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En este documento se realiza un cálculo detallado de la potencia eléctrica y la energía consumida por un calentador eléctrico de 110 litros de capacidad, que funciona a 140 V y 20 A. Se calculan los gastos diarios de energía y agua caliente para una familia de cuatro personas. Además, se determina la presión hidrostática en el fondo del calentador y la densidad del vapor al interior de éste cuando se llena de vapor. Se aplican las leyes de Ohm para calcular la potencia eléctrica y la resistencia del calentador.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
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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. por kilovatio/hora. 1.1. ¿Cuál es la potencia eléctrica del calentador en kW? 1.2. ¿Cuál es la energía que gasta el calentador en media hora (escribe el resultado en 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. 1.3. Grafica el resultado de la energía que gasta el calentador y explícala. Hor a (t) Energí a ( kW.h ) 0 0
0 0.
0 0.
0 0.
0 1.
0 1.
0 1.
0 1.
0 2.
0 2.
0 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. 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.
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.
