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Actividad integradora 6. Aplicación de leyes eléctricas

Alumna: Orozco Clara Vanessa Facilitadora: María del Pilar Vera Arreola Grupo: M12C1G19-BB-009 Fecha de entrega: 14/03/2021

1.Supongamos que tienes un calentador eléctrico en tu casa con capacidad de 110 litros de agua que funciona con una corriente 20 A para 140 V. El calentador puede calentar el agua desde 15 a 50 °C en 1 hora 36 minutos. Supongamos que tu familia está compuesta por cuatro personas y usa aproximadamente 220 litros agua caliente para bañarse para bañarse a diario, con un costo $2.80 por kilovatio/hora.

de °C de de

1.1. ¿Cuál es la potencia eléctrica del calentador en kW?

Volumen = 110 L Intensidad = 20 A Tiempo = 1 hora 36 minutos = 1.6 horas Voltaje = 140 V Temperatura = 15° a 50° P = V x I P = 140 V x 20 A P = 28000 W P = 28000 W ÷ 100 P = 2.8 kW

1.2. ¿Cuál es la energía que gasta el calentador en media hora (escribe el resultado en kW∙h)?

P =

E t

E = P x t E = 2.8 kW x 0.5 horas E = 1.4 kW∙h

Considera que la potencia es la energía utilizada por unidad de tiempo, es decir P =E/t ; donde, si la potencia se mide en kW y el tiempo en horas, entonces la energía se medirá en kW∙ h. Hor Energía 1.3. Grafica el resultado de la energía que gasta el a (t) ( kW.h) calentador y explícala. 0 0 3 0.10 0.28 0.20 0.56 2.5 0.30 0.84 0.40 1.12 2 0.50 1.40 0.60 1.68 1.5 0.70 1.96 0.80 2.24 1 0.90 2.52 1.00 2.8 0.5 0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

La grafica representa el total de energía que se utiliza en una hora, la cual el tiempo se ve representado de 6 minutos cada punto, o de igual forma, la fracción de hora. El flujo de los puntos representa la energía que se va ocupando cada intervalo de 6 minutos para así llegar al punto medio el cual sería la media hora, a lo cual la energía utilizada sería de 1.4 kW∙h

1.4. Con el resultado del gasto de energía obtenido, calcula el costo que paga tu familia diariamente por bañarse, considerando que gastan 220 litros de agua; para ello: 1.4.1. Calcula el costo de usar la cantidad de agua que se calienta en media hora (la capacidad máxima del calentador). Anota el resultado. Costo = (1.4 kW∙ h) ($2.80) $3.92 – Media Hora 1.4.2. Calcula cuánto pagan por 220 litros de agua caliente. (1.4 kW∙ h) x 2 = 2.8 kW∙ h (2.8 kW∙ h) ( $2.80 ) Costo por hora = $7.84

1.5. Si la resistencia del calentador se averiara, ¿qué valor deberá tener la resistencia para que funcione con una capacidad de 220 litros? V = 140 V I = 20 A R= R=

V I

140V 20 A

R=7Ω

2. Ahora, supongamos que tienes un calentador eléctrico con forma de cilindro circular recto, con un radio de 26.5 cm y un alto de 50 cm, que cuenta con capacidad de 110 litros de agua. 2.1. Calcula la presión hidrostática en el fondo del calentador eléctrico cuando éste se encuentra lleno de agua. Anota tu resultado en kPa. Volumen = 110 L Radio = 26.5 cm = 0.265 m Altura = 50 cm = 0.5 m Constante de gravedad = g = 9.81 m/s 2 Densidad del agua = p = 997 kg/m 3 Ph= pgh Ph = 997 x 9.81 x 0.5 Ph = 9781.07 Ph = 9781.07 ÷ 1000 Ph = 97.8107 kPa 2.2. El regulador de temperatura del calentador de agua dejó de funcionar, por lo que el agua en el interior de éste se evaporó totalmente, lo que provocó que el calentador se llene de vapor. El calentador contenía agua líquida hasta la mitad, antes de que comenzara a funcionar. Entonces ¿cuál será la densidad del vapor al interior del calentador? Considera que 1 litro de agua tiene masa igual a 1 kg.

P=

m v

Masa = m = 1 kg Altura = h = 50 cm = 0.5 m r = 26.5 cm = 0.265 m Densidad del agua = P Volumen del cilindro V ¿ π r 2 x hV =π (0.265 m)2 x 0.5 m V =0.22061834409m 2 x 0.5 mV = 0.11030917204 m3 Masa = m = 110 kg ÷ 2 = 55 kg Volumen = 0.11030917204 m3 P=

P=

m v

55 kg 0.11030917204 m 3

P = 815.88863677958 kg/m3

3. Analiza y responde: 3.1 ¿Qué ley se aplica en el funcionamiento del calentador y por qué? Se aplica la ley de Ohm ya que se está calculando la potencia eléctrica que necesita el calentador para funcionar. 3.2 ¿Qué ley se aplicó para reparar el calentador y por qué? También se aplica la ley de Ohm ya que solo se necesitaba calcular la resistencia del calentador para que volviera a funcionar, porque el voltaje y la intensidad tenían los mismos valores para poder calentar los 220 litros.