Determinación del rendimiento de un motor de Stirling usando Arduino: una propuesta para la enseñanza de la termodinámica en los cursos introductorios

Abstract

Durante los últimos años la investigación en didáctica de la Física ha destacado el interés que tiene la plataforma Arduino y los sensores asociados a ella en la mejora de la enseñanza. En este trabajo presentamos una propuesta para el estudio de la termodinámica en los cursos introductorios. Hemos construido un motor de Stirling casero con materiales de bajo coste. A partir de un estudio teórico del ciclo termodinámico asociado al motor, proponemos diversas estrategias para medir su rendimiento. A continuación, describimos el montaje experimental, basado en sensores Arduino, que nos permite registrar las medidas necesarias para desarrollar las estrategias propuestas. Los resultados obtenidos ponen de manifiesto el bajo rendimiento de los motores térmicos y las diferencias existentes entre los ciclos teóricos y los experimentales.

During the last few years, research in physics education has highlighted the interest of the Arduino platform and its associated sensors in improving teaching. In this paper we present a proposal for the study of thermodynamics in introductory courses. We have built a home-made Stirling engine with low-cost materials. From a theoretical study of the thermodynamic cycle associated to the engine, we propose several strategies to measure its efficiency. Next, we describe the experimental setup, based on Arduino sensors, that allows us to record the necessary measurements to develop the proposed strategies. The results obtained show the low efficiency of thermal engines and the differences between the theoretical and experimental thermodynamic cycles.