NO ME SALEN
   (APUNTES TEÓRICOS Y EJERCICIOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
   CALOR Y TERMODINÁMICA

 

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EM - Problema 3 - En climas de fuertes heladas, es habitual que los agricultores coloquen dentro de los invernaderos grandes tachos con agua. Un agricultor coloca un barril con 100 kg de agua a 20 ºC en el invernadero donde cultiva verduras. Si la temperatura del agua desciende a 0ºC y luego se congela totalmente, calcule el calor entregado por el agua al interior del
invernadero, y cuánto tiempo tendría que haber funcionado un calefactor eléctrico de 1 kW para entregar la misma cantidad de calor que el agua.
       a) 2000 kcal; 2,3 horas        b) 10000 kcal; 11,6 horas      
       c) 8000 kcal; 9,3 horas        d) 10000 kcal; 9,3 horas      
       e) 100 kcal; 1,16 horas        f) 100 kcal; 1,16 horas

 

Qué interesante, simple y efectivo. No sabía que los agricultores hacían estas cosas... ¿habrán hecho el CBC? Bueno, OK, vamos a los bifes. Como el ambiente se encuentra a una temperatura inferior a los C (sólo en esos casos hay heladas), el agua le va a ceder calor al ambiente. Lo va a hacer en dos etapas: una cantidad de calor cederá mientras desciende su temperatura hasta el punto de congelación, a ese calor lo llamaré Qe, por enfriamiento; y otra cantidad cederá mientras se congela, Qs, por solidificación.

Qe = m . c . (TF T0)

Qs = m . L

Las constantes de enfriamiento y solidificación son datos conocidos, aunque no figuren en el enunciado. Calculemos.

Qe = 100 kg . 1 kcal/kg°C . (20°C C)

Qs = 100 kg . 80 kcal/kg

Terminamos de hacer las cuentas...

Qe = 2.000 kcal

Qs = 8.000 kcal

Sumamos los calores de ambas etapas, y obtenemos el calor total que ceden los 100 kilos de agua:

   

 

           QT = 10.000 kcal  
   

La segunda pregunta del enunciado tiene poco que ver con la primera; se trata de una comparación bastante útil. Un calentador de esa potencia bien podría ser un caloventor eléctrico pequeño, de esos que se usan para calentar el baño antes de ducharnos un día frío. Primero transformemos las unidades para poder comparar:

1 kW = 1.000 J/s = 0,239 kcal/s

Ahora basta una regla de 3 simple para averiguar cuánto tardaría en brindar la misma cantidad de calor que el tacho de agua:

0,239 kcal _____________ 1 s

10.000 kcal ____________ X = 41.841 s

Como necesitamos expresarlo en horas, lo dividimos dos veces por 60.

   

 

           Qs = 11,62 h  
   
     

Desafío: En lugar de resolver el último paso con una regla de 3 simple, hacé un planteo físico con la definición de la magnitud potencia.

 
   
Algunos derechos reservados. Se permite su reproducción citando la fuente. Lema Segundo de la Calorimetría: si te calientas por nada... es que sos un calentón. Última actualización jul-12. Buenos Aires, Argentina.