Lab maquinas termicas - Nota: 4.5 PDF

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laboratorio de fisica maquinas termica: ciclo de carnoot...

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UNIVERSIDAD AUTONOMA DE OCCIDENTE Facultad de Ciencias Basicas Laboratorio de Física II II Periodo de 2018

Máquinas Térmicas N.F. POSSU1, J. C. ROJAS2, S. GOMEZ3 1

ingenieria electrica, Facultad de ingenieria, Universidad Autonoma de Occidente, dirección de la facultad, Cali Colombia ingenieria industrial, Facultad de ingenieria, Universidad Autonoma de Occidente, dirección de la facultad, Cali Colombia 3 ingenieria electrica, Facultad de ingenieria, Universidad Autonoma de Occidente, dirección de la facultad, Cali Colombia

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Recibido: 06 de noviembre de 2018

Resumen En la práctica de la boratorio se evidencio el funcionamiento de una maquina térmica la cual convertia la energia calórica en trabajo mecanico capaz de desplazar un piston el cual sostenia una pesa, la practica consiste en utilizar la presión como instromento de movimiento. Dicha presión es generada por el calor que le trasnfiere el agua caliente la cual hace calentar un cilindro sellado lo cual eleva la `presión interna del mismo convirtiéndola en movimiento o desplazamiento del piston, el movimiento inverso es generado al bajar la temperatura del cilindro liberando asi presión y logrando un movimiento contrario al anterior mencionado. Palabras claves: maquinas térmicas, calor, temperatura.

Introducción

Un dispositivo que transforma calor en trabajo o energía mecánica es una maquina térmica, por lo regular un material dentro de la maquina experimenta entrada y salida de calor, expansión y compresión y en ocasiones cambia de fase, a esto se le llamada sustancia de trabajo de la máquina.

El objetivo de las maquinas térmicas es convertir el calor en trabajo mecánico o llevar calor de una fuente a otra. En esta práctica se logra recrear un modelo funcional a escala con el que se entiende y explica el funcionamiento de una maquina la cual es capaz de mover un pistón por medio de la presión generada al calentar un cilindro. Con esto se logra abrir la visión y evidenciar la aplicabilidad dichos mecanismos como fuentes de trabajo que pueden llegar a ser más eficientes y amigables con el medio ambiente que las utilizadas actualmente en la industria como lo son motores a combustión o de uso eléctrico. Esto teniendo en cuenta que estas máquinas puede funcionar con cualquier fuente de calor como por ejemplo la solar, una fuente netamente natural y con muy pocas limitaciones y de bajo costo que permite a la industria continuar con su avance generando menor impacto ambiental y menores costos operativos.

Todas las maquinas térmicas absorben calor de una fuente a una temperatura relativamente alta, realizan trabajo mecánico y desechan una cantidad a temperatura más baja. Este desecho de calor es considerado desperdicio. Cuando un sistema realiza un proceso cíclico, sus energías internas inicial y final son las mismas, la primera le dé la termodinámica establece que: U2-U1=0=Q-W Entonces Q=W

Modelo Teórico

Esto nos indica que el calor neto que fluye en la maquina es igual al trabajo neto que realiza la máquina.

La base de nuestra sociedad tecnológica es la capacidad de usar fuentes de energía distintas de la potencia muscular. Casi toda la energía de la que disponemos proviene de quemar combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas) y de reacciones nucleares. El producto es energía que se transfiere como calor y se puede usar de manera directa o se convierte en energía mecánica. Por lo tanto, es importante saber cómo tomar calor de una fuente y convertir tanto de él como sea posible en energía mecánica o trabajo.

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Laboratorio Maquinas Térmicas

Para comenzar con el análisis se debe hallar el valor del volumen de oxigeno encapsulado dentro de la máquina, y para ello se usa los datos del fabricante de la máquina.

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Usando esta fórmula:

V =2 π∗

D ∗h 2

Donde se tiene a D como el diámetro del pistón y h como la altura inicial del pistón. Dados los datos en la tabla se tiene como un volumen de 49774,60861mm³

Modelo Experimental Para realizar el experimento se necesitaron dos termómetros, un medidor de presión, una maquina térmica adherida al medidor de presión el cual generará el efecto del cambio de la temperatura dentro de la máquina. También, se necesitaron dos recipientes: uno con agua y hielo en estado de fusión (273 K) y el otro recipiente con agua en estado de fusión (373 K).

Ya con el volumen y usando la fórmula de la termodinámica

p=

m v

tal que

m= p∗v

se puede realizar la

siguiente tabla ya que m= 42,94752329M^3

Entonces, para realizar el experimento primero se gradúa la maquina a un volumen “X”. Luego, con los sensores conectados al capstone se introduce el medidor de presión en el agua fría. Posteriormente, se pone sobre el pistón una pesa (200 gr) y a continuación se introduce el medidor de presión en el agua caliente. Después, se retira la pesa y se da por terminado el experimento, teniendo en cuenta que se hace registro de los datos en cada ciclo (T1, T2, h, p)

Resultados y Análisis

Transición a →b.

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[1] Francis W. Sears, Mark W. Zemansky, Hugh D. Young, Roger A. Freedman. Física Universitaria con Física Moderna, volumen 2. Undécima edición, Pearson Educación, México, 2005 [2] Guía de laboratorio, maquina térmica.

En este momento se produce una expansión adiabática pues su volumen es constante y la presión varia, produciéndose un enfriamiento apoyado en la ecuación del gas ide.

Transición b →c. En este proceso una expansión isotérmica, pues el recipiente frio al ponerse en contacto con la vasija caliente a una temperatura constante ocurre una expansión del gas, aunque la temperatura del recipiente y el pistón son diferentes al final las temperaturas se mantienen.

Transición c → d. En este proceso ocurre una comprensión adiabática En la cual se realiza un trabajo que modifica la energía interna del gas aumentando al igual que su temperatura por lo cual este se enfría.

Transición d→a. En este proceso hay una comprensión isotérmica pues el cilindro entra en modo reposo tomando temperatura ambiente, pero el gas que está almacenado dentro del mismo aumenta haciendo sentir que el recipiente se está evaporando, pues la temperatura del gas está por encima de la temperatura ambiente

Conclusiones

Gracias a los resultados obtenidos en la práctica podemos concluir que el funcionamiento estuvo involucrado directamente con el ciclo de Carnot de una manera práctica. En el cual pudimos comprender como funciona esta.

References

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