Ciencias Exactas y Naturales

PK-347-EN Generación de Energía Termodinámica

  • Categoría: Pandilla Kids (3ro., 4to., 5to. y 6to. Año de primaria)
  • Área de participación: Ciencias Exactas y Naturales
  • Asesor: Elizabeth Acosta Hernández
  • Autor: EMILIANO ZAMORES TAPIA ()

Resumen

La termodinámica es la rama de la física que describe los estados de equilibrio termodinámico a nivel macroscópico. El Diccionario de la lengua española de la Real Academia, por su parte, define la termodinámica como la rama de la física encargada del estudio de la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía.[1]​ Constituye una teoría fenomenológica, a partir de razonamientos deductivos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental.[2]​ Los estados de equilibrio se estudian y definen por medio de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía, el volumen o la composición molar del sistema,[3]​ o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes, tales como la imanación, la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también pueden tratarse por medio de la termodinámica.[4]​ Fig.1. Foto de Thomas Alva Édison y su primera bombilla.

Fig.3. Sadi Carnot con el uniforme de la Politécnica.

Grabado a partir del retrato de Boilly publicado en la nueva edición de padre del foco incandescente.

Licenciado en la Escuela Politécnica, en 1824 publicó su obra maestra: “Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia”, donde expuso las ideas que darían forma al segundo principio de la termodinámica. Estos trabajos, poco comprendidos por parte de sus contemporáneos, fueron más tarde conocidos en Alemania por Rudolf Clausius (que fue quien los difundió) y por William Thomson (Lord Kelvin) en el Reino Unido. Como reconocimiento a las aportaciones del primero, el principio de Carnot se rebautizó como principio de Carnot-Clausius. Este principio permite determinar el máximo rendimiento de una máquina térmica en función de las temperaturas de su fuente caliente y de su fuente fría. Cuando Luis XVIII envió a Carnot a Inglaterra para investigar el elevado rendimiento de sus máquinas de vapor, se dio cuenta que la creencia generalizada de elevar la temperatura lo más posible para obtener el vapor mejoraba el funcionamiento de las máquinas. Poco después descubrió una relación entre las temperaturas del foco caliente y frío y el rendimiento de la máquina.

 

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

En mi proyecto se construyó una pequeña maquina a vapor que utilizando las magnitudes termodinámicas de presión-vacío creadas dentro de una lata la cual se impulsa mediante ciclos, los cuales se dividen en evaporación-impulsión y condensación-vacío; logrando así un ciclo cerrado que dependerá de la cantidad de energía en forma de calor, cedida por el combustible en este caso la vela. La construcción del barco tiene como característica principal un diseño basado en el porcentaje de flotabilidad de un cuerpo, tomando el centro de gravedad como el más adecuado para situar el elemento motriz y así darle al barco un contacto mínimo con el agua; tomando en cuenta que

los materiales para la construcción minimicen el peso del mismo y así lograr un deslizamiento rápido y seguro sobre la superficie acuática.

Barco propulsión a vapor

Antecedentes

El vapor es uno de los fluidos más comúnmente utilizados para calentar equipos o instalaciones en cualquier tipo de industria por eso es importante conocer la utilización del vapor, ejemplificado en una pequeña máquina, la cual nos muestra el desarrollo de la energía térmica en la propulsión de un objeto e involucrando la metalistería y otras ciencias que de una u otra forma aportan en la construcción de dicho proyecto.

Las calderas de los barcos de vapor están constituidas por un recipiente metálico cerrado donde el agua se transforma en vapor, proporcionando una producción continua de vapor a presión y temperatura determinadas.  Estas calderas están formadas por el hogar, espacio donde se lleva a cabo la combustión del carbón, del petróleo o del combustible a utilizar; al aprovechar las magnitudes termodinámicas de presión-vacío los cuales se dividen en evaporación-impulsión y condensación-vacío; se logra un circuito cerrado y la cantidad de energía en forma de calor que se crea en el.

prototipo 2 uso de calentamiento del cuerpo del barco.

Objetivo

Elaborar un barco con material de reciclaje (lata), aplicando las bases de la termodinámica con el fin de generar el movimiento necesario para hacerlo navegar, comprobando la base de la ley de termodinámica

Justificación

La inquietud de conocer cómo se elabora un barco a escala con materiales de reciclaje y como se implementa un mecanismo que utilizando el vapor sea su mecanismo de movimiento.

 

Hipótesis

Si utilizamos materiales de reciclaje de hoja de lata utilizando una vela para generar el calor suficiente para calentar una pequeña caldera podemos hacer navegar esta lancha de juguete.

 

Método (materiales y procedimiento)

Material:

a) 2 latas vacías de refresco

b) Una vela pequeña

c) Tijeras de corte

d) Alambre de cobre el suficiente

e) Equipo de protección personal

1Guantes.

 

Galería Método

Resultados

Los logros obtenidos generando calor a partir de una vela este se transfiere al cobre creando un impulso de la lancha construida con materiales de reciclaje.

 

Galería Resultados

Discusión

 

 

Conclusiones

La ley de termodinámica aplica en lo más simple de nuestra vida diaria, aplicado a algo tan sencillo como un juguete podemos hacer navegar un pequeño bote el cual fue elaborado con materiales de reciclaje.

 



PK-347-EN Generación de Energía Termodinámica

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography