Control calentamiento de líquidos

1.- Determine la cantidad de calorías necesarias para elevar 5.5 litros de agua desde 22° [C] hasta 84° [C].

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2.- Una barra Hierro de 𝑚 = 2.8 [kg] aumenta su temperatura dentro del horno desde los 𝑇 = 33° [C] hasta los 𝑇 = 438° [C]. Determine la cantidad de calor transferido al hierro.

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3.- Una técnica muy antigua para aumentar la dureza de los metales era templarlos. Esta técnica consiste en calentar los metales a una temperatura muy elevada y bruscamente enfriarlos, sumergiéndolos en agua fría. Consideremos una espada de hierro de 𝑚 = 1.2 [kg] puesta al fuego hasta alcanzar una temperatura 𝑇 = 620° [C], que luego se sumerge rápidamente a una tinaja con 8 litros de agua (𝑚 = 8.0 [kg]). Después de unos segundos, el agua y el hierro alcanzan la misma temperatura. Determine el valor de esta temperatura.[pic 3]

4.- Cite un ejemplo, a nivel industrial, donde se encuentre relacionado el calor y la temperatura y los mecanismos de transmisión de calor, es decir, la conducción, convección y radiación. Recuerde que debe ser explicado con los términos físicos adecuados.

Respuesta

En los procesos de calentamiento de líquidos, uno de los métodos más utilizados es el de transmisión de calor vía conducción, en el cual un cuerpo de mayor temperatura traspasa calor a un segundo cuerpo de menor temperatura hasta que ambos llegan a un equilibrio. Un ejemplo de este tipo de intercambio de energía se realiza mediante mantos calefactores, los cuales consisten en que una olla se encuentra rodeada por un recubrimiento hueco por el cual fluye vapor caliente, que luego se decanta vía gravedad producto de la condensación de parte del vapor, como consecuencia del intercambio de temperatura.

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Otra de las formas en que se realiza este tipo de transmisión de energía es vía serpientes de calentamiento, las cuales consisten en que una bobina helicoidal dentro de una olla recibe vapor caliente, el cual traspasa el calor al líquido a calentar y, como consecuencia de esto, parte del vapor sale de la misma en forma líquida producto de la baja de temperatura. Cabe mencionar que este método generalmente tiene mayor efectividad que el método de manto calefactor, debido a que la mayoría de las veces existe una mayor superficie de contacto con el líquido que con el otro método.[pic 5]

Además de estos, existe otro método de transmisión de energía, el cual consiste en que el líquido (principalmente de baja viscosidad) pasa por espacios pequeños a través de placas intercambiadoras de calor, las cuales se calientan mediante electricidad u otra fuente y luego traspasan dicha energía al líquido por consecuencia del proceso de conducción. Como el espacio por el que pasa el líquido es lo más pequeño posible, la transmisión de calor es muy rápida en comparación con los otros métodos, pero también se pierde más energía debido a que las placas tienen gran parte de la energía utilizada y solo la superficie de contacto intercambia calor con el líquido a calentar.

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Vale destacar que en la mayoría de estos procesos se trata de aprovechar la mayor cantidad de calor posible, ya que todos estos métodos se basan en su forma más primitiva, la cual consiste en el calentamiento desde la base del líquido y en el cual ocurren todos los tipos de transmisión de calor de forma simultánea, ya que la fuente de calor calienta el recipiente y la parte del fondo del líquido mediante conducción, para que luego el resto de este último se caliente mediante convección y conducción, mientras la fuente de calor emite energía hacia el ambiente en forma de radiación.

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