Mecatronica: Calorimetria

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Como calcular el calor generado por un horno electrico

Ley de joule

El roce del flujo de cargas eléctricas (electrones libres) con los atomos produce un calentamiento del material conductor de dicho flujo. Por ello, todos los materiales conductores, al ser atravesados por una corriente electrica, se calientan.

A este fenómeno se lo conoce como el efecto joule, nombrado asi en honor del fisico ingles James Joule, que fue quien lo investigo y enuncio de la siguiente forma:

La cantidad de calor producida por el paso de la corriente electrica a traves de cierto material depende de tres factores: la intensidad de corriente, la resistencia del material y el tiempo durante el cual esta pasando dicha corriente.

La expresión matemática de la ley de joule es la siguiente:

Donde:

H es la cantidad de calor generado, expresada en calorias

I es la intensidad de corriente electrica, en amperios

R es la resistencia en hmios

t es el tiempo expresado en segundos

Ejemplo de el calculo de calor desprendido por un horno electrico

El ejemplo es aplicable a cualquier tipo de resistencia eléctrica, mientras tengas o puedas medir el valor de su resistencia.

Como fabricar un calentador electrico

Como funciona un calentador eléctrico

Cuando la corriente eléctrica circula por un conductor, el hilo de cobre, su temperatura aumenta proporcionalmente a la resistencia que ofrece el conductor y al cuadrado de la intensidad de la corriente. Es el efecto de Joule y en él se basan las bombillas incandescentes y los fusibles. Cuanto mayor es la resistencia que presenta un conductor al paso de la corriente, mayor será su calentamiento. El cable puede hacerse muy resistente y partirse.Ahora, aprovechando que tenemos una sierra eléctrica, vamos a ver los dos tipos de circuitos que se pueden conectar. Hay dos formas básicas: en serie y en paralelo.
Se conoce como efecto Joule al fenómeno por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo

En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es, precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.

Como calcular la resistencia electrica para un calentador

Primero partimospor calcular la cantidad de energia calorifica que deseamos generar con nuestra resistencia electrica para esto usamos la siguiente formula:

Q = c • m • Δt
Como todo lo que se refiere en calculos de calor debemos partir por saber cuanta energia calorifica necesitamos para calentar nuestro objetivo para esto tenemos la siguiente formula:

Donde:
Q= calor en calorias
c= calor especifico segun sustancia
Δt= diferencia de temperatura

Teniendo el valor Q, este resultado que es obtenido en calorías lo transformamos a joules con el siguiente dato 1 caloria= 4.184 joules, este dato introducimos en la siguiente formula:

De donde debemos despejar I que es la corriente necesaria.
Con el dato de la corriente y la ley de ohm sabiendo o conociendo el voltaje despejamos la resistencia de nuestro calentador:

R=V/I

Donde:
R= resistencia ohmios
V= voltaje voltios
I= corriente amperios
Conociendo el valor de la resistencia necesaria para calentar nuestro objetivo, procedemos a fabricar nuestro calentador eléctrico.
Para esto partiremos que que las resistencias se realizan de alambre de níquel debido a sus propiedades optimas en la aplicación de calentadores, este alambre se envuelve sobre un material no conductivo resistente a altas temperaturas como ser las placas de vaquelita.
La resistencia de el níquel dependerá de la longitud y diámetro de el alambre a utilizar, cuando compres el alambre el dato estará en la etiqueta de el material solo debes calcular la longitud en función de la resistencia necesaria(calculada) y envolver sobre la vaquelita, esto seria todo lo necesario para fabricar un calentador eléctrico.