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Segundo Taller de Segundo Taller de

Robótica EducativaRobótica Educativausando LEGO Mindstorms usando LEGO Mindstorms Education NXTEducation NXT Base Set Base Set

Professor: Dr. Omar E. Meza CastilloProfessor: Dr. Omar E. Meza Castilloomeza@bayamon.inter.edu

http://facultad.bayamon.inter.edu/omezaDepartment of Mechanical EngineeringDepartment of Mechanical Engineering

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Estándares

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Ley Cero de la Ley Cero de la TermodinámicaTermodinámica

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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

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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.

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A B

C

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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.

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La invención del termómetro se

atribuye a Galileo, aunque el termómetro

sellado no apareció hasta 1650.

Los orígenes de la Termodinámica como ciencia podrían establecerse en la época de la invención del termómetro, que se atribuye

a Galileo

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ón

La escala Fahrenheit fue establecida por el físico

holandés-alemán Gabriel Gabriel Daniel FahrenheitDaniel 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 fusión del hielo 32 ºF Punto de ebullición del agua 212ºF. Punto de ebullición del agua 212ºF.

212-32=180Las temperaturas en la escala Fahrenheit son

conocidas como grados Fahrenheit (ºF).

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La escala Celsius fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Andrés Andrés

CelsiusCelsius.

Es utilizada en la mayoría de los países.El punto de congelación es 0 ºCEl punto de congelación es 0 ºC

El punto de ebullición es de 100 ºC.El punto de ebullición es de 100 ºC.100-0=100

Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas como grados Celsius (ºC).

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El kelvin (antes llamado grado Kelvin),  simbolizado como K, es la unidad de temperatura de la

escala creada por William William Thomson, Lord KelvinThomson, Lord Kelvin, en el

año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo

el punto el punto cero en el cero cero en el cero absolutoabsoluto  (−273,15 °C) y conservando la misma

dimensión. Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de

temperatura termodinámicatemperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su

honor.1010

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Escalas de Temperaturas

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Cómo Convertir Temperaturas

Para convertir de ºC a ºF use la fórmula:

  ºF = ºC x 1.8 + 32Para convertir de ºF a ºC use la fórmula:

  ºC = (ºF-32) ÷ 1.8Para convertir de K a ºC use la fórmula:

ºC = K – 273.15

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ón

Cómo Convertir Temperaturas

Para convertir de ºC a K use la fórmula:

K = ºC + 273.15Para convertir de ºF a K use la fórmula:

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

  ºF = 1.8(K – 273.15) + 32

1313

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Cómo Convertir Temperaturas

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Temperaturas Más Comunes

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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.

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Primera Ley de la Primera Ley de la TermodinámicaTermodinámica

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ónCalor

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.

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Transferencia de Calor

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Puntos a Remarcar

Q

Alta temperatura70oC

Baja temperatura20oC

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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.

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Trabajo

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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 no se crea ni se destruye, sólo se transforma».

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Primera Ley de la Termodinámica

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Conversión Calor Trabajo

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Conversión Calor Trabajo

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Ley de Enfriamiento de Newton

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.

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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. 

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¿Qué material mantendrá más caliente el café?

FOAMFOAM

PLASTICOPLASTICO

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CARTÓNCARTÓN

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Resume

Este experimento investiga las propiedades de aislamiento de 3 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.

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Ley de Enfriamiento

Ti

To

Ti: Temperatura inicial del fluidoTo: Temperatura del medio ambiente

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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.

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Ley de Enfriamiento

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Comparando las temperaturas

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+

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Ley de Enfriamiento de NewtonLey de Enfriamiento de Newton

Actividad 5Actividad 5

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Integración de Conceptos Ciencias:

Temperatura, Calor, Energía, Robot como avance tecnológico.

Matemáticas: Medición, ecuación exponencial.

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Objetivos Objetivo Conceptual:

Compara la velocidad de enfriamiento de un fluido caliente a diferentes condiciones de aislamiento.

Objetivo Procedimental: Medir la temperatura. Cambiar unidades de temperatura oF a oC or vice

verse. Comparar tiempos y temperaturas.

Objetivo Actitudinal: Apreciar y reconocer la necesidad de usar un

sistema de medición de temperatura, así como el tiempo.

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Materiales

1. Robot LEGO Mindstorms

2. Calentador de Agua

3. Vasos de foam, cartón y plástico

4. NXT Conector

5. Sensor de Temperatura Vernier

6. Calculadora

7. Hoja de Trabajo

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Procedimiento1. Formar grupos de

trabajo (4 o 5 estudiantes)

2. Construir el sistema para medir la temperatura

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3. Programar el sistema para medir temperaturas.

Which block do you use? Which are the settings you apply?

Vernier Sensor Port 1, Sensor: Temperature TMP/TST oC DegreeAction: Read Sensor

File Access Action: WriteName: DlogType: Number

Number to Text

Display Action: Text

Wait Control: timeSeconds: 20

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4. Establecer el nivel en ambos vasos (el mismo volumen)

5. Calentar el fluido hasta los 90oC aproximadamente.

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6. Llenar café en el vaso de FOAM hasta el nivel establecido.

7. Introducir el sensor de temperatura en el vaso.8. Ejecutar el programa9. Tomar la temperatura cada 20 s.10. Repetir el experimento para los otros dos vasos.

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Análisis de Resultados – AssessmentTabla I: Temperaturas de enfriamiento

Tiempo [segundos]

FOAMTemperatura

[oC]

CARTONTemperatura

[oC]

PLASTICOTemperatura

[oC]

0 90 90 901020304050..

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Graficar: Temperatura vs. Tiempo

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Referencias

1. NXT programs.com: a free web resource for building and programming http://www.nxtprograms.com/

2. The NXT STEP - Lego Mindstorms NXT Blog http://www.thenxtstep.blogspot.com/

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¿Preguntas?¿Preguntas?

Comentarios Comentarios

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GRACIASGRACIAS