fisica proyecto2 carro

ESCUELA POLITECNICA DEL EJRCITO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA VIDA CARRERA DE BIOTECNOLOGA PROYECTO INTEGRADOR DE FSICA TEMA: CARRO A LUZ SOLAR INTEGRANTES: Mara Jos LlamucaPatricia Guevara Anita Regalado

NIVELACIN A FECHA: 08/06/2009

CARRO A LUZ SOLAROBJETIVOS GENERALES 1. Aprovechar la energa solar para el desplazamiento de un carrito. 2. Demostrar el movimiento rectilneo Uniformemente variado de acuerdo con la energa que nos proporcione el Sol. 3. Explicar mediante formulas la relacin que guarda este experimento con la fsica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS y y y y Concientizar a las personas que la nica energa que existe no es la elctrica, hay muchas otras ms. Realizar el carro y comprobar el funcionamiento del mismo Determinar por las frmulas de Dinmica el movimiento que posee. Obtener datos de los parmetros que intervienen en el movimiento rectilneo uniformemente variado

CARRO A LUZ SOLAR INTRODUCCIN El diseo a implementar en un carro elctrico es para disminuir el grado de concentracin de bixido de carbono y otros gases que se producen por medio de la combustin interna de un motor de energa fsil. Ya que el carro elctrico se alimenta de corriente directa que es producida en centrales elctricas que necesitan de energa fsil (petrleo) para poder funcionar. En nuestro caso utilizaremos energas alternas como es la energa solar que es la que produce todas las energas. Todas las fuentes de energa dependen del sol directa o indirectamente. La energa solar nos da 1000W / m2 o 100W / cm2 a 28 C, y una velocidad de viento de un metro por segundo las doce horas del da sin nubes.

MARCO TERICO

ENERGIA SOLAR El Sol, fuente de vida y origen de las dems formas de energa que el hombre ha utilizado desde los albores de la historia, puede satisfacer todas nuestras necesidades, si aprendemos cmo aprovechar de forma racional la luz que continuamente derrama sobre el planeta. Ha brillado en el cielo desde hace unos cinco mil millones de aos, y se calcula que todava no ha llegado ni a la mitad de su existencia. Durante el presente ao, el Sol arrojar sobre la Tierra cuatro mil veces ms energa que la que vamos a consumir.

Qu se puede obtener con la energa solar?Bsicamente, recogiendo de forma adecuada la radiacin solar, podemos obtener calor y electricidad. El calor se logra mediante los captadores o colectores trmicos, y la electricidad, a travs de los llamados mdulos fotovoltaicos. Ambos procesos nada tienen que ver entre s, ni en cuanto a su tecnologa ni en su aplicacin. Hablemos primero de los sistemas de aprovechamiento trmico. El calor recogido en los colectores puede destinarse a satisfacer numerosas necesidades. Por ejemplo, se puede obtener agua caliente para consumo domstico o industrial, o bien para dar calefaccin a nuestros hogares, hoteles, colegios, fbricas, etc. Incluso podemos climatizar las piscinas y permitir el bao durante gran parte del ao. Tambin, y aunque pueda parecer extrao, otra de las ms prometedoras aplicaciones del calor solar ser la refrigeracin durante las pocas clidas .precisamente cuando ms soleamiento hay. En efecto, para obtener fro hace falta disponer de una fuente clida, la cual puede perfectamente tener su origen en unos colectores solares instalados en el tejado o azotea. En los pases rabes ya funcionan a pleno rendimiento acondicionadores de aire que utilizan eficazmente la energa solar. Las aplicaciones agrcolas son muy amplias. Con invernaderos solares pueden obtenerse mayores y ms tempranas cosechas; los secaderos agrcolas consumen mucha menos energa si se combinan con un sistema solar, y, por citar otro ejemplo, pueden funcionar plantas de purificacin o desalinizacin de aguas sin consumir ningn tipo de combustible.

Principios tericos de funcionamiento. Explicacin simplificada1. Algunos de los fotones, que provienen de la radiacin solar, impactan sobre la primera superficie del panel, penetrando en este y siendo absorbidos por materiales semiconductores, tales como el silicio o el arseniuro de galio.

2. Los electrones, subpartculas atmicas que forman parte del exterior de los tomos, y que se alojan en orbitales de energa cuantizada, son golpeados por los fotones (interaccionan) liberndose de los tomos a los que estaban originalmente confinados. Esto les permite, posteriormente, circular a travs del material y producir electricidad. Las cargas positivas complementarias que se crean en los tomos que pierden los electrones, (parecidas a burbujas de carga positiva) se denominan huecos y fluyen en el sentido opuesto al de los electrones, en el panel solar. Se ha de comentar que, as como el flujo de electrones corresponde a cargas reales, es decir, cargas que estn asociadas a desplazamiento real de masa, los huecos, en realidad, son cargas que se pueden considerar virtuales puesto que no implican desplazamiento de masa real.

Representacin de la diferencia de potencial, o voltaje de corriente con respecto al tiempo en corriente continua Un conjunto de paneles solares transforman la energa solar (energa en forma de radiacin y que depende de la frecuencia de los fotones) en una determinada cantidad de corriente continua, tambin denominada DC (acrnimo del ingls Direct Current y que corresponde a un tipo de corriente elctrica que se describe como un movimiento de cargas en una direccin y un slo sentido, a travs de un circuito. Los electrones se mueven de los potenciales ms bajos a los ms altos). Opcionalmente: 1. La corriente continua se lleva a un circuito electrnico conversor (inverter) que transforma la corriente continua en corriente alterna, (AC) (tipo de corriente

disponible en el suministro elctrico de cualquier hogar) de 120 o 240 voltios. 2. La potencia de AC entra en el panel elctrico de la casa. 3. La electricidad generada se distribuye, casi siempre, a la lnea de distribucin de los dispositivos de iluminacin de la casa, ya que estos no consumen excesiva energa, y son los adecuados para que funcionen correctamente con la corriente generada por el panel. 4. La electricidad que no se usa se puede enrutar y usar en otras instalaciones.

Fotogeneracin de portadores de cargaCuando un fotn llega a una pieza de silicio, pueden ocurrir tres acontecimientos: 1. El fotn puede pasar a travs del material de silicio sin producir ningn efecto, esto ocurre, generalmente para fotones de baja energa. 2. Los fotones pueden ser reflejados al llegar a la superficie del panel, y son expulsados de este. 3. El fotn es absorbido por el silicio, en cuyo caso puede ocurrir: o Generar calor o Producir pares de electrones-huecos, si la energa del fotn incidente es ms alta que la mnima necesaria para que los electrones liberados lleguen a la banda conduccin. Ntese que si un fotn tiene un nmero entero de veces el salto de energa para que el electrn llegue a la banda de conduccin, podra crear ms de un nico par electrnhueco. No obstante, este efecto no es significativo, de manera usual, en las clulas solares. Este fenmeno, de mltiplos enteros, es explicable mediante la mecnica cuntica y la cuantizacin de la energa. Cuando se absorbe un fotn, la energa de este se comunica a un electrn de la red cristalina. Usualmente, este electrn est en la banda de valencia, y est fuertemente vinculado en enlaces covalentes que se forman entre los tomos colindantes. El conjunto total de los enlaces covalentes que forman la red cristalina da lugar a lo que se llama la banda de valencia. Los electrones pertenecientes a esa banda son incapaces de moverse ms all de los confines de la banda, a no ser que se les proporcione energa, y adems energa determinada. La energa que el fotn le proporciona es capaz de excitarlo y promocionarlo a la banda de conduccin, que est vaca y donde puede moverse con relativa libertad, usando esa banda, para desplazarse, a travs del interior del semiconductor. El enlace covalente del cual formaba parte el electrn, tiene ahora un electrn menos. Esto se conoce como hueco. La presencia de un enlace covalente perdido permite a los electrones vecinos moverse hacia el interior de ese hueco, que producir un nuevo hueco al desplazarse el electrn de al lado, y de esta manera, y por un efecto de traslaciones

sucesivas, un hueco puede desplazarse a travs de la red cristalina. As pues, se puede afirmar que los fotones absorbidos por el semiconductor crean pares mviles de electrones-huecos. Un fotn solo necesita tener una energa ms alta que la necesaria para llegar a los huecos vacos de la banda de conduccin del silicio, y as poder excitar un electrn de la banda de valencia original a dicha banda. El espectro de frecuencia solar es muy parecido al espectro del cuerpo negro cuando este se calienta a la temperatura de 6000K y, por tanto, gran cantidad de la radiacin que llega a la Tierra est compuesta por fotones con energas ms altas que la necesaria para llegar a los huecos de la banda de conduccin. Ese excedente de energa que muestran los fotones, y mucho mayor de la necesaria para la promocin de electrones a la banda de conduccin, ser absorbida por la clula solar y se manifestar en un apreciable calor (dispersado mediante vibraciones de la red, denominadas fonones) en lugar de energa elctrica utilizable.

Generacin de corriente en un placa convencional

Esquema elctrico. Los mdulos fotovoltaicos funcionan, como se ha dejado entrever en el anterior apartado, por el efecto fotoelctrico. Cada clula fotovoltaica est compuesta de, al menos, dos delgadas lminas de silicio. Una dopada con elementos con menos electrones de valencia que el silicio, denominada P y otra con elementos con ms electrones que los tomos de silicio, denominada N. Ambas estn separadas por un semiconductor. Aquellos fotones procedentes de la fuente luminosa, que presentan energa adecuada, inciden sobre la superficie de la capa P, y al interaccionar con el material liberan

electrones de los tomos de silicio los cuales, en movimiento, atraviesan la capa de semiconductor, pero no pueden volver. La capa N adquiere una diferencia de potencial respecto a la P. Si se conectan unos conductores elctricos a ambas capas y estos, a su vez, se unen a un dispositivo o elemento elctrico consumidor de energa que, usualmente y de forma genrica se denomina carga, se iniciar una corriente elctrica continua.

Este tipo de paneles producen electricidad en corriente continua y aunque su efectividad depende tanto de su orientacin hacia el sol como de su inclinacin con respecto a la horizontal, se suelen montar instalaciones de paneles con orientacin e inclinacin fija, por ahorros en mantenimiento. Tanto la inclinacin como la orientacin, al sur, se fija dependiendo de la latitud y tratando de optimizarla al mximo usando las recomendaciones de la norma ISO correspondiente. Panel fotovoltaico Silicio cristalino y Arseniuro de galio son la eleccin tpica de materiales para celdas solares. Los cristales de Arseniuro de galio son creados especialmente para uso fotovoltaico, mientras que los cristales de Silicio estn disponibles en lingotes estndar ms baratos producidos principalmente para el consumo de la industria microelectrnica. El Silicio policristalino tiene una menor eficacia de conversin pero tambin menor coste. Cuando es expuesto a luz solar directa, una celda de Silicio de 6cm de dimetro puede producir una corriente de alrededor 0,5 amperios a 0,5 voltios (equivalente a un promedio de 90 W/m, en un rango de usualmente 50-150 W/m, dependiendo del brillo solar y la eficacia de la celda). El Arseniuro de Galio es ms eficaz que el Silicio, pero tambin ms costoso.

Fabricacin de paneles convencionalesGeneralmente se elaboran de silicio, el elemento que es el principal componente de la slice, el material de la arena. Actualmente, la produccin mundial de clulas fotovoltaicas se concentra en Japn (48%), Europa (27%) y EEUU (11%). El consumo de silicio en 2004 destinado a aplicaciones

fotovoltaicas ascendi a 13.000 toneladas. En Espaa las principales empresas instaladoras de paneles fotovoltaicos son T-Solar, Fotowatio, Renovalia y Solaria.

Eficiencia en la conversin de energaLa eficiencia de una clula solar ( , "eta"), es el porcentaje de potencia convertida en energa elctrica de la luz solar total absorbida por un panel, cuando una clula solar est conectada a un circuito elctrico. Este trmino se calcula usando la relacin del punto de potencia mxima, Pm, dividido entre la luz que llega a la celda irradiancia (E, en W/m), bajo condiciones estndar (STC) y el rea superficial de la clula solar (Ac en m).

La STC especifica una temperatura de 25 C y una irradiancia de 1000 W/m con una masa de aire espectral de 1,5 (AM 1,5). Esto corresponde a la irradiacin y espectro de la luz solar incidente en un da claro sobre una superficie solar inclinada con respecto al sol con un ngulo de 41,81 sobre la horizontal. Esta condicin representa, aproximadamente, la posicin del sol de medioda en los equinoccios de primavera y otoo en los estados continentales de los EEUU con una superficie orientada directamente al sol. De esta manera, bajo estas condiciones una clula solar tpica de 100 cm2, y de una eficiencia del 12%, aproximadamente, se espera que pueda llegar a producir una potencia de 1,2 vatios.

DESARROLLO MATERIALES y y y y y Carro de juguete Cables Motor Panel solar Liga

PROCEDIMIENTO

1. Desarmar el carro, para colocar un motor especial que funciona conectado al Panel solar.

2. Se realiza la unin respectiva de los cables para el funcionamiento del carro. 3. Se coloca una liga entre el motor y las llantas traseras del mismo para el funcionamiento, o movimiento. 4. El Panel solar debe ir arriba y en direccin a la luz solar para que este proporcione la debida energa.GRFICOS:

CONCLUSIONES:1.-Si se puede utilizar de manera adecuada la energa solar no solo para el movimiento de un carro, sino para muchas otras actividades. 2.-La fsica si es aplicable a toda actividad que queramos hacer mientras exista movimiento ya que en la naturaleza se presenta diferentes movimientos los cuales pueden ser comprobables con las frmulas. 3.- Hemos visto que si existe movimiento rectilneo uniformemente variado de acuerdo con la energa solar que el sol proporcione en ciertos momentos ya que esta varia constantemente. RECOMENDACIONES: 1.- Colocar el carro directamente a la luz solar, para que exista el movimiento. 2.- Tener precaucin con los cables del panel y del motor para que estos no se desuelden. 3.- colocar un belcro para colocar en una buena posicin el panel para que este pueda moverse.