Ejercicios FyQ

 Ejercicios Resueltos de Calor y energía térmica

Cierta planta eléctrica entrega 580 MW de potencia eléctrica. Estima la descarga de calor por segundo, si se supone que la planta tiene una eficiencia del 35 \% .


¿Qué cantidad de calor pasará en 15 minutos a través de una lámina de cobre de 30\ cm^2 de superficie y 5 cm de espesor, si la diferencia de temperatura entre ambas caras es de 50 ^oC?

Dato: K_{\ce{Cu}} = 400\ \frac{W}{m\cdot K}


El ambiente de una caldera está separado de otro por una pared de corcho (\lambda = 10^{-4}\ \textstyle{cal\over cm\cdot ^oC\cdot s}) de 6 cm de espesor y 2.5\ m^2 de superficie. Sabiendo que la diferencia de temperatura entre los ambientes es de 50 ^oC, ¿qué cantidad de calor se ha transferido en 2.5 horas de uno a otro ambiente?


El vidrio de una ventana de un edificio de oficinas mide 1.5 m de ancho por 5 m de largo y tiene un espesor de 1.5 cm. Cuando la superficie exterior está a una temperatura de 30 ^oC la superficie interior está a 20 ^oC. ¿Cuánto calor se transfiere a través del vidrio en una hora?

Dato: K_{\text{vid}} = 1.05\ \textstyle{W\over m\cdot K}


Un recipiente adiabático contiene 1 kg de agua a 25\ ^oC. Se añaden 200 g de hielo a -10\ ^oC y 100 g de vapor de agua a 120\ ^oC al sistema. Suponiendo que no hay pérdidas de calor al entorno, determina la temperatura final de equilibrio del sistema y la cantidad de agua líquida presente en el estado final.

Datos: c_{\text{hielo}} = 2.09\ J\cdot (g\cdot ^oC)^{-1} ; c_{\text{agua}} = 4.18\ J\cdot (g\cdot ^oC)^{-1} ; c_{\text{vapor}} = 1.84\ J\cdot (g\cdot ^oC)^{-1} ; l_f = 334\ J\cdot g^{-1} ; l_v = 2\ 260\ J\cdot g^{-1}


Una máquina térmica con eficiencia de 75 \% trabaja en un ciclo de Carnot. El calor sale de la máquina hacia un sumidero a 85^oF, a razón de 850\ \textstyle{BTU\over min} . Determina la temperatura de la fuente y la potencia de la maquina térmica.


¿Qué tiempo tardarán en pasar 25 kcal por un disco de acero de 10 cm de radio y 1 cm de espesor, si de un lado la temperatura es de 80 ^oC y del otro de 30 ^oC?

Dato: K_{acero} = 79\ \frac{W}{m \cdot K}


Una bomba de calor obtiene calor de un depósito de agua a 41\ ^oF y lo entrega a un sistema de tubería en una casa a 78\ ^oF. La energía necesaria para operar la bomba de calor es aproximadamente el doble de la que se requiere para accionar una bomba de Carnot. ¿Cuánto trabajo mecánico hay que proporcionar a la bomba para que entregue 10^6\ BTU de energía calorífica a la vivienda?


Una cabaña está hecha de cuatro paredes de madera de 3.5 cm de espesor, cada una de las cuales tiene 5 m de largo y 2.5 m de alto. Cada una de las cuatro paredes tiene una ventana de 1 m de ancho por 1 m de largo, con un vidrio de 5 mm de espesor. El techo es plano, del mismo tipo de madera que las paredes. El piso es una loza de cemento de 10 cm de espesor.

a) Si el exterior se halla a 0 ^oC y el interior de la pieza está a 20 ^oC , ¿cuánto calor se pierde por segundo desde la pieza debido a la conducción?

b) Suponga que la pieza se mantiene temperada mediante una estufa a parafina. ¿Cuánto cuesta, en pesos por hora, mantener la pieza caliente, si la combustión de un litro de parafina genera 3 \cdot 10^7\ J y la eficiencia de la estufa es 70 \% ?

Supón que el precio de la parafina es 590 pesos/kg.


Cuáles son las áreas de alta temperatura y de baja temperatura en: a) un motor de combustión interna y b) un motor de vapor. En sentido estricto, ¿son depósitos de calor?


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