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Segundo Taller de
Robótica
Educativa
usando LEGO
Mindstorms
Education NXT
Base Set
Nivel: Intermedia
Dr. Omar Meza
Departamento de Ingeniería Mecánica
Universidad Interamericana de Puerto Rico
Fall - 2012
+
Estándares
 La
Ciencia, La Tecnología y La Sociedad: El
estudiante es capaz de conocer, explicar y
analizar la relación que existe entre la ciencia,
la tecnología, los enfoques interdisciplinarios,
la economía y la sociedad. De igual manera,
conocerá el impacto de la ciencia, la economía
y la tecnología sobre sociedad y tomará
decisiones sobre su responsabilidad ciudadana
ante los avances científicos y tecnológicos.
+
Estándares
 Las
Interacciones: El estudiante es capaz de
identificar, describir y analizarla interacción
entre la materia y la energía, entre los seres
vivos y la de éstos con su ambiente. De igual
forma, describirá la relación entre la fuerza y
el movimiento, las interacciones básicas de la
naturaleza y le continuo cambio en la
superficie de la Tierra.
+
Estándares
 La
Naturaleza de la Ciencia: El estudiante es
capaz de conocer que la ciencia es de
naturaleza dinámica, inquisitiva e integradora,
por lo cual puede formular preguntas e
hipótesis, diseñar experimentos, experimentar
y recopilar datos para llegar a conclusiones
utilizando la metodología científica. De igual
manera, es capaz de mostrar creatividad y
colaboración en el trabajo de grupo,
proveyendo para el desarrollo interpersonal e
intrapersonal.
Ley Cero de la
Termodinámica
+
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
+
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.
A
B
C
+
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.
Los orígenes de la Termodinámica como ciencia
podrían establecerse en la época de la invención
del termómetro, que se atribuye a Galileo
La invención del
termómetro se atribuye
a Galileo, aunque el
termómetro sellado no
apareció hasta 1650.
La escala Fahrenheit fue
establecida por el físico
holandés-alemán Gabriel
Daniel 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 ebullición del agua 212ºF.
212-32=180
Las temperaturas en la escala Fahrenheit son conocidas
como grados Fahrenheit (ºF).
La escala Celsius fue
inventada en 1742 por el
astrónomo sueco Andrés
Celsius.
Es utilizada en la mayoría de los países.
El punto de congelación es 0 ºC
El punto de ebullición es de 100 ºC.
100-0=100
Las temperaturas en la escala Celsius son conocidas
como grados Celsius (ºC).
El kelvin (antes
llamado grado
Kelvin), simbolizado
como K, es la unidad
de temperatura de la escala
creada por William Thomson,
Lord Kelvin, en el año 1848,
sobre la base del grado
Celsius, estableciendo el
punto cero en el cero
absoluto (−273,15 °C) y
conservando la misma
dimensión. Lord Kelvin, a sus
24 años introdujo la escala de
temperatura termodinámica,
y la unidad fue nombrada en
su honor.
+
Escalas de Temperaturas
+
Cómo Convertir
Temperaturas
Para convertir de ºC a ºF use la fórmula:
ºF = ºC x 1.8 + 32
Para convertir de ºF a ºC use la fórmula:
ºC = (ºF-32) ÷ 1.8
Para convertir de K a ºC use la fórmula:
ºC = K – 273.15
+
Cómo Convertir
Temperaturas
Para convertir de ºC a K use la fórmula:
K = ºC + 273.15
Para convertir de ºF a K use la fórmula:
K = 5/9 (ºF – 32) + 273.15
Para convertir de K a ºF use la fórmula:
ºF = 1.8(K – 273.15) + 32
+
Cómo Convertir
Temperaturas
+
Temperaturas Más Comunes
+
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
37.2°C (99°F) o más.
el
brazo):
Primera Ley de la
Termodinámica
+
Calor
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.
+
Transferencia de Calor
+
Puntos a Remarcar
Q
Alta temperatura
70oC
Baja temperatura
20oC
+
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.
+
Trabajo
+
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
ni se crea ni se destruye, sólo se
transforma».
+
Primera Ley de la
Termodinámica
+
Conversión Calor  Trabajo
+
Conversión Trabajo  Energía
Experimento de la
Taza de Café
Experimento del
vaso de Café
Experimento: Ley
de Enfriamiento de
Newton
+
Introducción
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.
+
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.
+
¿Qué clase de material
mantendrá eficientemente
más caliente el café?
FOAM
PLASTICO
+
Resume

Este experimento investiga las propiedades de
aislamiento de 2 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.
+
Ley de Enfriamiento
To
Ti
Ti: Temperatura
inicial del fluido
To: Temperatura del
medio ambiente
+
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.
+
Ley de Enfriamiento
+
Comparando las
temperaturas
Ley de Enfriamiento
100
90
T[oC]
80
Foam
Plastico
70
60
50
0
100
200
300
Tiempo [t]
400
500
600
+
Actividad 1
‘‘Construcción del Sistema
para medir temperatura
con el Brick Mindstorms”
Simple Sistema
+
1
+
1
+
2
+
Actividad 2
Elaborar el programa para
el Sistema de medición de
temperatura
+
Programa
Which block do you use?
Which are the settings you apply?
Vernier Sensor
Port 1,
Sensor: Temperature TMP/TST oC Degree
Action: Read Sensor
File Access
Action: Write
Name: Dlog
Type: Number
Number to Text
Display
Action: Text
Wait
Control: time
Seconds: 20
Guardar con el nombre Datalog
+
Actividad 3
Experimento : “Ley de
Enfriamiento de Newton”
+
Objetivos del Experimento
Al finalizar esta actividad, el estudiante será
capaz de:
1. Verificar
que
material
mantiene
eficientemente más caliente el café
+
Procedimiento
1. Construir
el sistema
para
medir
la
temperatura.
+
Procedimiento
2.
Establecer el nivel
en ambos vasos (el
mismo volumen)
3.
Calentar el café
hasta
los
90oC
aproximadamente.
FOAM
PLASTICO
+
Procedimiento
4.
Llenar café en el
vaso de FOAM
hasta el nivel
establecido.
5.
Introducir
el
sensor
de
temperatura en el
vaso.
6.
Ejecutar
el
programa Datalog
+
Procedimiento
7.
Tomar
temperatura
cada
segundos
(durante
minutos.)
la
Tiempo [s]
20
0
20
20
40
60
…
T - Foam
+
Procedimiento
8.
Repetir
el
proceso para el
vaso de plástico.
Tiempo [s]
0
20
40
60
…
T - Plástico
Resultados
Graficar
t
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
Foam
92.74
92.39
92.39
92.05
92.05
91.71
91.37
91.37
91.04
91.04
91.04
90.71
90.71
90.38
90.38
90.05
Temperaturas
Plástico
94.53
94.53
94.53
94.53
94.16
94.16
94.16
93.8
93.45
93.09
93.09
92.74
92.39
92.05
92.05
91.37
vs
tiempo
Ley de Enfriamiento
100
90
T[oC]
+
80
Foam
70
Plastico
60
50
0
200
400
Tiempo [t]
600
+
Conclusión
Luego de analizar los resultados concluimos
que:
 El vaso de FOAM mantiene ligeramente más
caliente el café que un vaso de plástico.
+
Referencias
 NXT
programs.com: a free web resource for
building and programming
http://www.nxtprograms.com/
 The
NXT Tutorial
http://www.ortop.org/NXT_Tutorial/html/essen
tials.html/
+
Preguntas? Comentarios?
+
Muchas Gracias !
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Robotics 101: Starting a robotics project and the use of