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• Ivan G. Barrazueta Alvarez

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COLEGIO IBEROAMERICANO BILINGÜE “SAN AGUSTIN” TEMA: “COCCION A TRAVES DE ENERGIA SOLAR CON MONITOREO DE TEMPERATURA (cocina solar)” INVESTIGACIÓN MONOGRÁFICA PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE BACHILLER EN CIENCIAS BÁSICAS

. DIRECTOR DE MONOGRAFIA: Lic. ROBERTO REMACHE E. LOJA- ECUADOR 2013-2014

DEDICATORIA

En primer lugar dedico este trabajo a mi Dios Supremo por brindarme una infinita fe y fortaleza que me han permitido cumplir mis metas y poder realizar este trabajo con gusto y dedicación como una más de ellas.

Este trabajo lo dedico a mis PADRES y HERMANA que gracias a su apoyo, consejos y amor incondicional he superado los obstáculos presentados en mi existencia, a mis ABUELOS que gracias a su experiencia me han enseñado a valorar y sobretodo enfrentar lo que es la vida.

Iván.

2

AGRADECIMIENTO

Cuando lo ansiado acontece, cuando vemos materializados nuestros modestos esfuerzos, se hace inevitable pensar que en un instante de satisfacción individual han sido abandonados por el que hacer de muchos hombres. Entonces es que se impone el agradecimiento a aquellos que con trabajo y paciencia convierten muchos anhelos en realidad, pero sin embargo seria poco agradecer en pocas líneas aquellas personas que han contribuido a la realización de este trabajo.

Al Ing. Roberto Remache docente del Colegio “Ibero Americano San Agustín” dado la oportunidad de aprender con él, al ser dirigido en la realización de este proyecto.

A mis padres a mi hermana por todo el amor que les profeso y por ser la llama incesante para seguir adelante, por el sacrificio comprensión que han mostrado durante mis estudios.

Al Dr. Luis Eduardo Samaniego que por sus experiencia e inmemorables asesorías agradezco sus ideas, consejos y enseñanzas

A todos muchas gracias.

Iván Guillermo Barrazueta Álvarez

3

AUTORIA

Yo Iván Barrazueta autor de este trabajo de investigación del tema de “COCCION A TRAVES DE ENERGIA SOLAR CON MONITOREO DE TEMPERATURA (cocina solar)” me responsabilizo por los contenidos de la presente monografía y asumo la autoría de la misma.

Loja, 14 de abril del 2014.

AUTOR.

IVAN GUILLERMO BARRAZUETA ALVAREZ

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CERTIFICADO

Ing.

Roberto Remache Director de La investigación monográfica del Colegio

Iberoamericano “San Agustín”

CERTIFICO:

Que el Sr. Iván Barrazueta, estudiante del tercer año de Bachillerato especialidad Ciencias Básicas, cumple con todas las instancias, procesos, cronograma y mas normativas señaladas por el Plantel, razón por la cual Autorizo su impresión y sustentación.

Certifico, además haber revisado en forma prolija y rigurosa el proceso de Investigación titulado “COCCION A TRAVES DE ENERGIA SOLAR CON MONITOREO DE TEMPERATURA (cocina solar)”, acreditando la calificación de …../10

Loja, …. de abril del 2014

Lic. Roberto Remache E.

DIRECTOR DE LA MONOGRAFIA 5

CERTIFICADO

Dr. Luis Eduardo Samaniego Delgado, Rector del Colegio Iberoamericano “San Agustín”.

CERTIFICO:

Que el Sr. Iván Barrazueta, estudiante del Tercer Año de Bachillerato Especialidad “Ciencias Básicas”, recibo la aprobación del honorable consejo Directivo, para desarrollar su trabajo de investigación previo a la obtención del título como bachiller sobre el tema “COCCION A TRAVES DE ENERGIA SOLAR CON MONITOREO DE TEMPERATURA (cocina solar)”, con fecha

Visto el cumplimiento de este requisito y de lo demás establecimiento por la ley de este Rectorad, declaro acto al estudiante Iván Barrazueta, para sustentar el presente trabajo de investigación.

Loja…..de abril del 2014

Dr. Luis Eduardo Samaniego Delgado

RECTOR DEL COLEGIO IBEROAMERICANO “SAN AGUSTIN”

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ESQUEMA

Capitulo 1

1.1.

Las energías alternativas

1.2. Tipos de energías

1.2.1 Energía eólica.

1.2.2 Energía de las olas.

1.2.3. Energía solar.

1.2.4. Energía geotérmica.

1.3. Energía solar

1.4. Introducción a la termodinámica

1.4.1. Calor.

1.4.2. Energía.

1.4.3. Presión.

1.4.4 Trabajo. 7

1.4.5 Temperatura.

1.4.6. Cambios de fase.

1.4.7. Densidad.

1.4.8. Volumen específico.

1.4.9. Conservación de masa.

1.4.10. Conservación de la energía.

1.4.11. Energía cinética.

1.4.12. Energía potencial.

1.4.13. Energía potencial gravitacional.

1.4.14. Energía total.

1.4.15. Energía de flujo.

1.4.16. Energía interna.

1.4.17. Sistema abierto.

1.4.18. Sistema cerrado. 8

1.4.19. Punto de fusión.

1.4.20. Punto de ebullición.

1.4.21. Propiedades de evaporación.

1.4.22. Calor específico.

1.4.23. Ley cero de la termodinámica.

1.4.24. Primera ley de la termodinámica.

1.4.25. Segunda ley de la termodinámica.

Capitulo 2

2.1. Elaboración y construcción de la cocina solar

2.2 Construcción de cocina en medidas de 40 por 60 doble caja con alas reflectivas de 30x60.

2.3 Materiales

2.4 Herramientas utilizadas

9

2.5 Construcción

2.6. Materiales termómetro digital

2.7. Diagrama electrónico del sensor de temperatura.

2.8. Termómetro digital en 3d

10

1

1

1.1.

LAS ENERGIAS ALTERNATIVAS

Los combustibles fósiles tienen muchas ventajas, la principal su bajo costo y facilidad de transporte, pero también grandes desventajas en términos de contaminación y efectos ambientales, estos han sido la fuente de energía empleada durante el siglo I.B.C revolución industrial, pero en la actualidad presentan fundamentalmente dos problemas: por un lado son recursos finitos, y se prevé el agotamiento de las reservas especialmente de petróleo en plazos más o menos cercanos, por otra parte, la quema de estos combustibles libera a la atmósfera grandes cantidades de CO2, el cual es actualmente considerado como una de las fuentes que contribuye al calentamiento global, producto de los gases invernaderos (Vapor de agua, Dióxido de carbono, metano, óxidos de Nitrógeno, ozono, clorofluoro carbonos) la cual se ve reflejado como por ejemplo en el humo generado por los motores de combustión interna de los automóviles o bien provenientes de la industria, quien contiene estos gases en proporciones definidas, lo puede traer consecuencias desastrosas como sequias e inundaciones. Por estos motivos, se estudian distintas opciones para sustituir la quema de combustibles fósiles por otras fuentes de energía carentes de estos problemas. 1

Gregory R. Choppin, Lee R. Summerlin. (Décima segunda reimpresión, 1991). “QUIMICA”. Editorial: Publicaciones Cultural.

2

La sustitución de los combustibles fósiles está resultando una gran ventaja como consecuencia de los extensos estudios para crear alternativas ecológicas de calidad y primer nivel.

El estudio de la importancia del desarrollo de las Energías Alternativas, EA, como opciones energéticas a los combustibles fósiles, altamente contaminantes y agotables a mediano plazo: LA BIOMASA, cuya formación es a partir de la energía solar, se lleva a cabo por el proceso denominado fotosíntesis vegetal que a su vez es desencadenante de la cadena biológica. Mediante la fotosíntesis las plantas que contienen clorofila, transforman el dióxido

de

carbono

y

el

agua de productos minerales sin valor energético,

en materiales orgánicos con alto contenido energético y a su vez sirven de alimento a otros seres vivos. La biomasa mediante estos procesos almacena a corto plazo la energía solar en forma de carbono.

La energía almacenada en el proceso fotosintético puede ser posteriormente transformada en energía térmica, eléctrica o carburantes de origen vegetal, liberando de nuevo el dióxido de carbono almacenado.

Las energías renovables han constituido una parte importante de la energía utilizada por los humanos desde tiempos remotos, especialmente la solar, la eólica y la hidráulica. La

3

navegación a vela, los molinos de viento o de agua y las disposiciones constructivas de los edificios para aprovechar la del sol, son buenos ejemplos de ello.

Con el invento de la máquina de vapor por James Watt, se van abandonando estas formas de aprovechamiento, por considerarse inestables en el tiempo y caprichosas y se utilizan cada vez más los motores térmicos y eléctricos, en una época en que el todavía relativamente escaso consumo, no hacía prever un agotamiento de las fuentes, ni otros problemas ambientales que más tarde se presentaron.

Hacia la década de años 1970 las energías renovables se consideraron una alternativa a las energías tradicionales, tanto por su disponibilidad presente y futura garantizada (a diferencia de los combustibles fósiles que precisan miles de años para su formación) como por su menor impacto ambiental en el caso de las energías limpias, y por esta razón fueron llamadas energías alternativas. Actualmente muchas de estas energías son una realidad, no una alternativa, por lo que el nombre de alternativas ya no debe emplearse.

El principal obstáculo que frena a estas fuentes de energía renovables es el económico, porque normalmente son más caras que los combustibles fósiles o la energía nuclear. Aunque desde otro punto de vista, no es tan claro que las energías tradicionales sean más baratas, porque si incluyéramos el costo que supone limpiar la contaminación que provocan o disminuir sus daños ambientales, el precio de la energía obtenida del petróleo, 4

carbón, gas o uranio, sería bastante más alto del que tienen en el mercado. Lo que sucede es que los estados, por motivos políticos, son los que pagan esos costes indirectos y subvencionan, directa o indirectamente, las energías no renovables.

Cuando, a partir de 1973, el precio del petróleo subió, la investigación y el uso de estas fuentes alternativas creció, pero desde que el uso de energía se ha estabilizado en bastantes países desarrollados y el precio de las fuentes clásicas de energía ha bajado, se ha perdido parte del interés por estas energías renovables. Se sigue investigando, sobre todo en aquellos aspectos que las pueden hacer económicamente rentables.

En toda América Latina y el Caribe, pueden encontrarse abundantes recursos renovables -incluidas la energía solar, eólica, geotérmica, hídrica y de biomasa- que brindan a varios países

la

posibilidad

de

utilizar recursos

naturales propios

en

la

producción

de electricidad limpia. De hecho, las tecnologías de energía renovable pueden ayudar a satisfacer el creciente aumento de la demanda de electricidad en toda la región tanto en redes energéticas como en sistemas aislados de las redes. Si a esto se le suma la implementación de las mejoras de eficiencia energética se pueden alcanzar importantes reducciones en el uso.

5

Según la Comisión Nacional de Energía española, la venta anual de energía del Régimen Especial se ha multiplicado por más de 10 en España, a la vez que sus precios se han rebajado un 11 %.

En España las energías renovables supusieron en el año 2005 un 5,9% del total de energía primaria, un 1,2% es eólica, un 1,1% hidroeléctrica, un 2,9 biomasa y el 0,7% otras. La energía eólica es la que más crece.

A través de los años, el desarrollo de la sociedad humana se ha basado en el aprovechamiento de fuentes energéticas primarias del tipo fósil: CARBÓN, PETRÓLEO Y GAS NATURAL. Debido a su uso indiscriminado se ha generado un deterioro ambiental en todos los ámbitos que ha llegado a niveles insoportables si no se toman medidas correctivas a tiempo. Evidencias notables de la degradación del ecosistema mundial son: EL CALENTAMIENTO GLOBAL, LA DISMINUCIÓN DE LA CAPA DE OZONO Y LA LLUVIA ÁCIDA, razón por la cual surge nace la necesidad de desarrollar otras fuentes energéticas que reemplacen los combustibles fósiles que es cada vez más apremiante. Como opciones energéticas a los combustibles fósiles, altamente contaminantes y agotables mediano plazo.

La posibilidad de acceder a la electricidad radica en el aprovechamiento de energías: SOLAR, EÓLICA, GEOTÉRMICA Y BIOMASA (compuesta por residuos 6

orgánicos) Así, la segunda mitad del siglo XX ve el resurgimiento por una parte y el nacimiento por otra de un conjunto de fuentes energéticas armónicas ambientalmente, renovables y/o inagotables, llamadas genéricamente ENERGÍAS ALTERNATIVAS, EA.

Las Energías Alternativas tienen la capacidad de no contaminar el medio ambiente y no afectan por lo tanto a la sociedad. Una de las maneras de evitar el calentamiento global es la

7

1.1.

TIPOS DE ENERGIAS

1.2.1. Energía Eólica:

Se denomina energía eólica a la energía obtenida

de

las

corrientes

de aire terrestre. Podemos afirmar que la Argentina cuenta

en

la

Patagonia,

a este respecto, con un verdadero paraíso de vientos. También se presentan favorables escenarios para el aprovechamiento eólico en la costa pampeana, la cordillera central y norte y otras locaciones. Los sistemas de aprovechamiento de este tipo de energía varían entre pequeños, para generación de electricidad y bombeo de agua y grandes para producción de energía eléctrica a gran escala.

1.2.2.Energía de la Olas: Es

la

obtenida

del

movimiento

de los océanos y mares. Argentina dispone de miles de kilómetros de costa, desde Ushuaia hasta Buenos Aires.

8

del

agua

en

la

superficie

utilización de ENERGÍAS ALTERNATIVAS o también conocidas como ENERGÍA RENOVABLE, la cual se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables2

1.2.3. Energía Solar: Se denomina Energía Solar, puntualmente, a los sistemas que aprovechan la radiación solar incidente sobre la tierra para calefacciones y/o generar energía eléctrica. Cabe destacar que la radiación solar que llega a la tierra influye directa o indirectamente en la producción de otras energías, como la eólica, hidráulica y biomasa. Nuestro país posee muy buenas condiciones, en la totalidad de su territorio Los sistemas más utilizados de aprovechamiento de energía solar se diferencian en dos grandes grupos: Sistemas Térmicos y Sistemas foto-voltaicos.

2

A. Garrita, J.A. Chamizo. (Primera reimpresión, 1998) “QUIMICA”. Editorial: Edison Desleí Pongan.

Centro de Investigación en Energía,

UNAM. Obtenido el día 28 de Noviembre del 2012 de la pagina web http://xml.cie.unam.mx/xml/.

h ttp://www.monografias.com/trabajos87/las-energias-alternativas/las-energias-alternativas.shtml#2281#ixzz2lnXrvw4r

9

1.2.4.Energía Geotérmica: Es la energía que se obtiene del calor interior de la tierra.

Existen

muchas

aplicaciones

en el país, pero nuevamente, el aprovechamiento no dadas

es

ni las

por

mucho

excelentes

el

que

condiciones

podría de

que

disponemos.

Energía del Biogás: Se denomina Biogás al gas que se genera por la descomposición de la materia orgánica.

No

hay

gran

cantidad

de

emprendimientos en el país, pero seguramente su aplicación muy positiva, dado el carácter agrícola - ganadero del país.

1. 3. ENERGIA SOLAR

La energía solar es la energía obtenida a partir del aprovechamiento de la radiación electromagnética procedente del Sol.

10

La radiación solar que alcanza la Tierra ha sido aprovechada por el ser humano desde la Antigüedad, mediante diferentes tecnologías que han ido evolucionando con el tiempo desde su concepción. En la actualidad, el calor y la luz del Sol puede aprovecharse por medio de captadores como células fotovoltaicas, helióstatos o colectores térmicos, que pueden transformarla en energía eléctrica o térmica. Es una de las llamadas energías renovables o energías limpias, que puede hacer considerables contribuciones a resolver algunos de los más urgentes problemas que afronta la humanidad.

Las diferentes tecnologías solares se clasifican en pasivas o activas en función de la forma en que capturan, convierten y distribuyen la energía solar. Las tecnologías activas incluyen el uso de paneles fotovoltaicos y colectores térmicos para recolectar la energía. Entre las técnicas pasivas, se encuentran diferentes técnicas enmarcadas en la arquitectura bioclimática: la orientación de los edificios al Sol, la selección de materiales con una masa térmica favorable o que tengan propiedades para la dispersión de luz, así como el diseño de espacios mediante ventilación natural.

En 2011, la Agencia Internacional de la Energía se expresó en los siguientes términos: "el desarrollo de tecnologías solares limpias, baratas e inagotables supondrá un enorme beneficio a largo plazo. Aumentará la seguridad energética de los países mediante el uso de una fuente de energía local, inagotable y, aun más importante, independendiente de

11

importaciones, aumentará la sostenibilidad, reducirá la contaminación, disminuirá los costes de la mitigación del cambio climático, y evitará la subida excesiva de los precios de los combustibles fósiles. Estas ventajas son globales. De esta manera, los costes para su incentivo y desarrollo deben ser considerados inversiones; deben ser realizadas de forma sabia y deben ser ampliamente difundidas".

La fuente de energía solar más desarrollada en la actualidad es la energía solar fotovoltaica. Según informes de la organización ecologista Greenpeace, la energía solar fotovoltaica podría suministrar electricidad a dos tercios de la población mundial en 2030.

Actualmente, y gracias a los avances tecnológicos, la sofisticación y la economía de escala, el coste de la energía solar fotovoltaica se ha reducido de forma constante desde que se fabricaron las primeras células solares comerciales, aumentando a su vez la eficiencia, y su coste medio de generación eléctrica ya es competitivo con las fuentes de energía convencionales en un creciente número de regiones geográficas, alcanzando la paridad de red. Otras tecnologías solares, como la energía solar termoeléctrica está reduciendo sus costes también de forma considerable.

12

1.4 INTRODUCCIÓN A LA TERMODINÁMICA

La termodinámica es la parte de la física que estudia los estados de los sistemas materiales macroscópicos y los cambios que pueden darse entre esos estados, en particular, en lo que respecta a temperatura, calor y energía.

En este documento repasaremos lo visto en clase de Termodinámica, en el se enuncian las leyes de la Termodinámica y los conceptos relacionados con ella.

Es importante desde el principio definir nuestro sistema, que es una porción definida de material que elegir para su estudio, se separa de todo lo demás por una superficie o frontera conceptual. Existen varios tipos de sistemas, aislados, cerrados, abiertos, descritos más abajo, pero con ellos podremos definir la muestra que se está analizando y comprender hacia dónde va la energía del sistema.

Algunos ejemplos de lugares donde se encuentra la termodinámica

-

en las maquinas de vapor

-

destilación

-

un cerillo encendido

-

motor de gasolina 13

A continuación una lista de conceptos que van a ser útiles para enunciar las leyes de la termodinámica.

Conceptos:

1.4.1 Calor

El calor en termodinámica se considera como la energía que fluye al entrar en contacto 2 sustancias que se encuentran a diferente temperatura. El calor siempre fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.

Por convención el calor que sale de un sistema tiene signo negativo; mientras que el calor que

ingresa

a

un

sistema

tiene

signo

positivo.

1.4.2Energía

El concepto de energía es la capacidad de generar movimiento (trabajo) o lograr la transformación de algo.

1.4.3 Presión.

14

Es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.

En el Sistema Internacional la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.

En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch) PSI que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.

1.4.4Trabajo

Es la energía necesaria para desplazar un cuerpo. Se representa por W y la formula es

W=F·d

El trabajo en termodinámica siempre representa un intercambio de energía entre un sistema y su entorno.

Por convención el trabajo que realiza el entorno sobre el sistema tiene signo positivo; mientras que si el sistema el que realiza trabajo sobre el entorno tiene signo negativo.

15

1.4.5 Temperatura.

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio, frío que puede ser medida, específicamente, con un termómetro.

Se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.

Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

Ejemplos: La masa, el volumen, el peso, cantidad de sustancia, energía, entropía y entalpía.

La temperatura, la presión, la velocidad, el volumen específico (volumen ocupado por la unidad de masa), el punto de ebullición, el punto de fusión, la densidad, viscosidad, dureza, concentración y solubilidad.

1.4.6 Cambios de Fase

16

La evolución de la materia entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición.

-

Fusión: Es el paso de un sólido al estado líquido por medio de la energía térmica. Este

proceso es isotérmico

-

Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento. El

proceso es exotérmico.

-

Vaporización: Es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso.

-

Condensación: Se denomina condensación al cambio de estado de la materia que se

encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización.

-

Sublimación: es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al

estado gaseoso sin pasar por el estado líquido.

1.4.7. Densidad

Es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia.

p=m/V

17

Donde:

p = densidad,

m =masa

V = volumen

1.4.8. Volumen Específico

Es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es la inversa de la densidad, por lo cual no dependen de la cantidad de materia.

v.e.= V/m

Donde:

v.e.= Volumen Especifico,

V = volumen,

m = masa

1.4.9. Conservación de masa

18

La masa total de las sustancias presentes después de una reacción química es la misma que la masa total de las sustancias antes de la reacción.

1.4.10. Conservación de la energía

Constituye el primer principio de la termodinámica, la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra.

1.4.11. Energía Cinética

La energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. Suele abreviarse con letra Ec.

1.4.12. Energía Potencial

Es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función exclusivamente de su posición o configuración. Puede pensarse como la energía

19

almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. Suele abreviarse con la letra Ep.

1.4.13. Energía Potencial Gravitacional

Energía que mide la capacidad que tiene un sistema para realizar un trabajo. Puede pensarse como la energía almacenada en el sistema.

1.4.14. Energía Total

La energía total de un sistema puede descomponerse en la suma de energía de la masa, la energía cinética, la energía potencial, y la energía interna.

1.4.15 Energía de Flujo

Es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

1.4.16 Energía Interna

Es la suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema.

1.4.17. Sistema Abierto

20

Un sistema abierto es un sistema físico (o químico) que interacciona con otros agentes químicos, por lo tanto está conectado correlaciona mente con factores externos a él.

1.4.18 Sistema Cerrado

Es un sistema físico (o químico) que no interacciona con otros agentes físicos situados fuera de él y por tanto no está conectado casualmente ni correlaciona mente con nada externo a él.

En termodinámica se distingue entre sistema abierto y sistema cerrado. Un sistema abierto sería uno que puede intercambiar materia y energía con el exterior, mientras que un sistema cerrado es un sistema que no puede intercambiar materia con el exterior pero sí intercambiar energía. También un sistema se considera aislado cuando este no intercambia ni materia ni energía con el exterior.

1.4.19 Punto de Fusión

Es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido – líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante.

21

1.4.20. Punto de Ebullición

Es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra.1 Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.

1.4.21 Propiedades de Evaporación

Si se calienta un líquido se incrementa la energía cinética media de sus moléculas. Las moléculas cuya energía cinética es más elevada y que están cerca de la superficie del líquido escaparán y darán lugar a la fase de vapor.

Si el líquido está contenido en un recipiente cerrado, algunas moléculas del vapor seguirán el camino inverso chocando con la superficie del líquido e incorporándose a la fase líquida.

Se establece un equilibrio dinámico cuando el número de moléculas que se escapan del líquido sea igual (en valor medio) al número de moléculas que se incorporan al mismo.

1.4.22

Calor Específico

El calor específico (c) es una función de la temperatura del sistema; esto es, c(T). Esta función es creciente para la mayoría de las sustancias. Esto se debe a efectos cuánticos que hacen que los modos de vibración estén cuantiados y sólo estén accesibles a medida que

22

aumenta la temperatura. Conocida la función c(T), la cantidad de calor asociada con un cambio de temperatura del sistema desde la temperatura inicial Ti a la final Tf se calcula mediante la integral siguiente:

En un intervalo donde la capacidad calorífica sea aproximadamente constante la fórmula anterior puede escribirse simplemente como:

1.4.23 Ley Cero de la Termodinámica

Este principio o ley cero, establece que existe una determinada propiedad denominada temperatura empírica θ, que es común para todos los estados de equilibrio termodinámico que se encuentren en equilibrio mutuo con uno dado.

En palabras llanas: «Si pones en contacto un objeto frío con otro caliente, ambos evolucionan hasta que sus temperaturas se igualan».

Tiene una gran importancia experimental «pues permite construir instrumentos que midan la temperatura de un sistema» pero no resulta tan importante en el marco teórico de la termodinámica.

El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir o dar a conocer un estado del sistema

23

(presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, coordenadas en el plano x, y) no son dependientes del tiempo. El tiempo es un parámetro cinético, asociado a nivel microscópico; el cual a su vez esta dentro del físico químico y no es parámetro debido a que a la termodinámica solo le interesa trabajar con un tiempo inicial y otro final. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se las conoce como coordenadas térmicas y dinámicas del sistema.

Este principio fundamental, aún siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibiese el nombre de principio cero.

1.4.24 Primera ley de la Termodinámica

La primera ley de termodinámica es la llamada Ley de conservación de energía, que afirma que la suma de materia y energía se mantiene constante durante una reacción nuclear. Tomando en cuenta la capacidad que tenemos para medir la masa y los cambios de energía, podemos afirmar que, en una reacción química, la energía se mantiene constante.

Esta Ley establece las relaciones entre los flujos de energía que experimenta un sistema físico y la forma en que cambian sus propiedades.

Aplicación práctica: Balance de Engría para un Sistema. 24

Establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Antonie Lavoisier.

La ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente:

Entera − Escale = Desisten

1.4.25 Segunda ley de la Termodinámica

Enunciados de la Segunda Ley de la Termodinámica

CLAUSIUS: Todo proceso cíclico cuyo único efecto final sobre los alrededores sea transferir calor de un cuerpo frío a un cuerpo caliente, es imposible.

KELVIN-PLANCK: todo proceso cíclico cuyo único efecto final sobre los alrededores sea absorber calor de un cuerpo y convertirlo íntegramente en trabajo, es imposible.

Ciclos termodinámicos: Serie de procesos termodinámicos tales que, al transcurso de todos ellos, el sistema regrese a su estado inicial; es decir, que la variación de las magnitudes termodinámicas propias del sistema sea nula. 25

Ejemplos:

Maquina térmica – una maquina que con un cambio termodinámico, que la variable es temperatura, genera un trabajo en los alrededores. Una de las otras dos variables termodinámica tienes que quedar constante ya sea Presión o Volumen (normalmente es el Volumen).

Refrigerador – cuando en un contenedor tienes una sustancia que a la hora de aumentar la presión la temperatura disminuye, haciendo el efecto contrario de la maquina térmica.

1.4.25 Tercera ley de la termodinámica

La tercera de las leyes de la termodinámica, propuesta por Walter Nerds, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de «ley».

Es importante remarcar que los principios o leyes de la termodinámica son válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel microscópico. La idea del 26

demonio de Maxwell ayuda a comprender los límites de la segunda ley de la termodinámica jugando con las propiedades microscópicas de las partículas que componen un gas.

27

28

2.1 ELABORACION Y CONTRUSCCION DE LA COCINA SOLAR

2.1 Construcción de cocina en medidas de 40 por 60 doble caja con alas reflectivas de 30x60.

2.2 Materiales

* Plancha de tool de 1/25 galvanizado 29

* Lana de vidrio de 30mm de espesor

* Espejos

* Vidrio blanco de 6mm

* Bisagras

* Pintura negra a mate

* Garruchas

2.3 Herramientas utilizadas

* Tijeras de metal 30

* Escuadras

* Flexometro

* Cizalla

* Dobladora

* Taladro

* Brocas

* Soldadora

* Electrodos

2.4 Gráficos

31

2.5 Construcción

Iniciamos la construcción con el trazado de las planchas de 40x60x120, para luego cortar con la tijera de metal la muesca de señalamiento para proceder a cortar con la cizaya, para poder doblar en la dobladora.

Una vez hecho el cuerpo de la cocina solar se procede a soldar para unir la caja metálica, luego de haber hecho el cuerpo de la cocina solar se procede ah hacer la tapa de la parte de debajo de la cocina. En la parte de arriba de la cocina irán tres alas las que irán con dos espejos y un vidrio blanco, las alas de la cocina se las hace con la plancha galvanizada de 53x53 cm se harán dos de esa medida y una de 59x59. Las alas se pegaran al cuerpo de la estructura de la caja con bisagras. Para la caja dos se hace el mismo procedimiento solo que va sobre la caja uno debajo de la caja dos va una lana de vidrio. Para la caja una que es la 32

estructura de la cocina solar se le hace una tapa en la parte lateral de la cocina solar. Una vez terminado las dos cajas con todo listo se procede a pintar la cocina solar.

Se coloca la caja 2 dentro de la caja 1 se procede a poner la lana de vidrio al contorno de la cocina solar para el aislamiento del calor.

33

2.6 MATERIALES TERMOMETRO DIGITAL 34

Microcontrolador 16f877a.

Desplaye LCD 16*2.

Baquela de fibra de vidrios.

Potenciómetro de 10k ohmios.

Diodos leed.

Puente rectificador de 1 amperio.

Regulador de voltaje 7805

Diodo 1n4007

Cristal de cuarzo de 4 MHz

Resistencia de 4.7 k ohmios.

Resistencia de 1 k ohmios.

Resistencia de 330 ohmios.

Resistencia de 10k ohmios.

Transistor de LM35 (sensor de temperatura). 35

Un soquete de 40 pines.

Condensador de 1000uf a 16 volt.

Condensadores de 22pf

Bornera de 2 puertos

2.7

DISEÑO Y SIMULACION DEL TERMOMETRO

PROTEUS

36

DIGITAL EN

37

2.8

DIAGRAMA

ELECTRONICO

DEL

ELECTRONICO.

38

SENSOR

DE

TEMPERATURA

2.9 TERMOMETRO DIGITAL EN 3D

39

40

41

42

43

Conclusiones: Hemos llegado a la conclusión de que las diversas fuentes energéticas que predominan en la actualidad crean problemas medio ambientales y de aprovisionamiento. Frente a ello hemos planteado como alternativa recurrir al uso de las energías alternativas. Además, pudimos comprobar que resulta muy sencillo armar una cocina solar con materiales económicos que están al alcance de todos. *La cocina solar elaborada representa una alternativa para disminuir el uso de hidrocarburos que sueltan gran cantidad de contaminantes y dañan la capa de ozono, así 44

mismo, para reducir las enfermedades respiratorias. * Ayuda a reducir la contaminación. * Previene el uso de combustible fósiles que ocasionan la destrucción de medios naturales y de ecosistemas. * Ayuda a detener en cierto modo la deforestación masiva. *Colabora con el ahorro de agua, pues se requiere de menores cantidades de agua para cocinar con energía solar.

*La cocina solar es una manera de reducir desigualdades y mejorar la calidad de vida en muchos aspectos de las personas de países del tercer mundo. No gastar tiempo en ir a por madera, no cocinar con humo, tener más tiempo.

*Debido a las enormes ventajas que se sacan de la utilización de la cocina solar es importante difundirla y darla a conocer en las regiones para las que ha sido diseñada. Y no valdrá sólo con dejarlas allí, sino que será de vital importancia el enseñar a utilizarlas y realizar un seguimiento durante varias semanas en los lugares donde se quiera implantar.

45

RECOMENDACIONES

 

Interesarse más sobre el estudio de las energías alternativas. Con los resultados obtenidos se espera que la gente haga conciencia en bajar el



porcentaje del consumo de combustibles fósiles. Sugerir al Gobierno Nacional Analizar la presente propuesta dentro del proyecto de implantar en el país las cocinas solares.

46



A los fabricantes de cocina de inducción sugerir el empleo del sistema de uso de la energía solar para caninas.

47

48

PORCENTAJE TOTAL 7% SI 35% 58%

NO EN PARTE

¿Sabe usted que son las49energías alternativas?

¿Sabe usted que son las energías alternativas? 16 14 12 10 Axis Title

8 6 4 2 0

SI

NO

EN PARTE

Aplicando las encuestas a los alumnos del tercer año de bachillerato podemos obtener como resultado que la mayoría tiene conocimiento acerca de las energías alternativas que existen.

50

¿Cree usted que son importantes el uso de las energías alternativas? 20 18 16 14 12 Axis Title 10 8 6 4 2 0

SI

NO

EN PARTE

PORCENTAJE TOTAL 6% 26%

SI NO

68%

EN PARTE

Como conclusión obtenemos que en un 68% los estudiantes tengan conocimiento sobre las alternativas eléctricas que existen en la actualidad.

51

¿Tiene usted algún conocimiento sobre lo que es una cocina solar? 12 10 8 Axis Title

6 4 2 0

SI

NO

EN PARTE

PORCENTAJE TOTAL

27%

38%

SI NO EN PARTE

35%

Gracias al aporte de la pregunta en cuestión obtenemos que tenemos un 38% de los estudiantes conocen lo que es una cocina solar y su aporte a la sociedad.

52

¿Cree usted que por medio de la cocina solar se pueda ayudar a la reducción y emisión de gases nocivos al medio ambiente? 25 20 15 Axis Title 10 5 0

SI

NO

EN PARTE

PORCENTAJE TOTAL

24% SI NO

15%

62%

EN PARTE

Más del 60 % de los estudiantes evaluados están de acuerdo que una cocina solar beneficia respectivamente a la disminución de los gases nocivos hacia el medio ambiente

53

¿Ha escuchado sobre estos aparatos: Calentador de Agua solar (calefacción), panel solar (cocinar), Panel fotovoltaico (produce energía para uso del hogar), cocina solar(cocinar)? 18 16 14 12 10 Axis Title 8 6 4 2 0

SI

NO

EN PARTE

PORCENTAJE TOTAL

20% SI NO

17%

63%

54

EN PARTE

De la encuesta realizada a los alumnos de Newton Humboldt y Maxwell concluimos que con un 63% los estudiantes si tienen conocimiento sobre estos aparatos que son hechos a base de energías alternativas.

¿Si tuviera la posibilidad de elegir su medio de energía en casa ¿Cuál quisiera tener seguir teniendo? 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Axis Title

55

PORCENTAJE TOTAL

2%

ENERGIA ELECTRICA Y GAS

35%

ENERGIA SOLAR CON PANELES

64%

COMBUSTIBLES

Con un 64% los estudiantes preferirían utilizar como medio de energía los paneles solares antes que utilizar la energía eléctrica y de gas y los combustibles

¿Piensa que saber aprovechar este recurso (energías alternativas) sería muy importante para disminuir el calentamiento de la tierra? 25 20 15 Axis Title 10 5 0

SI

NO

56

EN PARTE

PORCENTAJE TOTAL 9% SI NO EN PARTE

91%

Más del 90%

de los estudiantes saben que la utilización de las diferentes energías

alternativas aporta notablemente con el ambiente.

¿En nuestra provincia sería un buen proyecto utilizar este tipo de energías? 25 20 15 Axis Title 10 5 0

SI

NO

57

EN PARTE

PORCENTAJE TOTAL 9% SI NO EN PARTE

91%

Con un 91% obtenido de la encuesta realizada tenemos que los estudiantes si creen que sería un buen proyecto utilizar este tipo de energías en nuestra provincia dando como una aprobación más a que el proyecto sobre energías alternativas se realice. (Cocina solar).

58

¿Cree usted que se debería incorporar en los temas de estudio de física el conocimiento sobre las energías alternativas? 20 18 16 14 12 Axis Title 10 8 6 4 2 0

SI

NO

EN PARTE

PORCENTAJE TOTAL 18% SI NO EN PARTE

82%

Los estudiantes encuestados con un 82% creen que sería una buena opción incorporar en los temas de estudios de física las energías alternativas.

59

¿Cree usted que debe ser una política del Estado el implementar el uso de la energía solar en mas sistemas de uso domésticos? 16 14 12 10 Axis Title 8 6 4 2 0

SI

NO

EN PARTE

PORCENTAJE TOTAL

40%

SI

58% 2%

60

NO EN PARTE

61

ENCUESTA APLICADA

Estimado estudiante, con la finalidad de desarrollar con éxito el presente trabajo de investigación monográfica denominado “COCCION A TRAVES DE ENERGIA SOLAR CON MONITOREO DE TEMPERATURA (cocina solar)”, le solicito de la manera más cordial se digne en contestar el siguiente cuestionario.

1) ¿Sabe usted que son las energías alternativas? Si ( ) No ( ) En parte ( ) 2) ¿Cree usted que son importantes el uso de las energías alternativas? Si No En parte

( ) ( ) ( ) 62

3) ¿Tiene usted algún conocimiento sobre lo que es una cocina solar? Si ( ) No ( ) En parte ( ) 4) ¿Cree usted que por medio de la cocina solar se pueda ayudar a la reducción y emisión de gases nocivos al medio ambiente? Si ( ) No ( ) En ( ) 5) ¿Ha escuchado sobre estos aparatos: Calentador de Agua solar (calefacción), panel solar (cocinar), Panel fotovoltaico (produce energía para uso del hogar), cocina solar (cocinar)? Si ( ) No ( ) En parte ( ) 6) ¿Si tuviera la posibilidad de elegir su medio de energía en casa ¿Cuál quisiera tener seguir teniendo?

Energía Eléctrica Y Gas

( )

Energía Solar Con Paneles

( )

Combustibles

7) ¿Piensa

( )

que saber aprovechar este recurso (energías alternativas)

importante para disminuir el calentamiento de la tierra? Si ( ) No ( ) 63

sería muy

8) ¿En nuestra provincia sería un buen proyecto utilizar este tipo de energías? Si ( ) No ( ) 9) ¿Cree usted que se debería incorporar en los temas de estudio de física el conocimiento so las energías alternativas? Si ( ) No ( ) 10) ¿Cree usted que debe ser una política del Estado el implementar el uso de la energía solar en mas sistemas de uso domésticos¿ Si ( ) No ( ) En parte ( ) RECTOR DR. LUIS EDUARDO SAMANIEGO

DIRECTOR DE MONOGRAFIA Ing. ROBERTO REMACHE

____________________________

_____________________________ GRACIAS.

64

65

Referencias

Ingeniería sin fronteras

FAO

Solarcooking.org

Proyecto investigación Universidad Técnica Federico Santa María

tablesol.free.fr

solarcookers.org

www.kozon.org

www.afexgroup.com

www.gbgm-umc.org/solarovenshaiti

www.earthvisionfest.org

www.solar-circle.org

“Cocinas ecológicas”, David Sheffield y Ruth Saavedra

“Una verdad incómoda” Al Gore. 66

Congreso Granada 2008 sobre cocinas solares

1.

Gregory R. Choppin, Lee R. Summerlin. (Décima segunda reimpresión, 1991). “QUIMICA”. Editorial: Publicaciones Cultural.

2.

A. Garrita, J.A. Chamizo. (Primera reimpresión, 1998) “QUIMICA”. Editorial: Edison Desleí Pongan.

3.

Centro de Investigación en Energía, UNAM. Obtenido el día 28 de Noviembre del 2012 de la pagina web http://xml.cie.unam.mx/xml/.

4. http://www.monografias.com/trabajos87/las-energias-alternativas/las-energiasalternativas.shtml#2281#ixzz2lnXrvw4r

5. : http://www.monografias.com/trabajos87/las-energias-alternativas/las-energiasalternativas.shtml#798#ixzz2lhQoyp8k

67

INDICE

DEDICATORIA………………………………………………………………………….…II

AGRADECIMIENTO……………………………………………………………………..III

AUTORÍA………………………………………………………………………………… IV CERTIFICADO ……………………………………………………………………………V

CERTIFICADO ………………………………………………………………………….. VI

ESQUEMA……………………………………………………………………………….VII

CAPITULO 1

1.2.

Las

energías

alternativas………………………………………………………………..2

1.2. Tipos de energías……………………………………………………………………….7

1.2.1 Energía eólica. ………………………………………………………………...7

1.2.2 Energía de las olas……………………………………………………………..8

1.2.3. Energía solar………………………………………………………………….8.

1.2.4. Energía geotérmica……………………………………………………………9 68

1.3. Energía solar…………………………………………………………………………10

1.4. Introducción a la termodinámica……………………………………………………..12

1.4.1. Calor…………………………………………………………………………13

1.4.2. Energía………………………………………………………………………13

1.4.3. Presión……………………………………………………………………….14

1.4.4 Trabajo……………………………………………………………………….14

1.4.5 Temperatura…………………………………………………………………15

1.4.6. Cambios de fase…………………………………………………………….16

1.4.7. Densidad…………………………………………………………………….17

1.4.8. Volumen específico…………………………………………………………17

1.4.9. Conservación de masa………………………………………………………………18

1.4.11. Conservación de la energía………………………………………………………...18

1.4.11. Energía cinética…………………………………………………………………….18

1.4.12. Energía potencial………………………………………………………………….19 69

1.4.13. Energía potencial gravitacional…………………………………………………….19

1.4.22. Energía total………………………………………………………………………..19

1.4.23. Energía de flujo…………………………………………………………………….19

1.4.24. Energía Interna……………………………………………………………………..19

1.4.25. Sistema abierto……………………………………………………………………..20

1.4.26. Sistema cerrado…………………………………………………………………….20

1.4.27. Punto de fusión……………………………………………………………………..20

1.4.28. Punto de ebullición…………………………………………………………………21

1.4.29. Propiedades de evaporación………………………………………………………..21

1.4.21. Calor específico…………………………………………………………………….21

1.4.26. Ley cero de la termodinámica……………………………………………………...22

1.4.27. Primera ley de la termodinámica…………………………………………………...23

1.4.28. Segunda ley de la termodinámica………………………………………………….24

70

Capitulo……………………………………………………………………………………27

2.1. Elaboración y construcción de la cocina solar………………………………………...28

2.2 Construcción de cocina en medidas de 40 por 60 doble caja con alas reflectivas de 30x60……………………………………………………………………………………….28

2.3 Materiales………………………………………………………………………………29

2.4 Herramientas utilizadas………………………………………………………………...29

2.5 Construcción…………………………………………………………………………...30

2.6. Materiales termómetro digital…………………………………………………………32

2.7. Diseño y simulación del termómetro digital en proteos...…………………………….33

2.8. Diagrama electrónico del sensor de temperatura……………………………………...34

2.9. Termómetro digital en 3d……………………………………………………………...35

Conclusiones……………………………………………………………………………….38 Investigación de campo………………………………………...…………………………..42 Anexos……………………………………………………………………………………...53 Bibliografía………………………………………………………………………………...58 71

72