Cañón Casero

CAÑON DE COMBUSTION

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POR:
SANTIAGO JIMENEZ AGUDELO
JUAN FERNANDO CAMPUZANO
JUAN CAMILO LONDOÑO MONTOYA
MAURICIO LONDOÑO MONTOYA
FELIPE RESTREPO FREHYDELL

TERMODINAMICA

PROFESOR:
CARLOS EDUARDO SIERRA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
SEDE MEDELLIN
ABRIL 2012

En este ensayo describiremos el cañón de combustión que utilizamos para nuestro experimento de termodinámica ymostraremos brevemente cuáles fueron nuestras consideraciones para el análisis del sistema y la determinación del trabajo realizado, y el cambio en su energía interna, buscando claramente encontrar su comportamiento según la primera ley de la termodinámica.
Lo que buscamos al realizar este experimento es conocer cómo podemos aprovechar las propiedades termodinámicas de diferentes gases para lageneración de energía y como aprovechar esta energía en otros propósitos, en este caso, el disparo de un proyectil.

Sabemos que los cañones han sido utilizados desde tiempos lejanos a nuestra época y hasta hoy en día como instrumentos principalmente bélicos, y su funcionamiento se basa en aprovechar la expansión de los gases en la cámara de combustión después de activar sustancias que permitan estareacción como la pólvora o en nuestro caso los hidrocarburos, y con la fuerza que se genera por la reacción, hacer llegar un proyectil hasta un objetivo definido.
En este trabajo, analizaremos que sucede en un cañón de combustión de hidrocarburos con un proyectil de peso medio.
Nuestro proyecto es entonces un cañón de combustión fabricado con tubos de PVC el cual tiene 5 pies de largo en total,un calibre de 1,5 pulgadas y una cámara de combustión de 2 pies de largo por 3 pulgadas de diámetro.
Nuestro sistema es el cañón en donde la frontera son los tubos de PVC los cuales no se expanden y por lo tanto el sistema es rígido excepto en el punto donde se ubica el proyectil ya que al permitir ser desplazado, es el único punto de la frontera que podemos denominar como flexible
El cañónfunciona al introducir una pequeña mezcla de butano y propano (50 % de la mezcla cada uno) al interior de la cámara, y al activar una chispa en el interior, se introduce la energía de activación que permite que estos gases reaccionen con el oxígeno del aire adentro de la cámara de combustión, esta reacción genera calor, el cual produce un incremento en la temperatura interna del gas (aire) y estagenera un cambio de presión que por último causa una expansión en el gas empujando el proyectil por fuera del cañón a una distancia de unos 75 a 90 metros
Para hacer los cálculos de nuestro trabajo, consideramos que al aire como gas ideal, tomamos los datos de temperatura de ignición de los propelentes de otra fuente, dado que no tenemos los elementos necesarios para medirla, y no consideramos lafricción en la pared del cañón como algo significativo.
Primero calculamos el calor despedido por la reacción de ignición de los propelentes, basándonos en las ecuaciones dadas en el escrito sobre combustión citado al final. Encontramos entonces que el calor expedido en la reacción es aproximadamente 37.6 J.
Después de esto investigamos la temperatura alcanzada en la reacción de ignición de losgases propelentes, en el Curso de gases y con esto pudimos encontrar cual fue el cambio de presión en el sistema asumiendo que todo el proceso es tan rápido que se presentaba una condición de temperatura constante durante la expansión del aire.
Nuestras condiciones iniciales fueron, además del volumen determinado por la cámara de combustión del cañón, las condiciones atmosféricas estándares.Teniendo en cuenta entonces el cambio de presión y la temperatura a la que ocurre la reacción, llegamos al resultado del trabajo realizado por el sistema en la expansión que se genera a causa del cambio de presión en la cámara, llegando solo al cambio de volumen desde el punto donde se encuentra el proyectil al principio ( al borde de la cámara de combustión) y el momento en que sale del cañón, ya...