UD 2

UNIDAD 2.- Presión y temperatura.

Examina los conceptos de presión y temperatura, su influencia en el diseño del proyecto y su variación con la altura. Además estudia los conceptos de magnitudes analógicas y digitales a fin de poder medirlas con ARDUINO.

ÍNDICE:
  • Presión y temperatura
  • Efecto de la altura sobre la presión y la temperatura
  • Incremento del volumen del globo con la altura. Explosión final del globo
  • Teoría cinética de los gases. Formas de transmisión del calor
  • Capas de inversión térmica.
  • Magnitudes analógicas y digitales. Digitalización.
  •  (VER) PRÁCTICA. Medición de presión y temperatura con ARDUINO.

Presión y temperatura.-

La presión mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie. La unidad de medida común es el Pascal pero nosotros utilizaremos en nuestras medidas los hectoPascales hPa. El instrumento de medida que utilizaremos es el barómetro.

La temperatura mide si un cuerpo solido, líquido o gaseoso está caliente o frío. Las unidades de medida más utilizadas son los grados Kelvin, grados Fahrenheit, los grados Celsius y a veces la escala Rankine. Nosotros utilizaremos los Celsius pero nos podréis solicitar los resultados en cualquier otra escala. El instrumento de medida que utilizaremos es el termómetro.

Efecto de la altura sobre la presión y la temperatura

Para entender los siguientes conceptos debéis comprender que la atmósfera no es igual en todas sus capas. Los gases pesan y son atraídos por la gravedad como nosotros mismos es decir son esclavos de Gaia, bueno aclararé que algunos cómo el hidrógeno y el helio logran escapar de sus regazos y se pierden por el espacio lejano para acabar formando nuevas estrellas que iluminarán el cielo de nuestros futuros herederos de Gaya. (El Universo surge de si mismo).
Bueno pues visto lo anterior cuando nuestra sonda, bueno la de Teo que por cierto, he de decir que es todo un genio, ascienda a través de la troposfera irá dejando bajo ella muchos kilos y kilos de gases que dejarán de influir a su alrededor ejerciendo en nuestro barómetro valores cada vez más pequeños y así la presión descenderá cerca del cero al llegar a la estratosfera.
Por otro lado, debéis saber que la temperatura de la atmósfera o su calor es cedida por el planeta Tierra y conforme ascienda, nuestra sonda se alejará de su aliento y de su vaho. Y al acercarse al vacío y solitario espacio entre-mundos registrará temperaturas cada vez más frías llegando a alcanzar los - 60ºC bajo cero, ¡¡¡Qué frío!!!, ¿¿verdad??, un lugar muy inhóspito si lo comparamos con lo bien que estamos aquí.
Para finalizar explicaremos que si conocemos los valores de presión y temperatura a las diferentes alturas podremos calcular a que altura nos encontramos en cada momento, por si el GPS falla. Otra vez aplaudimos al álgebra matemática pues será ella quien nos ayude y nos guíe en este reto que ya le funciona a Teo.

Incremento del volumen del globo con la altura. Explosión final del globo

La atmósfera ejerce una fuerza alrededor del globo que hemos denominado anteriormente cómo presión atmosférica y que cuando llenemos este con el helio a nivel del suelo no tendrá más de unos 3 metros de diámetro pero cómo ya sabéis la presión atmosférica descenderá con la altura y el globo irá aumentando su volumen o tamaño hasta alcanzar unos 10 metros de diámetro o mejor dicho hasta que aguante su elasticidad y explote, pues ya no habrá ninguna fuerza que lo comprima. Este será el momento que marcará el final del viaje y es un punto incierto pues se puede estimar la altura entre 30 a 36 Km de altura dependiendo del tipo de globo y de la cantidad de helio que este albergue pero nunca podremos marcar la meta hasta realizar el experimento.

Teoría cinética de los gases. Formas de transmisión del calor

La cinética o cinemática es la ciencia que estudia el movimiento de un cuerpo solido, líquido o gaseoso en función del tiempo, es decir, estudia hacia donde se dirige y con qué velocidad. En este caso explicaremos la cinética de los gases de una manera sencilla. Estos están formados por átomos sueltos (gases nobles. ejemplo hidrógeno) y otros por moléculas (gases compuestos ejemplo dióxido de carbono) que cómo podéis comprobar si os abanicáis no paran de moverse. Este movimiento entre partículas origina choques y fricciones que a su vez elevan su temperatura. Aquí podéis frotaros las manos durante un rato para comprobar cómo se os calientan ¡¡Espero que ninguno salga ardiendo, no seáis burros!!! Pues lo mismo les sucede a los gases o mejor dicho a los compuestos químico-moleculares que lo forman, se calientan y sus choques son cada vez más energéticos y ocupan cada vez más volumen y más espacio.

Capas de inversión térmica.

Creo que lo que Teo quiere que explique en este apartado es un suceso que a veces ocurre en la atmósfera. Antes hemos comentado que la Tierra calienta la atmósfera a ras del suelo y nuestro globo sonda ira registrando un descenso de esta conforme suba pero a veces la temperatura en vez de bajar empieza a subir esto sucede cuando el suelo empieza a enfriarse muy rápidamente y este a la vez también enfría la atmósfera cercana a él quedando su temperatura más baja que las capas que están por encima de estas. Este fenómeno normalmente va acompañado de efectos no deseados en el clima y en la contaminación, pues el aire no circula hacia arriba si no hacia abajo.

Magnitudes analógicas y digitales. Digitalización.

Los sensores que utilizamos en electrónica siempre son analógicos es decir trabajan entre 0 y normálmente 5 voltios y si por ejemplo estamos midiendo la temperatura dependiendo del valor que mida devuelve un voltaje que está entre 0 y 5 voltios. El fabricante siempre especifica en el datasheet del chip que vayáis a utilizar las especificaciones de cada uno. Una vez que el sensor devuelve una tensión arduino detecta esta por los puertos analógicos y los convierte en un valor digital es decir en un número que oscila entre 0 y 1024. Estos valores son con los que tenemos que trabajar en las funciones programadas en nuestro software para mostrar la temperatura en grados centígrados u otras medidas. El software de arduino que ha diseñado Teo está muy bien documentado y si lo analizáis cuando lo subamos al blog veréis que claro queda.



Medida de presión y temperatura con ARDUINO

Para realizar esta práctica necesitaremos los siguientes materiales:
  • Sensor de presión absoluta MPX 5100. (datasheet)
  • Sensor de temperatura LM 35. (datasheet)
  • Una placa microcontroladora ARDUINO.
  • Unos pocos cables.
  • Una placa de conexión rápida.
  • El software de ARDUINO para el desarrollo de los programas. (ver UD 0).
  • Software de ampliación. (descargar).
  • También puedes descargar los programas para ARDUINO que se explican en esta práctica (aquí), aunque es mejor que sigas los videotutoriales y los escribas por ti mismo.




Materiales necesarios.


Montaje del circuito.


Programación del ARDUINO.



No hay comentarios:

Publicar un comentario