Segundo Taller de Robótica Educativa usando LEGO Mindstorms Education NXT Base Set Nivel: Intermedia Fall - 2012 Dr. Omar Meza Departamento de Ingeniería Mecánica Universidad Interamericana de Puerto Rico

Estándares La Ciencia, La Tecnología y La Sociedad: El estudiante es capaz de conocer, explicar y analizar la relación que existe entre la ciencia, la tecnología, los enfoques interdisciplinarios, la economía y la sociedad. De igual manera, conocerá el impacto de la ciencia, la economía y la tecnología sobre sociedad y tomará decisiones sobre su responsabilidad ciudadana ante los avances científicos y tecnológicos.

Estándares Las Interacciones: El estudiante es capaz de identificar, describir y analizarla interacción entre la materia y la energía, entre los seres vivos y la de éstos con su ambiente. De igual forma, describirá la relación entre la fuerza y el movimiento, las interacciones básicas de la naturaleza y le continuo cambio en la superficie de la Tierra.

Estándares La Naturaleza de la Ciencia: El estudiante es capaz de conocer que la ciencia es de naturaleza dinámica, inquisitiva e integradora, por lo cual puede formular preguntas e hipótesis, diseñar experimentos, experimentar y recopilar datos para llegar a conclusiones utilizando la metodología científica. De igual manera, es capaz de mostrar creatividad y colaboración en el trabajo de grupo, proveyendo para el desarrollo interpersonal e intrapersonal.

Ley Cero de la Termodinámica

Equilibrio Térmico El equilibrio térmico es una situación en la que dos objetos en contacto térmico uno con otro dejan de tener cualquier intercambio de calor. A B

Ley Cero de la Termodinámica Si los objetos A y B por separado están en equilibrio térmico con un tercer objeto, C, entonces A y B están en equilibrio térmico entre sí si se ponen en contacto térmico. A B C

Temperatura La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente“ que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que tiene una temperatura menor. Magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.

Los orígenes de la Termodinámica como ciencia podrían establecerse en la época de la invención del termómetro, que se atribuye a Galileo La invención del termómetro se atribuye a Galileo, aunque el termómetro sellado no apareció hasta 1650.

Punto de fusión del hielo 32 ºF Punto de ebullición del agua 212ºF. La escala Fahrenheit fue establecida por el físico holandés-alemán Gabriel Daniel Fahrenheit, en 1724. Aun cuando muchos países están usando ya la escala Celsius, la escala Fahrenheit es ampliamente usada en los Estados Unidos. Punto de fusión del hielo 32 ºF Punto de ebullición del agua 212ºF. 212-32=180 Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas como grados Fahrenheit (ºF).

Es utilizada en la mayoría de los países. La escala Celsius fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Andrés Celsius. Es utilizada en la mayoría de los países. El punto de congelación es 0 ºC El punto de ebullición es de 100 ºC. 100-0=100 Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC).

El kelvin (antes llamado grado Kelvin),  simbolizado como K, es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson, Lord Kelvin, en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.

Escalas de Temperaturas

Cómo Convertir Temperaturas Para convertir de ºC a ºF use la fórmula:   ºF = ºC x 1.8 + 32 Para convertir de ºF a ºC use la fórmula:   ºC = (ºF-32) ÷ 1.8 Para convertir de K a ºC use la fórmula: ºC = K – 273.15

Cómo Convertir Temperaturas Para convertir de ºC a K use la fórmula: K = ºC + 273.15 Para convertir de ºF a K use la fórmula: K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15 Para convertir de K a ºF use la fórmula:   ºF = 1.8(K – 273.15) + 32

Cómo Convertir Temperaturas

Temperaturas Más Comunes

Definición de Fiebre Temperatura rectal, de oído, o de arteria temporal (TA): 38.0°C (100.4°F) o más Temperatura oral o de chupón: 37.8°C (100°F) o más Temperatura axilar (bajo el brazo): 37.2°C (99°F) o más.

Primera Ley de la Termodinámica

Calor El calor es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia). Se representa con la letra Q.

Transferencia de Calor

Puntos a Remarcar Baja temperatura 20oC Q Alta temperatura 70oC

Trabajo En mecánica clásica, el trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo. El trabajo es una magnitud física escalar que se representa con la letra W (del inglés Work) y se expresa en unidades de energía, esto es en julios o joules (J) en el Sistema Internacional de Unidades.

Trabajo

Primera Ley de la Termodinámica La Primera Ley de la Termodinámica, en realidad sí que es muy conocida por el público en general, y posiblemente sea la ley física más conocida por todo el mundo. Se trata de la ley de conservación de la energía, que podemos enunciar así: «La energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma».

Primera Ley de la Termodinámica

Conversión Calor  Trabajo

Conversión Trabajo  Energía

Experimento de la Taza de Café

Experimento del vaso de Café

Experimento: Ley de Enfriamiento de Newton

Introducción La transferencia de calor está relacionada con los cuerpos calientes y fríos llamados; fuente y receptor, llevándose a cabo en procesos como condensación, vaporización, cristalización, reacciones químicas, etc. en donde la transferencia de calor, tiene sus propios mecanismos  y cada uno de ellos cuenta con sus  peculiaridades.

Introducción La transferencia de calor es importante en los procesos, porque es un tipo de energía que se encuentra en transito, debido a una diferencia de temperaturas (gradiente), y por tanto existe la posibilidad de presentarse el enfriamiento, sin embargo esta energía en lugar de perderse sin ningún uso es susceptible de transformarse en energía mecánica por ejemplo; para producir trabajo, generar vapor, calentar una corriente fría, etc. 

¿Qué clase de material mantendrá eficientemente más caliente el café? FOAM PLASTICO

Resume Este experimento investiga las propiedades de aislamiento de 2 diferentes vasos de café. Este tipo de problema sería de especial interés para los propietarios de tiendas de café, a quienes les gustaría averiguar qué taza aísla mejor con el menor coste posible. En el experimento, el agua caliente se coloca en cada una de los vasos en cantidades iguales y se deja que se enfríe. Los datos de temperatura se toman durante el transcurso de unos quince, antes de que se enfríe, tomando los datos de temperatura cada diez segundos. Los datos experimentales obtenidos de este experimento sugiere que un vaso de FOAM mantiene ligeramente más caliente el café que un vaso de plástico.

Ley de Enfriamiento Ti: Temperatura inicial del fluido To: Temperatura del medio ambiente To Ti

Ley de Enfriamiento Si un cuerpo se enfría a partir de una temperatura inicial Ti hasta una To, la ley de Newton puede ser válida para explicar su enfriamiento. La ecuación: Donde: T : temperatura a un determinado tiempo t. K: constante define el ritmo de enfriamiento.

Ley de Enfriamiento

Comparando las temperaturas

Actividad 1 Simple Sistema ‘‘Construcción del Sistema para medir temperatura con el Brick Mindstorms” Simple Sistema

1

1

2

Actividad 2 Elaborar el programa para el Sistema de medición de temperatura

Guardar con el nombre Datalog Programa Which block do you use? Which are the settings you apply? Vernier Sensor Port 1, Sensor: Temperature TMP/TST oC Degree Action: Read Sensor File Access Action: Write Name: Dlog Type: Number Number to Text Display Action: Text Wait Control: time Seconds: 20 Guardar con el nombre Datalog

Actividad 3 Experimento : “Ley de Enfriamiento de Newton”

Objetivos del Experimento Al finalizar esta actividad, el estudiante será capaz de: Verificar que material mantiene eficientemente más caliente el café

Procedimiento Construir el sistema para medir la temperatura.

Procedimiento Establecer el nivel en ambos vasos (el mismo volumen) Calentar el café hasta los 90oC aproximadamente. FOAM PLASTICO

Procedimiento Llenar café en el vaso de FOAM hasta el nivel establecido. Introducir el sensor de temperatura en el vaso. Ejecutar el programa Datalog

Procedimiento Tomar la temperatura cada 20 segundos (durante 20 minutos.) Tiempo [s] T - Foam 20 40 60 …

Procedimiento Repetir el proceso para el vaso de plástico. Tiempo [s] T - Plástico 20 40 60 …

Resultados Graficar Temperaturas vs tiempo t Foam Plástico 92.74 94.53 92.74 94.53 20 92.39 40 60 92.05 80 94.16 100 91.71 120 91.37 140 93.8 160 91.04 93.45 180 93.09 200 220 90.71 240 260 90.38 280 300 90.05

Conclusión Luego de analizar los resultados concluimos que: El vaso de FOAM mantiene ligeramente más caliente el café que un vaso de plástico.

Referencias NXT programs.com: a free web resource for building and programming http://www.nxtprograms.com/ The NXT Tutorial http://www.ortop.org/NXT_Tutorial/html/essen tials.html/

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