Proyecto de Cava Termica
26
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA (UNEFA) IV SEMESTRE DE ING. AGROINDUSTRIAL SECCIÓN ING_A_4S_D_01. Demostración de la primera ley de la termodinámica “conservación de la energía” a través de la elaboración de una cava térmica. Facilitador: Participantes:
-
Upload
luis-ramos -
Category
Documents
-
view
124 -
download
2
Transcript of Proyecto de Cava Termica
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA (UNEFA)
IV SEMESTRE DE ING. AGROINDUSTRIAL SECCIÓN ING_A_4S_D_01.
Demostración de la primera ley de la termodinámica “conservación de la energía” a través de la elaboración de una cava térmica.
Facilitador: Participantes:
Lic. Carlos Olivo. Sección ING_A_4S_D_01
Julio, 2012
Bachilleres:
Eidangel Amaya
Manuel Blanca.
Aendis Campos.
José Contreras.
Mariangel Contreras.
Lennys Cordero.
Máximo Cordero.
Wuender Correa.
Brigfran Coronado.
Christopher Díaz.
Emilin Farías.
Antonio Granados.
Daniel Granados.
Javier Martínez.
Yosmarli Martínez.
Monel Mendoza.
Humbetzi Navarro.
Erika Ortiz.
Ángel Ramírez.
Luis Ramos.
Karmary Rodríguez.
Roberto Roldan.
Ana Serijas
Lauriangeli Vásquez
Ruke Zaa
INTRODUCCION
La termodinámica es una rama de la física que describe los estados de equilibrio a un
nivel macroscópico. Los estados de equilibrio son estudiados y definidos por medio
de magnitudes extensivas tales como la energía interna, la entropía y el volumen: es
importante recalcar que la termodinámica ofrece un aparato formal aplicable
únicamente a estados de equilibrio, definidos como aquel estado hacia el que todo
sistema tiende a evolucionar y caracterizado porque en el mismo todas las
propiedades del sistema quedan determinadas por factores intrínsecos y no por
influencias externas previamente aplicadas. Los estados de equilibrio son
necesariamente coherentes con los contornos del sistema y las restricciones a las que
esté sometido, la termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de
masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes. Históricamente, la
termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las
primeras máquinas de vapor.
El inicio de las consideraciones termodinámicas son los principios de la
termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas
en forma de calor o trabajo, y que sólo puede hacerse de una determinada manera.
Los resultados de la termodinámica son esenciales para la química, la física, la
ingeniería química, etc.
JUSTIFICACIÓN
La termodinámica describe los estados de equilibrio a un nivel muy pequeño
(microscópico), estos estados son estudiados y definidos por magnitudes como la
energía interna, la entropía y el volumen. La termodinámica ofrece un estado formal
aplicado únicamente a los estados de equilibrio. Las leyes de la termodinámica son el
principio o ley cero de la termodinámica 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. La
primera ley que es de conservación de la energía, le segunda que cambia la dirección
es la que deben llevarse los procesos termodinámicos. Y la tercera ley propuesta por
Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero
absoluto mediante un número finito de procesos físicos.
La realización de este proyecto nace a través del estudio de las leyes de la
termodinámica específicamente de la primera ley de la termodinámica “conservación
de la energía” se realizo una experiencia donde se elaboro una cava térmica con
dióxido de carbono en estado solido la cual permite conservar la energía interna del
mismo.
OBJETIVOS DE APREDIZAJE
General
Demostración de la primera ley de la termodinámica “conservación de la energía” a
través de la elaboración de una cava térmica.
Específicos
Investigar sobre la primera ley de la termodinámica.
Estudiar las propiedades del dióxido de carbono.
Establecer un programa de trabajo para realizar el marco metodológico.
Realizar la experiencia para demostrar que en el freezer con el dióxido de carbono
solido permanece conservando la energía (frio).
METAS
Establecer el titulo del proyecto en tres días.
Plantear el diagnostico de la situación actual en un lapso tres días
Formular los objetivos generales y específicos en una semana.
Realizar la adquisición de los recursos económicos humanos en cinco días.
Adquirir los materiales para realizar la experiencia en una semana.
Realizar la experiencia en cuatro semanas para corregir lo errores que pueda tener
la cava térmica.
METODOLOGIA
Base teórica
La termodinámica es la rama de la física que se dedica al estudio de las relaciones
entre el calor y el resto de las formas de energía. Analiza, por lo tanto, los efectos de
los cambios de temperatura, presión, densidad, masa y volumen en los sistemas a
nivel macroscópico.
La base de la termodinámica es todo lo referente a la circulación de la energía, un
fenómeno capaz de infundir movimiento a los cuerpos.
Primera ley de la termodinámica
El primer principio de la termodinámica o primera ley de la termodinámica, se postula a partir del siguiente hecho experimental:
En un sistema cerrado adiabático (que no hay intercambio de calor con otros sistemas
o su entorno como si estuviera aislado) que evoluciona de un estado inicial a otro
estado final , el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del proceso
seguido.
Más formalmente, este principio se descompone en dos partes;
El «principio de la accesibilidad adiabática»
El conjunto de los estados de equilibrio a los que puede acceder un sistema
termodinámico cerrado es, adiabáticamente, un conjunto simplemente conexo.
y un «principio de conservación de la energía»:
El trabajo de la conexión adiabática entre dos estados de equilibrio de un sistema
cerrado depende exclusivamente de ambos estados conectados.
Este enunciado supone formalmente definido el concepto de trabajo termodinámico, y sabido que los sistemas termodinámicos sólo pueden interaccionar de tres formas diferentes (interacción másica, interacción mecánica e interacción térmica). En
general, el trabajo es una magnitud física que no es una variable de estado del sistema, dado que depende del proceso seguido por dicho sistema. Este hecho experimental, por el contrario, muestra que para los sistemas cerrados adiabáticos, el trabajo no va a depender del proceso, sino tan solo de los estados inicial y final. En consecuencia, podrá ser identificado con la variación de una nueva variable de estado de dichos sistemas, definida como energía interna.
Se define entonces la energía interna, , como una variable de estado cuya variación en un proceso adiabático es el trabajo intercambiado por el sistema con su entorno:
Cuando el sistema cerrado evoluciona del estado inicial A al estado final B pero por un proceso no adiabático, la variación de la Energía debe ser la misma, sin embargo, ahora, el trabajo intercambiado será diferente del trabajo adiabático anterior. La diferencia entre ambos trabajos debe haberse realizado por medio de interacción térmica. Se define entonces la cantidad de energía térmica intercambiada Q(calor) como:
Siendo U la energía interna, Q el calor y W el trabajo. Por convenio, Q es positivo si va del ambiente al sistema, o negativo si lo ha perdido el sistema y W, es positivo si lo realiza el ambiente contra el sistema y negativo si está realizado por el sistema.
Esta definición suele identificarse con la ley de la conservación de la energía y, a su vez, identifica el calor como una transferencia deenergía. Es por ello que la ley de la conservación de la energía se utilice, fundamentalmente por simplicidad, como uno de los enunciados de la primera ley de la termodinámica:
La variación de energía de un sistema termodinámico cerrado es igual a la diferencia
entre la cantidad de calor y la cantidad de trabajo intercambiados por el sistema con
sus alrededores.
En su forma matemática más sencilla se puede escribir para cualquier sistema cerrado:
Donde:
Es la variación de energía del sistema,
Es el calor intercambiado por el sistema a través de unas paredes bien definidas, y
Es el trabajo intercambiado por el sistema a sus alrededores.
Dióxido de carbono en estado solido.
El llamado “hielo seco” es dióxido de carbono en estado sólido, se llama así porque
su aspecto es parecido al del hielo. Pero, mientras un cubito de hielo se funde
convirtiéndose en agua, el dióxido de carbono sólido sublima, es decir, pasa
directamente del estado sólido al estado gaseoso sin dejar ningún residuo de
humedad.
Se obtiene industrialmente comprimiendo y enfriando el dióxido de carbono. Se
fabrica en forma de gránulos, barras (pellets) o placas.
La temperatura de sublimación del dióxido de carbono es de – 78ºC, por lo que es
difícil conservarlo, aún estando bien empaquetado no suele durar más de dos o tres
días.
Propiedades del dióxido de carbono
El dióxido de carbono CO2 está formado por moléculas lineales, un átomo de
carbono unido a dos átomos de oxígeno mediante dobles enlaces:
Se disuelve fácilmente en agua para dar una disolución de ácido carbónico, por lo que
se utiliza para añadir a las bebidas refrescantes. La disolución formada tiene pH
ácido.
No arde ni mantiene fácilmente la combustión de otras sustancias. Sólo algunos
metales muy activos como el sodio, el potasio o el magnesio pueden arder en su
presencia.
El dióxido de carbono es un gas 1,5 veces más denso que el aire. Esta propiedad le
hace especialmente útil como extintor de incendios: el CO2 añadido con un extintor
forma una capa sobre el fuego que al ser más densa que el aire impide el acceso de
éste y así se apaga el fuego. Si encendemos una vela y dejamos caer sobre ella
vapores de dióxido de carbono observaremos como la llama se apaga.
Se expande rápidamente cuando sale de un recipiente a presión, hay a la venta
cartuchos de CO2 que tienen diferentes aplicaciones: Para inflar las ruedas de las
bicicletas en lugar de utilizar la tradicional bomba de aire; en pistolas o cuchillos de
caza; en algunas cafeteras para hacer café Express o para dar presión a un barril de
cerveza.
Como hacer dióxido de carbono solido (hielo seco).
Materiales:
Acetato de sodio (lo pueden conseguir en internet o en una farmacia)
Agua
Olla
Lo primero es poner a hervir el agua en la olla, luego, agregar cuidadosamente y poco
a poco el acetato de sodio (no agregar con las manos, hacerlo con un vaso), y agitar
constantemente.
Una vez que ya esta disuelto, vaciar el contenido de la olla a un vaso o recipiente de
vidrio. (nota: no dejar residuos en la olla)
El recipiente o vaso, se coloca en el congelador hasta que se haga un líquido como el
agua (No tocar ese líquido)
Ese líquido se vacía en un recipiente, simplemente lo tocamos e instantáneamente
tenemos hielo seco.
Cómo se manipula el hielo seco
Hay que utilizar guantes ya que la baja temperatura a la que se encuentra puede
producir una quemadura por congelación parcial.
Hay que utilizarlo en lugares bien ventilados porque el dióxido de carbono es más
denso que el aire y se puede acumular en la parte baja de la habitación sustituyendo
al oxígeno necesario para respirar.
Para qué se utiliza el hielo seco
La capacidad de refrigeración del hielo seco es mayor que la del hielo común por eso
es muy útil en la refrigeración de alimentos, medicinas, frutas, etc. y además tiene la
ventaja de no dejar residuos húmedos por lo que no favorece la proliferación de
bacterias. El catering de los aviones se refrigera de esta manera. También se utiliza en
sistemas de limpieza.
Al estar a una temperatura de -78 ºC, alrededor del hielo seco rápidamente condensa
el vapor presente en el aire formando hielo (agua congelada).
Procedimiento de elaboración
Se realizara un estudio de acuerdo a la situación actual que será el estudio de los
objetivos de la materia para seleccionar el tema en una semana.
Una vez planteado el proyecto se formularan los objetivos y la disponibilidad de
los recursos a utilizar en dos semanas.
En una semana se compraran los materiales para la construcción y se establecerá
el lugar de ejecución.
En las tres semanas siguientes se realizara la experiencia de la siguiente manera:
Colocar un anillo de bronce en la base del tubo de entrada y salida de aire del
freezer.
Soldar con bronce las válvulas de entrada y salida de aire.
Colocar las tapas de la válvula y verificar que no hayan fugas.
Agregar alrededor del freezer una lámina de hierro y ajustarla con remaches.
Colocar el hielo seco en el interior de la lámina.
Insertar la lamina ya remachada con el freezer en la parte interna de la cava de
anime.
RECURSOS Y MATERIALES
Recursos
Humanos: Profesor de fisicoquímica Carlos Olivo y alumnos de Ing.
Agroindustrial sección ING_A_34S_D_01 de la Universidad Nacional
Experimental Politécnica De La Fuerza Armada Bolivariana Del Socorro Estado
Guárico.
Financieros: Contribución con dinero por arte de los alumnos de Ing.
Agroindustrial sección ING_A_4S_D_01 de la Universidad Nacional
Experimental Politécnica De La Fuerza Armada Bolivariana Del Socorro Estado
Guárico.
Materiales
Freezer.
Anillos de bronce.
Válvula de entrada de aire.
Válvula de salida de aire.
Dióxido de carbono solido (hielo seco).
Cava de anime.
Lamina de hierro.
CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
Actividades
Abril
Semanas
Mayo
Semanas
Junio
Semanas Duración Observaciones
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Realizar el diagnostico
X No se observaron
dificultades
Realizar la justificación
X No se observaron
dificultades
Plantear los objetivos
X No se observaron
dificultades
Establecer las metas
X No se observaron
dificultades
Describir la metodología
X No se observaron
dificultades
Lugar de ejecución
X No se observaron
dificultades
Determinar involucrados,beneficiados y responsables
X No se observaron
dificultades
Gestionar recursos financieros
X No se observaron
dificultades
Ejecución del proyecto
X X X No se observaron
dificultades
Presentación del proyecto
X No se observaron
dificultades
CONCLUSIONES
La termodinámica es una rama de la física que estudia los estados del equilibrio que
son cuando las variables como volumen, presión y la temperatura no cambian,
además sirva para estudiar como mantener la energía interna del sistema como se
establece en la primera ley de la termodinámica que no es mas que la conservación de
la energía lo cual establece que si se realiza trabajo sobre un sistema la energía del
sistema cambiara; por otra parte el dióxido de carbono en estado solido por su
capacidad de enfriar y de no dejar residuos son base para elaborar una cava térmica.
Con estos conocimientos se inicio con la elaboración de una cava térmica la cual
conservaba el frio en su parte interna, este frio proveniente del dióxido de carbono
solido, una aplicación en la agroindustria es para mantener alimentos que necesitan
bajas temperaturas para conservarse por un largo tiempo sin la necesidad de gasto
eléctrico, además en el campo mantendría vacunas en la temperatura ideal y es
cómodo y dura un largo tiempo siempre y cuando la lamina remacha alrededor del
freezer no tenga fugas de aire.
Planteando el titulo del proyecto
Planteando objetivos y metas
Freezer
Freezer con Válvulas y anillos
Lamina doblada en la cava de anime
Lamina ya terminada y remachada en el freezer.
