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• Juan Jose Fragoso Pineda

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Universidad Nacional Autónoma de Mexico Colegio de Ciencias y Humanidades “Plantel Vallejo” Física ll Proyecto de investigación “Barco de vapor casero” Profa: Benítez Salgado Lucia Gabina

Fragoso Pineda Juan José García González Ricardo González Espejel Migue Ángel Sampayo Uvalle Salomón

Grupo: 414

Introducción La revolución industrial del siglo XVIII no hubiese sido posible sin el poder de las máquinas de vapor, que con su motor de combustión externa, se convirtieron en las primeras de uso generalizado. Su vital implementación en la industria trajo consigo grandes avances en todos los ámbitos, especialmente a nivel económico, social y tecnológico. Por todas estas razones se desarrollo este proyecto para conocer, entre otros aspectos, el desarrollo y funcionamiento de la máquina de vapor, uno de los más grandes inventos de la historia.

¿Qué es una máquina de vapor? Se le llama máquina de vapor a las máquinas, que con motores de combustión externa, trabajan para convertir la energía térmica (la fuerza del calor) del agua hirviendo en energía de tipo mecánica. El calor resultante de la quema de ciertas cantidades de carbón hace hervir el agua que se convierte en vapor. Ese vapor es capturado y dirigido para alimentar una serie de elementos que ponen en marcha la máquina.

¿Quién inventó la máquina de vapor? Thomas Newcomen inventó la máquina de vapor en el año 1705. Con la ayuda de algunos colegas como el físico Robert Hooke y el mecánico John Calley, Newcomen fue el primero en realizar una máquina de vapor propiamente dicha. Algunos años después se utilizó como base para varios de los inventos más importantes de la Revolución Industrial como los barcos de vapor. Varios años más tarde, James Watt, le realizó importantes mejoras, hasta que en 1769 terminó perfeccionándola.

Planteamiento del problema Demostrar la importancia y conocer todo lo que engloba una máquina de vapor o térmica.

Objetivos -

Dar a conocer la importancia de la tercera ley de Newton, el principio de

-

acción-reacción. Estudiar más a fondo el proceso que se tiene que seguir para la

-

realización de una máquina de vapor o térmica. Comprobar lo eficaz que puede llegar a ser la energía térmica. Enseñar a los estudiantes en general, una opción para producir energía cinética en algún objeto de una fácil manera.

Justificación Se desarrollara en este proyecto una visión más a fondo sobre lo que hay detrás de una maquina térmica o de vapor, ese proceso que se lleva, asi como conoceremos las utilidades de la energía del calor, es decir, la energía térmica, es importante toar este tema porque sin este gran paso en la tecnología no se hubiera desarrollado tanto la sociedad, y asi con esto podremos brindar a los estudiantes mayor información sobre las utilidades de este tipo de energía, con el fin de que vean una opción diferente para brindar energía.

Hipótesis La energía térmica, es de las más eficaces en cuestión de brindar grandes cantidades de energía cinética para mover algún objeto que utilice esta energía, ayuda a su correcto funcionamiento y a brindarle una velocidad constante. Es una opción diferente para producir energía.

Marco Teórico I.

¿Cómo funciona una máquina de vapor?

Las máquinas de vapor trabajan por su motor de vapor alimentado, los mismos que han alimentado a las locomotoras y otras maquinarias entre los años 1800 y 1950. Aunque existen en diferentes tamaños y formas, básicamente todos funcionan de manera muy similar. En una caldera se hierve determinada cantidad de agua incesantemente. Tras calentarse por un fuego alimentado por diversos combustibles como madera, carbón o petróleo, esta hierve. Cuando hierve en la caldera, el vapor que se genera se concentra generando una alta presión y en ese estado se lo dirige a una cámara cerrada conocida como cámara de vapor. El vapor de la caldera entra en la cámara, en donde en el extremo delantero se encuentra un cilindro, que por la expansión del volumen del agua, empuja un pistón. A través de un mecanismo de biela-manivela el movimiento circular de este pistón se convierte en un movimiento de traslación o de rotación. Este movimiento es capaz de hacer girar ruedas por ejemplo de una locomotora o incluso provocar la rotación de un rotor en un generador eléctrico. Cuando acaba con el ciclo, el émbolo vuelve al lugar en el que comenzó y todo el vapor se expulsa con inercia aplicando la energía cinética. Al mismo tiempo, mediante una serie de válvulas se produce una renovación en la entrada y la salida de los flujos de vapor, también de forma constante.

II.

Combustión externa

Un motor de combustión externa es una máquina que realiza una conversión de

energía

calorífica

en energía

mecánica

mediante

un

proceso

de combustión que se realiza fuera de la máquina, generalmente para calentar agua que, en forma de vapor, será la que realice el trabajo.

III.

Tercera Ley de Newton, Principio de acción-reacción

La tercera ley de Newton es completamente original (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo. Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo (empuje), este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección, pero con sentido opuesto. Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita "c". Es importante observar que este principio relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley. Junto con las anteriores leyes, ésta permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del momento angular.

IV.

Energía térmica

La energía térmica o calorífica es la parte de energía interna de un sistema termodinámico en equilibrio que es proporcional a su temperatura absoluta y se incrementa o disminuye por transferencia de energía, generalmente en forma de calor o trabajo, en procesos termodinámicos.

V.

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 o Ek.

VI.

Termodinámica

Es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico. Constituye

una teoría

fenomenológica,

a

partir

de

razonamientos, que estudia sistemas reales, sin modelizar y sigue un método experimental. 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, o por medio de magnitudes no-extensivas derivadas de las anteriores como la temperatura, presión y el potencial químico; otras magnitudes, tales como la fuerza electromotriz y las asociadas con la mecánica de los medios continuos en general también pueden tratarse por medio de la termodinámica.

VII.

2 da. Ley de la termodinámica

Esta ley marca la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrarse en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo a otro sin pérdidas. De esta forma, la segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero.

Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un equilibrio térmico. La aplicación más conocida es la de las máquinas térmicas, que obtienen trabajo mecánico mediante aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero frío. La diferencia entre los dos calores tiene su equivalente en el trabajo mecánico obtenido.

 Metas  Diseñar el dispositivo o prototipo del barco de vapor en 3 días.  Finalizar el barco de vapor en 2 días.  Desarrollar el proyecto a lo largo de una semana.  Realizar las investigaciones necesarias sobre los temas a tratar en una semana.

 Demostrar la importancia que toma nuestro proyecto.  Presentarlo

 Materiales -

Vela 10 cm. de alambre 1 Envase tetrapak Silicón Pegamento (Resistente altas temperaturas)

a

-

Tijeras 8 Popotes (4 normales, 4 que se puedan doblar) 1 Lata de aluminio

 Conclusiones: -

La energía térmica, toma un papel de gran importancia, dado que provee de energía cinética a diferentes dispositivos u objetos, tales como el barco de vapor.



-

El barco de vapor, es un experimento sencillo, donde se tocan diversos temas cobre la transformación de la energía, empleando diversas leyes.

 -

Es de gran ayuda para el conocimiento en general, dado que los temas son muy concretos.

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 Bibliografías:   -Humberto, Carlos. Energía termodinámica y sus aplicaciones. Mexico, Logos, 2011   -Romero, Lankw, Patricia. Tipos de energía según la física. Mexico, Logos, 2000   -Perevachtchiko, Maria. Diseños de maquinas de vapor caseras. Mexico, Logos, 2009   -http://2daleydetermodinamica.blogspot.mx/2011/05/maquina-devapor.html   -http://www.textoscientificos.com/fisica/termodinamica/maquinas-vapor

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