Tutores:
Tutora Académica:
Msc. Evelio Guerra
Tutor Técnico:
Ing. Juan Izaguirre

Participantes:
Douglas Bravo
C.I: 28.358.929
Saúl Jiménez
C.I: 32.049.831
Cristian Figuera
C.I: 31.335.794

Resumen

El presente proyecto, titulado “Diseño y elaboración de una cámara de vacío como material didáctico para el laboratorio de física del PNF Mecánica de la Universidad Politécnica Territorial de Paria ‘Luis Mariano Rivera’”, se enfoca en la necesidad de mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje en el área de física del PNFM. Mediante un diagnóstico situacional se reveló una carencia de material didáctico en el laboratorio de física, lo cual impacta negativamente en la formación académica de los estudiantes. A través de la observación directa y entrevistas, se identificó que esta deficiencia se traduce en una preparación limitada de los futuros profesionales, restringiendo su capacidad para comprender y aplicar conceptos teóricos en prácticas reales.

Esta propuesta se estructura con la finalidad de cumplir con la línea de investigación del Segundo Trayecto del PNFM de la U.P.T.P. “Luis Mariano Rivera”, cuyo objetivo promueve el desarrollo de equipos y material didáctico para laboratorios. En este sentido, se propone el diseño y la construcción de una cámara de vacío, una herramienta fundamental para la experimentación en física que permite simular condiciones de presión reducida y estudiar fenómenos que requieren dichos ambientes. El desarrollo incluye la investigación de los principios teóricos y técnicos que rigen la funcionalidad del dispositivo, así como la selección adecuada de materiales, cálculos y normativas de diseño mecánico, empleando software especializado como AutoCAD para la presentación de un prototipo funcional. Finalmente, se espera que la implementación de esta cámara complemente los estudios prácticos y contribuya significativamente a elevar la calidad de formación de los futuros ingenieros mecánicos, asegurando una educación integral y conectada con la práctica profesional.

Introducción

El vacío, un concepto que proviene del latín vacīvus, representa la ausencia total de materia en un espacio determinado y ha sido objeto de debate tanto en la filosofía antigua como en la física contemporánea. En el ámbito de la ciencia y la ingeniería, comprender el vacío no solo revela aspectos teóricos, sino que también conlleva implicaciones prácticas cruciales para el desarrollo de tecnologías avanzadas. La Sociedad Estadounidense del Vacío (AVS) define el vacío como un espacio lleno de gases cuya presión total es menor que la atmosférica, lo que permite clasificar diferentes grados según la disminución de la presión. Su control es indispensable para la realización de experimentos precisos en la industria y la investigación.

Históricamente, se ha discutido profusamente sobre la posibilidad de su existencia. Los antiguos filósofos griegos debatieron el vacío —o la nada— en el contexto del atomismo, postulándolo como un elemento explicativo fundamental de la física. Siguiendo a Platón, el concepto abstracto de un vacío sin rasgos se enfrentaba a un considerable escepticismo: no podía ser aprehendido por los sentidos ni proporcionar por sí mismo un poder explicativo adicional más allá del volumen físico con el que se conmensuraba y, por definición, no era literalmente nada en absoluto. Por su parte, Aristóteles creía que ningún vacío podía producirse de forma natural, ya que el continuo material más denso circundante llenaría inmediatamente cualquier espacio incipiente. Cabe destacar que los experimentos mentales medievales consideraban que el vacío podía manifestarse, aunque fuera por un instante, entre dos placas planas al separarlas rápidamente.

Siguiendo este hilo de exploración y descubrimiento, en el presente proyecto se propone el diseño de una cámara de vacío como un aporte significativo hacia la creación de un material didáctico que facilite las prácticas en el laboratorio de física del P. N. F. en Ingeniería Mecánica de la Universidad Politécnica Territorial de Paria “Luis Mariano Rivera”, ubicada en Carúpano, Estado Sucre.

Objetivo General

Diseñar una cámara de vacío como material didáctico para el laboratorio de física del P. N. F. en Mecánica de la Universidad Politécnica Territorial de Paria «Luis Mariano Rivera».

Objetivos Específicos

• Conocer los referentes teóricos para el diseño y funcionamiento de una cámara de vacío.
  
• Seleccionar las cualidades que deberá poseer la cámara de vacío a partir de los referentes teóricos.
  
• Adquirir los materiales y señalar las normativas aplicables en el diseño de la cámara de vacío.
  
• Realizar el diseño de los planos mecánicos en 2D y 3D de la cámara de vacío utilizando herramientas informáticas (AutoCAD).
  
• Elaborar un prototipo funcional de la cámara de vacío.

Antecedentes de la Investigación

Como primer antecedente se toma el trabajo de investigación de López Aguirre (2019), titulado Diseño y simulación de una cámara de vacío para el estudio de la interacción de partículas cargadas con materia. El resultado de dicho trabajo consistió en la presentación de un modelo virtual de la cámara de vacío con todos sus elementos acoplados, incluyendo planos de fabricación y montaje. Asimismo, propone soluciones técnicas basadas en el análisis de catálogos de proveedores para garantizar el correcto funcionamiento del sistema.

En el mismo orden de ideas, el proyecto de Gualán Jiménez y Venegas Tonato (2006), titulado Diseño y construcción de un prototipo de cámara de vacío para el recubrimiento metálico en plásticos para el laboratorio de metalurgia de la F.I.M. E.S.P.E., derivó en la construcción exitosa de un prototipo orientado al recubrimiento metálico. En este estudio se subraya la importancia de incorporar una bomba difusora para lograr un alto vacío efectivo en el proceso de metalizado. A pesar de los desafíos enfrentados, el proyecto demostró el potencial de aplicar dichos diseños tanto en la enseñanza como en la investigación.

Conclusiones

• Se investigaron los referentes teóricos para el diseño y elaboración de una cámara de vacío, destacando los dispositivos generadores de vacío, el concepto físico y el tiempo estimado para su formación.
  
• A partir de los referentes teóricos, se determinó que las cualidades funcionales de la cámara deben permitir generar un nivel de vacío apto para actividades didácticas y de experimentación en menos de cinco minutos, con un volumen interno estimado entre 6000 y 7000 $\text{cm}^3$.
  
• Se precisaron los materiales y normativas técnicas necesarios para el diseño y la elaboración del prototipo, los cuales quedaron plasmados en el desarrollo del proyecto.
  
• Se elaboraron planos en 2D y 3D que facilitan la visualización de la cámara de vacío y sus componentes desde diferentes perspectivas, mostrando claramente dimensiones y escalas precisas. Para ello se emplearon herramientas informáticas como AutoCAD y SolidWorks, garantizando la exactitud requerida para su posterior construcción y la identificación oportuna de posibles deficiencias de diseño.
  
• Se construyó satisfactoriamente la cámara de vacío, la cual es capaz de alcanzar un nivel de vacío bajo dentro de un volumen de 6400 $\text{cm}^3$, representando de forma didáctica su funcionamiento y la acción del vacío sobre los cuerpos. Su aplicación como recurso en el laboratorio de física optimiza la formación académica de manera práctica, supliendo la ausencia de equipos físicos y respaldando los conocimientos teóricos adquiridos en el aula.