Question

Una masa de 15 Kg. De aire en un dispositivo de cilindro émbolo se calienta de 25°c hasta 77°c al pasar corriente por un calefactor eléctrico dentro del cilindro, la presión dentro de éste se mantiene constante en 300 Kpa durante el proceso y ocurre una pérdida d calor de 60 KS. Determine la energía eléctrica suministrada en KW-hora.

Answer 1

Datos

m = 15Kg
ΔT = 77 - 25 = 52°C
P = 300 KPa = cte.
Qr = 60 KJ (calor rechazado).

Y me preguntan por la energía de entrada al sistema. Necesitarás el calor específico del aire a la temperatura promedio del sistema:

T = (T₁ + T₂)/2 ≈ 325 K

Yo recurrí a tablas del aire con Cp a distintas temperaturas:
$C_{p}=1.006 \frac{KJ}{KgK}$

Ahora calculas el calor absorbido por el aire:

$Q_{a} = m_{} C_{p} ( T_{f}- T_{0})$

$Q_{a}= (15)(1006)(52)=784680J$

Ahora aplicas la conservación de energía considerando que el aire está en un sistema cerrado:

$W_{elec}= Q_{a}+ Q_{r}$

El trabajo eléctrico es el trabajo para calentar el aire, y el que va a ser rechazado por la segunda ley de la termodinámica (no puedo aprovechar la energía de entrada al 100% en ningún sistema).

$W_{elec} =784680+60000=846680J$

Cambiamos de unidades:

$846680J* \frac{1KW*h}{3.6* 10^{6}J } =0.23KWh$

Saludos.