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• Thanzha Solhedad Shilva

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Termodinámica: temperatura, calor y primera ley de la termodinámica.

1. Complete la siguiente tabla, identificando el mecanismo de transferencia de calor y la justificación de su elección. Justifique con sus propias palabras. Situación

Mecanismo de transferencia de calor. 1. Calentar agua en una Convección olla a temperatura constante.

2. Temperar una Radiación habitación con un radiador de pared.

3. Calentamiento de la Conducción cuchara que se encuentra sumergida en el café.

Justificación Al estar calentando el agua, es decir se está utilizando un medio para generar calor en el fluido, de esta forma las partículas pueden desplazarse transportando el calor sin interrumpir la continuidad física.

El radiador en la pared emite calor debido a su alta temperatura, de esta forma ocurre inmediatamente la transferencia de calor hacia la habitación que está a una temperatura más baja. Este proceso carece de contacto entre los cuerpos ni fluidos intermedios que transporten el calor.

La cuchara, al ser sumergida en un material de mayor temperatura, esta se transfiere al cuerpo de menor temperatura por medio de la agitación térmica de las moléculas.

2. Leonardo es el nuevo operario de un taller de metales y se le ha encargado diseñar, por medio de un tratamiento de temperatura de horno, una pieza de hierro de masa m= 7 kg. Antes de ser ingresada al horno, este operario, registra su temperatura de ingreso en 25°C. Con respecto a la situación, determine. a) Determine cuanta energía deberá suministrar el horno a la placa para que esta pieza de hierro alcance los 150°C En relación a las variables del problema, se utiliza la siguiente ecuación. 𝑄 = 𝑐 ∗ 𝑚 ∗ ∆𝑇 Reemplazando con los valores del ejercicio se tiene que: 𝑄 = 460

𝐽 ∗ 7 𝐾𝑔 ∗ (150°𝐶 − 25°𝐶) 𝐾𝑔 ∗ °𝐶 𝑄 = 402.500 𝐽

Por lo tanto para que la pieza de Hierro alcance los 150°C se deben suministrar 402.500 J. B) ¿Qué es conveniente que haga Leonardo para enfriar la pieza de hierro al momento de sacar este metal del horno? Justifique con sus propias palabras. Según la situación otorgada y si se sca del horno a 125°C y quiero que la pieza de Hierro alcance una temperatura de 30°C (supuesto), lo más conveniente es que Leonardo la deje caer en agua, cuya temperatura inicial es de 24°C, asumiendo que todo el calor del hierro se transfiere al agua y no se evapora, debo conocer cuántos Kg de agua necesitaré para poder enfriar los 7 Kg de Hierro, para esto se tiene lo siguiente: Si ∆ THierro= (30°C-125°C)= -85°C Si ∆ TAgua= (30°C-24°C)= 6°C Se tiene que 𝑄𝐴𝑔𝑢𝑎= − 𝑄𝐻𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 𝐶 ∗ 𝑀 ∗ ∆𝑇𝐴𝑔𝑢𝑎 = −𝐶 ∗ 𝑀 ∗ ∆𝑇𝐻𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 Reemplazando los datos según la situación, se tiene lo siguiente: 𝑚𝐴𝑔𝑢𝑎 ∗ 4190

𝐽 𝐽 ∗ 6°𝐶 = −(7 𝐾𝑔 ∗ 460 ∗ −85°𝐶) 𝐾𝑔 ∗ °𝐶 𝐾𝑔 ∗ °𝐶

Despejando la incógnita: 𝑚 = 10,88 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎.

Por lo tanto para enfriar la pieza de 7 Kg de Hierro y que esta alcance una temperatura de 30°C, se necesitan 10,88 Kg de agua≈ 10,88 Lts de agua. 3. Describa los 3 mecanismos de transferencia de calor analizados en esta semana por medio de 3 ejemplos que pueda evidenciar en su trabajo u hogar. Conducción: Ocurre al interior de la caldera. Una caldera es un recipiente metálico, cerrado, destinado a producir vapor o calentar agua, mediante la acción del calor a una temperatura superior a la del ambiente y presión mayor que la atmosférica. A la combinación de una caldera y un sobre calentador se le conoce como generador de vapor. El principio básico de funcionamiento de las calderas consiste en una cámara donde se produce la combustión, con la ayuda del aire comburente y a través de una superficie de intercambio se realiza la transferencia de calor. La caldera es fundamental en mi trabajo diario ya que el vapor producido por ella, es la fuente de energía necesaria para el funcionamiento de las líneas de peletizado. La conducción ocurre al interior de la caldera. Debido a la resistencia que se produce entre las paredes de la caldera y el haz de tubos. Convección: Por otra parte, el uso de ventiladores en las líneas de proceso de una planta se utiliza para provocar el movimiento de un fluido y así poder disminuir la temperatura del peletizado, gracias a eso la temperatura del alimento se trabaja en un orden de T° ambiente + 15°C eso para la temporada de otoño/invierno. Si en vez de partir de un fluido estacionario que se agita por el efecto de las diferencias de temperatura, forzamos el movimiento relativo con otros medios en este caso con un ventilador en marcha, por ejemplo, podemos decir que estamos utilizando la transferencia de calor en modo convección. Un ventilador es en si un dispositivo definido por su utilidad y se usa para crear un flujo dentro de un fluido, típicamente aire. El ventilador convencional consiste de una serie de aspas rotativas que actúan sobre el aire y las dispersan en un medio determinado. Generalmente, las aspas, fundamentales en los ventiladores, están contenidas dentro de algún tipo de estructura o caja. Esto le permite dirigir el flujo de aire hacia la dirección deseada. Radiación: Si bien en el proceso de peletizado no se utiliza la transferencia de calor en forma de radiación, si se utiliza en el día a día con las transmisiones electromagnéticas del horno microondas.

Este aparato funciona mediante la generación de ondas de radio de alta frecuencia. El agua, las grasas y otras sustancias presentes en los alimentos absorben la energía producida por las microondas en un proceso llamado calentamiento dieléctrico (conocido también como calentamiento electrónico, calentamiento por RF, calefacción de alta frecuencia o diatermia). Hay moléculas cuya estructura forma dipolos eléctricos, como la del agua, lo que significa que tienen una carga positiva parcial en un extremo y una carga negativa parcial en el otro, y por tanto oscilan en su intento de alinearse con el campo eléctrico alterno de las microondas. Al rotar, se producen rozamientos y choques, que son los que elevan la temperatura. Los hornos de microondas funcionan de la siguiente manera: un aparato llamado magnetrón convierte la energía eléctrica en energía de microondas, que en esta forma alcanza el alimento. Las ondas electromagnéticas agitan las moléculas bipolares presentes en los alimentos, especialmente las del agua, y esta es la que eleva la temperatura. Esta agitación es un mecanismo físico, simple movimiento de las moléculas al ritmo de la frecuencia, y no provoca ningún tipo de alteración en la composición química (excepto los que son producidos por el aumento de la temperatura).