Contextualización

Introducción

Las máquinas térmicas desempeñan un papel esencial en nuestra sociedad moderna. Son dispositivos que convierten calor, o energía térmica, en trabajo mecánico. En este proyecto, aprenderemos sobre los principios que rigen el funcionamiento de estas máquinas y los ciclos termodinámicos que atraviesan para realizar esta conversión.

Los tres conceptos teóricos clave para comprender las máquinas térmicas son: la primera ley de la termodinámica, que trata sobre la conservación de la energía y afirma que la energía no puede ser creada ni destruida, solo transferida o transformada; la segunda ley de la termodinámica, que establece que el calor siempre fluye espontáneamente de cuerpos de mayor temperatura a cuerpos de menor temperatura y nunca al revés, y, finalmente, el concepto de eficiencia de una máquina térmica, que es la relación entre la energía útil generada y la energía suministrada a la máquina.

En cuanto a los ciclos termodinámicos, existen tres ciclos principales que son esenciales para el funcionamiento de las máquinas térmicas: el ciclo de Carnot, el ciclo Otto y el ciclo Diesel. El ciclo de Carnot, en particular, es importante porque describe el funcionamiento de la 'máquina térmica perfecta', aquella que tendría la mayor eficiencia teórica posible.

Contextualización

Las máquinas térmicas están en todas partes en nuestra vida cotidiana. Ya sea en el motor de combustión interna de nuestros autos, en el sistema de aire acondicionado que nos mantiene cómodos durante los meses de verano, en las plantas de generación de energía que suministran electricidad a nuestros hogares y oficinas, e incluso en el refrigerador que mantiene frescos nuestros alimentos.

Por lo tanto, comprender el funcionamiento de las máquinas térmicas y los conceptos termodinámicos detrás de ellas es fundamental para cualquier persona que quiera tener una comprensión profunda de cómo funciona nuestra sociedad moderna. Además, con la sostenibilidad y la eficiencia energética cada vez más importantes, tener un conocimiento sólido sobre las máquinas térmicas puede abrir muchas puertas para carreras en ingeniería, física, química, entre otros campos.

Actividad Práctica: 'Una mirada profunda a las Máquinas Térmicas'

Título de la Actividad: Construcción de una Máquina Térmica Casera

Objetivo del Proyecto:

Este proyecto tiene como objetivo consolidar y aplicar el conocimiento adquirido sobre máquinas térmicas, ciclos termodinámicos y leyes de la termodinámica a través de la construcción de un prototipo simplificado de una máquina térmica casera.

Descripción detallada del Proyecto:

Los grupos deberán construir un prototipo de una máquina térmica casera. El prototipo debe demostrar al menos un ciclo termodinámico y los grupos deben ser capaces de explicar cómo se aplican las leyes de la termodinámica al funcionamiento de su prototipo.

Luego, cada grupo debe realizar pruebas en su máquina, donde variarán uno o más parámetros y observarán cómo esto afecta el rendimiento de la máquina. Estas pruebas deben documentarse y discutirse en el informe final.

Cada grupo debe investigar y seleccionar un ejemplo de una máquina térmica real que se relacione de alguna manera con su prototipo y discutir cómo los principios demostrados en su prototipo se aplican a esa máquina real.

El proyecto debe ser realizado por grupos de 3 a 5 alumnos y cada alumno debe invertir entre 5 a 10 horas. La entrega final debe realizarse en un plazo de un mes.

Materiales necesarios:

• Globo de vidrio
• Sorbetes de plástico o papel
• Cinta adhesiva
• Agua
• Estufa o fuente de calor
• Termómetro
• Otras herramientas y materiales que consideren necesarios para la construcción del prototipo.

Paso a paso detallado para la realización de la actividad:

1. Estudio teórico: Antes de comenzar la construcción, los grupos deben estudiar las leyes de la termodinámica, los ciclos termodinámicos y el concepto de eficiencia de la máquina térmica. Estos conocimientos serán fundamentales para comprender el funcionamiento de la máquina térmica que construirán.

2. Planificación de la máquina térmica: A continuación, los grupos deben planificar cómo será su máquina térmica. El proyecto debe documentarse, incluyendo esquemas y explicaciones de cómo esperan que funcione la máquina.

3. Construcción de la máquina térmica: Los grupos deben construir la máquina térmica según el proyecto que elaboraron.

4. Pruebas: Después de la construcción, los grupos deben realizar pruebas en la máquina. Deben variar uno o más parámetros (como la temperatura inicial del agua, por ejemplo) y observar cómo esto afecta el rendimiento de la máquina.

5. Informe final: Basándose en las pruebas realizadas, los grupos deben elaborar un informe final, donde explicarán el funcionamiento de la máquina, las pruebas realizadas y sus resultados, y discutirán cómo se aplican los principios estudiados en su máquina y en una máquina térmica real.

Entregas del Proyecto:

El resultado final del trabajo deberá ser la máquina térmica construida y un informe que contenga los siguientes puntos:

1. Introducción: Explicación detallada de qué son las máquinas térmicas, la relevancia del estudio de esta área y los objetivos de este proyecto.

2. Desarrollo: Descripción detallada de la construcción de la máquina, las pruebas realizadas y los resultados obtenidos. Debe explicarse claramente cómo se aplican los conceptos estudiados en la máquina construida. Debe incluirse una discusión sobre cómo se aplican los principios demostrados en la máquina a una máquina térmica real.

3. Conclusiones: Reflexiones sobre el aprendizaje obtenido con la construcción de la máquina. ¿Qué funcionó? ¿Qué no funcionó? ¿Qué harías diferente si tuvieras que hacerlo de nuevo? ¿Cómo contribuyó esta experiencia a tu comprensión sobre máquinas térmicas?

4. Bibliografía: Citación de las fuentes consultadas durante la realización del proyecto. Si se consultaron documentos en línea, se debe proporcionar el enlace al documento.

Después de la conclusión del proyecto, además de adquirir conocimientos técnicos sobre máquinas térmicas, los alumnos también habrán desarrollado importantes habilidades socioemocionales como gestión del tiempo, trabajo en equipo, comunicación, entre otras.