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Solución del ejemplo n° 11 de calor. Problema resuelto.Ejemplo, cómo calcular la cantidad de calor y el costo de una resistencia
Ejemplo n° 11 de fuentes de energía
Ejemplo n° 11
Se tiene una resistencia eléctrica a la cual se le han medido las siguientes características:
U = 220 V
I = 1,75 A
cos φ = 0,95
Desarrollo
Datos:
U = 220 V
I = 1,75 A
cos φ = 0,95
V = 500 cm³
T = 120 s
Valor kW·h = $0,15
Fórmulas:
P = U·I·cos φ
E = P/t
Q = m·ce·Δt
H = A·λ·Δt/e
Solución
¿Qué Δt producirá esta resistencia eléctrica cuando calienta 500 cm³ de agua durante 120 segundos.
P = 220 v·1,75 A·0,95 ⇒ P = 365,75 W
E = P/t
E = 365,75 W·120 s·1 h/3.600 s
E = 12,192 W·h
Sabiendo que 860 kcal = 1 kW
E = 12,192 W·h·(860 kcal/1 kW)·(1 kW/1.000 W)
E = 10,485 kcal
Δt = Q/m·ce
Δt = 10,485 kcal/[(0,5 kg)·(1 kcal/kg·°C)]
Δt = 20,97 °C
Hallar el costo:
Costo = Valor (kW·h)·E
Costo = (0,15 $/kW·h)/0,012192 kW·h
Costo = $ 0,0018
Hallar la temperatura final para (a) 45 min y (b) 20 min.
H = A·λ·Δt/e
H = (0,055603 m²/0,00952 m)·(0,03 cal/m²·h·°C)·52 °C
H = 7,97 kcal/h
a.
H1 = (7,97 kcal/h)·0,75 h
H1 = 5,98 kcal
Δt1 = H1/m·ce
Δt1 = (5,98 kcal)/[(0,5 kg)·(1 kcal/kg·°C)]
Δt1 = 11,96 °C
Resultado, la temperatura final para 45 min es:
t1 = 60,04 °C
b.
H2 = (7,97 kcal/h)·0,33 h
H2 = 2,63 kcal
Δt2 = H2/m·ce
Δt2 = (2,63 kcal)/[(0,5 kg)·(1 kcal/kg·°C)]
Δt2 = 5,26 °C
Resultado, la temperatura final para 20 min es:
t2 = 66,74 °C
Hallar la temperatura final para: c) 10 min; d) 30 min; e) 40 min; f) 50 min y g) 60 min, y luego graficar la temperatura en función del tiempo.
c.
H3 = (7,97 kcal/h)·0,17 h
H3 = 1,35 kcal
Δt3 = H3/m·ce
Δt3 = (1,35 kcal)/[(0,5 kg)·(1 kcal/kg·°C)]
Δt3 = 2,71 °C
Resultado, la temperatura final para 10 min es:
t3 = 67,29 °C
d.
H4 = (7,97 kcal/h)·0,50 h
H4 = 3,99 kcal
Δt4 = H4/m·ce
Δt4 = (3,99 kcal)/[(0,5 kg)·(1 kcal/kg·°C)]
Δt4 = 7,98 °C
Resultado, la temperatura final para 30 min es:
t4 = 62,02 °C
e.
H5 = (7,97 kcal/h)·0,66 h
H5 = 5,31 kcal
Δt5 = H5/m·ce
Δt5 = (5,31 kcal)/[(0,5 kg)·(1 kcal/kg·°C)]
Δt5 = 10,62 °C
Resultado, la temperatura final para 40 min es:
t5 = 59,38 °C
f.
H6 = (7,97 kcal/h)·0,83 h
H6 = 6,64 kcal
Δt6 = H6/m·ce
Δt6 = (6,64 kcal)/[(0,5 kg)·(1 kcal/kg·°C)]
Δt6 = 13,28 °C
Resultado, la temperatura final para 50 min es:
t6 = 56,72 °C
g.
H7 = (7,97 kcal/h)·1 h
H7 = 7,97 kcal
Δt7 = H7/m·ce
Δt7 = (7,97 kcal)/[(0,5 kg)·(1 kcal/kg·°C)]
Δt7 = 15,94 °C
Resultado, la temperatura final para 60 min es:
t7 = 54,06 °C
Gráfico de la temperatura en función del tiempo
Autor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)
San Martín. Buenos Aires. Argentina.
Ejemplo n° 11 de fuentes de energía por Ricardo Santiago Netto se distribuye bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional.
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