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.


Una barra cilíndrica de acero inoxidable (AISI 304) de 10 cm de diámetro y 50 cm de longitud genera calor internamente a una tasa uniforme de 1\ 000\ kW\cdot m^{-3}. La superficie lateral de la barra está perfectamente aislada térmicamente, y sus dos extremos se mantienen a una temperatura constante de 50\ ^oC mediante un sistema de refrigeración. La conductividad térmica del acero inoxidable (AISI 304) a la temperatura de interés es de 15\ W\cdot (m\cdot K)^{-1}.

Determina:

a) La distribución de temperatura a lo largo de la barra en función de la posición axial.

b) La temperatura máxima en la barra y la ubicación donde se produce.

c) El flujo de calor en cada uno de los extremos de la barra.


¿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}


Si se requiere que la fuerza resultante actúe a lo largo del eje «u» positivo y que tenga una magnitud de 5 kN, determina la magnitud requerida de F_B y su dirección \theta.


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?


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