🎬 Ejemplos de Simuladores

De la Termodinámica al Código: Casos Prácticos

Tema: Primera Ley de la Termodinámica (Lista Aquí)

Curso completo: Termodinámica (Aquí)

📌 Caso 1: Balance de Energía en Mezcla de Fluidos

Ver el siguiente video sobre la resolución de un problema de Termodinámica: Encontrar la temperatura final al mezclar dos líquidos con adición de calor:

📝 Datos del Problema

Fluido 1: 200 ml a 30°C
Fluido 2: 600 ml a 80°C
Calor añadido (Q): 10 kcal (Positivo)

⚖️ Primera Ley Aplicada

Se asume sistema cerrado sin cambios en energía cinética o potencial

Se determina el modelo matemático que explica el comportamiento del sistema

Ecuación de Diseño para el Simulador:

Ejemplo de aplicación y simulación en Colab.

A continuación se presenta la implementación del modelo matemático para generar un simulador en Google Colab:

Haz click aquí para ver el Código del simulador.

Tras realizar el despeje algebraico de la ecuación de balance de energía, se determina que la temperatura de equilibrio (T3) es exactamente 80°C. Este resultado es físicamente coherente debido a que las 10 kilocalorías añadidas al sistema compensan de forma precisa la energía necesaria para elevar la temperatura de la masa de agua fría.

En este escenario, el sistema alcanza un estado estacionario donde la ganancia de calor externo iguala el requerimiento térmico de la mezcla para estabilizarse en el punto de mayor temperatura inicial. Este modelo sirve como base fundamental para la programación del simulador, donde el usuario podrá modificar variables como el calor añadido o las masas iniciales para observar dinámicamente cómo se desplaza el punto de equilibrio térmico.

Utilidad de los Simuladores en la Enseñanza de Ingeniería

La implementación de simuladores digitales transforma el aprendizaje pasivo en una experiencia de experimentación activa. Su utilidad radica en tres ejes fundamentales:

Visualización de lo invisible: Permiten observar fenómenos abstractos (como flujos de calor o cambios entálpicos) de manera gráfica y dinámica, facilitando la comprensión de conceptos teóricos complejos.
Laboratorio de bajo costo y riesgo: Los estudiantes pueden probar escenarios extremos, fallar y corregir sin comprometer equipos físicos ni seguridad personal, eliminando las barreras logísticas del laboratorio tradicional.
Desarrollo de pensamiento algorítmico: Al construir el simulador, el alumno integra la física, la matemática y la programación, desarrollando la capacidad de modelado predictivo, una competencia crítica en la ingeniería moderna.

En esencia, el simulador actúa como un puente entre la teoría del libro y la realidad técnica, permitiendo que el estudiante desarrolle una "intuición ingenieril" basada en datos antes de enfrentarse a sistemas físicos reales.