problema taller - tecnologias limpias - modelacion y simulacion

7/26/2019 Problema Taller - Tecnologias limpias - Modelacion y Simulacion

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UNIVERSIDAD DE NARIOPROGRAMA DE INGENIERA AMBIENTALCURSO DE TECNOLOGAS LMPIAS

ACTIVIDAD DE TRABAJO INDEPENDIENTE:ANALISIS DE ENERGA EN SISTEMAS ABIERTOS Y CERRADOS -

MODELACIN Y SIMULACINProf. Ing. Qco. Mario Jurado, Esp. MSc.

27 de octubre de 2015

PROBLEMA:

Un cientfico en un vdeo de YouTube, aparece conectando los polosde un regulador elctrico a un alambre de nicromo de 40 cm de largoy 0.3 mm de dimetro. En una toma del vdeo, se observa que elcientfico suministra 15 V y 3.35 A a travs del alambre con elregulador elctrico a la vez que ste ltimo se observa

incandescente. a) A qu se debe esto? Cul es la velocidad detransferencia de calor o potencia calorfica en watts (W) que seentrega por el alambre a los alrededores? b)Si el fenmeno dura 3 s,bajo esas condiciones, cul es la energa total transferida desdeel alambre a los alrededores en J RTA: a) 50.25 W y b) 150.75 J.

SOLUCIN:

Se desarrollar el problema, mediante una modelacin ysimulacin en condiciones continuas, utilizando el softwarelibre: Scilab y su herramienta Xcos.

INSTRUCCIONES:

1) dirjase a la pgina: http://www.scilab.org/2) Descargue e instale el programa: Scilab. Para ello haga clicen Descargas (o download) y seleccione: Scilab 5.5.2 - 64 bitsWindows.3) Para la instalacin se le pedirn unos datos comoestudiante, por favor ingrese sus datos, en la seccin: esusted un estudiante?.4) Una vez instalado el programa, haga doble clic en el icono

de Scilab que aparece en el escritorio.5) Una vez haga clic en el icono, se abre el programa. Esteprograma es el equivalente de software libre de MATLAB. Por lo


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tanto es muy recomendable en entornos de trabajo donde no setenga la licencia de Matlab.6) Una vez abierto el programa, aparecer una ventana comoesta:

Que es la ventana de trabajo de Scilab. Este es un software declculo, muy usado por los ingenieros alrededor del mundo.Escriba: xcos y oprima Enter.

Se abrirn unas ventanas como estas:

Esta es una herramienta de Scilab, para realizar modelacin ysimulacin, de sistemas dinmicos, como los que estudiaremosen este mdulo de tecnologas limpias.

7) RESOLVAMOS EL PROBLEMA:


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Esperando que se haya observado el vdeo de YouTube al que hacereferencia el problema, entonces, propondremos un balance deenerga:

Realizando un anlisis para el problema:

El sistema termodinmico es el alambre de nicromo.

Al fluir los electrones por la resistencia (alambre denicromo), ste se caliente. Por lo tanto transfiere calora los alrededores.

El flujo de electrones se genera mediante un trabajo quese conoce como trabajo elctrico.

El alambre no se mueve y por lo tanto no tiene energacintica, ni potencial. Tampoco se considera importanteel cambio de entalpa del alambre (esto antes de quecambie de fase termodinmica, es decir antes de que sefunda).

Por lo tanto:

Entonces, si por ejemplo, se mantiene constante el voltajey la intensidad en 15 V y 3.35 A, respectivamente. Nos puedeinteresar cmo cambia la cantidad de calor liberada a los

alrededores durante el tiempo, lo cual se puede modelar as:


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}

8) Vemos que el software Scilab y su herramienta Xcos, nos vana permitir modelar este simple caso, y que tambin nos servirpara modelar sistemas mucho ms complejos.

9) observa que Xcos, tiene dos ventanas. Una llamada:

Explorador de paletas Xcos y otra llamada: Sin Ttulo -Xcos. Bueno esta ltima luego llevar un nombre que t mismoasignaras.

10) En la primera ventana, observa que hay un conjunto deiconos, que nos permitirn DIBUJAR el modelo en la ventaja SinTtulo.

11) DIBUJAR EL MODELO, no va a significar sino trasladar laecuacin o ecuaciones, mediante los iconos de esta ventana depaletas para que luego podamos SIMULAR (observar la respuesta

del modelo a diferentes cambios). Por ejemplo, para este caso,nos interesar observar cmo cambia la cantidad de Calor (Q)liberada a los alrededores a medida que pasa el tiempo, simantenemos el voltaje y la intensidad de corriente elctrica,fijos.

12) Veamos, que el modelo es una ecuacin diferencial homogneaordinaria.


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13) Entonces, es necesario, integrar la ecuacin diferencialpara obtener la variacin de Q con el tiempo. Para ello vamosa hacer clic en el explorador de paletas en: SISTEMAS DE TIEMPOCONTINUO Y VAMOS A BUSCAR EL ICONO: INTEGRAL_m, as:

14) Luego manteniendo pulsado el icono INTEGRAL_m, loarrastramos y lo ubicamos en la ventana: SIN TTULO, as:


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15) Busca los elementos: CONST_m en BLOQUES USADOS COMNMENTE;y tambin: CLOCK_c en FUENTES y CSCOPE en SINKS y conctalos,como se muestra en la siguiente figura:


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16) Al hacer clic sobre cualquier parte del espacio en blancode la ventana Sin Ttulo, puedes escribir cualquier cuadro detexto como los que se observan all: Q ; Q y V*I.

17) Observa y analiza lo que est sucediendo: el iconoINTEGRAL_m, me muestra:

El ICONO: CSCOPE me sirve como un elemento que va a conteneruna grfica de la variacin de Q con el tiempo.

18) El icono CONST_m, contiene la parte derecha despus deligual, del modelo:

19) El icono CLOCK_c, me va a permitir generar los valores deltiempo hasta los cuales quiero graficar la variacin de Q.

20) Dale doble clic en: CONSTANT_m, escribe el valor 50.25, enel espacio correspondiente y dale OK:


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21) Ahora de doble clic en INTEGRAL_m, y escriba el valorinicial de Q en el tiempo cero. Ya que en tiempo Cero no se hadisipado calor an, entonces Q=0 J:


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22) Una vez introducidos los datos, vamos a la ventana SinTitulo, y buscamos: Archivo, Guardar comoy dale un nombre atu archivo, que debe ser sin comas o espacios, por ejemplo:ejerciciog

23) Luego buscamos: Simulacin y Configuracin:


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24) Luego en Configuracin:


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Luego dale clic en CSCOPE y configralo como se muestra acontinuacin:

25) Luego vamos a iniciar simulacin:


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26) Luego de unos segundos, aparecer una grfica como esta(La cul luego podremos configurar, para mejorar supresentacin):


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27) observa que lo que nos indica es que a medida que pase eltiempo y si seguimos manteniendo el mismo voltaje y la mismaintensidad, lograramos aumentar la cantidad de calortransferido desde el sistema a los alrededores de formalinealmente creciente.

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