Guia de Simulacion Virtual 1 - Formas de Energia y Cambios

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
BALANCE DE ENERGÍA
Periodo 2020-B
GUÍA DE SIMULACIÓN VIRTUAL DE FORMAS DE ENERGÍA Y CAMBIOS
Actualizado al 28 de abril de 2020
SECCIÓN 1. INTRO
✓ Objetivo
Predecir el flujo de energía cuando los sistemas se calientan o enfrían y comparar con otros sistemas a diferentes temperaturas.
✓ Datos
a. Los bloques de hierro y ladrillo tienen el mismo volumen
b. El volumen de agua y aceite de oliva en los recipientes es el mismo
c. En los termómetros cada división representa 25°C
d. En los recipientes (vasos de precipitación) cada división corresponde a 10 mL
e. Las propiedades termo-físicas para las sustancias empleadas se indican en la Tabla 1
Tabla 1. Propiedades termo-físicas de sustancias

Propiedad Hierro Ladrillo Aceite de oliva
Capacidad calorífica
470 900 2000
media [J/kg K]
Densidad [kg/m3] 7877 2000 916
✓ Funcionamiento del entorno virtual

Los componentes del entorno virtual se detallan en la figura a continuación.
El color de los triángulos junto a los termómetros indica la sustancia u objeto cuya temperatura se está midiendo. Para calentar
(llama) y para enfriar (cubos de hielo) se debe mantener presionado el botón. El botón “link heaters” permite un calentamiento
o enfriamiento simultáneo.
✓ Instrucciones
1. Colocar los recipientes de agua y aceite de oliva sobre cada soporte.
2. Calentar ambos recipientes en forma simultánea hasta que los dos recipientes alcancen al menos 75°C
Ing. María Augusta Páez MSc.

3. Colocar los bloques de hierro y ladrillo sobre cada soporte
4. Calentar ambos bloques hasta la máxima temperatura que el termómetro es capaz de medir
5. Anotar todas las observaciones
✓ Preguntas (2 puntos cada una)

a. Cuando el agua alcanza 75°C, ¿qué temperatura alcanza el aceite de oliva?
b. ¿Qué cantidad de calor se transfirió a cada recipiente por unidad másica de contenido?
c. Si tuviera que recomendar agua o aceite de oliva como un fluido de calentamiento, ¿cuál escogería? Explique.
d. El bloque de ________________ alcanzó primero la temperatura máxima de _______ °C, mientras que el bloque de
_________________ llegó a _______ °C.
e. ¿Qué cantidad de calor se transfirió a cada bloque por unidad másica?
f. Si tuviera que recomendar bloques de hierro o de ladrillo como aislante térmico (material que impide el intercambio de
calor con los alrededores), ¿cuál escogería? Explique.
SECCIÓN 2. SYSTEMS
✓ Objetivos
a. Describir los diferentes tipos de energía
b. Definir sistemas con fuentes de energía, convertidores y usuarios para describir los cambios de un tipo de energía en
otro
✓ Funcionamiento del entorno virtual

Los componentes del entorno virtual se detallan en la figura a continuación.
En la parte inferior del entorno virtual, las opciones de la izquierda se denominan fuentes de energía, las de medio son los
convertidores y las opciones de la derecha son los usuarios.
Cuando los símbolos de energía están encendidos, el flujo de energía se divide en pequeños paquetes (en forma cúbica) para
representar la cantidad discreta de energía que fluye entre la fuente – convertidor – usuario. Sin embargo, el simulador no está
en capacidad de cuantificar los flujos de energía. La eficiencia en la conversión de energía no está contemplada en el simulador.
✓ Instrucciones
1. Plantear en el entorno virtual los escenarios que se presentan en la Tabla 2
2. Tomar nota de las diferentes formas de energía en cada escenario

Tabla 2. Escenarios analizados en el laboratorio virtual
Escenario Fuente de energía Convertidor Usuario Interpretación
Energía mecánica que
se transforma en
E1 Caudal de agua Rueda Bombillo fluorescente eléctrica y luego en
energía térmica y
lumínica
Energía solar en un día
E2 Panel solar Calentador de agua
despejado
Persona en bicicleta a
E3 Rueda Bombillo fluorescente
velocidad máxima
Persona en bicicleta a
E4 Rueda Calentador de agua
velocidad máxima
✓ Preguntas (3 puntos cada una)

a. Complete la columna de interpretación en la Tabla 2
b. Complete la Tabla 3 para cada escenario
Tabla 3. Análisis energético de los distintos escenarios

¿Cuántos sistemas Formas de energía
¿Cuáles son los
Escenario observa? Indique los Aparecen en el Asociada En
alrededores?
sistemas simulador con la masa transición
2 Energía química X
Ejemplo ▪ Niña y la bicicleta Rueda y la polea Energía mecánica X
▪ Bombillo Energía térmica X
E1
E2
E3
E4
c. Cuando se escoge la rueda/generador o dínamo como convertidor aparece una E con línea
punteada como se muestra en la figura. Investigue el funcionamiento de un generador de
este tipo y explique qué representa esta línea punteada.
d. En Lancaster, Pennsylvania, es común que los miembros de la comunidad Amish utilicen molinos de viento para extraer
agua del suelo y llenar los tanques de reserva. En estos sistemas, el viento ocasiona que las aspas del molino se muevan
y el eje central gire. Este movimiento se transfiere a través de engranajes a una bomba, que extrae agua desde el suelo y
la lleva a los tanques de reserva ubicados en la comunidad.
▪ Dibuje los componentes del escenario, incluya la fuente de energía, el convertidor y el usuario.
▪ Complete la interpretación siguiente:
El viento fluye (energía ___________) causando que las aspas del molino se muevan y el eje gire (energía
_________________). Cuando la bomba se activa el agua se extrae (energía ________________) y es llevada a un
tanque reservorio que se encuentra 5 pies por encima del suelo (energía ___________________).

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Tabla 1. Propiedades termo-físicas de sustancias

✓ Funcionamiento del entorno virtual

Ing. María Augusta Páez MSc.

✓ Preguntas (2 puntos cada una)

✓ Funcionamiento del entorno virtual

Ing. María Augusta Páez MSc.

✓ Preguntas (3 puntos cada una)

Tabla 3. Análisis energético de los distintos escenarios

Ing. María Augusta Páez MSc.

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