Durante la estancia de servicio social en el laboratorio de medios granulares, se llevó a cabo el proyecto de elaborar un calorímetro con el propósito de medir los cambios de temperatura de diversos materiales de manera digital. En este artículo se presenta el diseño, construcción y prueba de dicho calorímetro digital, cuya especialidad es además, su bajo costo. El objetivo además de utilizarlo para realizar mediciones sobre la temperatura de objetos en la vida cotidiana, es ofrecer una alternativa accesible para la enseñanza de las ciencias en escuelas o para cualquier persona interesada. Ya que el calorímetro permite observar los cambios de temperatura en diversas situaciones, su uso facilita el análisis y comprensión de conceptos relacionados a la termodinámica .
El calorímetro es un instrumento utilizado para medir la cantidad de calor absorbido o liberado durante un proceso químico o físico. Su importancia radica en la capacidad de estudiar fenómenos termodinámicos y cinéticos. Sin embargo, los calorímetros comerciales suelen ser costosos, limitando su disponibilidad en instituciones educativas con recursos restringidos.
El objetivo principal de este proyecto es diseñar y construir un calorímetro digital que sea económicamente accesible y fácil de usar en entornos educativos. Este dispositivo utiliza sensores de temperatura y una interfaz digital para registrar y mostrar los cambios térmicos, facilitando así su aplicación en experimentos de laboratorio.
La metodología empleada para el desarrollo del calorímetro digital incluyó varias etapas: diseño conceptual, selección de materiales, construcción del prototipo y pruebas experimentales.
1. Diseño Conceptual: Se definieron los componentes principales del calorímetro, incluyendo un recipiente aislado, sensores de temperatura y un sistema de adquisición de datos.
2. Selección de Materiales: Se eligieron materiales de bajo costo y fácil acceso, como sensores de temperatura digitales (DS18B20) y un microcontrolador (Arduino).
3. Construcción del Prototipo: Se ensamblaron los componentes en un recipiente aislado, asegurando una correcta integración de los sensores y el microcontrolador.
4. Pruebas Experimentales: Se realizaron pruebas para calibrar los sensores y validar el funcionamiento del calorímetro. Se compararon los resultados obtenidos con datos teóricos para verificar la precisión del dispositivo.
Las pruebas experimentales demostraron que el calorímetro digital desarrollado es capaz de medir cambios de temperatura con alta precisión. Los datos obtenidos fueron consistentes con los valores teóricos esperados, lo que valida la efectividad del dispositivo.
El uso de sensores de temperatura digitales permitió obtener lecturas rápidas y precisas, y la interfaz digital facilitó la visualización y análisis de los datos. Además, el costo total de construcción del calorímetro fue significativamente menor en comparación con los dispositivos comerciales, lo que lo hace una alternativa viable para su uso en entornos educativos.
Uno de los principales desafíos fue asegurar una adecuada aislamiento térmico del recipiente para minimizar las pérdidas de calor. Se utilizó espuma de poliestireno como material aislante, lo que resultó en una mejora considerable en el rendimiento del calorímetro.
El calorímetro digital de bajo costo desarrollado en este proyecto representa una herramienta accesible y efectiva para la enseñanza de conceptos termodinámicos en laboratorios educativos. Su diseño simple y el uso de componentes económicos permiten su implementación en instituciones con recursos limitados, promoviendo así una mejor comprensión práctica de las ciencias.
El éxito del prototipo sugiere que futuras mejoras, como la integración de software para el análisis de datos y la automatización de procesos de medición, podrían incrementar aún más su utilidad y aplicabilidad en diferentes contextos educativos.