Los estudiantes realizaron un experimento sobre una máquina de vapor utilizando una lata para demostrar la primera ley de la termodinámica. Taladraron la lata, la llenaron parcialmente de agua y la calentaron, haciendo que el vapor de agua gire una aspa. Esto muestra cómo la energía térmica se transforma en energía mecánica, respetando la conservación de la energía total. El experimento tuvo éxito al comprobar la primera ley de la termodinámica.

1. UNIVERSIDAD “UTE”
CARRERA:
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
TEMA:
EXPERIMENTO MÁQUINA DE VAPOR
MATERIA:
TRANSFERENCIA DE CALOR
INTEGRANTES:
BUSTAMANTE ZURITA DAVID ISRAEL
MARTINEZ OBANDO BRYAN JOEL
GRANDA FARIAS JOEL SEBASTIAN
VARGAS MORA SAUL DAVID
INGENIERO
MARCOS PUGILEMA
SANTO DOMINGO, 12 DE NOVIEMBRE DE 2019

2. OBJETIVO GENERAL
Identificar los principios básicos de la primera ley de la termodinámica mediante un
proyecto basado en una máquina de vapor.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
 Comprender la conservación de la energía a través de un experimento.
 Implementar los conocimientos adquiridos en clase para poder realizar de mejor
manera el experimento.
MATERIALES
 Lata de bebida de 473 cm3
 Hornilla o Vela
 Aspa giratoria
 Alambre
 Broca de 4 mm
 Taladro
INTRODUCCIÓN
Se llama máquina de vapor a todo motor en el que se utiliza como fuerza motriz la que
resulta de la expansión del vapor de agua. Su principio fundamental es el de la conversión
del calor 1 en trabajo 2. Este trabajo depende, como en todas las máquinas térmicas, del
desnivel de temperatura, es decir, de la diferencia de la temperatura del vapor antes de
expandirse y de la que tiene al salir al exterior.
La máquina de vapor se compone de dos partes: una en la que se produce el vapor que ha
de actuar como fuerza motriz, denominada generador o caldera; y otra que constituye la
máquina propiamente dicha, formada por el sistema de mecanismos encargados de recibir
y transmitir la acción de la fuerza motriz del vapor, compuesta esencialmente de un
émbolo o pistón 3 (posteriormente reemplazado por la turbina de vapor) que adquiere por
la acción del vapor un movimiento de vaivén en el interior de un cilindro donde encaja y
oscila. En los primeros diseños utilizados para bombear agua en las minas, el movimiento
se transmitía a otro émbolo mediante un balancín, haciendo la transformación de
movimientos necesaria por medio de los mecanismos más convenientes.

3. Una máquina de vapor es un motor de combustión externa que transforma la energía
térmica de una cantidad de agua en energía mecánica. Este ciclo de trabajo se realiza en
dos etapas:
1. Se genera vapor de agua por el calentamiento en una caldera cerrada herméticamente,
lo cual produce la expansión del volumen de un cilindro empujando un pistón.
2. El vapor a presión se controla mediante una serie de válvulas de entrada y salida que
regulan la renovación de la carga; es decir, los flujos del vapor hacia y desde el
cilindro.
El motor o máquina de vapor se utilizó extensamente durante la Revolución Industrial,
en cuyo desarrollo tuvo un papel relevante para mover máquinas y aparatos tan diversos
como bombas, locomotoras y motores marinos, entre otros. Las modernas máquinas de
vapor utilizadas en la generación de energía eléctrica no son ya de émbolo o
desplazamiento positivo como las descritas, sino que son turbomáquinas; es decir, son
atravesadas por un flujo continuo de vapor y reciben la denominación genérica de turbinas
de vapor. En la actualidad la máquina de vapor alternativa es un motor muy poco usado
salvo para servicios auxiliares, ya que se ha visto desplazado especialmente por el motor
eléctrico en la industria y por el motor de combustión interna en el transporte.

4. MÁQUINA DE VAPOR
La primera ley de la termodinámica fue anunciada por Julius Robert von Mayer en 1841.
Se trata del principio de la conservación de la energía.
Definición de la primera ley de la termodinámica: La energía total de un sistema aislado
ni se crea ni se destruye, permanece constante. La energía sólo se transforma de un tipo a
otro. Cuando desaparece una clase de energía debe producirse una cantidad equivalente
de otra clase.
El desarrollo de la máquina de vapor implicó el inicio del desarrollo de la primera de las
leyes de la termodinámica. Se trata de la primera vez que se produce una transformación
termodinámica para convertir energía térmica en energía mecánica.
Las primeras máquinas de vapor o máquinas térmicas fueron desarrolladas por primera
vez en la época de los romanos. Los romanos construyeron el primer dispositivo que
utilizaba el vapor para funcionar. Esta máquina de vapor consistía en un globo hueco
soportado por un pivote de manera que pudiera girar alrededor de un par de muñones, uno
de ellos hueco. Por dicho muñón se podía inyectar vapor de agua, el cual escapaba del
globo hacia el exterior por dos tubos doblados y orientados tangencialmente en
direcciones opuestas y colocados en los extremos del diámetro perpendicular al eje del
globo. Al ser expelido el vapor, el globo reaccionaba a esta fuerza y giraba alrededor de
su eje.
A partir de ese momento se construyeron una gran cantidad de máquinas de vapor que
eran utilizadas para diversos fines. Uno de los usos de las máquinas de vapor era el de
bomba de agua para subir el agua a las casas y distribuirla por sus habitaciones, o bien
para levantar pesos a través de un cilindro y un pistón. Poco a poco las máquinas de vapor
se utilizaban para una mayor cantidad de usos al a vez que su grado de eficiencia se
incrementaban.
El desarrollo y perfeccionamiento continuó hasta que la máquina de vapor se transformó
en la máquina habitual para la navegación marina y la transportación terrestre
(locomotoras), lográndose alcanzar presiones de vapor muy altas y velocidades de pistón
considerables. Tecnológicamente las máquinas de vapor mejoraron muchísimo, aunque
de momento científicamente no se contaba con una explicación completa de su
funcionamiento físico.

5. La idea principal de las máquinas de vapor es convertir la máxima cantidad de energía
calorífica en otro tipo de energía: trabajo mecánico. De momento no existía una
explicación científica, pero entrando en el siglo XIX, a través de experimentación,
empieza a entender su significado.
Con el experimento que se ha realizado nos pudimos dar cuenta que la primera ley de la
termodinámica se enfoca de manera directa con la conservación de la energía,
suministrando un calor “Q” a la lata de la bebida esta estará con agua y al intercambiar
calor con la lata el agua cambiara su temperatura y comenzara un cambio de fase de agua
a vapor de agua y como la lata tendrá un agujero y esta adaptado con un sorbete para
poder llevar el vapor hacia el aspa giratorio que estará en una base hecha de alambre, ya
cuando comience el cambio de fase el vapor hará mover el aspa, entre mas calor
suministremos a la lata esta elevara mas su temperatura y por ende produce mas vapor y
gira mayor velocidad. El principio básico de la maquina de vapor es la transformación de
la energía calorífica del vapor de agua en energía mecánica.
PROCESO PARA HACER EL EXPERIMENTO
1. En primer lugar, lo que hicimos fue comprar una lata de 473 cm3,
2. Ya comprada, no la destapamos, sino que cogimos un taladro, y con una broca de
4mm de diámetro, le hicimos un hueco en la parte superior de la lata,
3. Hecho este hueco, vaciamos la lata,
4. Por este hueco llenamos la lata de agua un 15%,
5. De ahí hicimos una base para sostener la lata de lado,
6. Construida esta base, de una lata vieja, se abrió y se saco un pedazo de aluminio, de
la cual usamos como materia prima para poder construir el aspa giratoria,
7. Acabada la base de la lata y el aspa giratoria, lo único que hicimos fue prender una
vela debajo de la lata, y que esta hiciera su función para que pueda girar el aspa.

6. CONCLUSIONES
Con el experimento realizado de la maquina de vapor nos pudimos dar cuenta que, si
cumple con la primera ley de la termodinámica que refleja la conservación de la
energía, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe
intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna en
si la energía no se crea ni se destruye solo se transforma
RECOMENDACIONES
Es recomendable tener en claro los principios básicos de la termodinámica como lo es la
conservación de la energía basado en la primera ley de la termodinámica, para así poder
entender de mejor manera el proceso termodinámico que realiza la máquina de vapor, es
decir, en qué momento ésta realiza la transformación de energía desde su punto inicial
hasta su punto final
BIBLIOGRAFIA
Energía solar. (s.f.). Primera ley de la termodinámica. Recuperado 12 noviembre, 2019,
de https://solar-energia.net/termodinamica/leyes-de-la-termodinamica/primera-ley-
termodinamica

7. ANEXOS
Ilustración 1: Corte de la lata
Ilustración 2: Acoplamiento de la base
Ilustración 3: Puesta del aspa giratoria