Problemas de equilibrio termodinamico

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  • Publicado : 15 de julio de 2010
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Problema n° 1) ¿Qué trabajo se podrá realizar mediante el calor producido por la combustión completa de 1000 kg de carbón que producen 9000 kcal, suponiendo que ha sido aprovechado totalmente?.
Desarrollo
Datos:
Q = 9000 kcal = 9000000 cal
1 cal  4,184 J
9000000 cal  E = 4,184 J.9000000 cal/1 cal
E = 37.656.000 J

Problema n° 2) ¿Qué cantidad de calor será necesaria para producir untrabajo ideal de 0,25 kW.h?.
Datos:
L = 0,25 kW.h = 250 W.h
1 W.h  3600 J
250 W.h  E = 3600 J.250 W.h/1 W.h
E = 900000 J

1 J  0,239 cal
900000 J  E = 0,239 cal.900000 J/1 J
E = 215105 cal
Problema n° 3) Una estufa produce 1800 kcal/h, si el kW.h cuesta $ 2,5, se desea saber cuál es el gasto que produce.
Datos:
P = 1800 kcal/h = 1800000 cal/h
Precio = 2,5 $/kW.h
Calculamos todo parauna hora.
1 cal  4,184 J
1800000 cal  P = (4,184 J).(1800000 cal)/(1 cal)
P = 7531200 J

1 J  0,0002778 W.h
7531200 J  P = (0,0002778 W.h).(7531200 J)/(1 J)
P = 2092 W.h = 2,092 kW.h

1 kW.h  2,5 $
2,092 kW.h  Costo = (2,092 kW.h).(2,5 $)/(1 kW.h)
Costo = $ 5,23 por cada hora

Problema n° 4) Si un kg de carbón produce 9000 cal, ¿qué cantidad de ese combustible será necesariapara realizar un trabajo de 15 kW.h, suponiendo que el aprovechamiento es del 20 %?.
Desarrollo
Datos:
L = 15 kW.h = 15000 W.h
Disponible = 9000 cal/kg
Rendimiento = 20 %
Convertimos el trabajo a J:
1.W.h  3600 J
15000 W.h  E = (15000 W.h).(3600 J)/(1.W.h)
E = 225000 J

Calculamos las calorias necesarias:
1 J  0,239 cal
225000 J  x = (225000 J).(0,239 cal)/(1 J)
E = 12906309,8cal

Aplicamos el rendimiento:
20 %  12906309,8 cal
100 %  E = (100 %).(12906309,8 cal)/(20 %)
E = 64531548,8 cal

Finalmente calculamos la masa de carbón para las calorías requeridas:
9000 cal  1 kg
64531548,8 cal  m = (64531548,8 cal).(1 kg)/(9000 cal)
m = 7170,17 kg

Problema n° 5) Un motor de automóvil consume 25 dm ³ de nafta por hora y posee una potencia de 90 CV. Si elpoder calorífico del combustible es de 9200 kcal/dm ³, ¿cuál será el porcentaje de la energía aprovechada?.
Desarrollo
Datos:
Consumo = 25 dm ³/h
P = 90 CV
Poder calorífico = 9200 kcal/dm ³ = 9200000 cal/dm ³
Calculamos las calorías por hora que rinden los 25 dm ³:
1 dm ³  9200000 cal
25 dm ³  x = (9200000 cal).(25 dm ³)/(1 dm ³)
P = 230000000 cal por hora

1 cal  4,184 J
230000000cal  P = (4,184 J).(230000000 cal)/(1 cal)
P = 962320000 J/h = 962320000 J/3600 s = 267311,111 W

1 W  0,00136 CV
267311,111 W  P = (0,00136 CV).(267311,111 W)/(1 W)
P = 363,54 CV

Calculamos el rendimiento:
363,54 CV  100 %
90 CV  P = (100 %).(90 CV)/(363,54 CV)
r = 24,76 %
Problema n° 6) ¿Qué cantidad de calor será necesario para realizar un trabajo de 8 kW.h?
Desarrollo
Datos:E = 8 kW.h = 8000 W.h
1.W.h  3600 J
8000 W.h  x = (8000 W.h).(3600 J)/(1 W.h)
E = 28800000 J

1 J  0,239 cal
28800000 J  E = 0,239 cal.28800000 J/1 J
E = 6883365 cal
Problema n° 7) Calcular qué trabajo en kW.h se podrá realizar mediante una cantidad de calor de 3.105 cal.
Desarrollo
Datos:
E = 3.105 cal = 300000 cal
1 cal  4,184 J
300000 cal  P = (4,184 J).(300000 cal)/(1cal)
E = 1255800 J

3600 J  1.W.h
1255800 J  E = (1255800 J).(1.W.h)/(3600 J)
E = 348,83.W.h
Problema n° 8) Una estufa produce 2000 kcal/h, si el kW.h cuesta $ 6,5, se desea saber cuál es el gasto que produce.
Desarrollo
Datos:
P = 2000 kcal/h = 2000000 cal/h
Costo = 6,5 $/kW.h
Calculamos todo para una hora.
1 cal/h  4,184 J/h
2000000 cal/h  P = (4,184 J/h).(2000000 cal/h)/(1 cal/h)P = 8372000 J/h

3600 J  1 W.h
8372000 J  P = (1 W.h).(8372000 J)/(3600 J)
P = 2325,56 W.h = 2,32556 kW.h

1 kW.h  6,5 $
2,32556 kW.h  Costo = (2,32556 kW.h).(6,5 $)/(1 kW.h)
Precio = $ 15,1 por cada hora
Problema n° 9) Se ha quemado una tonelada de carbón cuyo poder calorífico es de 8200 kcal, ¿qué energía en Joules habrá brindado?.
Desarrollo
Datos:
Poder calorífico = 8200...
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