Actividad integradora 06_ Módulo 12, Ejercicios de Física

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Actividad integradora 6. Aplicación de

leyes eléctricas

•Supongamos que tienes un calentador eléctrico en tu casa

con capacidad de 110 litros de agua que funciona con una

corriente de 20 A para 140 V. El calentador puede calentar el

agua desde 15 °C a 50 °C en 1 hora 36 minutos. Supongamos

que tu familia está compuesta por cuatro personas y usa

aproximadamente 220 litros de agua caliente para bañarse

para bañarse a diario, con un costo de $2.80 por

kilovatio/hora.

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

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.

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 =

V

I

R =

140 V

20 A

R = 7 Ω

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. Ph = 9781. 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 =0.22061834409 m

2

x 0.5 m V = 0.11030917204 m^3

Masa = m = 110 kg ÷ 2 = 55 kg Volumen = 0.11030917204 m^3 P =

m

v

P =

55 kg

0.11030917204 m

3 P = 815.88863677958 kg/m^3

Analiza y responde:

3.1 ¿Qué ley se aplica en el funcionamiento del calentador y

por qué?