UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE EXTENSIÓN LATACUNGA

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS EXACTAS

FISICA IITEMA:

Aplicación de la Física II en la Ingeniería Mecatrónica.

AUTOR:

Dario I. Zapata A.

DOCENTE:

ING. DIEGO PROAÑO Msc.

PERIODO:

OCTUBRE- FEBRERO

LATACUNGA – 10 DE ENERO DEL 2016

1. TEMA: Aplicación de la Física II en la Ingeniería Mecatrónica.

2. PROBLEMATIZACIÓN: La Ingeniería mecatrónica carrera que une la ingeniería mecánica, ingeniería electrónica, ingeniería de control e ingeniería informática, la mecatrónica nace para suplir tres necesidades latentes; la primera, encaminada a automatizar la maquinaría y lograr así procesos productivos ágiles y confiables; la segunda crear productos inteligentes, que respondan a las necesidades del mundo moderno; y la tercera, por cierto muy importante, armonizar entre los componentes mecánicos y electrónicos de las máquinas, ya que en muchas ocasiones, era casi imposible lograr que tanto mecánica como electrónica manejaran los mismos términos y procesos para hacer o reparar equipos, dentro de las material que se involucran con la mecatrónica se destaca la Física, la geometría, el cálculo diferencial, calculo vectorial, , cinemática, electromecánica, el magnetismo, las ondas las cuales son importantes para el desempeño en el área de la Ing. Mecatrónica.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:¿Cómo aporta la física a la Ingeniería Mecatrónica involucrada con sus diferentes áreas de estudio?

3.  JUSTIFICACIÓN: En el proceso de diseño para un producto o sistema con un controlador electrónico de forma convencional. Los componentes mecánicos son diseñados aisladamente del controlador electrónico, el cual es entonces diseñado y ´sintonizado´ para encajar con la mecánica. Conociendo que en la actualidad se están produciendo muchos cambios climatológicos, debido a la contaminación que existe, ya sea al quemar combustibles fósiles y realizar diferentes actividades para la generación de energía .Es por ello que nos hemos trazado como propósito principal la construcción de una caldera, ya que éste es uno de los principales generadores de energía sin dañar al medio ambiente, además sabemos que el aguas es una fuente inagotable, ideal para generar energía y a la vez evitar el daño colateral que siempre se ocasiona al medio ambiente.Para este proyecto hemos utilizado los siguientes objetos y medios:La construcción de una caldera. Como fuente principal de energía utilizaremos las aguas servidas o aguas tratadas.Al realizar este proyecto, observamos que las aguas tratadas es un generador de energía, además es un medio no perjudicial ni para la salud humana, ni para el medio ambiente.Si se llegara a crear proyectos como este en una mayor escala y cantidad, en los países industrializados que aun utilizan combustibles fósiles como generadores de energía y a la par son los entes que generan una mayor contaminación al planeta; se empezaría a evitar una contaminación de tales magnitudes como

las que se dan actualmente y se podría empezar a dar la regeneración a la capa de ozono por qué bien se sabe que la caldera expulsa bastante CO2 que es un ente principal para las plantas entonces en este caso la contaminación es nula porque esto ayuda a climatizar el medio ambiente.

4.  OBJETIVOS:

4.1 OBJETIVO GENERALIdentificar el las areas de Desempeño de la mecatronica en la Fisica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir la importancia de la Fisica en la Ingenieria Mecatronica. Demostar el uso de los procesos Fisicos en el area de la Ingenieria

Mecatronica.

5.  FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:

5.1 ANTECEDENTES DE INVESTIGACIONES ANTERIORES:

Tema: ENERGIA ELECTRICA A BASE DE VAPOR

Autores: DOMÍNGUEZ ROLDÁN JESÚS,MACEDO CLEMENTE FRANK,YACUPAICO CARUAJULCA JOHN, SILVA CHAVEZ ALDO,

OBJETIVO:En este trabajo se presenta El objetivo principal es el de saber si la caldera construida es factible o no. Comparando datos de costos y materiales empleados en la fabricación de dicha caldera, concluimos con un resultado desfavorable para la elaboración del proyecto, puesto que obtenemos un costo muy elevado para vender esta energía eléctrica al mercado en comparación de las empresas que ya prestan este servicio a la comunidad. Como fuente principal de energía utilizaremos las aguas servidas o aguas tratadas.Al realizar este proyecto, observamos que las aguas tratadas es un generador de energía, además es un medio no perjudicial ni para la salud humana, ni para el medio ambiente.Si se llegara a crear proyectos como este en una mayor escala y cantidad, en los países industrializados que aun utilizan combustibles fósiles como generadores de energía y a la par son los entes que generan una mayor contaminación al planeta; se empezaría a evitar una contaminación de tales magnitudes como las que se dan actualmente y se podría empezar a dar la regeneración a la capa de ozono por qué bien se sabe que la caldera expulsa bastante CO2 que es un ente principal para las plantas entonces en este caso la contaminación es nula porque esto ayuda a climatizar el medio ambiente.  RESULTADOS:

La primera propuesta de una máquina de vapor fue la de Royal Society en 1699 construida por el mecánico ingles Thomas Savery, empleada básicamente para bombear agua y caracterizada por no tener mecanismos móviles. La segunda fue construida diez años después por el plomero y vidriero inglés John Calley según los planos de Thomas Newcomen. A la edad de 40 años aprox. Newcomen empezó a estudiar la maquina construida por Savery, y como este ya tenía el privilegio de invención, él y Calley acordaron junto a Savery crear una nueva patente en conjunto, que la obtuvieron en 1705. El resultado de eso fue una máquina que a partir del uso del émbolo abría las puertas a una verdadera máquina, con posibilidad de producir trabajo y no solo bombear agua como lo hacían las anteriores.Estas máquinas se definieron desde un punto de vista termotécnico, por operar con el vacío producido por el vapor, según la idea de crear vacío condensando vapor, avanzada en 1681 con la olla para hacer caldo, por Denis Papín, quien también propuso más tarde una máquina Nuevo modo de producir con pequeño gasto de fuerzas unos movimientos sumamente considerables (en latín) Acta Eruditorum, Leipzig, 1690.La tercera ya fue la culminación de la máquina de vapor atmosférica, la de James Watt construida más de medio siglo después de la de Newcomen (en 1765).La máquina había sido enviada previamente a Londres para que los técnicos de la fábrica la estudiaran y modificaran, pero los resultados no fueron satisfactorios. Después de analizarla detalladamente, Watt llegó a la conclusión de que el defecto estaba en la caldera.El único método que había entonces para proyectar los generadores, inspiradas en los calderos para calentar líquidos era haciendo uso de tablas y ecuaciones empíricas. Sobre la base de este procedimiento empírico parecía que la caldera era suficiente, pero Watt demostró que, en realidad, era pequeña para las exigencias que le imponía la aplicación que se le quería dar. Siguió sin embargo sin darse cuenta que el aprovechamiento del vacío producido por la condensación no tenía nada que ver con la temperatura del vapor, por lo que continuó utilizando una caldera atmosférica de tipo carreta. El éxito que obtuvo al resolver este problema le animó a dedicarse a estudiar el problema general de la economía y el rendimiento de una máquina térmica6. MARCO CONCEPTUAL:

Que es Mecatrónica? Es una disciplina integradora de las áreas de mecánica, electrónica e informática cuyo objetivo es proporcionar mejores productos, procesos y sistemas. La mecatrónica no es, por tanto, una nueva rama de la ingeniería, sino un concepto recientemente desarrollado que enfatiza la necesidad de integración y de una interacción intensiva entre diferentes áreas de la ingeniería.Con base en lo anterior, se puede hacer referencia a la definición propuesta por J.A rietdiik:"Mecatrónica es la combinación sinérgica de la ingeniería mecánica de precisión, de la electrónica, del control automático y de los sistemas para el diseño de productos y procesos", la cual busca crear maquinaria más compleja para facilitar las actividades del ser humano a través de procesos electrónicos en la industria mecánica principalmente. Existen, claro está, otras versiones de esta definición, pero ésta claramente enfatiza que la mecatrónica está dirigida a las aplicaciones y al diseño.La mecatrónica nace para suplir tres necesidades latentes; la primera, encaminada a automatizar la maquinaría y lograr así procesos productivos ágiles y confiables; la segunda crear productos inteligentes, que respondan a

las necesidades del mundo moderno; y la tercera, por cierto muy importante, armonizar entre los componentes mecánicos y electrónicos de las máquinas, ya que en muchas ocasiones, era casi imposible lograr que tanto mecánica como electrónica manejaran los mismos términos y procesos para hacer o reparar equipos.Un ingeniero en Mecatrónica es un profesional con amplio conocimiento práctico y multidisciplinario capaz de integrar y desarrollar sistemas automatizados que involucren tecnologías de varios campos de la ingeniería. Este especialista entiende sobre el funcionamiento de los componentes mecánicos, eléctricos, electrónicos y computacionales de los procesos industriales; y que tiene como referencia el desarrollo sostenibleTiene la capacidad de seleccionar los mejores métodos y tecnologías para diseñar y desarrollar de forma integral un producto o proceso, haciéndolo más compacto, de menor costo, con valor agregado en su funcionalidad, calidad y desempeño. Su enfoque principal es la automatización industrial, la innovación en el diseño y la construcción de dispositivos y máquinas inteligentes.La “MECATRONICA” nace a causa de la revolucion industrial, que tuvo como consecuencia la creacion de maquinas para el aumento en la calidad y cantidad de productos de uso ,o, consumo masivo, luego a mediados de los años cuarenta del siglo pasado la llamada asi segunda revolucion industrial que tuvo como caracteristica relevante la creacion del transistor semiconductor y la miniaturizacion de los componentes electronicos acoplados en circuitos integrados, dio origen al computador digital, este inveto cambio totalmente el pensamiento de la sociedad y de la industria. En medio de estas dos epocas, los paises que emplearon, pero en especial que produjeron estas nuevas tecnologias se pusieron a la cabeza o a la vanguardia de la sociedad.Pero el termino como tal fue acuñado en Japon a principios de los ochenta´s y comenzo a ser usado en Europa y USA un poco despues hoy en dia la mecatronica es un termino que une distintas tegnologias “mecanica, electronica,programacion de computadores ,etc”, todo esto para crear un nuevo ambiente deLa Mecatrónica surge la combinación sinérgica de distintas ramas de la Ingeniería, entre las que destacan: la Mecánica de precisión, la Electrónica, La Informática y los Sistemas de Control. Su principal propósito es el análisis y diseño de productos y de procesos de manufactura automatizados.El término “Meca trónica” fue introducido por primera vez en 1969 por el Ingeniero Tetsuro Mori, trabajador de la empresa japonesa Yaskawa. En un principio se definió como la integración de la mecánica y la electrónica en una máquina o producto, pero luego se consolidó como una especialidad de la ingeniería e incorporó otros elementos como los sistemas de computación, los desarrollos de la microelectrónica, la inteligencia artificial, la teoría de control y otros relacionados con la informática.La definición de mecatrónica propuesta por J.A. Rietdijk: “Mecatrónica es la combinación sinérgica de la ingeniería mecánica de precisión, de la electrónica, del control automático y de los sistemas para el diseño de productos y procesos”.Sistema MecatrónicoUn sistema mecatrónica es aquel que recoge señales, las procesa generando fuerzas y movimientos. Los sistemas mecánicos son entonces extendidos e integrados con sensores, microprocesadores y controladores. Los robots, las

máquinas controladas digitalmente, los vehículos guiados automáticamente,etc. pueden considerarse como sistemas mecatrónicas.Mecatrónica es un término que fue acuñado por el ingeniero japonés Tetsuro Mori que trabajaba en la empresa Yaskawa y tiene como objetivo lograr que la tecnología mecánica incorpore, integrándola la tecnología electrónica y la informática necesaria para aumentar la productividad, la intercambiabilidad, la precisión y la versatilidad en la fabricación proporcionando mejores productos, procesos y sistemas.La mecatrónica enfatiza la necesidad de integración y de una interacción intensiva entre diferentes áreas de la ingeniería.

LA IMPORTANCIA DE LA FÍSICA EN LA INGENIERIALa física se define como la ciencia que investiga los conceptos fundamentales de la materia, la energía, el tiempo y el espacio, así como las relaciones que hay entre ellos. Sin la física no podría haber ingeniería. Los conocimientos que ha generado, tanto de la mecánica; la termodinámica; la acústica; el electromagnetismo; como de la óptica; el estudio de la física es la base para el desarrollo de cualquier ingeniería, ya sea civil, mecánica, de telecomunicaciones o de sistemas, no se podría construir absolutamente nada, por lo menos que sea seguro, sin los conocimientos que la física proporciona.

PRINCIPALES

 CAMPOS DE LA FISICA:AcústicaEstudia las propiedades del sonido.Física atómicaEstudia la estructura y las propiedades del átomo.CriogeniaEstudia el comportamiento de la materia a temperaturas extremadamente bajas.ElectromagnetismoEstudia los campos eléctrico y magnético, y las cargas eléctricas que losgeneran.Física de partículasSe dedica a la investigación de las partículas elementales.Dinámica de fluidosExamina el comportamiento de los líquidos y gases en movimiento.GeofísicaAplicación de la física al estudio de la Tierra. Incluye los campos de lahidrología, la meteorología, la oceanografía, la sismología y la vulcanología.Física matemáticaEstudia las matemáticas en relación con los fenómenos naturales.MecánicaEstudia el movimiento de los objetos materiales sometidos a la acción de fuerzas.Física molecularEstudia las propiedades y estructura de las moléculas.

Física nuclearAnaliza las propiedades y estructura del núcleo atómico, las reaccionesnucleares y su aplicación.ÓpticaEstudia la propagación y el comportamiento de la luz.Física del plasmaEstudia el comportamiento de los gases altamente ionizados (con carga eléctrica).Física cuánticaEstudia el comportamiento de sistemas extremadamente pequeños y la cuantización de la energía.Materia condensadaEstudia las propiedades físicas de los sólidos y los líquidos.Mecánica estadísticaAplica principios estadísticos para predecir y describir el comportamiento de sistemas compuestos de múltiples partículas.

TEMODINAMICA:Importancia del estudio de la Termodinámica La Termodinámica, como su nombre lo indica, estudia el calor y el movimiento, y las relaciones entre calor y energía o trabajo mecánico, eléctrico o de otras formas. La Termodinámica clásica sólo es estrictamente válida cuando se aplica a sistemas en equilibrio térmico. Por consiguiente, al analizar los efectos de las variaciones de temperatura o presión sobre el sistema se debe suponer que estos cambios se llevan a cabo muy lentamente.En cl mundo real, los acontecimientos suceden con una velocidad finita, a menudo muy rápidamente y el estado idealizado de equilibrio no se puede mantener durante este proceso. Nuestro estudio va a estar dirigido a una pequeña parte del universo a la que llamaremos sistema; ejemplo: el líquido que se encuentra en un vaso al fuego, el gas que está dentro de un globo, un trozo de fierro incandescente, etc. Por lo que un sistema termodinámico será la cantidad de materia dentro de una frontera determinada. Una frontera por lo general vienen a ser las paredes del depósito que contiene al sistema, limitándolo de los alrededores; es la porción del universo inmediata al sistema con la que se puede intercambiar energía (térmica o de trabajo).

Sistema termodinámico típico mostrando la entrada desde una fuente de calor (caldera) a la izquierda y la salida a un disipador de calor (condensador) a la derecha. El trabajo se extrae en este caso por una serie de pistones.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas

son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo. También se postula la existencia de una magnitud llamada entropía, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Éstas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.

Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Esto se puede aplicar a una amplia variedad de temas de ciencia e ingeniería, tales como motores, transiciones de fase, reacciones químicas, fenómenos de transporte, e incluso agujeros negros. Los resultados de la termodinámica son esenciales para la química, la física, la ingeniería química, etc., por nombrar algunos.

Leyes de la termodinámica

Primera ley de la termodinámica

También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite

definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. Fue propuesta por Nicolás Leonard Sadi Carnot en 1824, en su obra Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde fue utilizada por Rudolf Clausius y Lord Kelvin para formular, de una manera matemática, las bases de la termodinámica.

Primera Ley de la Termodinámica o Primer Principio de la Termodinámica se postula a partir del siguiente hecho experimental:

En un sistema cerrado adiabático que evoluciona de un estado inicial A otro estado final B, el trabajo realizado no depende ni del tipo de trabajo ni del proceso seguido.

Este enunciado supone formalmente definido el concepto de trabajo termodinámico, y sabido que los sistemas termodinámicos sólo pueden interaccionar de tres formas diferentes (interacción material, interacción en forma de trabajo e interacción térmica).

En general, el trabajo es una magnitud física que no es una variable de estado del sistema, dado que depende del proceso seguido por dicho sistema. Este hecho experimental, por el contrario, muestra que para los sistemas cerrados adiabáticos, el trabajo no va a depender del proceso, sino tan solo de los estados inicial y final. En consecuencia, podrá ser identificado con la variación de una nueva variable de estado de dichos sistemas, definida como Energía.

Se define entonces la Energía, E, como una variable de estado cuya variación en un proceso adiabático es el trabajo intercambiado por el sistema:

Cuando el sistema cerrado evoluciona del estado inicial A al estado final B pero por un proceso no adiabático, la variación de la Energía debe ser la misma, sin embargo, ahora, el trabajo intercambiado será diferente del trabajo adiabático anterior. La diferencia entre ambos trabajos debe haberse realizado por medio de interacción térmica. Se define entonces la cantidad de energía térmica intercambiada Q (calor) como:

Esta definición suele identificarse con la ley de la conservación de la energía y, a su vez, identifica el calor como una transferencia de energía. Es por ello que la ley de la conservación de la energía se utilice, fundamentalmente por simplicidad, como uno de los enunciados de la primera ley de la termodinámica:

La variación de energía de un sistema termodinámico cerrado es igual a la diferencia entre la cantidad de calor y la cantidad de trabajo intercambiados por el sistema con sus alrededores.

En su forma matemática más sencilla se puede escribir para cualquier sistema cerrado:

Donde:

Es la variación de energía del sistema,

Es el calor intercambiado por el sistema, y

Es el trabajo intercambiado por el sistema a sus alrededores.

1FIGURA 1.1 Trabajo Mecanico y Electrico

Turbinas de VaporUna turbina de vapor es una turbo máquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y los álabes, órgano principal de la turbina. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica, que típicamente es aprovechada por un generador para producir electricidad.

2Figura 1.3.1.- Proceso de la turbina de vapor

El trabajo disponible en la turbina es igual a la diferencia de entalpia entre el vapor de entrada a la turbina y el de salida. El hecho de la utilización del vapor como fluido detrabajo se debe a la elevada energía disponible por unidad de kg de fluido de trabajo.Dada la gran diferencia que se debe obtener entre la presión de entrada y de salida de la turbina es necesario producir esta expansión en distintas etapas o escalonamientos, con el fin de obtener un mejor rendimiento de la operación.Si sólo se realizase la expansión en una etapa las grandes deflexiones a que tendría que estar sometido el fluido provocarían velocidad de rotación muy alta y también pérdidas inaceptables.

En las turbinas de vapor, la temperatura máxima está hoy limitada a unos 1004°F a 1112°F. Las presiones máximas son de unos 35 MPa para turbinas a

vapor (350 bares). El tener altas presiones de admisión requiere una construcción robusta para las turbinas de vapor y equipos muy grandes. 

1.1 Ciclo de Rankine

El ciclo Rankine es un ciclo de planta de potencia que opera con vapor. Este es producido en una caldera a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde produce energía cinética y donde perderá presión. Su camino continúa al seguir hacia un condensador donde lo que queda de vapor pasa a estado líquido para poder entrar a una bomba que le subirá la presión para nuevamente poderlo ingresar a la caldera.

Existen algunas mejoras al ciclo, como por ejemplo agregar super calentadores a la salida de la caldera que permitan obtener vapor sobrecalentado para que entre a la turbina, y aumentar así el rendimiento del ciclo.

La idea para mejorar un ciclo Rankine es aumentar el salto entálpico, es decir, eltrabajo entregado a la turbina. Las mejoras que se realizan de forma habitual en centrales térmicas (tanto de carbón, como ciclos combinados o nucleares) son:Reducción de la presión del condensador: En este procedimiento se disminuye automáticamente la temperatura del condensador otorgando un mayor trabajo a la turbina, obteniendo una disminución del calor rechazado. La desventaja es que la humedad del vapor empieza a aumentar ocasionando erosión en los álabes de la turbina.

Aumentar la presión de la caldera: Al aumentar la presión aumenta la temperatura a la cual se añade calor aumentando el rendimiento de la turbina por ende la del ciclo. La desventaja es la humedad excesiva que aparece.

Sobrecalentar la temperatura de entrada de la turbina: se procede a recalentar el vapor a altas temperaturas para obtener un mayor trabajo de la turbina, tiene como ventaja que la humedad disminuye. Este aumento de la temperatura está limitada por los materiales a soportar altas temperaturas.

Recalentamientos intermedios del vapor, escalonando su expansión: Esto es, tener varias etapas de extracciones en la turbina, llevando a condiciones de sobrecalentamiento mediante recalentadores (Moisture Steam Reheaters) y de economizador. Este escalonamiento de la expansión da lugar a las secciones de alta, media y baja presión de turbina.

Realizar extracciones de vapor en la turbina, calentando el agua de alimentación a la caldera, aumentando su entalpía. El número de extracciones no suele superar las 7, ya que no implicaría una mejora de rendimiento considerable frente a la complicación técnica que conllevan.

3Figura 1.3.2.- Diagrama T-S con expansión de vapor

Clasificación de las Turbinas de Vapor

Existen las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde unidades de 1 hp (0.75 Kw) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 hp (1,500,000 Kw) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbo máquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificación de éstas. Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado de reacción:

Clasificación de las Turbinas de VaporExisten las turbinas de vapor en una gran variedad de tamaños, desde unidades de 1 hp (0.75 Kw) usadas para accionar bombas, compresores y otro equipo accionado por flecha, hasta turbinas de 2,000,000 hp (1,500,000 Kw) utilizadas para generar electricidad. Hay diversas clasificaciones para las turbinas de vapor modernas, y por ser turbo máquinas son susceptibles a los mismos criterios de clasificación de éstas. Por otro lado, es común clasificarlas de acuerdo a su grado de reacción:Turbinas de Acción: El cambio o salto entálpico o expansión es realizada en los álabes directores o las toberas de inyección si se trata de la primera etapa de un conjunto de turbinas, estos elementos están sujetos al estator. En el paso del vapor por el rotor la presión se mantendrá constante y habrá una reducción de la velocidad. Turbinas de Reacción: La expansión, es decir, el salto entálpico del vapor puede realizarse tanto en el rotor como en el estator, cuando este salto ocurre únicamente en el rotor la turbina se conoce como de reacción pura.

CALDERAEl término caldera es aplicable para cualquier dispositivo o mecanismo que sirva para la generación de:1. Vapor para generación de potencia, procesos o propósitos de calentamiento2. Agua caliente para procesos de calentamiento o como suplemento.

Las calderas son diseñadas para transmitir calor desde una fuente externa de combustión (generalmente quema de algún combustible) a un fluido que este contenido en la caldera, siendo este fluido agua o vapor, siendo calificada como calentador o intercambiador.¿Cualquiera que sea el “líquido” que contenga, agua o vapor, debe ser entregado en las condiciones deseadas (presión, temperatura, flujo másico y calidad).Clasificación de las CalderasLas calderas pueden ser clasificadas de diversas maneras, pero en este caso se las ha clasificado en base a las siguientes características:

1. El uso2. Presión3. Material de fabricación4. Contenido en tubos5. Forma del tubo y su posición6. Tipo de funcionamiento7. Forma de circulación del fluido8. Posición del hogar9. Fuente de calor10. Combustible que usa11. Forma general12. Características especialesCALCULANDO DE VAPOR DE LA CALDERA:El flujo másico del vapor de una caldera constituye la base de su cálculo y su diseño. Para una caldera ya existente, de las características de su pregunta que pudiera tener para presión y caudales ya definidas por diseño en base a la demanda que de ella se ha pensado obtener, para el caso de tipo pirotubular, se analizarán los flujos de entrada y salida del sistema caldera sobre la base de temperatura, entalpías, exergías, entropías y flujo de masa. El estudio se realizará en las condiciones de estado estacionario de trabajo de la misma. Los rendimientos se obtienen por debajo de los recomendados en el funcionamiento de este tipo de generador de vapor. El resultado del rendimiento exergético puede ser menor que el energético, como se reporta en la literatura, de este tipo de proyectos. La potencia en HP de caldera, tal como fue establecida en 1889 por la ASME,estaba basada en una máquina de vapor que empleaba 13,62 kg de vapor por HP hora auna presión relativa de 4,9 kg/cm2 y con agua de alimentación a 38,5 °C. Esto corresponde a la vaporización de 15,66 kg de agua por hora a 100 °C, lo cual significa la conversión de 15,66 kg de agua por hora a 100 °C en vapor seco a 100 °C, a la presiónatmosférica normal ( 1,033 kg/cm2).En estas condiciones cada kg. de vapor producido requiere la entalpia de vaporización a la presión atmosférica normal, la cual vale 543,4 Kcal. Por consiguiente la capacidadde una caldera podrá expresarse de HP o BHP si se desa así. Pero siempre en razón o dependiendo de: 

1- Flujo másico de vapor producido por la caldera (Kg./h) o (Lbs/h ) 2- Entalpia del vapor en condiciones de salida (Kcal/Kg.) 

3- Entalpía del agua en condiciones de entrada (Kcal/Kg.). }

VARIABLES FÍSICASUna VARIABLE FÍSICA es la magnitud que puede influir en el estado de un sistema físico. Por ejemplo: peso, velocidad, fuerza, etc. Las magnitudes pueden ser escalares o vectoriales.

PESOEl peso de un cuerpo es la fuerza con que es atraído con la tierra. La relación entre la masa del cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su peso viene dado por la expresión.P = mg.Donde:P = pesom = masag = aceleración debido a la gravedad.

MASALa masa, en física, es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo.

MOVIMIENTO: Un cuerpo se mueve cuando, la posición de la partícula cambia con respecto a un observador o sistema de referencia.Por ejemplo, se puede considerar que una bola que está rodando sobre una cubierta de un barco en movimiento, efectúa un movimiento compuesto respecto de la costa; este movimiento resulta de la composición del rodamiento respecto de la cubierta, que constituye el referencial móvil, y del movimiento de la cubierta respecto de la costa.

CONCLUSIONESLas aplicaciones de la física en la ingeniería mecatrónica se basa en los cálculos y la implementación de sistemas de automatización, como una área de investigación la termodinámica basada en la ejecución de sistemas que mejoren la calidad de vida de la mano de la mecatrónica se puede realizar varios proyectos.Se pudo concluir que la física es muy importante para las nuevas generaciones de ingenieros ya que van de la mano de la innovación de equipos industriales

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