informe termostato

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS GUÍA DE LABORATORIO DE FÍSICA II Ing. Diego Proaño Molina

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE FISICA II

LABORATORIO INTEGRANTES:

Nivel: Segundo “B”

Priscila Cerón

Carrera:

Automotriz

Bryan Hinojosa Jorge Espinoza Eduardo Chano Erick Manobanda Fecha de Realización: 11/11/2013

Fecha de Entrega: 13/11/2013

TEMA: Realizar Un Sistema De Enfriamiento De Un Vehículo OBJETIVOS: Objetivo General: Realizar Un Sistema De Enfriamiento Objetivos Específicos:  

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Visualizar la dilatación de cada material utilizado en la práctica. Reducir la temperatura dentro de rangos seguros de operación para los diferentes componentes, tanto exteriores como interiores Mantener una temperatura óptima para la realización de los cálculos requeridos.

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MARCO TEORICO: PARA LA REALIZACION DE EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO: PROCEDIMIENTO PARA LA CIRCULACIÓN DEL AGUA La circulación del agua puede asegurarse por dos procedimientos por termosifón o por bomba Refrigeración por bomba. En la refrigeración por bomba la corriente de agua: es activada por una bomba intercalada en el circuito que aquélla recorre, entre la parte baja más fría del radiador y las camisas del bloque. La bomba obliga a circular el agua a través de las camisas, tubos y radiador y recibe movimiento del motor generalmente por medio de una correa que lo trae desde la polea conductora montada en el extremo exterior del cigüeñal. ELEMENTOS DE LA REFRIGERACIÓN. La bomba de agua. El modelo más usado es del tipo centrífugo, cuya parte móvil está compuesta por un plato con paletas; el agua llega por el tubo a la parte central de la bomba: las paletas, al girar, impulsan el agua con fuerza hacia fuera, obligándola a pasar a las camisas del bloque de cilindros. El movimiento para la bomba se envía desde el cigüeñal por la correa a la polea que acciona el ventilador, teniendo el mismo eje bomba y ventilador. Para que no haya fugas de agua por este eje, se rodea de una empaquetadura o prensa-estopas hecho de materia plástica y resbaladiza que por medio de la tuerca se oprime contra el eje, impidiendo escapes de agua. El eje de la bomba leva muchas veces un engrasador que debe atenderse con frecuencia, haciéndolo funcionar diariamente (cada diez horas). Modernamente se montan las bombas con engrase interno, para toda su vida, y con un resorte que aprieta automáticamente la empaquetadura, por lo que no necesitan ocuparse de engrase ni apriete. Las paletas dejan entre ellas bastante espacio para que el agua circule por termosifón aunque deje de funcionar la bomba, claro que de modo insuficiente, pero dando tiempo a que el tractorista se percate de la avería por el calentamiento progresivo del motor. Este tipo de bomba se llama también impulsor, que a veces tiene forma de hélice sencilla. El radiador

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Es el elemento en el que se produce el enfriamiento del agua calentada en el bloque, va colocado cerca del motor, generalmente en la parte delantera del tractor y protegido por una coraza y parrilla que lo disimula. Puede ser de varios tipos, pero en todos ellos se hace circular el agua caliente dividida entre tubitos para que el aire que pasa por en medio de ellos la enfríe. EL VENTILADOR Tiene por objeto activar la corriente de aire que pasa a través del radiador durante la marcha del tractor y también produce esa corriente cuando el vehículo está parado, con el motor funcionando. Es una pequeña hélice de varias palas; se mueve, casi siempre, por medio de una correa que recibe su giro desde una polea montada en el extremo delantero del cigüeñal. Como la correa se afloja el uso, es necesario disponer de un medio para templarla y que no patine. La disposición más corriente es en la que la correa, mandada por la polea del cigüeñal, mueve el eje del ventilador y de la bomba de agua que está detrás, y pasa por una tercera polea que hace girar el generador. Éste va montado sobre un soporte que puede bascular alrededor de la tuerca-pivote, fijándose con la tuerca-pivote, fijándose con la tuerca en la posición que deje suavemente atirantada la correa. El ventilador aspira la corriente de aire a través del radiador, la hace circular alrededor del motor y, para que su circulación sea fácil y quede bien canalizada, ha de tener salida al exterior; esto se consigue por las aberturas laterales del capo que cubre y encierra el motor, protegiéndole de la intemperie. REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA La refrigeración está calculada para dar un buen rendimiento en tiempo caluroso, el más desfavorable, en forma que la temperatura del agua no suba de los 85ºC a 90ºC, sin legar a hervir. Pero en tiempo frío la refrigeración puede ser excesiva y, sobre todo, al poner el motor en marcha conviene que se caliente rápidamente para dar fluidez al aceite y facilitar el engrase, calentamiento que ha de conseguirse por algún medio que no sea el frotamiento brutal, sin lubricación, de las piezas metálicas en movimiento. El termostato Consiste en una válvula mandada por una especie de acordeón redondo de metal muy fino ondulado que, cuando está frío y encogido, aplica la válvula contra su asiento y cierra el paso al radiador. El agua de las camisas no puede renovarse y se caliente deprisa; cuando ha alcanzado una temperatura entre 60ºC y 70ºC, el alcohol o éter de dentro de acordeón al convertirse en vapor, y el metal de fuelle al calentarse, hacen que éste se dilate comenzando a abrir la válvula, que deja pasar al agua hacia el

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radiador. El termostato debe estar abierto del todo al llegar el agua a 80ºC. si el agua tiende a enfriarse y baja de 70ºC, el termostato se encoge y va cortando la circulación para mantener la temperatura. En caso de circular el agua por termosifón no hay dificultad, pues el agua no da presión suficiente para dañar el termostato cerrado; pero si la circulación es por bomba, ha de darse un circuito de desahogo para el agua dejando fuera el radiador. Cuando el motor está frío el extremo superior del termostato impide la circulación al radiador y el inferior deja libre el paso por la tubería de desahogo, retornando el agua a la bomba. Cuando el agua se caliente, el termostato se dilata y, al estirarse, se abre la válvula plana superior, que permite el paso del agua al radiador, mientras que la parte inferior tapa la entrada de la tubería de desahogo, obligando a toda la corriente de agua a circular del modo ordinario, a través del radiador. Regulación de la temperatura actuando sobre la corriente de aire Antiguamente se colocaban unas persianas de hojas giratorias delante del radiador, montadas sobre un bastidor; el método más sencillo es moverlas desde el asiento del tractorista con una manija. Si se dejan abiertas permiten el libre paso del aire a través del radiador, enfriando el agua, y si se cierran se forma una pantalla que corta el paso del aire. El mando podía ser automático, por medio de un termostato, pero por el gran esfuerzo que exige al termostato, pero por el gran esfuerzo que exige al termostato el mover el varillaje que gira las hojas de persiana, ha dejado de emplearse prácticamente. En regiones muy frías suelen cubrirse los radiadores con cortinas de cuero que permiten descubrir más o menos espacio al paso del aire, según la temperatura ambiente. Es frecuente que el ventilador no reciba movimiento por polea y correa, sino que es accionado por un motor eléctrico que entra en funciones cuando el agua tiende a calentarse mucho y, entonces un termo contacto cierra el interruptor que da paso a la corriente eléctrica para dicho motor. Este sistema actúa en la corriente de aire, como lo hace el termostato en el agua, es decir, activando la circulación cuando existe elevación de la temperatura. REFRIGERACIÓN A PRESIÓN En todos los tractores modernos se hace hermético el sistema de refrigeración para que el agua no comience a hervir hasta pasados los 100ºC, con lo que el rendimiento del motor mejora y se pierden menos agua y anticongelante. El tapón del radiador cierra herméticamente y está provisto de una válvula de seguridad que se abre en cuanto la presión del sistema alcanza el valor calculador, que desde luego es muy reducido (0,3 a 0,7 kg/cm2). El tapón oprime la válvula mediante el resorte tarado. Cuando hierve el agua y hace vapor a

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presión, éste empuja venciendo al muelle y el vapor escapa por el tubo de rebose, con lo que baja la presión a cerrase la válvula. Hay una segunda valvulita que abre hacia adentro y que está sostenida por el muelle cuando el motor se enfría, baja la presión y se forma un ligero vacío, con lo que la presión atmosférica abre la válvula y puede entrar el aire. Bajo el tapón de cierre hermético hay una válvula de bola que cierra el tubo de desagüe: cuando la temperatura creciente del agua se hace subir la presión por encima de la prevista, cede el resorte de la válvula y se descarga el vapor por dicho tubo. En los tractores que llevan estos sistemas debe tenerse mucho cuidado al destapar el radiador; pues si el motor está caliente y hay presión pueden saltar violentamente agua hirviendo y vapor a la cara del tractorista. Debe desenroscarse el tapón poco a poco, hasta observar que se escapa el vapor y dejarlo entonces salir hasta que cesa. Al volverlo a poner se apretará a fondo para dejar bien sellado el cierre, y previamente se habrá comprobador con el dedo que las válvulas se abren fácilmente. El radiador a presión pierde de poco vapor, con lo que el relleno de agua se hace más de tarde en tarde y habrá menos incrustaciones calcáreas en los conductos del bloque y del radiador. Este puede tener menos superficie de enfriamiento y menor capacidad, por lo que conviene a las modernas formas delanteras de los capós. 1. Refrigeración a presión con circuito cerrado En vez de tubo de desagüe al aire libre, y de colocar simplemente un tapón con válvula para refrigerar a presión, se combinan ambos: Cuando el agua se caliente bastante, el vapor producido por el aumento de temperatura, así como el volumen de agua dilatada, van desde el radiador al “vaso de expansión”, que es un depósito auxiliar

cuya capacidad es de tres o cuatro litros, pero donde solamente hay medio. Ahí se conserva a presión. Cuando la temperatura en el radiador baja, y por tanto su presión, la presión del vaso hace regresar su agua por el mismo tubo al radiador. Todos los tapones tienen cierre hermético y el radiador está. lleno con agua y anticongelante, de modo que no puede haber pérdidas ni el tractorista tiene que ocuparse de rellenos. PARA REALIZAR LOS CALCULOS: Casi todos los sólidos se dilatan cuando se calientan, e inversamente se encogen al enfriarse. Esta dilatación o contracción es pequeña, pero sus consecuencias son importantes. Un puente de metal de 50 m. de largo que pase de 0° a 50 podrá aumentar unos 12 cm. de longitud; si sus extremos son fijos se engendrarán tensiones sumamente peligrosas. Por eso se suele montarlos sobre rodillos como

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muestra la ilustración. En las vías del ferrocarril se procura dejar un espacio entre los rieles por la misma razón; este intersticio es el causante del traqueteo de los vagones. Mas abajo se muestra una tabla de dilatación de algunas sustancias. Conocido el coeficiente de dilatación es necesario multiplicarlo por el número de centímetros y por el número de grados, para saber cuál será la extensión total del sólido en las condiciones que deberá soportar. En otras palabras, si el sólido tiene 1,50 m. y la variación de temperatura es de 30° habrá que multiplicar ese coeficiente tan pequeño por 150 y por 30 a fin de conocer su dilatación total en centímetros. Coeficientes de dilatación lineal (por coda grado de temperatura y centímetro de longitud) Aluminio 0,000024 Bronce 0,000018 Hormigón 0,000018 Cobre 0,000017 Fundición de hierro 0,000012 Acero 0,000013 Platino 0,000009 Vidrio térmico 0,000003 Vidrio comercial 0 000011 Cuarzo fundido 0,0000005 Invar (aleación) 0,0000009 Roble, a lo largo de fibra 0,000005 Roble, a lo ancho de fibra 0,000054 Caucho duro 0,000080 ¿POR QUÉ SE DILATAN LAS SUSTANCIAS CON LA TEMPERATURA? La temperatura no es más que la expresión del grado de agitación de las partículas o moléculas de una sustancia. Cuando se da calor a un sólido se está dando energía a sus moléculas; éstas, estimuladas, vibran más enérgicamente. Es cierto que no varían de volumen; pero se labran un espacio más grande para su mayor oscilación, de manera que al aumentar la distancia entre molécula y molécula el sólido concluye por dilatarse. La fuerza que se ejerce en estos casos es enorme. ALGUNAS APLICACIONES La dilatación térmica puede aprovecharse. El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente

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al contrario. Habremos fabricado así un termómetro que puede señalarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato, como muestra la ilustración. La dilatación tiene aplicaciones industriales. El cilindro debe ajustar perfectamente en su camisa. Para colocarlo se lo enfría en oxígeno líquido; se lo coloca mientras está contraído, y al dilatarse y recuperar la temperatura ambiente queda firmemente sujeto en su lugar. Existen así muchos disyuntores, que cortan la corriente eléctrica, o aparatos que desencadenan algún otro proceso, cuando la temperatura llega a un punto crítico. MEDIDA DE LA DILATACIÓN Dilatación Lineal En un sólido las dimensiones son tres, pero si predomina sólo el largo sobre el ancho y el espesor o altura, como ser una varilla o un alambre, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento en la longitud y no así en el ancho y espesor llamada dilatación lineal. Se ha demostrado en un laboratorio de Física al utilizar varillas de igual longitud y de distintas sustancias (hierro, aluminio, cobre) que el incremento en su largo (ΔL) es diferente, dependiendo así de la naturaleza del material.

El Coeficiente de dilatación lineal (α) es el cociente entre la variación de longitud (ΔL) de una varilla y el producto de su longitud inicial (Li) por la variación de la temperatura (ΔT) α = ΔL / Li . ΔT se mide en (1/ºC) En donde el incremento o variación de la longitud (ΔL) será la diferencia entre la longitud final (Lf) y la

longitud inicial (Li) de la varilla: ΔL = Lf - Li

para poder restar ambas longitudes deberán estar expresadas en la misma unidad de medida. De la definición del coeficiente de dilatación podemos despejar ΔL ΔL = α . Li . ΔT

reemplazamos ΔL

y como

Lf - Li = α . Li . ΔT

ΔL = Lf - Li

si despejamos la longitud final nos queda:

Lf = α . Li . ΔT - Li sacamos factor común longitud inicial para no tenerla dos veces en la fórmula Lf = Li .(1 + α . ΔT) y esta es la fórmula para calcular la longitud final (Lf) de una varilla cualquiera.

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Dilatación Superficial Ahora en un sólido, cuando las dimensiones predominantes son el largo y el ancho sobre el espesor o altura, como ser una chapa o una lámina, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento o variación en la superficie (ΔS) y no así en el espesor llamada dilatación superficial. Para calcular la

superficie final (Sf) de un sólido plano, la fórmula será: Sf = Si .(1 + β . ΔT) El coeficiente de dilatación superficial ( β ) resultará de ser el doble del valor del coeficiente de dilatación lineal (α) para cada una de las sustancias, porque al tratarse de dos dimensiones largo y

ancho, el cálculo es: β = 2 . α

Dilatación Cúbica En los sólidos, cuando predominan sus tres dimensiones como el largo, ancho y altura, siendo un prisma, una esfera, un cubo, etc, al exponerse a la acción del calor habrá un incremento o variación en el volumen (ΔV) se denomina dilatación cúbica o volumétrica. Para calcular el volumen final (Vf) en un

sólido la fórmula será: Vf = Vi .(1 + γ . ΔT) El coeficiente de dilatación cúbica ( γ ) resulta al ser el triple del valor del coeficiente de dilatación lineal (α) para cada una de las sustancias, porque al tratarse de tres dimensiones largo, ancho y altura,

el cálculo es: γ = 3 . α

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MATERIALES: Componentes del Sistema enfriado líquido.

ABANICO [VENTILADOR]

Descripción

Dibujo

por

A excepción de algunos vehículos que usan abanico, o ventilador fijo a un embrague; por lo regular, los automóviles con tracción delantera, utilizan un abanico eléctrico. La frecuencia de funcionamiento, lo determina un interruptor o switch térmico, que por lo común se activa cuando la aguja de control, supera la mitad de su recorrido.

BOMBA DE AGUA

Es el dispositivo que hace circular el líquido refrigerante en el sistema de refrigeración del motor. Es accionada por una correa de transmisión y sólo funciona cuando el motor se encuentra encendido.

TERMOSTATO

La función del Termostato, es impedir que el agua fluya hasta que, la temperatura alcanzada sea 180 grados, o más, acorde a las especificaciones del fabricante.

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RADIADOR:

Su función es intercambiar calor del sistema de calefacción para cederlo al ambiente, y es un dispositivo sin partes móviles ni producción de calor.

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TANQUE DE AGUA:

son un elemento fundamental en un sistema de enfriamiento de un auto.

MANGUERA:

Una manguera es un tubo hueco flexible diseñado para transportar fluidos de un lugar a otro.

TORNILLOS:

Un elemento mecánico cilíndrico con una cabeza, generalmente metálico.


SUELDA ELECTRICA:

Uso de la electricidad como fuente de energía para la unión metálica.

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TALADRO:

Es una máquina herramienta donde se mecanizan la mayoría de los agujeros que se hacen a las piezas en los talleres mecánicos.

TERMOMETRO:

Es un instrumento medición de temperatura.

MANOMETRO:

Es un instrumento de medición que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados

de


TERMO SWITCH:

El termo swith sireve para que encienda el ventilador cuando sobrepase la temperatura establecida.

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CONCLUCION: Con la presentación del anterior proyecto se mostró de manera sencilla el funcionamiento de un sistema refrigerante. Igualmente este proyecto nos ayudó a afianzar nuestros conocimientos, y como esta área de la física está relacionada de manera directa a nuestra vida diaria. Con lo anterior está en nuestras manos conocer el montaje y funcionamiento de este principio de enfriamiento, ya que éste es la base para muchos instrumentos de la vida diaria, tales como aires acondicionados, neveras, enfriadores, etc. Es importante este desarrollo académico, ya que es fundamental que como personas que llegaremos a ser profesionales en nuestra área, debemos saber y conocer un poco más o de manera más profunda los procesos o efectos que se producen en nuestro entorno, es decir, la naturaleza misma del mundo.


RECOMENDACIÓN: Respecto a las uniones deben estar adecuadamente acopladas para que la presión y el líquido no tengan fugas. Ver si la bomba es adecuada para que el agua pueda circular satisfactoriamente. Tener cuidado con la correcta colocación de los bornes o cables del ventilador, porque si son colocados de manera incorrecta puede sufrir un daño interno i puede dej ar de funcionar. Comprobar que el ventilador tenga la energía suficiente para que pueda enfriar el agua caliente que va a circular por el radiador y así pueda continuar con su recorrido normal.

BIBLIOGRAFIA: (2010, 20 DE ENERO).[BASE DE DATOS].ARGENTINA:FATELA PREUNIVERCITARIOS. DISPONIBLE EN: http://es.wikipedia.org/wiki/Termostato DE AGOSTO DEL 2013] JEIMMY GRAJALES COQUIES. (2010). Nueva Enciclopedia Temática, Tomo I. Editorial Cumbre, S.A. México. Edición 1978. Física Conceptual. Paul G. Hewitt. Tercera edición. Editorial Pearson.

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ANEXOS 14

Ilustración 1 busca de materiales reciclados

Ilustración 2 recolección de materiales reciclados

Ilustración 3 radiador reciclado


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Ilustración 6 limpieza de materiales Ilustración 4 ventilador electrico

Ilustración 7 colocación del equipo para calentar Ilustración 5 ensamblaje del radiador y ventilador


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Ilustración 8 colocación de termoswitch

Ilustración 10 soldando las uniones

Ilustración 9 perforando el tanque

Ilustración 11 perforación completa


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Ilustración 12 creación de los empaques Ilustración 14 colocando el manómetro

Ilustración 15 colocación del agua en el sistema Ilustración 13 termostato colocado


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Ilustración 16 maqueta terminada

Ilustración 17 comprobación del funcionamiento del sistema


PROCEDIMIENTO DE ARMADO: Una ves que conseguimos los materiales resiclados

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informe termostato

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