EJERCICIOS RESUELTOS · MECÁNICA

Ejercicios de termodinámica

Calor sensible, termas, paredes que pierden calor, dilatación de rieles, gases ideales y el límite de Carnot.

7 problemas · solución paso a paso · comprobación automática

La termodinámica aparece en todas las ingenierías: desde dimensionar una terma hasta saber cuánto calor pierde un ambiente o cuánta masa de aire cabe en un tanque. Estos ejercicios usan casos cotidianos y recuerdan el error más frecuente: no pasar las temperaturas a kelvin.

Cómo practicar: lee el enunciado, resuélvelo en papel y escribe tu resultado en la casilla (en la unidad indicada). Si fallas, abre la solución y compara paso a paso. Se aceptan diferencias de redondeo de hasta un 2 %.

1Básico

¿Cuánto calor se necesita para calentar 50 L de agua de 15 °C a 45 °C? (cagua = 4186 J/kg·°C; 1 L de agua ≈ 1 kg)

kJ
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  1. Calor sensible: Q = m · c · ΔT.
  2. m = 50 kg y ΔT = 45 − 15 = 30 °C.
  3. Q = 50 · 4186 · 30 = 6279000 J = 6279 kJ.
  4. Con una terma de 1500 W tardaría t = Q / P = 69.8 min (sin pérdidas).

Respuesta: 6279 kJ

2Intermedio

Una terma eléctrica de 1500 W con eficiencia del 90 % calienta 80 L de agua de 18 °C a 50 °C. ¿Cuántos minutos tarda?

min
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  1. Calor necesario: Q = m · c · ΔT = 80 · 4186 · 32.
  2. Q = 10716160 J.
  3. Potencia que llega al agua: Pútil = 0.9 · 1500 = 1350 W.
  4. t = Q / Pútil = 7938 s = 132.3 min.

Respuesta: 132.3 min

Abrir en la calculadora con estos datos →
3Básico

Una pared de ladrillo de 12 m² y 15 cm de espesor (k = 0.72 W/m·K) tiene 25 °C en la cara interior y 5 °C en la exterior. ¿Qué potencia térmica pierde por conducción?

W
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  1. Ley de Fourier para una pared plana: q = k · A · ΔT / L.
  2. ΔT = 25 − 5 = 20 K y L = 0.15 m.
  3. q = 0.72 · 12 · 20 / 0.15 = 1152 W.
  4. Duplicar el espesor o usar un aislante de menor k reduce la pérdida en la misma proporción.

Respuesta: 1152 W

4Básico

Un riel de acero de 12 m (α = 12 × 10⁻⁶ /°C) se calienta 40 °C al sol. ¿Cuánto se alarga?

mm
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  1. Dilatación lineal: ΔL = α · L₀ · ΔT.
  2. ΔL = 12 × 10⁻⁶ · 12 · 40 = 0.00576 m.
  3. ΔL = 5.76 mm. Por eso se dejan juntas de dilatación entre rieles.

Respuesta: 5.76 mm

5Intermedio

Un tanque de 0.5 m³ contiene aire a 800 kPa (absoluta) y 27 °C. ¿Qué masa de aire contiene? (Raire = 287 J/kg·K)

kg
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  1. Gas ideal: P · V = m · R · T → m = P · V / (R · T).
  2. Temperatura absoluta: T = 27 + 273.15 = 300.15 K.
  3. m = 800 000 · 0.5 / (287 · 300.15) = 4.64 kg.
  4. Usa siempre presión absoluta y kelvin; la presión de un manómetro es relativa (súmale la atmosférica).

Respuesta: 4.64 kg

6Intermedio

Una máquina térmica opera entre un foco caliente a 527 °C y uno frío a 27 °C. ¿Cuál es su eficiencia máxima (Carnot)?

%
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  1. Eficiencia de Carnot: η = 1 − Tfrío / Tcaliente, en kelvin.
  2. Tc = 800.15 K y Tf = 300.15 K.
  3. η = 1 − 300.15 / 800.15 = 62.5 %.
  4. Ninguna máquina real entre esas temperaturas puede superar ese valor.

Respuesta: 62.49 %

7Básico

Una placa de 0.5 m² a 80 °C se enfría con aire a 20 °C (h = 25 W/m²·K). ¿Qué potencia pierde por convección?

W
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  1. Ley de enfriamiento de Newton: q = h · A · (Ts − T∞).
  2. q = 25 · 0.5 · (80 − 20) = 750 W.
  3. Con un ventilador, h puede subir a 50–100 W/m²·K y la pérdida crece en la misma proporción.

Respuesta: 750 W

Ejercicios con fines educativos. Los valores son típicos y redondeados; en un diseño real verifica hojas de datos y normas aplicables.