Supongamos que tienes un calentador eléctrico en tu casa con capacidad de 110 litros de agua que funciona con una corriente de 20 A para 140 V. El calentador puede calentar el agua desde 15 °C a 50 °C en 1 hora 36 minutos. Supongamos que tu familia está compuesta por cuatro personas y usa aproximadamente 220 litros de agua caliente para bañarse para bañarse a diario, con un costo de $2.80 por kilovatio/hora.
1.1. ¿Cuál es la potencia eléctrica del calentador en kW
1.2. ¿Cuál es la energía que gasta el calentador en media hora (escribe el resultado en kW∙h)?
Considera que la potencia es la energía utilizada por unidad de tiempo, es decir P =E/t ; donde, si la potencia se mide en kW y el tiempo en horas, entonces la energía se medirá en kW∙ h.
1.3. Grafica el resultado de la energía que gasta el calentador y explícala.
1.4. Con el resultado del gasto de energía obtenido, calcula el costo que paga tu familia diariamente por bañarse, considerando que gastan 220 litros de agua; para ello:
1.4.1. Calcula el costo de usar la cantidad de agua que se calienta en media hora (la capacidad máxima del calentador). Anota el resultado.
1.4.2. Calcula cuánto pagan por 220 litros de agua caliente.
1.5. Si la resistencia del calentador se averiara, ¿qué valor deberá tener la resistencia para que funcione con una capacidad de 220 litros?
Ahora, supongamos que tienes un calentador eléctrico con forma de cilindro circular recto, con un radio de 26.5 cm y un alto de 50 cm, que cuenta con capacidad de 110 litros de agua.
2.1. Calcula la presión hidrostática en el fondo del calentador eléctrico cuando éste se encuentra lleno de agua. Anota tu resultado en kPa.
2.2. El regulador de temperatura del calentador de agua dejó de funcionar, por lo que el agua en el interior de éste se evaporó totalmente, lo que provocó que el calentador se llene de vapor. El calentador contenía agua líquida hasta la mitad, antes de que comenzara a funcionar. Entonces ¿cuál será la densidad del vapor al interior del calentador? Considera que 1 litro de agua tiene masa igual a 1 kg.
Analiza y responde:
3.1 ¿Qué ley se aplica en el funcionamiento del calentador y por qué?
3.2 ¿Qué ley se aplicó para reparar el calentador y por qué?
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
Explicación:
Supongamos que tienes un calentador eléctrico en tu casa con capacidad de 110 litros de agua que funciona con una corriente de 20 A para 140 V. El calentador puede calentar el agua desde 15 °C a 50 °C en 1 hora 36 minutos. Supongamos que tu familia está compuesta por cuatro personas y usa aproximadamente 220 litros de agua caliente para bañarse para bañarse a diario, con un costo de $2.80 por kilovatio/hora.
1.1. ¿Cuál es la potencia eléctrica del calentador en kW
P = V x I
P = 140 V x 20 A
P = 2800 w / 1000 = 2.8 KW
1.2. ¿Cuál es la energía que gasta el calentador en media hora (escribe el resultado en kW∙h)?. Considera que la potencia es la energía utilizada por unidad de tiempo, es decir P =E/t ; donde, si la potencia se mide en kW y el tiempo en horas, entonces la energía se medirá en kW∙ h.
1 h = 60 min
36 min = 0.6 h
t = 0.5 h
P = 2800 / 1000 = 2.8 KW
E = P x t
E = 2.800 KW x 0.5
E = 1.4 KWh
1.4.1. Calcula el costo de usar la cantidad de agua que se calienta en media hora (la capacidad máxima del calentador).
C = Pv x E
Pv = $ 2.8 KW/h
C1 = 2.8 x 1.4
C1 = 3.92 $
1.4.2. Calcula cuánto pagan por 220 litros de agua caliente.
C2 = 2 x C1
C2 = 2 x 3.92
C2 = 7.84 $
1.5. Si la resistencia del calentador se averiara, ¿qué valor deberá tener la resistencia para que funcione con una capacidad de 220 litros?
R = V / I
R = 140 V / 20 A
R = 7 Ω
como la capacidad de 110 Litros y se consumen 220 litros se multiplica por 2
R = 14 Ω
Ahora, supongamos que tienes un calentador eléctrico con forma de cilindro circular recto, con un radio de 26.5 cm y un alto de 50 cm, que cuenta con capacidad de 110 litros de agua.
2.1. Calcula la presión hidrostática en el fondo del calentador eléctrico cuando éste se encuentra lleno de agua. Anota tu resultado en kPa.
P = d x g x h
d = 1000 kg/m³
g = 9.81 m/s²
h = 50 cm = 0.5 m
Sustituyendo:
P = 100O x 9.81 x0.5
P = 4905 Pa
P = 4.905 KPa
2.2. El regulador de temperatura del calentador de agua dejó de funcionar, por lo que el agua en el interior de éste se evaporó totalmente, lo que provocó que el calentador se llene de vapor. El calentador contenía agua líquida hasta la mitad, antes de que comenzara a funcionar. Entonces ¿cuál será la densidad del vapor al interior del calentador? Considera que 1 litro de agua tiene masa igual a 1 kg.
d = m/V
m = 55 kg
V = 110 L = 0.11 m³
d = 55 Kg /0.11 m³
d = 500 kg/m³
Analiza y responde:
3.1 ¿Qué ley se aplica en el funcionamiento del calentador y por qué? Primera ley de la termodinámica
3.2 ¿Qué ley se aplicó para reparar el calentador y por qué?
La ley que se aplicó para reparar el calentador es la ley de ohm, se debe calcular el nuevo valor de la resistencia.
Se aplican las Leyes de Ohm, La ley de Joule y ley de Watt.
El planteamiento del problema está relacionado con la intensidad de la corriente eléctrica y la trasformación de energía en base al calor aplicado y al empuje establecidos en la ley de Joule, la cantidad de energía que se produce de acuerdo al tiempo y potencia del calor liberado en el proceso de calentamiento contenido en la ley de watt; se pide que trabaje sobre la corriente, el voltaje de la resistencia de un aparato generador de energía expuesto en la ley de ohm.