TEMA Diseño y modelo del prototipo del motor de Herón ÍNDICE RESUMEN PÁG.2 INTRODUCCIÓN PÁG3. 1 PROBLEMA 1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA PÁG.6 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA PÁG.6 1.3 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS PÁG.6 1.3.1 OBJETIVO GENERAL 1.3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS 1.4 HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN PÁG.6 1.5 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES PÁG.7 2MARCO TEÓRICO 2.1ANTECEDENTES 2.2FUNDAMENTACION TEORICA 2.2.1TIEMPO 2.2.2TEMPERATURA 2.2.3VOLUMEN 2.2.4TEMPERA TURA DEL AGUA 2.2.5TIEMPO DE ELABORACION 2.2.6COSTOS 2.2.7ECUACIONES PÁG.7 3DISEÑO DE LA PROPUESTA PÁG.18 3.1APLICABILIDAD DE LOS CONOCIMIENTOS INTEGRADORES EN EL PROYECTO 3.2DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO PÁG.18 3.3IMPLEMENTACIÓN PÁG.19 3.4RESULTADOS PÁG.19 4MÉTODOS Y TÉCNICAS 4.1METODOS 4.2TECNICAS CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PÁG.20 BIBLIOGRAFÍA ANEXOS PÁG. 21
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1 PROBLEMA1.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA PÁG.61.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA PÁG.61.3 OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS PÁG.61.3.1 OBJETIVO GENERAL1.3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS1.4 HIPÓTESIS DE INVESTIGACIÓN PÁG.61.5 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES PÁG.72MARCO TEÓRICO2.1ANTECEDENTES
2.2FUNDAMENTACION TEORICA2.2.1TIEMPO2.2.2TEMPERATURA2.2.3VOLUMEN2.2.4TEMPERATURA DEL AGUA2.2.5TIEMPO DE ELABORACION2.2.6COSTOS2.2.7ECUACIONES PÁG.73DISEÑO DE LA PROPUESTA PÁG.183.1APLICABILIDAD DE LOS CONOCIMIENTOS INTEGRADORES EN ELPROYECTO
3.2DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL PROTOTIPO PÁG.183.3IMPLEMENTACIÓN PÁG.193.4RESULTADOS PÁG.194MÉTODOS Y TÉCNICAS4.1METODOS4.2TECNICASCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES PÁG.20BIBLIOGRAFÍAANEXOS PÁG. 21
En los antecedentes de nuestro proyecto podemos observar todos los
procedimientos que realizo Herón para realizar su motor. Herón con sus
avanzados conocimientos en matemáticas y geometría construyó varios
prototipos generadores de energía ya que al elaborar sus primeros prototipos
no le resultaron como debían así que realizo varios intentos para obtener su
motor puesto que el tenia un gran pensamiento con una vista hacia el futuro, lo
que generaba que vaya más allá de las posibilidades que existían en esa
época para producir artefactos que faciliten la vida del hombre en aspectos de
movilidad. Posteriormente a la fabricación del motor de Herón se empezó a
desarrollar el funcionamiento de este prototipo de manera que pudo mejorar a
la industria, con el fin de aprovechar al máximo la energía producida por esta
fuente. Cada cierto periodo de tiempo existió un cambio o transformación en el
avance de los motores de tal manera que este tuviera una mejora, que
contribuyo a la movilidad y como lo sigue haciendo actualmente, así que por lo
años de 1880 se creó el primer automotor a vapor.
Pensando a mayor escala se empezaron a desarrollar los primeros ferrocarriles
los cuales funcionaban con vapor, ya que sintieron la necesidad de transportar
a la gente en mayor cantidad. Otra contribución de este fundamento se dio enla navegación marítima con los barcos a vapor para el transporte por medio del
agua. A parte de contribuir con la movilidad, también se dio frutos en la
industria, en las fábricas generando máquinas térmicas que ayudarán para el
desarrollo del hombre y la producción en general.
Mediante la aplicación de la física, química y matemática, podemos estudiar las
reacciones que produce nuestro prototipo (motor de Herón), al ser expuesto al
calor como también a otros agentes externos (temperatura, gravedad, nivel del
mar, presión atmosférica), los cuales pueden influir en los cálculos como
también en su funcionamiento, pero en nuestro caso cuando apliquemos las
formulas respectivas lo realizaremos en condiciones normales. Con los
conocimientos previos adquiridos en las ciencias estudiadas podemos llegar a
la obtención de valores por medio de cálculos aplicados a su funcionamiento.
Por medio de fórmulas químicas podemos obtener la masa de la esfera, como
también por medio de fórmulas físicas podemos obtener las velocidades
máximo provecho de la misma utilizando las mismas bases en las que se
fundamentó Herón para realizar esta clase de funcionamiento, por medio de la
energía térmica, para posteriormente utilizarlo en diferentes diseños y tipos de
motores con diferentes funcionalidades que son demasiado útiles en la
actualidad.
Como efecto de la construcción del prototipo del motor de Herón, podemos
demostrar que con un tipo de conocimiento adecuado y la información
necesaria sobre el prototipo para poder realizarlo correctamente podemos
lograr la obtención de energía y posteriormente con estas mismas bases
construir aparatos más sofisticados que contribuyan al desarrollo de la
humanidad ,el desarrollo de este tipo de ingeniería ha logrado que el hombrecon su ingenio logre emplear diferente motores como algunos otros artefactos
útiles de diferentes maneras tales como, medios de transporte terrestres y
marítimos así también como nuevas máquinas industriales térmicas.
En la actualidad podemos evidenciar el impacto que tuvo este tipo de energía,
como ejemplos podemos nombrar a maquinas térmica usadas en todo tipo de
fábricas industriales, ya que en la mayoría se necesita de estas para que
generen presión y movimiento para así obtener la elaboración, de artículos de
uso diario para el ser humano y otros para su comodidad, también cabe
destacar el gran impacto que este motor ha tenido en nuestra forma de
movilizarnos ya que antes de la creación de motores de combustión interna y
de motores eléctricos se implementaba la energía térmica ( motores a vapor)
para los automotores, barcos, etc.
1.3.OBJETIVOS GENERALES Y ESPECIFICOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Construir y diseñar el prototipo del motor de Herón para generar energía por
medio de la vaporización del agua
1.3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Aplicar el calor suficiente para lograr la ebullición de agua.
Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma
la energía térmica de una cantidad de agua en energía mecánica.
El experimento es una maquina constituida por una cámara de aire
(generalmente una esfera o un cilindro), con tubos curvos por donde es
expulsado el vapor. La fuerza resultante por esta expulsión hace que el
mecanismo comience a girar, según la ley de acción - reacción.
El motor de vapor es un motor de combustión externa, capaz de transformar
energía de una cierta cantidad de vapor de agua, realizando un trabajo cinético
o mecánico. El ciclo de trabajo de una máquina de vapor se divide en dospartes; en principio, se genera vapor de agua por calentamiento directo, en una
caldera que se encuentra cerrada, esto quema un combustible, habitualmente
carbón o madera.
“Hay escritos que datan de la época de los egipcios, en los cuales se dice que
Herón (quien residía en la ciudad de Alejandría), habló alguna vez sobre las
máquinas de vapor. En estos manuscritos se menciona que existen otros
personajes que habrían desarrollado este tipo de máquinas, aparte de los
ensayos realizados por el mismo Herón. Nada de esto está muy claro. La
máquina original de Herón es aquella que el vapor de agua sale por unos
agujeros produciendo un giro en la bola. Dentro de las estructuras que habrían
utilizado una máquina de vapor, se cuentan algunas puertas en templos, las
cuales se abrían o cerraban bajo la influencia de esta máquina. Asimismo, una
máquina de vapor, sería la causante del movimiento de ciertas figuras en
algunos altares de importancia de aquella época.
Para darnos una idea de este motor podemos mencionar un ejemplo: si en una
botella de agua de plástico metemos vapor de agua y la cerramos, cuando
enfriamos el vapor, al condensarse, la botella se aplastaría.” Es decir el vapor
de agua al enfriarse disminuye la presión. Si la boca de la botella estuviera
abierta y en contacto con agua de un recipiente, el agua del recipiente entraría
en la botella ascendiendo. Esta disminución de la presión del vapor de agua al
extremo del balancín haciendo el vació con el movimiento de arriba-abajo y
sacando el agua de la mina.
La máquina de Newcomen enfriaba el vapor de agua en el propio cilindro
echando agua, esto hacia que la máquina tuviera grandes pérdidas por el
enfriamiento del cilindro. James Watt invento el condensador o cámara de
condensación el cual condensaba el vapor fuera del cilindro con un mayor
rendimiento ya que el cilindro se mantenía siempre caliente. Esto fue un gran
avance, pero además de esto la máquina de Newcomen solo se movía hacia
arriba y hacia abajo con el balancín, Watt invento un mecanismo que convertía
este movimiento rectilíneo en giratorio. Esto hizo que a partir de ahora se podía
utilizar la máquina de Watt para motores, locomotoras, bombas, máquinas-herramientas, etc. A James Watt se le considera el creador e inventor de la
verdadera máquina de vapor que revolucionara el mundo y diera origen a la
Revolución Industrial”
2.2.1. TIEMPO
El tiempo es una magnitud física con la que medimos la duración o separación
de acontecimientos, sujetos a cambio, de los sistemas sujetos a observación;esto es, el período que transcurre entre el estado del sistema cuando éste
presentaba un estado X y el instante en el que X registra una variación
perceptible para un observador (o aparato de medida).
La vaporización de agua tiene un tiempo estimado de 1 – 1.5 minutos según la
cantidad de agua que usemos para que se efectué el movimiento llegando a su
punto de ebullición.
2.2.2. TEMPERATURA
“La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente,
tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, 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 losmovimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido rotacional, o en