Aprende a Diseñar Biodigestores con Software 3D

Softwares de Diseño 3D en la Enseñanza de Biogás

Oportunidades y desafíos para un aprendizaje activo en las escuelas

Por Heleno Quevedo de Lima

El avance de las tecnologías digitales ha transformado la educación en diversos niveles, permitiendo que nuevos enfoques y herramientas se integren a las actividades de enseñanza, especialmente en las áreas de ciencias y tecnologías. En el contexto de la educación secundaria, la combinación del uso de softwares de modelado 3D con la temática del biogás puede crear oportunidades únicas de aprendizaje, potenciando el desarrollo de habilidades técnicas y promoviendo una educación más práctica y aplicada. Hoy, en este artículo, exploraré el uso de softwares como SketchUp y SolidWorks en la enseñanza de proyectos de biogás, hablaré un poco sobre sus aplicaciones pedagógicas y las competencias que pueden ser desarrolladas por los estudiantes.

La importancia de los softwares de diseño 3D en la enseñanza

Los softwares de diseño 3D han revolucionado la manera en que diseñadores, ingenieros y arquitectos trabajan. Al permitir la visualización tridimensional de estructuras y sistemas, estas herramientas facilitan la comprensión de proyectos complejos y permiten que el usuario simule diferentes escenarios y configuraciones antes incluso de empezar la construcción física.

Entre las herramientas más utilizadas en la enseñanza y en la industria podemos citar SketchUp y SolidWorks. Ambos tienen sus particularidades, siendo importantes tanto para la creación de prototipos como para la planificación de sistemas más elaborados.

Al ser aplicados en el contexto escolar, estos softwares se convierten en herramientas poderosas para ayudar a los estudiantes a visualizar conceptos abstractos y a desarrollar una comprensión práctica de cómo los sistemas de energía renovable, como el biogás, funcionan en la práctica.

Comparando SketchUp y SolidWorks

Aunque ambos softwares se utilizan para modelado 3D, tienen características distintas que pueden satisfacer diferentes necesidades en el contexto escolar:

• SketchUp: Es una herramienta más intuitiva y fácil de aprender, siendo ampliamente usada para proyectos arquitectónicos y de diseño conceptual. Su interfaz amigable y curva de aprendizaje más suave hacen de SketchUp una excelente opción para principiantes, incluidos estudiantes de educación secundaria. Es ideal para crear bocetos rápidos y explorar ideas visuales, permitiendo que los estudiantes experimenten con la creación de formas y volúmenes de manera práctica.
• SolidWorks: Es una herramienta más robusta y enfocada en ingeniería, siendo ampliamente utilizada en la industria para proyectos de ingeniería mecánica y diseño de productos. SolidWorks permite mayor precisión y detalle técnico, incluyendo la posibilidad de simulaciones y análisis de materiales, haciéndolo más indicado para proyectos que requieren un nivel más alto de complejidad y exactitud. Puede ser introducido a los estudiantes para que desarrollen habilidades más avanzadas, aplicables en proyectos reales de ingeniería.

⇒ Sintoniza en Biogás: escucha episodios de podcast

Biogás y biodigestores y las oportunidades educativas

El biogás es una fuente de energía renovable producida a partir de la descomposición de la materia orgánica en ambientes anaeróbicos (sin oxígeno atmosférico libre). El proceso ocurre en reactores (biodigestores), que transforman residuos orgánicos (sustratos como restos de alimentos, excrementos de animales y toda materia orgánica en proceso de descomposición) en biogás y digestato (efluente con alto potencial para ser utilizado como biofertilizante).

La enseñanza sobre biogás en educación secundaria trae diversos beneficios. Primero, sensibiliza a los estudiantes sobre cuestiones ambientales y energéticas, mostrando el papel de las tecnologías renovables en la construcción de un futuro sostenible.

Además, al aprender sobre biodigestores y la producción de biogás, los estudiantes comprenden el ciclo de los residuos y su valoración como fuente de energía, lo que también estimula el pensamiento crítico en torno a cuestiones como el desperdicio y el reaprovechamiento de recursos.

Archivo personal: HQL 2011

La unión de softwares de diseño 3D con el tema biogás

La combinación de herramientas de modelado 3D con el estudio del biogás tiene el potencial de transformar el aprendizaje en el aula. Al usar programas como SketchUp o SolidWorks, los estudiantes pueden visualizar en detalle cómo funcionan los biodigestores, creando proyectos desde sistemas a pequeña escala, como modelos de banco, hasta plantas industriales más complejas.

Esta integración ofrece una serie de ventajas y oportunidades de aprendizaje:

• Visualización clara de conceptos teóricos y prácticos: El aprendizaje sobre biogás implica entender cómo interactúan diferentes componentes (tanques, tuberías, válvulas, bombas hidráulicas, entre otros). La modelación 3D permite que los estudiantes vean estos sistemas de forma concreta.
• Experiencia práctica: Al diseñar sus propios modelos de biodigestores, los estudiantes experimentan la práctica de planificar y resolver problemas relacionados con la producción de biogás.
• Estimula la creatividad: La modelación en 3D incentiva a los estudiantes a ser creativos, probando diferentes configuraciones y soluciones para optimizar la producción de biogás.

Aplicaciones pedagógicas y actividades didácticas

La utilización de software de modelado 3D puede integrarse en diversas asignaturas de la educación secundaria, como física, química, matemáticas, programación, geografía, proyectos makers. Algunas sugerencias de actividades y proyectos prácticos incluyen numerosas oportunidades. Enumeramos las 5 principales actividades que consideramos oportunidades educativas increíbles:

1. Proyecto de biodigestor escolar: Los estudiantes pueden diseñar un biodigestor para la escuela, teniendo en cuenta el tipo de residuo orgánico generado localmente y la producción de biogás que podría abastecer una pequeña unidad de generación de energía.
2. Simulación de escenarios: Los estudiantes pueden probar diferentes variables, como el volumen del biodigestor, la temperatura y los tipos de residuos, y analizar cómo estos cambios afectan la producción de biogás.
3. Impresión 3D: Después del diseño en el software, los estudiantes pueden imprimir en 3D los componentes de sus biodigestores, haciendo que el aprendizaje sea aún más tangible.
4. Análisis de impacto ambiental: Los estudiantes pueden calcular la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero al sustituir los combustibles fósiles por biogás, integrando matemáticas y geografía en el proyecto.
5. Desarrollo de prototipos: Diseñar biodigestores de banco y probarlos en laboratorio puede ser una excelente manera de integrar disciplinas de ciencias e ingeniería.

⇒ ¡Sigue el canal de Portal Energía y Biogás en WhatsApp!

Archivo personal: HQL 2011

Guía básica de proyecto de biogás utilizando software 3D

Estamos proponiendo una guía básica de proyecto de biogás utilizando cualquier software 3D como una actividad práctica que ayuda en la comprensión de los procesos involucrados en la producción de biogás y el funcionamiento de biodigestores.

Al seguir esta guía, los estudiantes podrán visualizar, diseñar y simular un biodigestor en un entorno digital, facilitando la comprensión de conceptos complejos de manera interactiva y aplicada.

La actividad permite que prueben diferentes variables y soluciones, proporcionando una experiencia de aprendizaje activa, donde el contenido teórico está directamente conectado a la práctica mediante herramientas modernas para modelado en 3D.

• Investigación inicial: Introducción al concepto de biogás y funcionamiento de biodigestores.
• Dibujo conceptual: Usando SketchUp, SolidWorks u otro software de dibujo 3D, los estudiantes crean un boceto de biodigestor.
• Definición de parámetros: Selección de tipos de residuos, tipo de biodigestor y realización de dibujos conceptuales sobre el proceso de descomposición anaeróbica. En esta actividad se introducen elementos de dimensionamiento y determinación del volumen del biodigestor.
• Simulación y análisis: Uso del software para simular la escala de los proyectos, variando dimensiones y observando la relación directa con el cambio en el tamaño. También la relación directa con la cantidad de materiales para la construcción del proyecto. En este ejercicio el estudiante puede entender los impactos del aumento del volumen de residuos a tratar con los costos finales que el proyecto del biodigestor necesitará.
• Impresión 3D: Si es posible, imprimir los pequeños modelos diseñados para una visualización concreta de los reactores, utilizando agua para simular el flujo del sustrato en su interior.
• Evaluación del proyecto: Oportunidad para discutir en grupo sobre los resultados de la simulación, problemas encontrados y posibles mejoras en el diseño.

Competencias desarrolladas

Estas actividades representan excelentes oportunidades para el desarrollo de competencias fundamentales en los estudiantes. Al integrar el uso de software de dibujo 3D con la enseñanza sobre biogás, las escuelas proporcionan un entorno de aprendizaje práctico y dinámico que va más allá de la teoría, permitiendo que los estudiantes adquieran habilidades esenciales para el futuro.

La adopción de estas herramientas no solo enriquece la enseñanza técnica y científica, sino que también promueve el desarrollo de una amplia gama de competencias, como el pensamiento crítico, la resolución de problemas, la creatividad y la colaboración.

Estas experiencias inmersivas ayudan a preparar a los estudiantes para desafíos reales, tanto en el mercado laboral como en la vida académica y personal. Consulte la gama de competencias para el desarrollo de los estudiantes, como:

• Pensamiento crítico
• Resolución de problemas
• Habilidades de comunicación
• Trabajo en equipo
• Pensamiento espacial
• Creatividad e innovación
• Habilidades técnicas en modelado 3D
• Comprensión de procesos de producción de energía renovable
• Conceptos de sostenibilidad y economía circular
• Preparación para el mercado laboral

Archivo: P&D Ingeniería en Energía y Biotecnología (2004 - 2009)

Consideraciones finales

Consejos de Software

Software Comercial:

• SolidWorks: Conocido por su precisión y complejidad, es ideal para proyectos de ingeniería. Para obtener una demostración gratuita o adquirir una licencia: solidworks.com 
• Autodesk Revit: Especializado en proyectos arquitectónicos, Revit ofrece herramientas poderosas para modelado BIM. Para más información y descarga, visite: autodesk.com 
• Rhino: Herramienta versátil para modelado NURBS, utilizada en diversas áreas. Para probar Rhino, visite: rhino3d.com 
• Autodesk Fusion 360: Plataforma completa para diseño industrial, mecánico y electrónico. Para comenzar a usar Fusion 360, acceda a: autodesk.com/fusion-360

Software Gratuito y de Código Abierto:

• Blender: Herramienta extremadamente poderosa y versátil, con una comunidad activa. Descargue Blender gratuitamente en: blender.org 
• FreeCAD: Software CAD 3D paramétrico, ideal para proyectos de ingeniería. Para descargar FreeCAD, acceda a: freecad.org 
• Tinkercad: Herramienta online fácil de usar, perfecta para principiantes. Acceda a Tinkercad en: tinkercad.com 
• OpenSCAD: Software de modelado 3D basado en scripts. Descargue OpenSCAD en: openscad.org 
• Meshmixer: Herramienta para escultura digital y procesamiento de mallas 3D. Descargue Meshmixer en: meshmixer.com

Otras Opciones Interesantes:

• Sweet Home 3D: Herramienta simple e intuitiva para diseño de interiores. Disponible en: sweethome3d.com 
• LibreCAD: Software CAD 2D gratuito y de código abierto. Disponible en: librecad.org 

⇒ Suscríbase a nuestro Boletín

¿Te gustó el tema?

¿Quieres saber más sobre el biogás en Brasil?