El principio de la conversión de la energía térmica del vapor en energía mecánica

Objetivos:

General:

 Encontrar un proyecto el cual sea novedoso y a la vez atractivo para explicar unas leyes definidas de la física de cotidiano uso

Específicos:

 Poder con el mismo explicar el funcionamiento de la tercera ley de newton y la potencia ejercida por la energía caloría (caballos de vapor)

 Poder construir una maqueta que se adapte y sirva de explicación para todos los conceptos definidos

 Diagnosticar el uso de fuentes alternativas de energía renovables

MARCO TEORICO:

Uno del principio básico de la máquina de vapor es la transformación de la energía calorífica del vapor de agua en energía mecánica, haciendo que el vapor se expanda y se enfríe en un cilindro equipado con un pistón móvil. El vapor utilizado en la generación de energía o para calefacción suele producirse dentro de una caldera. La caldera más simple es un depósito cerrado que contiene agua y que se calienta con una llama hasta que el agua se convierte en vapor saturado. Los sistemas domésticos de calefacción cuentan con una caldera de este tipo, pero las plantas de generación de energía utilizan sistemas de diseño más complejo que cuentan con varios dispositivos auxiliares. La eficiencia de los motores de vapor es baja por lo general, lo que hace que en la mayoría de las aplicaciones de generación de energía se utilicen turbinas de vapor en lugar de máquinas de vapor.

El primer motor de pistón fue desarrollado por el físico e inventor francés Denis Papín y se utilizó para bombear agua. El motor de Papín, poco más que una curiosidad, era una máquina tosca que aprovechaba el movimiento del aire más que la presión del vapor. La máquina contaba con un único cilindro que servía también como caldera. Se colocaba una pequeña cantidad de agua en la parte inferior del cilindro y se calentaba hasta que producía vapor. La presión del vapor empujaba un pistón acoplado al cilindro, tras lo cual se eliminaba la fuente de calor de la parte inferior. A medida que el cilindro se enfriaba, el vapor se condensaba y la presión del aire en el exterior del pistón lo empujaba de nuevo hacia abajo.

MÁQUINA DE VAPOR

Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. En esencia, el ciclo de trabajo se realiza en dos etapas:

Se genera vapor de agua en una caldera cerrada por calentamiento, lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón. Mediante un mecanismo de biela - manivela, el movimiento lineal alternativo del pistón del cilindro se transforma en un movimiento de rotación que acciona, por ejemplo, las ruedas de una locomotora o el rotor de un generador eléctrico. Una vez alcanzado el final de carrera el émbolo retorna a su posición inicial y expulsa el vapor de agua utilizando la energía cinética de un volante de inercia.

El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el cilindro.

Desde tiempos inmemorables, se ha utilizado el vapor como medio de propulsión para maquinaria y medios de transporte. A lo largo de la historia, se han construido máquinas de vapor que han propulsado coches, trenes, o barcos.

Vamos a realizar un experimento que combina el uso de vapor como medio de propulsión basándose en el principio acción-reacción, también conocido como Tercera Ley de Newton.

Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular, aquellos relativos al movimiento de los cuerpos.

Primera ley o ley de la inercia

Todo objeto permanecerá en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, mientras no se apliquen sobre el mismo fuerzas externas cuyas resultante no sea nula.

Segunda ley o ley de la fuerza

La fuerza resultante sobre un cuerpo produce una aceleración con la misma dirección y sentido de

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