras que un panel solar simple (no suficiente para la casa entera) cuesta USD 1500. Personalmente me encanta observar las interacciones sociales a medida que los diferentes equipos priorizan los gastos.
• Materiales – los suministros de manualidades de todos los días funcionan muy bien para dichos modelos. Inicialmente creíamos que teníamos que comprar costosos «kits de ciencias» para nuestros niños muy acostumbrados a la alta tecnología. Sin embargo, rápidamente descubrimos que, incluso si ellos han creado reinos enteros simulados en los sistemas de juegos de sus casas, muchos de ellos nunca han construido ninguna clase de modelo físico antes. Dichas casas no tienen que soportar peso, cajas de zapatos, carteles, y papel de construcción de color son suficientes para hacer un proyecto que luzca como una casa. Si quiere recolectar datos de la temperatura actual, se puede utilizar cinta de empaquetado clara para sellar cualquier agujero hecho para ventanas para minimizar las pérdidas radiativas. En cuanto al paisaje, ramas de árboles sin hojas apuntaladas con plastilina hacen excelentes árboles de forma caduca en esta escala. Pañuelitos de papel arrugados agregados a las ramas proporcionan un convincente follaje de verano. Hay algo innovador acerca de los materiales simples, y a menudo permite más creatividad, por tanto, los equipos se lanzan para tener el trabajo hecho.
• Tiempo – ¡Es un feliz problema ciertamente cuando sus estudiantes no quieren dejar de trabajar! Después de un recorrido por el edificio, nuestro programa de excursiones generalmente asigna aproximadamente 45 minutos a los estudiantes para sus diseños preliminares, y hay un apresuramiento loco a fin de prepararse para compartir sus éxitos.

Después de que los equipos hayan trabajado y descubierto un diseño eficiente para sus variables individuales, pasan 25 minutos presentando a cada uno lo que funciona mejor. ¡Es en este compartir, en las propias palabras de los estudiantes, que un profesor puede detectar lo que los estudiantes aprendieron de la experiencia!

La mayoría de las clases luego quieren compilar las mejores características individuales (disposición óptima de la ventana, los techos más eficaces, disposición funcional de los árboles de hoja caduca, etc) para convertirlo en un modelo único. ¿Los componentes individuales se complementan unos a otros, o puede suceder que una característica interfiera con otra? Estas son todas circunstancias con las que los diseñadores e ingenieros tienen que lidiar, y una que los estudiantes son capaces de resolver en el contexto de la práctica.

Lecciones aprendidas

Cuando comencé a organizar este programa, estaba contenta de ver que tantos estudiantes en este grado ya habían sido expuestos en las escuelas a modelos astronómicos y entendían correctamente que el aparente movimiento diario del Sol resulta de la rotación de la Tierra. Algunos estudiantes, pero no todos, también podían explicar como las estaciones de la Tierra en el transcurso de una órbita resulta de su eje inclinado, más que de la distancia del Sol. Lo que me sorprendió completamente fue como casi nadie podía salir afuera y señalar el recorrido del sol por el vecindario en cualquier estación. De hecho, mis estudiantes presumían, «tenemos GPS de navegación; ¡no necesitas saber cómo andar!»

Mientras que los estudiantes están aprendiendo a visualizar conceptos de astronomía, lo que no ha estado sucediendo a menudo es la oportunidad para que los estudiantes apliquen este conocimiento de una manera útil, del mundo real. Una vez que utilicen su conocimiento solar en un desafío del diseño del hogar, los niños de 10 a 14 años se comprometen rápidamente con el proyecto. Algunos equipos compiten moderadamente unos contra otros, pero también pueden ver que combinando las variables de los diseños pueden obtener un efecto sinérgico para el modelo de la casa.

Puede haber momentos de ansiedad que conduzcan a las demostraciones finales. ¿Las ventanas, techo y árboles harán lo que se supone que hagan durante el transcurso de las estaciones? Si es así, no es inusual escuchar aplausos y chocar los cinco por toda la clase. ¿Qué mejor evidencia de inversión personal en aprendizaje podemos pedir?

Siempre hemos sabido que los niños (y adultos) están más interesados en aprender cuando hay algo interesante que hacer con ese conocimiento. Los últimos estándares de enseñanza de ciencias formal ponen un gran énfasis en la participación activa de los estudiantes en el proceso de ciencia, así como aplicar nuevo contenido para resolver un problema. En un proyecto de diseño solar pasivo, los estudiantes hacen solo eso: comprender la predictibilidad del Sol y diseñarla para usarla libremente para el beneficio de nuestros hogares y del medio ambiente. Nuestros niños pueden moverse desde la simple pregunta, «¿Qué?» a la más compleja, «¿Y qué?» Y tal vez más importante, podemos encomiar a los niños a pensar, «¿Ahora qué?» Trabajar con modelos sencillos es una experiencia que abre a los niños a la idea de seguir carreras en diseño, arquitectura o ingeniería. Si somo afortunados, incluso podríamos estar preparando a futuros propietarios a hacer su parte en construir un medioambiente más sostenible con el paisaje natural.

Susan Lewicki es educadora medioambiental senior en Meadowlands Environment Center en el noreste de Nueva Jersey. Tiene más de 20 años de experiencia en el desarrollo y liderazgo excursiones prácticas para estudiantes K-12 y grupos comunales, así como talleres estándares y enfoques comunitarios.

Sabrina Sánchez es traductora de inglés literaria y técnica científica. Se desempeña como traductora freelance desde su hogar en Buenos Aires, Argentina.

Recursos

Gould, Alan. Hot Water and Warm Homes from Sunlight. Teacher’s Guide. GEMS c/o Lawrence Hall of Science, University of California, Berkeley, 1995.

Gould, Alan, Willard, Carolyn, Pompea, Stephen. The Real Reasons for Seasons: Sun-Earth Connections, Grades 6-8. GEMS c/o Lawrence Hall of Science, University of California, Berkeley, 2000.

Fraknoi, Andrew, editor. The Universe at Your Fingertips 2.0 DVD-ROM. Astronomical Society of the Pacific, 2011.

Notas finales

1. SunPosition, “SunPosition Calculator” http://sunposition.info/sunposition/ spc/locations.php