Caracterización experimental de transductores energéticos como inducción al uso racional de la energía

Abstract

En el presente trabajo se caracterizaron dos transductores energéticos con la finalidad de conocer sus alcances y limitaciones en el uso racional de la energía. El primer transductor con el que se trabajó fue el motor de Stirling, al que inicialmente se le midió la energía que se le suministra para su funcionamiento, posteriormente se evaluó la energía mecánica que se puede obtener de este, para ello se uso el programa de laboratorio TRACKER, que permitió encontrar las graficas de velocidad, posición y aceleración de diferentes masas, que fueron conectadas al motor por medio de un mecanismo de poleas. Una vez que se obtuvo la energía mecánica que es capaz de bridar el motor, se midió la energía eléctrica que este puede ofrecer, para ello fue necesario acoplar un motor eléctrico y elaborar un circuito conocido con el nombre de “ladrón de Julios” que permitió extraer la energía utilizable para encender un LED. Una vez que se realizó los montajes anteriores se calculó la eficiencia del motor, tanto en energía eléctrica como en energía mecánica. Como última parte en esta sección se realizó un protocolo de laboratorio, para aprovechar de forma optima los beneficios que puede ofrecer el motor de Stirling en un contexto académico con finalidad en la enseñanza. El segundo transductor que se caracterizó, fue el PEMPower 1- Eco, la cual consta de una celda solar, un electrolizador y finalmente la llamada celda de combustible. Cada una de estas es capaz de convertir energía solar y energía química, en energía eléctrica. En el laboratorio se inició con la caracterización voltaje- corriente de la celda solar; posteriormente se realizó la caracterización corriente – voltaje del electrolizador con la finalidad de producir hidrógeno y poder comprobar así la primera ley de faraday. Por último se realizó la caracterización corriente – voltaje para la celda de combustible, calculando la eficiencia de ésta a partir de la primera ley de faraday. Siguiendo la secuencia realizada en el motor de Stirling, se diseño material didáctico con propósito ilustrativo en la el proceso de aprendizaje para que estudiantes de ciencias básicas, a nivel de ingeniería o del departamento de física, puedan encontrar el máximo aprovechamiento de estos equipos en el laboratorio y poder así cuantificar la energía.

Abstract In this work the energetic transducers were characterized in order to know its scopes and limits in the rational use of energy. The Stirling engine was the first transducer to which was measured the energy it requires to be able to work. After that, it was evaluated the mechanics energy that could be get from it, in this case the laboratory TRACKER software was used which let it find the speed, position and accelerate plots. Once the mechanic energy was obtained from the engine, it was measured the electric energy that it could offer, therefore it was necessary to couple an electric engine and develop an electrical circuit known as “Ladrón de Julios” which allowed to extract the necessary energy to light a LED. After assembling, it was calculated the efficiency of the engine, both in electrical energy and in mechanical energy. As a last part in this section, a laboratory protocol was carried out, to make the most of the benefits that the Stirling engine can offer in an academic context with a teaching purpose. The second transducer that was characterized was the PEMPower 1- Eco, which consists of a solar cell, an electrolyser and finally the so-called fuel cell. Each of these is capable of converting solar energy and chemical energy into electrical energy. In the laboratory, it began with the voltage-current characterization of the solar cell; Subsequently, the current - voltage characterization of the electrolyser was carried out in order to produce hydrogen and thus prove the first law of Faraday. Finally, the current - voltage characterization was performed for the fuel cell, calculating the efficiency of this one from the first law of Faraday. Following the sequence carried out in the Stirling engine, didactic material was designed with illustrative purpose in the learning process so that students of basic sciences, at engineering level or in the physics department, can find the maximum use of these equipment in the laboratory and thus be able to quantify the energy.