Control Semana 5 Calor Víctor Elier Torres Burgos Física Instituto IACC Fecha. 10/02/2018
Ejercicio 1: Determine la cantidad de calorías necesarias para elevar a 5.5 litros de agua desde 22°C hasta 84°C.
Repuesta: Para cantidad de 5,5 litros de agua = 5500 gramos, se requieren 5500 calorías, entonces
= 5500 ∗( − ) = 5500 ∗84°− 22° = 5500 ∗62 = 341000 . Según el desarrollo se requieren 341000 calorías para aumentar la temperatura.
Ejercicio 2: Una barra Hierro de
= 2.8 [kg] aumenta su temperatura dentro del horno desde los = 33°
[C] hasta los = 438° [C]. Determine la cantidad de calor transferido al hierro.
Respuesta. Para resolver este ejercicio se debe emplear la fórmula de calor específico, que es la siguiente.
= ∗ ∗ ∆ Se da que Q es el calor transferido, c es calor específico del hie rro, m es la masa del hierro y
∆( − ) es la diferencia de las temperaturas final e inicial, entonces se tienen los datos. = ∗ ∗ ∆( − )
= 460[ ∗ °]∗2,8 ∗ 438° − 33° = 460 ∗ 2,8 ∗ 405 = 521640 En el desarrollo se obtiene la cantidad de calor transferido es de = 521640 :
Ejercicio 3: Una técnica muy antigua para aumentar la dureza de los metales era templarlos. Esta técnica consiste en calentar los metales a una temperatura muy elevada y bruscamente enfriarlos, sumergiéndolos en agua fría. Consideremos una espada de hierro de fuego hasta alcanzar una temperatura
= 1.2 [kg]
puesta al
= 620° [C], que luego se sumerge rápidamente a una
tinaja con 8 litros de agua ( = 8.0 [kg]) y que se encuentra a una temperatura de 20°C.
Después de unos segundos, el agua y el hierro alcanzan la misma temperatura. Determine el valor de esta temperatura.
Respuesta. Para desarrollar el ejercicio tomaremos la fórmula de calor específico, para esto se deben hacer dos cálculos, luego los comparamos para obtener el valor real de temperatura que se describe como equilibrio.
= ∗ ∗ ∆( − ) −ℎ = −ℎ ∗ ℎ ∗ ∆( − )ℎ −ℎ = −460[ ∗ °] ∗ 1,2 ∗ ( − 620°) −ℎ = −552[° ] ∗ ( − 620°) = ∗ ∗ ∆( − ) = 4190[ ∗ °] ∗ 8 ∗ ( − 20°)
= 33520[° ]∗( − 20°) En este desarrollo se igualan las ecuaciones para obtener la temperatura final y en equilibrio.
= −ℎ 33520[° ]∗( − 20°) = −552[° ]∗( − 620°) 33520 ∗ ( − 20°) = −552 ∗( − 620°) 33520 ∗ ( − 20°) = −( − 620°) 552 60,72 ∗ ( − 20°) = − + 620° 60,72∗ − 1214,4° = − + 620° 60,72 ∗ + = 1214,4° + 620° ∗ 60,72 + 1 = 1834,4° ∗ 61,72 = 1834,4° = 1834,4° 61,72 = 29,7° Se obtiene que la temperatura final en equilibrio, para la espada de hierro y también en la tinaja de agua es de:
29,7°
Ejercicio 4: Cite un ejemplo, a nivel industrial, donde se encuentre relacionado el calor y la temperatura y los mecanismos de transmisión de calor, es decir, la conducción, convección y radiación. Recuerde que debe ser explicado con los términos físicos adecuados.
Repuesta. En Chile a nivel industrial un ejemplo en la industria minera seria describir la fundición de Oro y plata, explicando el proceso donde existe la relación del calor con la temperatura, y también se ven comprometidos los distintos tipos de transferencias de calor, el cual sería la conducción, convección y radiación. Se comienza con la extracción del mineral de oro y plata en forma sólida, el mineral se acumula sobre una geomenbrana o carpeta que es para evitar el contacto de los químicos con el suelo, el PAD es la estructura donde se acumula el mineral extraído desde la mina, a esto se le denomina pila de lixiviación. El mineral se acumula en las pilas de lixiviación, luego se aplica un lavado con una solución química cianurada, de esta etapa el oro esta en forma sólida y luego pasa a estado líquido. La solución rica (cargada con oro y plata) es conducida hacia las pozas de solución cianurada a través de tuberías colectoras. El proceso de lixiviación en las pilas se aplica la solución cianurada a través de un sistema de riego por goteo. Aquí se utiliza en promedio una solución con 50 partes por millón; es decir, 50 g de cianuro por cada 1.000 litros de agua. Proceso Merrill Crowe; un proceso al que es sometida la solución rica en oro y plata, primero pasando por filtros para ser limpiada; luego se le elimina el oxígeno para finalmente añadir polvo de Zinc para precipitar el metal y hacerlo sólido.
El oro obtenido en el proceso Merrill Crowe es sometido a operaciones de secado en hornos de retortas a 650ºC, en esta parte del proceso se produce el mecanismo de transmisión llamado “Conducción”, luego
el producto pasa por un proceso de fundición en un horno de arco
eléctrico a 1200ºC para obtener el Doré, hornos de electrodo por electrodo, en este horno el calentamiento directo es por “Radiación”, estos pueden ser del tipo basculante rotativo y
basculante oscilante con una capacidad de 2000 KG de carga sólida y 4000 KG de carga liquida, esto hace que el oro cambie de estado químico, pasando de solido a estado líquido, acá estaría ejecutándose el mecanismo de transmisión de calor llamado “Conducción” ya que es de forma directa, Posteriormente es traspasado a baldes llamados crisol donde se mantienen la temperatura para que se mantenga en estado líquido, en esta etapa estaría efectuándose el mecanismos de “Convección”, luego es llevado a moldes para convertirlos en lingotes. En este paso existe el
mecanismo de transferencia de calor del oro líquido pasando a los moldes donde se deja enfriar terminado en lingotes de forma sólida.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Contenidos de la Semana 5 y recursos adicionales, Asignatura Física IACC 2018.
