Comportamiento de un generador idr!u"i#o
FISICA GENERAL I
Integrantes: •
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A$i"a A"$arado Leid% &a'aira &a'aira (uaro# Intriago) Stepanie A"me%da De" Va""e) *a++ie" Vera Rui,) Renato -a"a.ar#a A+en#io) Gian
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE – FÍSICA GENERAL I
i#"o0 C"a+e0 III;6:7< 6789: INGENIERIA Integrante+0 INDUSTRIAL (orario0 *arte+ :90::=:>0:: % 1ue$e+ C •
• • • • •
C/LCULOII
Campomane+ -uendia) 1e+u+ E+"i Fe.re+) Giane""a2 *ata""ana Romero) Romero) 1u"i++a Ve"a+3ue, Segi") Guiane""a2 4arate Sur#o) 5aterine2
DEDICATORIA E" pre+ente tra.a'o e+t! dedi#ado #on mu#o #ari?o a nue+ nue+tr tro+ o+ padr padre+ e+ % a todo todo++ a 3uie 3uiene ne++ apor aporta tarron po+ po+iti$ iti$a ame ment nte e a "o "ar "argo de nue+ ue+tra tra @or @orma ma##in in a#ad a# adBm Bmi# i#a a d!nd d!ndon ono+ o+ apo% apo%o o e in#e in#ent nti$ i$a# a#i in n 3ue 3ue ne#e+itamo+ para tra.a'ar da a da %a 3ue +on "o+ te+t te+tig igo+ o+ de" de" tra. tra.a'o a'o per+ per+e$ e$era erant nte e para para "ogr "ograr ar un nue$o Bito en nue+tra+ $ida+ pro@e+iona"e+2 Por e+ta+ % otra+ ra,one+) "e+ dedi#amo+ e+te pro#e+o de @orma#in @orma#in #on+tituir! #on+tituir! e" #imiento #imiento @undamenta" @undamenta" en nue+tra $ida pro@e+iona" % a tra$B+ de" #ua" @or'amo+ un nue$o pre+ente en "a+ "a.ore+ 3ue no+ de+empe?amo+ todo+ "o+ da+2
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RESÚMEN Este presente trabajo está orientado a la fabricación de un modelo de molino de agua que genere electricidad a través de un sistema hidráulico para aprovechar la caída del agua desde una cierta altura el cual generara otra energía para que pueda servir como fuente de iluminación. Es decir, un sistema generador de electricidad a partir del movimiento del agua que pasa, bien por un solo canal o bien a través de la orilla con el uso de un canal al efecto, con un sistema de compuertas que ampliaría el caudal y por lo tanto la fuerza del agua que pasa a través del molino del sistema generador hidráulico.
ABSTRACT
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I.
INTRODUCCIÓN
os !otores y generadores eléctricos, son un grupo de aparatos que se utilizan para convertir
la
energía
mecánica
en
eléctrica,
o
a
la
inversa,
con
medios
electromagnéticos. " una máquina que convierte la energía mecánica en eléctrica se le denomina generador, alternador o dínamo, y a una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica se le denomina motor. #enerador hidráulico, del tipo de los destinados a implantarse en una vía de agua y aprovechar la energía cinética de la misma para su transformación en energía eléctrica, caracterizado por estar constituido a partir de un bastidor en el que se establecen una pluralidad de ejes transversales sobre los que están montadas ruedas de paletas capacitadas para girar libremente por efecto del empuje del agua, estando "sociada a cada rueda paletas una polea o un pi$ón y de manera que dichas poleas o pi$ones forman alineaciones longitudinales en el seno del bastidor, y se relacionan mediante una correa o cadena que transmite el movimiento a un eje de salida que, con acceso al menos a una de las riberas de la corriente de agua, transmite el movimiento a un generador eléctrico.
ABSTRACT
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II.
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.
Se desea conocer: ¿
Cuál es la energía cinética de rotación que genera el rototio del generador
!idráulico"
III.
OBJETIVOS
4.1. OBJETIVOS GENERALES •
%emostrar cual es la energía cinética de rotación
4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS •
• •
%eterminar la velocidad angular de un prototipo de generador hidráulico. %eterminar los momentos de inercia generados por el prototipo. %emostrar e&perimentalmente los beneficios de un generador hidráulico.
IV.
JUSTIFICACIÓN
El tra#a$o de in%estigación es i&ortante' (a que er&itirá conocer di%ersos te&as que !arán que entenda&os &e$or có&o )unciona la energía ara oder roducir otra que sir%a co&o )uente de ilu&inación*
V.
MARCO TEÓRICO
'uestro proyecto tiene relación con una parte de la física. (anto con la energía y la fuerza, como en el movimiento circular. El término energía tiene diversas definiciones que se relacionan con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento. En física energía se define como la capacidad para realizar un trabajo. 5.1. ANTECEDENTES a energía del agua es un aprovechamiento indirecto de la energía )olar, ya que tiene su origen en el )ol. El calor del )ol hace mover el *motor+ del ciclo del agua o ciclo hidrológico - a energía solar evapora el agua de los mares para formar nubes que serán transportadas por el viento hasta los continentes y allí se transformarán en precipitaciones de agua líquida lluvia/ y de nieve.
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- El agua que llega de esta forma a la superficie terrestre aprovecha el desnivel e&istente hasta el mar y vuelve a éste formando corrientes superficiales ríos/ o subterráneas. os egipcios, 0111 a$os a.c. fueron los primeros en aprovechar la energía del agua. )eg2n 3eródoto historiador griego ). 4 a.5./ escribió *Egipto es un regalo del 'ilo+. os romanos usaban una rueda hidráulica denominada !olino En la Edad media se perfeccionó su funcionamiento y permitió el desarrollo de la industria te&til y metal2rgica. 6 En el siglo 787 se inventaron las turbinas *rueda dentada acoplada a una ca$ería+. "demás de descubrimientos en electricidad y electromagnetismo. )e comenzó a utilizar la energía hidráulica como fuente de energía eléctrica.
5.2. BASES TEORICAS
1. Energía Potencial: Es la energía que mide la capacidad que tiene dicho sistema para realizar un trabajo en función e&clusivamente de su posición o configuración. 9uede pensarse como la energía almacenada en el sistema, o como una medida del trabajo que un sistema puede entregar. )uele abreviarse con la letra o . :.:. Energía Potencial gravitatoria Es la energía asociada con la fuerza gravitatoria. Esta dependerá de la altura relativa de un objeto a alg2n punto de referencia, la masa, y la fuerza de la gravedad. Epg = g!
2. Energía Cin"tica la energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. )e define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. ;na vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. 9ara que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética. )uele abreviarse con letra E6 oE< a veces también ( o =/.
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1
Ec >
2
mr
2
#. Energía $e rotaci%n& a energía rotacional es la energía cinética de un cuerpo rígido, que gira en torno a un eje fijo. Esta energía depende del momento de inercia y de la velocidad angular del cuerpo. !ientras más alejada esté la masa del cuerpo respecto al eje de rotación, se necesitará más energía para que el cuerpo adquiera una velocidad angular. 1
Ec = . I . w 2
'ni$a$e( $e )*er+a En el )istema 8nternacional de ;nidades )8/ y en el 5egesimal 5#)/, el hecho de definir la fuerza a partir de la masa y la aceleración magnitud en la que intervienen longitud y tiempo/, conlleva a que la fuerza sea una magnitud derivada. 9or en contrario, en el )istema (écnico la fuerza es una ;nidad ?undamental y a partir de ella se define la unidad de masa en este sistema, la unidad técnica de masa, abreviada u.t.m. no tiene símbolo/. Este hecho atiende a las evidencias que posee la física actual, e&presado en el concepto de fuerzas fundamentales, y se ve reflejado en el )istema 8nternacional de ;nidades. )istema 8nternacional de ;nidades )8/
•
'e@ton '/
•
•
)istema (écnico de ;nidades =ilogramo6fuerza Agf / o Ailopondio Ap/
•
•
)istema 5egesimal de ;nidades %ina dyn/
•
•
)istema anglosajón de unidades •
•
•
9oundal ibra fuerza lbf / =89 > :111 lbf /
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E,*ivalencia( : ne@ton > :11 111 dinas : Ailogramo6fuerza > B,C1D D 'e@ton : libra fuerza F G,GGC HHH 'e@ton
-. oviiento circ*lar& En cinemática, el movimiento circular también llamado movimiento circunferencial/ es el que se basa en un eje de giro y radio constante, por lo cual la trayectoria es una circunferencia. )i además, la velocidad de giro es constante giro ondulatorio/, se produce el movimiento circular uniforme, que es un caso particular de movimiento circular, con radio y centro fijos y velocidad angular constante.
En el movimiento circular hay que tener en cuenta algunos conceptos que serían básicos para la descripción cinemática y dinámica del mismo •
E/e $e giro& es la línea recta alrededor de la cual se realiza la rotación, este eje puede permanecer fijo o variar con el tiempo pero para cada instante concreto es el eje de la rotación considerando en este caso una variación infinitesimal o diferencial de tiempo/. El eje de giro define un punto llamado centro de giro de la trayectoria descrita O/.
•
Arco& partiendo de un centro fijo o eje de giro fijo, es el espacio recorrido en la trayectoria circular o arco de radio unitario con el que se mide el desplazamiento angular. )u unidad es el radián espacio recorrido dividido entre el radio de la trayectoria seguida, división de longitud entre longitud, adimensional por tanto/.
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0eloci$a$ ang*lar & e( la variación del desplazamiento angular por unidad de
•
tiempo omega min2scula, * +/.
w
=
2 π
t
En dinámica de los movimientos curvilíneos, circulares yIo giratorios se tienen en cuenta además las siguientes magnitudes oento $e inercia I& es una cualidad de los cuerpos que depende de su
•
forma y de la distribución de su masa y que resulta de multiplicar una porción concreta de la masa por la distancia que la separa al eje de giro.
5. ateriale( 3 "to$o(
• • • • • • • • • •
5ucharas de plástico "gua "lambre %ispensador de agua !adera 5able de cobre )ostenedor en forma circular %iodos led 5ds (apas de botellas
4. Toa $e $ato(
Parte eperientar& •
•
a velocidad angular de giro del sostenedor en forma de disco en conjunto con las cucharas, seg2n el voltaje del motor que es de :H voltios. a velocidad será constante, ya que el generador tendrá giro en su mismo eje y no ocurre un desplazamiento o movimiento de este, por lo cual no e&iste una aceleración tangencial.
•
El radio del generador
•
3allar el peso
:. El peso del sostenedor
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H. El peso de cada cuchara multiplicado por el n2mero de estas. 3allar la dinámica de un cuerpo rígido, es decir el momento de inercia. 3allar la energia cinetica de rotación
Dato(& •
El resultado de la velocidad angular J/, el cual ha sido tomada marcando una cuchara para darnos cuenta de su inicio y final. %ando como resultado los siguientes respuestas. C1 revoluciones por minuto.
W =
112 rev
min
×
2 π
1 min =11.73 segundos × 1 rev 60 seg
)e halla el radio de todos cuerpos para poder sacar su inercia. •
El radio del palto es de :1 cm 5onvirtiendo de centímetros cm/ a metros m/ o
metros =
radiom
=
centrímetros 100 10 cm 100
radiom= 0.1 m •
El radio de la tapa. o
5onvirtiendo de centímetros cm/ a metros m/
metros =
centrímetros
radiom=
1,5 cm
100
100
radiom= 0.015 m •
El radio del disco. o
5onvirtiendo de centímetros cm/ a metros m/
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metros =
centrímetros
radiom=
6 cm
100
100
radiom= 0.06 m El radio de la cuchara que lo tomaremos como disco.
•
5onvirtiendo de centímetros cm/ a metros m/
o
metros =
centrímetros
radiom=
3 cm
100
100
radiom= 0.03 m )e halla el peso :.
El peso de la pala
%ebemos saber
9eso de cada 5d 15 gr
Entonces para dos 5%K) > 01 gr
9eso de cada cuchara 3 gr
•
5omo son :D cucharas 3 × 16 =48 gr
9eso de cada tapa 0.7 gr
Entonces por dos tapas > 1.:G
Entonces se sumas los valores que son parte del generador 30 gr + 48 gr + 0.14 gr =78.14 gr
5onvirtiendo los gr a =g
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78.14 gr ×
•
1 Kg 1000 gr
=0.078 Kg
)e halla el momento inercia total
I = Ivarilla + Idisco mayor + Idisco menor 1
I =( M L 3
•
2
1
1
2
2
)+( M R2 + M d 2 )+( M R 2)
8nercia de la varilla 1
2
I = × 0.48 × ( 0.4 ) 3
= 0.0256
9or :D varillas >
•
8nercia del disco mayor 1
2
I = × 0.15 × ( 0.06 ) 2
•
0.0034 × 16 = 0.41
+( 0.15 ) ×( 0.1)2= 0.0017
8nercia del disco menor 1
2
I = × 0.003 × 0.015 × 16 =5.4 × 10
−6
2
•
3allar la energía cinética de rotación. )abiendo que a suma de momentos de inercia > 1.10 y a velocidad angular J/ > ::.L0 segundos
1
Ec = I w
2
2
Ec =
Ec
=
1 2
( 0.03 ) × 11.732
2.06 Joules
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7. RESULTADOS El proo!po "#l $#%#r&"or '!"r()l!*o +)%*!o%& $r&*!&, & l& #%#r$-& po#%*!&l $r&!&or!& /)# ,# r&%,+or0& & )%& #%#r$-& *!%!*& "# ro&*!%3 p&r& #llo ,# *o0pro l& #lo*!"&" &%$)l&r. L)#$o3 *o% l&, 0&,&, 5 0#"!"&, o0&"&, "# *&"& *o0po%#%# ,# "##r0!%&ro% l&, !%#r*!&, "# *&"& )%&3 p&r& +!%&l0#%# '&ll&r l& #%#r$-& *!%!*&.
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Co%*l),!o%#, Se llega a concluir que gracias a los te&as de )ísica estudiados se uede !allar cada %aria#le* Ade&ás de a)ir&ar que la inercia deende del radio' (a que si el radio es &a(or la inercia ta&#ién lo será' or lo tanto la energía cinética ta&#ién au&entaría*
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BIBLIOGRAFIA • • • •
!tt:++!(er!(sics*!(,astr*gsu*edu+!#asees+r-e*!t&l Estructura electrónica de los sólidos. Leoaldo /* /ecánica I. 0er-ele(* 1ierte2to 3Física4. /auricio 0autista 0elén*
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ANE6OS
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