martes, 23 de diciembre de 2014

Calorímetro Adiabático casero

Se agradece a los estudiantes participantes en este proyecto.



A continuación el informe del la construcción del calorímetro adiabático:



OBJETIVOS

·   Fabricar un calorímetro adiabático casero y comprobar su funcionamiento.


FUNDAMENTO TEÓRICO

Calorímetro:

El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es decir, sirve para determinar el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o absorben los cuerpos. El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto.



Características:

  Un calorímetro idealmente puede ser insensible a la distribución espacial de las fuentes de calor dentro de él .Si este objetivo es alcanzado, entonces la potencia puede en principio ser medida a cualquier frecuencia por disipación en el calorímetro y determinar la correspondiente potencia dc que da la misma lectura que la potencia no conocida.
 Por supuesto la tarea de diseñar un calorímetro que sea completamente insensible a la distribución de calor, no es posible y lo mejor que puede alcanzarse es construir un instrumento el cual tenga un conocido factor de corrección, estos factores de corrección son evaluados de una combinación de mediciones y cálculos, tenemos la eficiencia efectiva:
 La eficiencia efectiva (e.e.) es un parámetro relativamente estable para más instrumentos y siendo adimensional es independiente del sistema de unidades usado. Para la mayor parte de los calorímetros la e.e. puede ser evaluada con una incertidumbre de 0.1% a 1 GHz, 0.2 % a 40 GHz y 0.5 % a 100 GHz.
 Las correspondientes incertidumbres en los valores de la potencia absorbida o de microondas serán naturalmente un poco mayores que los dados, ya que dependen por ejemplo de los conectores
 Aunque el principio de medición de potencia por medio de sus efectos caloríficos es uno de los viejos métodos, los calorímetros actuales tienen sus orígenes en los desarrollos de los años 40 y 50.

VENTAJAS DE UN CALORIMETRO:

Alta precisión
Estabilidad de calibración

DESVENTAJAS DE UN CALORIMETRO:

Baja velocidad de respuesta
Muy voluminosos

Tipos de calorímetros:
  • estáticos
  • no estáticos
  • Dryload calorimeter
  • microcalorímetro
  • calorimetro de flujo

Otros tipos de calorímetros
 
  • calorímetro adiabático
  • calorímetro de cambio de estado


CALORÍMETRO ADIABÁTICO

Los calorímetros adiabáticos, se construyen de tal forma que no permiten intercambio de calor entre la celda y los alrededores, por lo tanto se emplean materiales aislantes para mantener aislado el sistema y relacionar el calor generado con la diferencia de temperatura que produce. Existen tres formas para alcanzar este objetivo:
1. Cuando la generación de calor es tan rápida, ninguna cantidad apreciable de calor puede entrar o salir de la celda durante el período en que se lleva a cabo la medida.
2. En el caso de separar la celda de los alrededores con una resistencia térmica RT infinitamente grande, de tal forma que el sistema de medida esté lo más aislado posible.
3. Por medio de controles externos que hacen que la temperatura de los alrededores sea siempre lo más semejante posible a la de la celda.
Para cumplir con las condiciones anteriores, la celda se rodea de un aislamiento que puede estar constituido por un recipiente empacado al vacío, como es el caso de los vasos Dewar, por escudos metálicos que impidan la transferencia de calor, por materiales plásticos de baja conductividad térmica o por la combinación entre varios de estos.
Durante la experiencia calorimétrica cualquier calor generado o consumido en la celda lleva a un cambio en la temperatura. En los calorímetros adiabáticos se presenta un control estricto en la temperatura de los alrededores, lo que hace necesario el uso de adecuados controles electrónicos que mantengan constante el gradiente de temperatura entre la celda y los alrededores de tal forma que el intercambio de calor entre estos sea lo más pequeña posible, en teoría nula.


USO DEL CALORIMETRO:

Para usar el calorímetro, un científico pondrá una cantidad precisa de agua pura dentro de la cámara de agua. El volumen puede variar, pero por lo general se colocan 100 mililitros. La temperatura del agua se lee y se registra y luego se mide la cantidad precisa de químicos que quieres estudiar, los pones en la cámara de reacción y cierras la tapa. Debes cuidar de cerca el termómetro por si hay cambios de temperatura. A medida que la reacción química se vaya llevando a cabo, la temperatura subirá o bajará. Si aumenta, irá hasta su pico y luego bajará. Lo contrario se da si la temperatura desciende. Es importante que anules los valores mínimos y máximos.

MATERIALES



PROCEDIMIENTO



ANÁLISIS DE DATOS

Para hallar la temperatura de equilibrio teórica utilizamos la siguiente fórmula:
-Q desprendido = Q absorbido
Q = masa * calor especifico * temperatura

PARA EL PRIMER CASO:

- (0,095 cal/gr.C * 680 gr * (Tf – 94 C)) = 0.106 cal/gr.C * 20 gr * (Tf – 25,5 C)
63600,4 – 676.6 Tf = 2,12 Tf * 54,06
678,72 Tf = 63654,46
Tf = 93,79°C

Teniendo en cuenta que Tf práctica es de 89 °C tenemos que obtener el error porcentual:

PARA EL SEGUNDO CASO:

- (0.095 cal/gr.C * 680 gr * (Tf – 83 C)) = 0.106 cal/gr.C * 20 gr * (Tf – 27 C)
56157.8 – 676.6 Tf = 2.12 Tf * 57.24
678.72 Tf = 56215.04
Tf = 82,86 °C

Teniendo en cuenta que Tf práctica es de 82 °C tenemos que obtener el error porcentual:

RESULTADOS

PARA EL PRIMER CASO:
Tf Teo = 93,79 °C
Tf  Pra = 89 °C
e% = 5,11%

PARA EL SEGUNDO CASO:

Tf Teo = 82,86 °C
Tf  Pra = 82 °C
e% = 1.04%

CONCLUSIONES

·      La realización del calorímetro fue satisfactoria.
·      Concluimos que la función del calorímetro es aislar las sustancias puestas en el para obtener una temperatura de equilibrio satisfactoria y obtuvimos que tenemos un error en cuanto a la temperatura ya sea porque nuestro calorímetro no está bien aislado o por error humano.
·       Calculamos la temperatura media del agua casi hirviendo y de un clavo de acero al cual obtuvimos resultados satisfactorios.

·       Demostramos la función de nuestro calorímetro al obtener resultados que varían con el teórico en menos del 5%.

viernes, 19 de diciembre de 2014

EL TERMÓMETRO DE AGUA

El siguiente trabajo, fue elaborado por estudiantes de la Universidad San Pedro con fines demostrativos para la elaboración de un termómetro a base de agua, y poder así familiarizarnos con los principios básicos en la construcción de un termómetro. 





sábado, 13 de setiembre de 2014

LEDS GIRATORIOS


MARCO TEÓRICO
Diodo LED

Un LED, siglas en inglés de Light-Emitting Diode (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz cuasi-monocromática, es decir, con un espectro muy angosto, cuando se polariza de forma directa y es atravesado por una corriente eléctrica. El color, (longitud de onda), depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode). 

El funcionamiento físico consiste en que, un electrón pasa de la banda de conducción a la de valencia, perdiendo energía. Esta energía se manifiesta en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria.

Representación simbólica del diodo LED


ESTRUCTURA DEL LED




El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo. 
Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED; el voltaje de operación va desde 1,5 hasta 2,2 voltios aproximadamente, y la gama de intensidades que debe circular por él va desde 10 hasta 20 mA en los diodos de color rojo, y de 20 a 40 mA para los otros LEDs. 
El primer LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonyak en 1962. 

Tecnología LED/OLED: 
En corriente continua (CC), todos los diodos emiten una cierta cantidad de radiación cuando los pares electrón-hueco se recombinan, es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía). Indudablemente, la frecuencia de la radiación emitida y, por ende, su color, dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia), es decir, de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Los LED e IRED, además tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los convencionales. 

Compuestos empleados en la construcción de LED.
 
Compuesto Color Long. de onda 
Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940nm 
Arseniuro de galio y aluminio Rojo e IR 890nm 
Arseniuro fosfuro de galio Rojo, naranja y amarillo 630nm 
Fosfuro de galio (GaP) Verde 555nm 
Nitruro de galio (GaN) Verde 525nm 
Seleniuro de zinc (ZnSe) Azul 
Nitruro de galio e indio (InGaN) Azul 450nm 
Carburo de silicio (SiC) Azul 480nm

Aplicaciones: 
Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc. y en general para aplicaciones de control remoto, así como en dispositivos detectores. 
Los LED se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.) y en paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ, tiene 36,6 metros de altura y está en Times Square, Manhattan). También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas, etc., así como en bicicletas y usos similares. Existen además impresoras LED. 
El uso de lámparas LED en el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de tráfico) es previsible que se incremente en el futuro, ya que aunque sus prestaciones son intermedias entre la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente, presenta indudables ventajas: larga vida útil, una menor fragilidad y una mejor disipación de energía. Asimismo, para el mismo rendimiento luminoso, producen luz de color, mientras que los hasta ahora utilizados, tienen un filtro, lo que reduce notablemente su rendimiento. 
Los White LEDs son el desarrollo más reciente. Un intento muy bien fundamentado para sustituir las bombillas actuales por dispositivos mucho más eficientes desde un punto de vista energético. 

También se utilizan en la emisión de señales de luz que se trasmiten a través de fibra óptica.

Motor
Un motor es una máquina que transforma la energía química presente en los combustibles, en energía mecánica disponible en su eje de salida. En un diagrama de bloques de entradas y salidas, tendríamos como entrada: aire y combustible y el aporte de sistemas auxiliares necesarios para el funcionamiento como son los sistemas de lubricación, refrigeración y energía eléctrica; y en el interior del motor, sistema de distribución, mecanismos pistón-biela-manivela y como producto de salida final tendríamos la energía mecánica utilizable, además tendríamos como residuos o productos de la ineficiencia los gases de la combustión y calor cedido al medio.

Los motores se utilizan para realizar un trabajo mecánico, su utilización es muy variada y el rango de aplicaciones es muy amplio, se los puede ver accionando, bombas de superficie, generadores, vehículos, compresores, etc.
Consta de un sistema de suministro de combustible, un sistema de suministro de aire, un dispositivo para realizar la mezcla, cámaras de combustión, un sistema que transforma la energía calorífica en movimiento alternativo y este a su vez mediante un mecanismo biela-manivela se transforma en un movimiento de rotación. En los motores es muy importante la llamada relación de compresión que es el número de veces que el volumen de la cámara formada por el pistón cuando está en su punto muerto superior (P.M.S.), las paredes del cilindro y la tapa de cilindros, cabe en el volumen de la cámara que se produce con las paredes del cilindro, la tapa de cilindros y el pistón cuando está en el punto muerto inferior (P.M.I.).  Según el tipo de combustible utilizado en el motor es la relación de compresión que necesita para su funcionamiento.
 

OBJETIVOS
·           Construir leds giratorios y formar ruedas concéntricas luminosas.
·           Informar y hacer uso de la electrónica a los estudiantes.

MATERIALES
- Una tabla de 40 cm de largo y 30 cm de ancho
- 2 trocitos de tabla de 10 cm de largo y 3 cm de ancho 
- 3 resistencias de 100 Ω
- 3 leds multicolor
- 2 motores pequeños
- Cables delgados
- Una fuente de 5 a 9 V
- 2 alambres delgados 
- Silicona
- Estaño
- Cautín
- Un lapicero para extraerle el tubo del centro


PROCEDIMIENTO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LOS LEDS GIRATORIOS

-          Extraer el cartucho de tinta de un lapicero.
-       Colocar uno de los extremos un motor, y luego colocar en el otro extremo el segundo motor.


-          Colocar las bases donde estarán colocados los motores y luego pegarlos con silicona.
-          Pruebe que los motores giren suavemente, haciendo girar con el cartucho de lapicero.

-        Suelde los leds (teniendo en cuenta la polaridad), las patitas negativas a lo largo de una varilla,  a las patitas positivas (patita mas larga) suelde las resistencias de 100 Ω para cada una.

-     En cada eje de los motores amarre un cable conector.
-      Luego suelde cada cable conoctor con cada varilla donde se ubican los leds.

-      A continuación suelde con un alambre conector la carcasa de uno de los motores con el terminal del otro motor.
-   Del otro motor suelde con un alambre conector el siguiente terminal con su carcasa misma.

-    De los terminales de este último motor, alimente con energía a través de una pila batería, colocando un interruptor de encendido y apagado.
-    Por ultimo pruebe su funcionamiento. 
La idea de este proyecto lo extraje de este vídeo
https://www.youtube.com/watch?v=CAy9ckf_CoI 

A continuación algunas imágenes de la elaboración de nuestro proyecto

Pegado de los motorcitos en la bases de madera

Probando el giro de los leds 

Colocando el estuche para las pilas e interruptor 


Proyecto terminado 

Renzo Valentino mostrando el proyecto

INSECTO ROBOT

INSECTO ROBOT
PROBLEMA: Realizar un insecto robot que sortee obstáculos, utilizando materiales que se puedan encontrar fácilmente, así como cables motores eléctricos, pila batería como material eléctrico.
OBJETIVOS:
Diseñar circuitos eléctricos, conocer las características y funcionamiento de los motores eléctricos, aplicaciones de los sensores, y elementos de los robots.

Objetivo General:
Armar un insecto robot (mariquita), mediante la investigación, con la finalidad de aplicar los conocimientos de física y demás materias.

Objetivos Específicos:
-                    Investigar sobre el funcionamiento de un insecto robot.
-                    Adquirir  los materiales para el robot.
-                    Armar el insecto robot.

-                    Verificar el funcionamiento del insecto robot.

MATERIALES:

-      Madera de contrachapado
-      Cola de carpintero
-      Cartulina
-      Ruedas de plástico
-      Cables de cobre
-      Periódico
-      Listones
-      temperas
-      chinchetas
-      Muelles
-      pila batería de 9 V
-      Broche para pila batería

 


 FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS:
Se puede construir  un insecto robot el cual imita de manera muy aproximada a un organismo biológico de forma artificial a partir de dos motorcitos, una pila batería y materiales de reciclaje.

PROCEDIMIENTO:
1-Dibujar el plano en la madera de contrachapado.


Plantilla para la base de la carcasa
 2-Cortar las piezas.
3-Colocar los motores, en la base
4-Colocar los soporte de las antenas (sensores)
5- Colocar las chinchetas de conexión, y el cableado.
6-Formar el circuito. Uniendo el cable de las antenas, al motor y  a la pila.
7-Poner las ruedas a los motores
8- Colocar las antenas (sensores) del insecto
9-Dibujar el plano de la carcasa o caparazón en una cartulina y recortarlos con unas tijeras.
10-Cubrir el caparazón con una capa de periódico impregnado en cola-agua dejar secar para que se endurezca.
11-Pintar el caparazón.

continuación algunos eventos en la fabricación del Insecto Robot

Plantilla de la base

Pegar el motorcito a una de las ruedas

Probando el giro de la rueda.


Colocando las ruedas en la base de nuestro Robot.


Colocando la rueda trasera del Robot


Pintado y colocado de los soportes en la base

 
  Soldando el broche de la pila con los terminales de cada motorcito.


De esta imagen se tuvo la idea de hacer las conexiones para el Insecto Robot. 


Esta es la parte trasera del Insecto Robot.