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CALOR Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA - Problema 9

 Un recipiente de aluminio de 300g contiene 200g de agua a 10º C. Si se vierten 100 g más de agua, pero a 100º C, calcular la temperatura final de equilibrio del sistema. R: 34.6º C.

Sistemas con resistencia interna despreciable (VI)

Todos los demás términos son iguales que como se definieron previamente, y se supone que todas las propiedades térmicas son constantes. En el miembro de la derecha de la igualdad aparece un signo menos debido a que la energía interna decrece con el tiempo si la bola pierde calor.

Para resolver la ecuación (4-2), la escribimos como


La ecuación (4-3) es una ecuación diferencial ordinaria no homogénea con coeficiente constantes, que describe a T como función de t, cuyo término en el lado derecho de la igualdad representa la no homogeneidad (dicho término no contiene a la variable dependiente T). Para resolver (4.3), podemos hacer el miembro de la derecha igual a cero y usar separación de variables para determinar la solución complementaria o transitoria, Tc. Luego, observando que la parte no homogénea  de la ecuación diferencial es una constante, debemos suponer que T = K (constante) y substituimos de nuevo en la ecuación (4-3) para determinar la solución particular o de estado estacionario, Tp. Después de determinar Tc y Tp, debemos formar la suma de ambos para determinar la solución general de la ecuación (4-3). En este punto, y sólo en este punto, se debe aplicar la condición inicial.


 en t = 0, T = To
Para determinar la constante no conocida que aparece en la solución general. Este es el punto de vista que se uso antes, al analizar la trasnferencia de calor a través de aletas.


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Problema Radio Critico de Aislamiento

A través de una tubería de 3 pulgadas de diámetro exterior circula vapor húmedo a 325°F, la tubería esta aislada con asbesto. El coeficiente convectivo de transferencia de calor entre la superficie exterior del asbesto y el aire que lo rodea a 70°F es igual a 0.5 Btu/h-pie²°F. Determine el radio critico de aislamiento Dado este valor de r2, calcule la pérdida de calor por pie en la tubería, y la temperatura de la superficie exterior. Solución Comentarios: Se debe notar, de la parte (2), que para valores r2 diferentes rcr, los valores de Q/L serán menores. Los resultados de la parte (3) muestran que se debería agregar más aislante para evitar perjuicios humanos. Puesto que más aislante también reduce de valor a Q/L, se desperdiciará menos energía durante la operación de la tubería de vapor, y el único costo extra será el de la inversión inicial en el aislante.

Ejemplo 2: CAPACIDAD CALORICA Y CALOR ESPECIFICO

Un trozo de metal de 50 g que se encuentra a 200º C se sumerge en un envase que contiene 0.4 kg de agua inicialmente a 20º C. Si la temperatura final de equilibrio del sistema mezclado es 22.4º C, calcular: a) el calor específico del material, b) el calor ganado por el agua. Despreciar la transferencia de calor al envase y al medio ambiente. Solución: los datos son cA=4186 J/kgºC, mm = 50g, Tim = 200ºC, mA = 400g, TiA = 20ºC, Tfm=22.4ºC =TfA. a) Al introducir el metal caliente en el agua mas fría, el metal se enfría y el agua se calienta, alcanzando ambos 22.4º C, es decir, el metal pierde calor y el agua gana calor.

Problema Paredes Compuestas

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