Termodinamica (laura Johanna Vargas Cantor - Grupo 402).docx

BARCO POP POP Vargas Cantor Laura Johanna. [email protected] GRUPO 402 – Ingeniería industrial

Universidad De Cundinamarca

RESUMEN—Este articulo presenta el procedimiento para realizar un barco de vapor este permite aclarar los diferentes términos asociando conceptos, llevándolos de la teoría a la práctica ya que presenta diferentes leyes y teorías de la termodinámica, muestra la importancia de la utilización del vapor y el desarrollo de la energía, este explica la primera ley de la termodinámica que es el principio de la acción y la reacción debido al mecanismo que utiliza en su motor también presenta las diferentes leyes de newton y el principio de Arquímedes; el fin es identificar los diferentes fenómenos que presenta para entender mejor el funcionamiento del barco y poder llegar a diferentes conclusiones que relacionen su funcionamiento con cada fenómeno físico y así llegar a un mejor entendimiento y a una mejor aplicación de cada ley o principio. PALABRAS CLAVES      

Energía térmica Evaporación Ciclo termodinámico Calor Isotérmico Transformaciones energéticas

ABSTRACT- This article presents an experiment which is a steamship this allows to clarify the different terms associating concepts, taking them from theory to practice since it presents different laws and theories of thermodynamics, shows the importance of steam utilization and development Of energy, this explains the first law of thermodynamics which is the principle of action and the reaction due to the mechanism it uses in

its motor also presents the different laws of Newton and the principle of Archimedes; The purpose is to identify the different phenomena that it presents to better understand the operation of the ship and to reach different conclusions that relate its operation with each physical phenomenon and thus to reach a better understanding and better application of each law or principle. KEYWORDS  Thermal energy  Evaporation  Thermodynamic cycle  Hot  Isotermico  Energy transformations

Se deben tener algunos conceptos claros:

Energia

Ebullición

Movimiento violento del agua u otro líquido, con producción de burbujas, como consecuencia del aumento de su temperatura

Se denomina ciclo termodinámico a cualquier serie de procesos termodinámicos que al ciclo transcurrir el sistema simpre regrese a termodinamic su estado inicial. o

Vapor de agua

Es un gas que se obtiene por evaporación o ebullición del agua líquida.

Máquina de vapor

Es la capacidad para poner en movimiento o transformar algo.

Es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica.

Energia que es liberada en forma de calor, es decir, se manifiesta vía calor, pasa de un cuerpo más caliente a otro que presenta una Energia térmica temperatura menor.

Energía mecánica

Condensación

Sistema termodinámico

Evaporación

Es la energía que presentan los cuerpos en razón de su movimiento (energía cinética), de su situación respecto de otro cuerpo

Paso de un vapor del estado gaseoso al estado líquido.

Es una parte del Universo que se aísla para su estudio

La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso

MARCO TEORICO La termodinámica se ocupa de analizar todos los efectos que producen los cambios de magnitudes como la densidad, la masa, la temperatura, el volumen. La base sobre la cual inician todos los estudios de la termodinámica es la circulación de la energía y como esta es capaz de causar un movimiento. En primer lugar, se tiene el Principio de Arquímedes el cual dice que todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje, el cual se genera de abajo hacia arriba, igual al peso del líquido desplazado. Se pueden producir tres casos:  El primero dice que si el peso es mayor que la fuerza de empuje “P > E”, el cuerpo se hundirá y quedara en el fondo.  El segundo dice que si el peso es igual que la fuerza de empuje “P = E”, el cuerpo se hundirá, pero quedara flotando en el interior del fluido.  El tercer caso dice que si el peso es menor que la fuerza de empuje “P < E”, el cuerpo flotara manteniendo una parte sumergida y otra parte sobresaliendo del fluido.

En segundo lugar se encuentran las leyes de newton la Primera ley dice que todo cuerpo abandonado a sí mismo sobre el que no actúan fuerzas permanece en el estado de reposo o movimiento en que se encuentre; la segunda ley

es el resultado de aplicar una fuerza a un cuerpo el cual produce una variación de su cantidad de movimiento que es el producto de la masa por la velocidad en la dirección y sentido de la fuerza, y la Tercera ley de Newton la cual dice que “siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, el segundo objeto ejerce una fuerza de igual magnitud y en dirección opuesta sobre el primero.” Esta dice que cada acción tiene una reacción de la misma magnitud, un ejemplo es al golpear un clavo con un martillo, el clavo ejerce una fuerza contraria que hace que el martillo revote hacia atrás, otro ejemplo claro es cuando una persona que rema en una lancha empuja el agua con el remo en una dirección y el agua responde empujando la lancha en dirección contraria. La energía es la base para el primer principio de la termodinámica, ya que indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece en el tiempo, la Primera Ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Entonces esta ley expresa que cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa, en este caso la energía dada por la vela se convierte en energía mecánica al aplicar calor al motor, en este caso es el calor emitido por el fuego de la vela. Esta ley indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas, en su sistema aislado es decir en un sistema que no intercambia materia ni energía con su entorno la entropía la cual es la magnitud termodinámica que indica el grado de desorden molecular de un sistema siempre aumenta con el tiempo.

El calor se transformará en energía cinética y ésta provocará un incremento de movimiento en las moléculas de agua.

Esto provocará que las moléculas ocupen más lugar y buscarán salir del sistema

En este caso, intentarán salir por los pitillos del motor que es el lugar donde se elimina el vapor de agua.

PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN Materiales  Envase tetrabrik, es un envase de cartón opaco impermeabilizado con aluminio el cual es utilizado para envasar líquidos.  Silicona  Pegamento de componente o pegamento resistente al calor  Marcador  Alicates  Regla  Tijeras  Pinturas y pincel  Vela pequeña  Lata vacía  3 pitillos con codo  Un pedazo pequeño de alambre

1 Al eliminarse el vapor de agua, el barco realizará un trabajo al moverse

Ese trabajo sera igual al calor que se expuso el motor al inicio.

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El barco deberá ser impulsado por energía térmica por un lapso de tiempo determinado por un elemento combustible que en este caso sería la vela Pasos a seguir: FABRICACIÓN DEL MOTOR

1. Para hacer el motor debe tomar la lata vacía y abrirla de tal manera que obtenga una tira de cinco centímetros de ancho, para darle textura y facilitar el pegamento puede lijar los bordes de la lata. 2. Una vez este lijado y completamente limpio debe doblarlo por la mitad sin marcar demasiado los dobleces y debe hacer un dobles a lo largo de la lata a un centímetro de cada borde. 3. Una vez quede como un sobre debe abrir una de las esquinas y cortar uno de los pitillos por la mitad e introducirlos dentro del orificio hasta el fondo de la lata. 4. El siguiente paso a seguir es pegar completamente todos los bordes y dobleces y presionar para que quede completamente sellado como un sobre5. Debe retirar los pitillos del sobre de lata para introducir los pitillos definitivos estos se deben doblar por los codos a 45 grados y debe meter las esquinas de los pitillos a un centímetro y medio dentro del sobre de lata. 6. Ahora si debe sellar completamente la lata con el pegamento de componente, cuando esté totalmente sellado para reforzar los codos del pitillo se les debe hacer una cobertura con pegamento ya que esta parte es muy frágil y con el vapor que produce el barco podría dañarse. 7. Puede probar el motor sumergiéndolo completamente en agua y debe soplar por los dos pitillos al mismo tiempo si no sale ninguna burbuja quiere decir que el motor está completamente sellado.

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FABRICACIÓN DEL BARCO 1. Primero se debe hacer el casco del barco, debe tomar la caja tetrabrik y abrir completamente el envase para tomarlo como lienzo, en este se dibujará la plantilla del casco y se cortará para armarlo. 2. Con la silicona o el pegamento se deben pegar muy bien todas las esquinas y dobleces para que no entre el agua y sea impermeable. 3. Para hacer la parte superior del barco debe tomar el tetrabrik sobrante y marcar una plantilla desde la punta del barco hasta la mitad de este y recortarlo. 4. Debe recortar dos piezas de siete centímetros de ancho por ocho centímetros de largo a una le debe redondear dos de los bordes y a la otra de forma horizontal debe hacerle un borde de un centímetro a cada lado y en esos bordes recortar pestañas, debe ensamblar las tres piezas para así completar el castillete del barco.

5. Una vez esté completamente seco el casco del barco, a cinco centímetros de la punta de la proa debe abrir un orifico de un centímetro y medio de ancho por medio centímetro de alto este orifico debe estar centrado, será para que pasen los dos pitillos que forman parte del motor. 8. Por debajo a tres centímetros de la popa del barco debe pegar un pedazo de pitillo para que al meter el motor los pitillos de este queden por debajo del nivel del barco, para pegar los pitillos debe separarlos y pegarlos a un centímetro y medio de cada borde con el pegamento de componente. 9. Cuando estén bien pegados debe cortar la parte sobrante para que solo sobresalga un centímetro y medio de la popa. 10. Cuando verifique que el barco este completamente sellado, tome diez centímetros de alambre; a siete centímetros de la popa del barco y a un centímetro de la parte de arriba haga un orificio a cada lado del barco y atraviese el alambre, recuerde doblar las puntas del alambre, el funcionamiento de este alambre es que sirva de tope para que cuando el motor se caliente y de pronto pierda estabilidad no baje a más de 45 grados. 11. Para poner en funcionamiento el barco tiene que introducir agua en el motor por uno de los pitillos hasta que salga por el otro, lo sumerge en agua manteniendo tapados los agujeros de los pitillos para que no se salga el agua que está dentro del motor, una vez este sumergido en el agua debe colocar la vela debajo de la lata y esperar a que la llama caliente el agua y produzca vapor para que así empiece a moverse y a emitir sonido. Lo bueno es que este motor se va retroalimentado de agua y expulsando vapor al mismo tiempo y mientras dure la

mecha de la vela el barco seguirá funcionando.

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newton la primera dice que todo cuerpo sobre el cual no actúen fuerzas permanecerá en estado de reposo esto sucede cuando tenemos solo la base del barco como no tiene ninguna fuerza que lo impulse este se quedara estático, la tercera ley de newton dice que siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre otro objeto , este ejercerá una fuerza de igual magnitud y en dirección opuesta. Se puede ver que utilizando el calor sobre el agua como recurso este lograra que empiece un proceso de ebullición y de evaporación y así el barco sea impulsado, esto resulta por el principio de acción y reacción, conservación de la energía, ya que el agua al calentarse pasa al estado gaseoso, es decir que se convierte en vapor, generando una presión, la cual sirve para ejercer una fuerza que impulsa el barco.

CONCLUSIONES Con el experimento realizado se identifican las diferentes leyes y principios relacionados con la termodinámica en primer lugar se relaciona con la base de los estudios de la termodinámica la cual es la circulación de la energía y su capacidad de causar un movimiento como se ve en el barco que al cambiar su energía este avanza, también se ve utilizado el principio de Arquímedes el cual dice que todo cuerpo sumergido en un líquido recibe un empuje en este se puede ver el tercer caso el cual dice que si el peso es menor que la fuerza de empuje el cuerpo flotara sobre el fluido como lo hace el barco, también se relaciona con las leyes de

Se puede ver que someter los elementos a calentamiento en muchas ocasiones es demasiado importante para que estos puedan presentar algún cambio en este caso un movimiento también se puede observar el cambio de estado de la materia, de líquido a gaseoso. Se demuestra claramente que el agua se evapora y así procede a la acción y la reacción es cuando gracias al vapor puede crear el movimiento. Por último, se aplica el termino de ciclo termodinámico el cual al transcurrir el sistema que se esté utilizando siempre regresa a su estado inicial en este caso el motor repite el mismo proceso para que así el barco siga avanzando todo depende de la duración de la vela la cual es la que genera el calor. El barco a vapor es impulsado ya que el fuego de la vela lo que hace es calentar el agua que

está dentro del motor, debido a que el vapor ocupa más espacio que el agua este lo que hace es expandirse y empujar el agua que se encuentra en los pitillos del motor esa agua sale impulsada y genera presión lo cual hace que el barco avance cuando el vapor sale completamente ingresa nuevamente agua fría al motor y así se repite el mismo procedimiento sucesivamente generando un ciclo termodinámico.

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