Practica: Conversion de energia

Conversión energía eólica a eléctrica

“La energía eólica es la energía obtenida del viento, es decir, aquella que se obtiene de la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire y así mismo las vibraciones que el aire produce.”

Historia

La energía eólica ha sido aprovechada desde la antigüedad para mover los barcos impulsados por velas  o hacer funcionar la maquinaria de molinos al mover sus aspas. Los molinos movidos por el viento tienen un origen remoto. En el siglo VII d.C. ya se utilizaban molinos elementales en Persia (hoy, Irán) para el riego y moler el grano. En estos primeros molinos la rueda que sujetaba las aspas era horizontal y estaba soportada sobre un eje vertical. Estas máquinas  no resultaban demasiado eficaces, pero aun así se extendieron por China y el Oriente Próximo. En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e Inglaterra y se  distribuyeron  por  el continente.

Además para saber como funciona actualmente la energía eólica hay que saber los componentes que tiene en una turbina de viento hay un rotor que posee 3 hojas que son empujadas por el viento, lo que provoca que el rotor gire el generador para producir electricidad. Es así como en una granja eólica, se agrupan turbinas de viento y es fácil obtener energía en un medio donde el aire este constante para generar la energía suficiente.

Eficiencia

Según el Secondary Energy Infobook, las turbinas de viento convierten el 30-40 por ciento de la energía cinética del viento en electricidad.

Por medio del motor o el aerogenerador es posible crear este porcentaje de electricidad ya que el movimiento generado es una fuerza cinética que se transmite y por medio de cables o bobinas que pueden ser electromagnéticos con terminaciones + y - se genera la electricidad.

Para tener instalaciones eólicas dependiendo cuanta electricidad se requiera generar, hay tres tipos: 
Macroeólicas,  500 KW hasta los 2000 KW

Minieólicas, 30 KW y 120 KW

Microeólicas, 30 KW o menos 

En esta practica pudimos ver como se generaba energía eólica por medio de un modelo a escala realizado por nosotros en el cual con los siguientes elementos pudimos comprobar que es posible generar luz con tan solo el movimiento eólico.

Material:

Motor de 20 volts

Caimanes con cables

Secadora de cabello

Hélice

Diodo de led

Madera de 10cmx10cm

Silicona

Vaso desechable

Procedimiento:

Primero pegamos el vaso a la superficie de madera para después pegar el motor con sus cables en la base del vaso, luego pusimos la hélice en el motor cuidando de que no quedara muy ajustada y que tuviera un libre movimiento al aire, conectamos los cables del motor a los caimanes para que se pudiera pasar la energía y conectando los caimanes al diodo de led con el respectivo orden de + con - y - con + para que se pudiera prender.

DESARROLLO:

-motor de 12v

-LED

-hélice

-panel solar

-caimanes

-secadora

En el laboratorio, como practica, creamos energía con un mini generador eólico y un mini panel solar con los siguientes materiales:

-motor de 12v

-LED

-hélice

-panel solar

-caimanes

-secadora

Lo primero que hicimos fue hacer una base con un vaso y una cartulina donde pegamos el pequeño motor de 12 v.

después de haber tenido bien estabilizado el motor, procedimos a conectar el motor al LED con caimanes.

Para que el motor funcionara se necesita de una hélice que creamos .

Y finalmente utilizamos una secadora de pelo para transformar la energía eólica a energía mecánica y esta convertirla en energía eléctrica para así crear luz.

Para la segunda parte del experimento, utilizamos un panel solar el cual conectamos al LED para transformar la energía solar a luz.

Resultados:

Esta experimentación fue muy bien planeada, pero al realizarla en el laboratorio se complico un poco, ya que solo prendió muy poco nuestro foco led, lo bueno fue que el profesor nos ayudo y de esa manera se dio cuenta que si funcionaba.

Practica: Osmosis y difusion

La membrana celular o plasmática, es que separa a la célula del medio exterior. Esta controla el paso tanto de las sustancias que entran a la célula, como las que salen. Está constituida por una doble capa de fosfolípidos.

La membrana celular cuenta con permeabilidad selectiva, que es la propiedad  que permite seleccionar las moléculas que entran y las que salen.

La permeabilidad selectiva permite a la célula mantenerse en homeostasis a pesar de las condiciones cambiantes del medio exterior.

Las moléculas atraviesan la membrana de muchas maneras: algunas necesitan de transporte energético de la célula y otros no.

Lo que depende para que una molécula atraviese la membrana, es el tamaño de esta, su polaridad y la diferencia de concentración que se tenga dentro y fuera de la célula. Las moléculas apolares pequeñas atraviesan fácilmente la membrana y estas son transportadas con proteínas, las grandes son transportadas con vesículas.

Para que algunas moléculas puedan atravesar la membrana sin la ayuda energética de la célula, se usa el transporte pasivo. Dentro del transporte pasivo se encuentra la difusión y la osmosis.

La difusión es el intercambio de las moléculas de un fluido de alta concentración a uno de menor concentración. Las moléculas se difunden en gradientes de concentración  y esto se refiere a la diferencia de concentraciones entre un fluido y otro.

 

La osmosis es la difusión de moléculas a través de una membrana semipermeable  desde una zona de mayor concentración de agua a una de menor concentración. (Entre mayor sea la concentración de partículas disueltas en agua, menor será la concentración de agua en una solución), los fenómenos osmóticos son una consecuencia de la existencia de membranas semipermeables, que no dejan pasar el soluto sino el disolvente. Este proceso sigue un razonamiento muy simple, dos disoluciones enfrentadas tienden a igualar sus concentraciones, hay dos formas de hacerlo; o pasar soluto desde la que tiene más a la otra, o pasar disolvente desde la que tiene más a la otra.

Una solución puede ser isotónica, hipertónica o hipotónica, respecto a otra:

·      Es isotónica: si la solución externa tiene la misma concentración de solutos, que la solución del interior de la célula. El tamaño de la célula no varía, porque la cantidad de agua que entra y sale es la misma.

·      Es hipertónica: si la solución externa tiene más solutos que la del interior. Por lo que la célula se reseca y puede morir, ya que la cantidad de agua que sale de la célula es mayor a  la que entra.

·      Es hipotónica si la solución externa tiene menos solutos que la interior. Por lo que la célula se expande y puede reventar, gracias a que la cantidad de agua que entra a la célula es mayor a la que sale.

Para la siguiente practica se pusieron en dos vasos de ensayo agua simple y cada uno tenia una membrana con diferente componente:

o   El primer vaso con agua simple se le agrego una membrana con sacarosa; la cual tenia un capilar por el cual se iba a salir el contenido de la membrana ya que la sacarosa al ser una molécula mas grande no cabe por los poros de la membrana y por ello moléculas del agua simple iban a traspasar la membrana y hacer que exista un equilibrio; para eso se utilizo el capilar para que se logre salir lo que resta de sacarosa en la membrana y llegue a un equilibrio

o   En el segundo vaso con agua simple se le agrego una membrana que tenia de contenido solución salina y almidón; el sodio que contiene la solución salina es permeable a la membrana y puede salir por los poros pero el almidón por ser una molécula de mayor tamaño esta no logra salir de la membrana y ahí se queda.

En un tubo de ensayo con agua simple se le agregaron tres gotas de azul de metileno para demostrar que de un compuesto muy concentrado se logra diluir por medio de la difusión ya que hace que las moléculas de agua se combinen con las de azul de metileno y se vuelva un tanto mas homogéneo.

Para demostrar que el almidón se quedo en la membrana se puso en una caja de Petri en donde se abrió y el contenido quedo expuesto para echarle una cantidad de yodo lugol; en esta reacción el almidón se torna de un color azul y así se puede demostrar que no salió de la membrana que lo contenía.

Materiales:

1.generador

2.Imanes

3.Bobina

Desarrollo:

En la practica de laboratorio observamos que es la osmosis, que es el paso de iones equilibrados a través de una membrana por su gradiente de concentración, y la difusión, que es la dispersión de un soluto en un solvente.

​Como primer paso utilizamos 2 membranas, una llena con sacarosa y la otra con sal+ almidón. Con el soporte universal colocamos cada membrana en un vaso con agua, pasamos a ver que reacción ocasionaban y cual era su conductividad.

ELECTROCONDUCTIVIDAD

REACCIÓN

Agua

64.8

-

Agua + membrana 1 (con sacarosa)

78.8

El agua en el vaso fue capaz de atravesar la membrana provocando que la sacarosa dentro de la membrana fuera empujada a través de un capilar.

Agua + membrana 2 (sal + almidón)

300

La molécula de almidón al ser una molécula muy grande, no fue capaz de atravesar la membrana pero la sal si fue capaz de atravesarla haciendo que el agua se fusionara con la sal y por ende tuvo las capacidad electroconductiva.

Lo que ocurrió en esta practica igual ocurre en nuestras células con sus asignadas diferencias como es que nuestras células tienen un transporte activo el cual requiere de energía. Si el humano llegase a al equilibrio de gradientes de concentración, moriríamos.

En un segundo plano vimos las reacciones químicas de las sustancias utilizadas en la practica para comprobar que realmente todo lo anteriormente explicado, sucedía. El yodo pintaba el almidón y al echarlo dentro del baso donde se encontraba la membrana con almidon, observamos que el agua no se pintaba y por ende el almidón nunca atravesó la membrana. El nitrato de plata al juntarse con el cloruro de sodio, se convertía en cloruro de plata y este era visible y con esta reacción observamos que realmente la sal era capaz de atravesar membranas debido al tamaño de su molécula.

Resultados:

Nos dimos cuenta que en realidad sucede ósmosis cuando existen dos concentraciones diferentes en una solución y vimos como este cambio se da de manera continua y dependiendo de las sustancias que son es lo que Sepúlveda con la membrana (si la molécula es muy grande no puede cruzar los poros de la membrana y entonces asi llegar a la ósmosis) es muy interesante el hecho de aprender este tipo de procesos y juntarlos con la medicina.

Referencia:

Nowicki S. (2012), Biología, Houghton Harcourt Publishing Company, Canada

Colorimetria

El colorímetro es un aparato diseñado para medir la concentración de color de ciertas sustancias. Un uso práctico que este aparato tiene es la medición de concentración de soluto que se encuentra en una solución.

Al estudio de la concentración de los colores se conoce como colorimetría. Gracias a esta ciencia se pueden obtener valores para los colores, para de esta manera poder estandarizarlos o inclusive reproducirlos. Para poder lograr esto se necesita tener algún punto de comparación y para esto se utiliza la “curva espectral codificada” que da valores numéricos a estímulos de colores obtenidos por algún fotorreceptor. 

Un colorímetro puede medir la cantidad de color gracias a que las sustancias químicas absorben diferentes frecuencias de luz; que son los colores.

La luz está compuesta por diferentes ondas electromagnéticas y cada color contiene una diferente longitud de onda. Estas ondas se propagan a partir de alguna fuente de luz y cuando esta toca cualquier superficie, la onda refleja una parte, que puede ser captada por el ojo humano o en este caso por algún aparato.

Una manera de medir la absorción de luz es con la “Ley de Lambert-Beer”  que es un modelo matemático con el cual se pueden expresar las diferentes absorciones de luz de la materia.

Esta Ley expresa que el efecto de  absorbancia de una sustancia es proporcional a su concentración. Dentro de esta ley la luz puede verse disminuida por tres fenómenos físicos:

1.   La concentración que es el número de materiales de absorción en su trayectoria

2.   La distancia de la longitud de onda o trayecto óptico, que es la distancia que la luz debe atravesar antes de tocar alguna superficie.

3.   La absorbencia o coeficiente de extinción, que es la capacidad de la onda de absorberse en la materia.

Por lo tanto el colorímetro se basa en este principio, donde la cantidad de absorbancia de luz depende meramente de la cantidad de concentración de soluto  que la solución contenga.  Por lo cual, las sustancias que contienen una concentración elevada tienen una lectura de absorbancia mayor, que las que poseen una concentración menor.

Un colorímetro debe contener una fuente de luz, conocida como diodo y un receptor. En estos aparatos es necesario el uso de capsulas o cubetas, para colocar la solución dentro del dispositivo, estas normalmente están compuestas de polietileno y tienen una capacidad alrededor de un mililitro , aunque hay algunas compuestas de cuarzo para ser usadas con luces ultravioleta o infrarrojas.

Dentro de estas cubetas las ondas electromagnéticas pasan a través de estas para que así el receptor logré captarlas.

Para esta práctica se medirá la concentración de soluciones de agua con Sulfato de cobre, CuSO_4, se realizan 5 soluciones con distintas concentraciones cada una y se comparan sus resultados de absorbancia la cual es directamente proporcional a su concentración, posteriormente se realizará una solución problema, esta solución tendrá una concentración desconocida ya que será el resultado de mezclar las 5 soluciones anteriores. Al realizar esta solución se determinará si es cierto que sus propiedades caerán dentro de ciertos límites establecidos por las soluciones anteriores.

Materiales:

Agua

• Sulfato Cúprico

• Pipeta

• Propipeta

• Vaso de precipitados

• Colorímetro

• 6 tubos de ensayo

• Gradilla

Desarrollo:

         La colorimetría es un método de análisis, y se basa en la relación que existe entre la absorción de luz por parte de un compuesto y su concentración. La colorimetría puede darnos información sobre la cantidad de color que tiene una sustancia y/o indicar indirectamente que cantidad de la sustancia que nos interesa esta presente en la muestra, en este caso sulfato de cobre (II).

En esta practica utilizamos de la ley de Lambert-Beer que explica que hay una relación exponencial entre la transmisión de luz a través de una sustancia y la concentración de la sustancia, así como también entre la transmisión y la longitud del cuerpo que la luz atraviesa.

En el experimento usamos el colorímetro conectado a la computadora y con un software especial determinamos la cantidad de color que tiene una solución  graficando los resultados y creando una tabla que iba de la solución mas diluida hasta la mas concentrada. Formando una constante debido a los tipos de soluciones creados que iban aumentando su concentración proporcionalmente y con ello su color.

Primero en 5 tubos de ensayo hicimos diluciones(1:5) (2:5) (3:5) (4:5) (5:5) con el sulfato de cobre (II) como soluto y el agua como solvente.

Después se pasaron  a medir y para ello se utilizaron 5 celdas de muestra que se pusieron en el colorímetro (ya calibrado) y fue formando en la computadora una gráfica donde el color de la sustancia era directamente proporcional a la  concentración y a la absorbancia de luz de cada solución.

Resultados:

Los resultados en esta experimentación fueron favorables ya que se obtuvieron de manera muy precisa la concentración en cada sustancia, dando asi éxito en la practica, algo que complico un poco la practica es que al inicio no sabiamos como utilizar los diferentes materiales ya que algunos del equipo fallaban al utilizarlo, pero de hay en fuera todo empezo y finalizo a la perfección.