Problemas de Transferencia de calor y Procesos termodinámicos

1. Un transformador eléctrico está en un depósito cilíndrico de 60 cm de diámetro y 1 m de altura, con bases superior e inferior planas. Si el depósito sólo transmite calor al aire por convección natural y las pérdidas eléctricas se disipan a razón de 1 kW, ¿Cuántos grados se elevará la temperatura de la superficie del depósito por encima de la temperatura ambiente?

2.Determinada lámpara de incandescencia trabaja a 3000 K. el área e la superficie total del filamento es de 0,05 cm2 y el poder emisor es 0,3 ¿Qué potencia eléctrica debe suministrarse al filamento?

3.Se sueldan barras de cobre, latón y acero formando una Y. La sección transversal de cada barra es 2 cm2. El extremo de la barra de cobre se mantiene a 100 °C y los de las barras de latón y acero a 0 °C. Supóngase que no hay pérdidas de calor por las superficies de las barras. Las longitudes de las mismas son: cobre, 46 cm; latón, 13 cm; acero, 12 cm.

a) ¿Cuál es la temperatura del punto de unión?b) ¿Cuál es la corriente calorífica en la barra de cobre?

4.Se suelda un extremo de una barra de acero de 10 cm de longitud al extremo de otra de cobre de 20 cm de longitud. Cada barra tiene una sección transversal cuadrada de 2 cm de lado. El extremo libre de la barra de acero se pone en contacto con vapor a 100 °C, y el extremo libre de la de cobre con hielo a 0 °C. (a) Hállese la temperatura en la soldadura y el flujo calorífico por unida de tiempo total, al alcanzar las condiciones de estado estacionario. (b) supóngase que las dos barras están separadas; un extremo e cada barra se pone en contacto con vapor a 100 °C y los otros con hielo a 0 °C. ¿Cuál es el flujo calorífico por unidad de tiempo total en ambas barras?

5.Tres barras de igual longitud y sección transversal se unen por sus extremos, la de cobre con la de acero y ésta con la de aluminio. El extremo libre de la barra de cobre se pone en contacto con agua helada a 0 °C y el de la barra de aluminio con vapor a 100 °C. Si no hay transferencia de calor por las superficies, hállese la temperatura en cada unión.

6.La pared exterior de una casa tiene una capa de madera de 3 cm de espesor por el lado de fuera y un aislamiento de espuma de poliestireno de 3cm de espesor por dentro. Si la madera tiene k=0,04 J.s-1.m-1.(C°)-1, la temperatura del interior es de 20 °C y la del exterior -10°C,a) ¿Cuál es la temperatura en la superficie de contacto entre la madera y la

espuma de poliestireno?, yb) ¿Cuál es el flujo calorífico por unidad de tiempo y por metro cuadrado, a

través de la pared?

7.El volumen de un reciento es de 220 m3. (a) Halle la masa del aire que contiene a 20 °C y a 1 atm. (b) Si el recinto se caldea a 25°C, halle la nueva presión, suponiendo que el recinto está herméticamente aislado. (c) Si el recinto no fuera hermético. ¿Qué masa de aire saldría al elevar la temperatura? Suponga que la masa molecular “efectiva” de las moléculas de aire es de 29 g/mol.

8.Cuando un gas experimenta el proceso representado por la línea recta ac de la figura, el sistema absorbe 180 J de calor. (a) Halle el trabajo realizado al pasar de aac. (b) si Ua=100J, halle Uc. (c) ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas cuando regresa a a pasando por b? (d) ¿Cuál es el calor transferido en el proceso cba?

9.Una muestra de un gas con un volumen de 5 l se halla a 120 kPa. A presión fija, halle el trabajo realizado cuando el volumen (a) se duplica, (b) se reduce a la mitad.

10. Un recipiente de 5 litros, contiene 2.8 g de nitrógeno a la temperatura de 27 °C. ¿Cuál es su presión?. Se sabe que la molécula de nitrógeno contiene dos átomos y que su peso molecular es de 28 g.

11.Un neumático de automóvil con un volumen interno de 0.015 m3 se llena hasta una presión manométrica de 200 kPa a 15°C. Después de un trayecto largo la presión se eleva a 230 kPa. (a) ¿Cuál será la temperatura del aire en el neumático, suponiendo que su volumen ha permanecido sin cambio? (b) ¿Qué masa de aire debe desalojarse para que la presión regrese a los 200 kPa? (sume 1 atmo ≈ 100 kPa a la presión manométrica para obtener la presión absoluta). Tome la masa molecular “efectiva” de las moléculas de aire como 29 g/mol.

12.Un sistema absorbe 35 J de calor y en el proceso efectúa 11 J de trabajo. (a) Si la energía interna inicial es de 205 J. ¿Cuál será la energía interna final? (b) El sistema llega al mismo estado final a través de otra trayectoria termodinámica realizando un trabajo de 15 J. ¿Cuál es el calor transferido?