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Asignatura .......... : INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA MECÁNICA Código ................ : M Año ..................... : 2016 Docentes ............ : G. Rodríguez / A. Bregant / J. Rodríguez
Alumno .............. : MARTORELL, Jordi Emanuel Grupo……………: M DNI .................... : 39950949 Cohorte .............. : 2016 Cursado .............. : 2016
Asunto ............... : Trabajo práctico Final: Cocina solar Fecha entrega ... : 14/06/ Adjuntos ............ : -Planos
TABLA DE CONTENIDOS
- Definición del problema
- Criterios, restricciones y limitaciones
- Búsqueda de información
- Soluciones posibles:
- Análisis y posibles soluciones
- Especificación de la solución escogida
- 2da Búsqueda de información más detallada
- Diseño:
- Fabricación:
- Bibliografía
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Proyecto integrador
Cocina solar
Grupo: M
Integrantes:
Escobar Facundo
Martorell Jordi
Raffin Gonzalo
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Análisis y posibles soluciones
Ya que los tiempos fueron escasos y el tipo de proyecto nos permitía hacer distintos prototipos y ponerlos a prueba para elegir la mejor opción eso fue lo que hicimos. A través de distintas pruebas registradas con todos los equipos solares posibles llegamos a obtener información muy apreciada e importante a la hora de definir nuestra solución.
Horno: Esta prueba consistió en crear un efecto invernadero dentro de una caja, captando rayos solares mediante un espejo plano. Esta consistía en una caja revestida en el interior con papel aluminio y fondo negro, ubicada dentro de otra caja de tapa transparente: 1ra prueba: Día 11-05-16 14:00HS soleado.
Conclusion:
- Solo uno de los espejos fue útil, el frontal.
- El material refractario en el interior, no funcionó.
- Se acumula y mantiene la temperatura dentro de él.
- No superó los 40º 2da prueba: Dia 11-05-16 15:00HS soleado Mismo sistema, con el interior revestido en negro y sellado con cinta de papel.
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Conclusion:
- Aumento la temperatura con respecto a la prueba 1.
- No supero los 60° C (una hora funcionando).
Conclusión general: Mantiene muy bien la temperatura pero no genera una gran cantidad de energía Lupa de agua: Consiste en colocar agua sobre un material transparente como por ejemplo un nylon, produciendo asi una superficie convergente. El agua actuó como una lupa concentrando los rayos del sol en un foco. Al realizar las pruebas comprobamos que este método no era eficiente en esta época del año porque la posición del sol no era la óptima para concentrar los rayos en un foco central. Dia: 12/5/16 13:00 HS Soleado
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Tabla de comparaciones: HORNO PARABOLA HORNO- PARABOLA TIEMPO EN ALCANZAR LA TEMPERATURA MÁXIMA
1 HORA
MINUTOS
MINUTOS
TEMPERATURA MAXIMA ALCANZADA
60º C 75ºC 95ºC
Especificación de la solución escogida
Por medio de los resultados obtenidos en estas pruebas concluimos que la mejor opción es: Método de concentración- acumulación Al obtener nuestra solución por medio de la experimentación debemos comprender el porqué del resultado obtenido en esa prueba y si es posible optimizarlo. Con estas pruebas se pudo comprobar que la cocina solar combinada dio el mejor nivel de eficiencia.
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2da Búsqueda de información más detallada.
Para seguir adelante con la búsqueda de información nos organizamos por distintos temas: El sol, termodinámica, reflexión, materiales y energía
Energía :
Potencia radiante emitida por el sol en la superficie terrestre:
Es de vital importancia conocer la cantidad de energía que la superficie parabólica recibirá por medio de los rayos del sol, debido a que es importante realizar el calculo de la cantidad de energía por área que se requiere. Para calcularla ,diseñamos varias parábolas con el software de diseño asistido SolidWorks y obtuvimos los valores de las superficies, los cuales reemplazamos en la siguiente ecuación: Q=K.e.A Donde Q es la cantidad de energía, K es el valor de radiación solar, e es el índice de refracción del material llamado MYLAR (0.83) y A es el área de la superficie parabólica. Q= (^1366) x 0.83 x 0. Q= 600,9 W
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Esto nos dice que la inclinación de la tierra con respecto al sol, el dia 14/06/2016, a las 10:30 Hs es de aproximadamente 31°
Termodinámica : Calor y energía:
Calor específico El calor específico es un parámetro que depende del material y relaciona el calor que se proporciona a una masa determinada de una sustancia con el incremento de temperatura:
donde:
- es el calor aportado al sistema.
- es la masa del sistema.
- es el calor específico del sistema.
- y son las temperaturas inicial y final del sistema respectivamente.
- es el diferencial de temperatura. Las unidades de calor específico son El calor específico de un material depende de su temperatura; no obstante, en muchos procesos termodinámicos su variación es tan pequeña que puede considerarse que el calor específico es constante.
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Calentamiento o enfriamiento de un líquido.
Transmisión de calor En general, se admiten tres formas distintas de transmitir el calor: por conducción, por convección y por radiación.
- Conducción térmica: Siempre que existe un gradiente de temperatura en un medio sólido, el calor fluye desde la región o cuerpo con mayor temperatura a la región o cuerpo con menor temperatura.
- Convección térmica: se compone de dos mecanismos que operan al mismo tiempo; transferencia de energía generada por el movimiento molecular, es decir, conducción, y transferencia de energía mediante el movimiento de partes de fluido impulsadas por una fuerza externa, que puede ser natural en el caso de un gradiente de densidad, o forzada en el caso de un ventilador o una bomba.
- Radiación térmica: Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética con una intensidad que depende de su temperatura y de la longitud de onda considerada. La transmisión simple, es decir, debida exclusivamente a una de las tres formas es en la práctica inexistente y se produce siempre en forma simultánea, al menos por la combinación de dos de las formas de transmisión y muy a menudo por las tres.
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Parábolas
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Diseño: Comparando con los valores necesarios para subir 70º la temperatura del agua (243.8 Julios/min)obtuvimos los resultados esperados. Considerando todas las pérdidas que pueden existir , creímos que con esta superficie sería suficiente para cocinar el huevo. parábola: para diseñar la parábola más conveniente tomamos primero una distancia focal conveniente, para nosotros fue 250 mm (centro del horno) y calculamos la parabola en relación a esta distancia focal con la formula y=(x^2)/(4*f) (f= distancia focal). Para determinar el tamaño nos basamos en la superficie que necesitamos para generar la potencia necesaria y de esta forma le dimos las dimensiones, también tuvimos en cuenta que no supere nuestros criterios. Finalmente determinamos que tenga 700 mm de altura y 600 mm de ancho con estas dimensiones obtuvimos un área de 0,53 m
Tabla de valores
x y 0 0 5 0, 10 0, 15 0, 20 0, 25 0, 30 0, 35 1, 40 1, 45 2, 50 2, 55 3, 60 3, 65 4, 70 4,
Gráfico
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2do paso: Fabricación del horno. Material: Madera (fibrofacil) y Vidrio. Utilizamos una madera de 6mm de espesor porque es resistente, fácil de manipular y tiene buenas propiedades aislantes. Está pintado de negro, por que los cuerpos de este color absorben el calor y no reflejan la radiación solar. Le agregamos una tapa móvil de vidrio, por el motivo de que deja pasar los rayos del sol mientras mantiene el calor dentro de él. Agregamos un orificio de salida que permite que el agua no se condense sobre el vidrio.
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