PROBLEMAS TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA

1. Calcula la energía cinética que posee una persona de 60 kg de masa que marcha a una velocidad de

18 km/h. ¿Desde qué altura deberá saltar dicha persona para, al llegar al suelo, desarrollar la misma

energía? Sol: Ec = 750 J, h=1,27 m.

2. Si se invierten 750 J en aumentar la temperatura de 1 litro de agua que está a 20 ºC, ¿cuál será la

temperatura resultante? Ce = 1 cal/g·ºC, d=1 g/cm3. Sol: Tf = 20,18 ºC.

3. Un motor eléctrico absorbe de la red eléctrica una energía de 40 kWh al mes para elevar (sinfín) maíz

a un depósito situado a 15 m de altura. ¿Qué cantidad de cereal se habrá introducido en el depósito si

el rendimiento del motor es del 85% y el del sinfín y otros órganos mecánicos es del 70%?. ¿Cuántos

depósitos se habrán llenado si 1 m3 de maíz pesa 200 kg y el depósito tiene un volumen de 80 m

3?

Sol: m = 582857 kg, 36 depósitos.

4. Una estufa eléctrica de una potencia de 2 kW, ¿durante cuánto tiempo podría estar funcionando si

fuera alimentada por la energía contenida en 0,1 g de agua?.

5. Una bomba de agua funciona con un motor eléctrico de 0,5 CV y eleva agua hasta un depósito

situado a 4 metros de altura, ¿cuántos m3

de agua elevará en una hora?, ¿cuántos kWh habrá

consumido en ese tiempo?

6. Calcula la energía cinética de un camión de 10 toneladas que va a una velocidad de 90 km/h. Si toda

esa energía se pudiera convertir en energía eléctrica, ¿qué valor tendría si 1 kWh cuesta 0,10 €?

7. Una central hidroeléctrica tiene 2,5 hm3 de agua embalsada a una altura media de 120 m con relación

a la turbina. ¿cuál es su energía potencial en kWh?. Si el rendimiento de sus instalaciones es del 65%,

¿qué energía producirá a la hora si el agua cae con un caudal de 2 m3/s?, ¿qué potencia tiene la

central?.

8. Una placa solar aprovecha la radiación que le llega para calentar en 2 horas, 20 litros de agua desde

20 a 50 ºC, ¿cuánto calor ha producido durante este tiempo?. Ce = 1 cal/g·ºC.

9. Determina el aumento de temperatura de una viga de acero de 250 kg a la que se ha aplicado 1 kWh

de energía eléctrica. Ce=0,12 cal/g·ºC.

10. Determina la temperatura a la que se elevarían 2,5 litros de agua si han absorbido una energía de 4,3

kcal e, inicialmente se encontraban a 20ºC. Ce=1 cal/g·ºC. Sol: 21,72ºC.

11. Una placa vitrocerámica de 220 V por la que circula una intensidad de 5 A está conectada 2 horas.

¿qué energía ha consumido en julios?. Sol: 7,92 ·106 J.

12. Calcula la energía liberada al quemar 5 kg de madera. Pc=3000 kcal/kg. Sol: 15000 kcal.

13. Calcula la energía total obtenida al quemar 2 m3 de gas natural suministrado a una presión de 1,5 atm

y a una temperatura de 22 ºC. Pc= 8540 kcal/m3. Sol: 23709,36 kcal.

14. Una central térmica produce 5500 kWh en 1 hora. Sabiendo que emplea antracita como combustible

y que, aproximadamente, se aprovecha el 20% del combustible quemado para generar electricidad,

calcula la cantidad de toneladas diarias que es necesario suministrar a la central. Pc(antracita)=8000

kcal/kg. Sol: 71052,63 kg.

15. ¿Qué cantidad de butano será necesario quemar para obtener una energía calorífica de 10 kWh?. La

presión de consumo es de 2 atm y la temperatura, de 28 ºC. Pc=28500 kcal/m3. Sol: 0,166 m

3.

16. Calcula la energía liberada en Kcal en una reacción nuclear suponiendo que se han transformado 2 g

de uranio en energía calorífica. C=3·108 m/s. Sol: 4,31·10

10 kcal.

17. Calcula la cantidad de calor acumulado en el agua del radiador de un coche, antes de que se ponga el

ventilador en marcha, si su temperatura se ha elevado desde los 22 hasta los 97ºC. El volumen del

agua es de 3,5 litros. Sol: 262,5 kcal.

18. Se dispone de un motor para bombear agua a un depósito que se encuentra a 40 m de altura. Calcula

su rendimiento si con 3 kg de gasóleo suministramos al depósito 100000 litros. Pc=10300 kcal/kg.

Sol: 30,3%.

19. Una máquina de aire acondicionado ha extraído de una habitación 5000 kcal. Sabiendo que durante

ese tiempo ha consumido 6 kWh, determina el rendimiento de la máquina. Sol: 97%.

20. Un motor de gas hace funcionar una grúa que eleva un peso de 1000 kg a una altura de 27 m. Calcula

el volumen de gas natural que debe quemar el motor si la presión de suministro es de 3 atm, la

temperatura del combustible 22ºC y el rendimiento del motor es el 24%. Pc=8540 kcal/m3. Sol: 11,12

litros.

21. A una central térmica de carbón, que tiene un rendimiento del 16%, se le han suministrado 20000 kg

de antracita. Calcula la energía producida en kWh. Pc=8000 kcal/kg. Sol: 29724,44 kWh.

22. Una bombilla conectada a 220V, que tiene una potencia de 100 W, está encendida una media de 3

horas al día. Calcula la energía, en kWh y en J que consume durante el mes de noviembre. Sol:

3,24·107 J y 9 kWh.

23. Un radiador eléctrico, que está conectado a 220 V ha estado funcionando durante 3 horas. Sabiendo

que la intensidad que ha circulado por él es de 6 A, determina la energía consumida en Wh y el calor

aportado en calorías. Sol: 3960 Wh y 3,41·106 cal.

24. ¿Qué tiempo habrán estado encendidas las ocho lámparas de bajo consumo de 15 W de potencia cada

una, que iluminan un jardín, si la empresa suministradora ha facturado 3,56 €? El precio del kWh es

de 0,12 €. Sol: 247,22 horas.

25. Admitiendo que el rendimiento energético del uranio es del 6%, determina a cuántas toneladas de

antracita equivaldría un kilo de uranio. Pc(antracita)=8000 kcal/kg. Sol: 161483,25 t.

26. Determina a cuántas toneladas de gasóleo equivaldría 1 kg de uranio suponiendo que tuviese un

rendimiento del 6%. Pc(gasóleo)=10300 kcal/kg. Sol: 7,43·1010

kWh.

27. El indicador de una bicicleta estática informa al atleta que ha consumido 175 kcal después de haber

estado pedaleando un tiempo. Determina la energía eléctrica en Wh que se obtendría si se hubiese

conectado a un alternador eléctrico con un rendimiento del 80%.

28. Calcula la cantidad de antracita que es necesario aportar diariamente a una central térmica clásica si

su rendimiento es del 30% y tiene una potencia constante de 50000 kW. Pc=8000kcal/kg. Sol:430,6 t.

29. Calcula la cantidad de m3 de gas ciudad que es necesario quemar para convertir el carbón de hulla en

carbón de coque si se necesitan 2·108 kcal. El poder calorífico del gas ciudad es 5000 kcal/m

3. La

presión de suministro es de 2 atm y la temperatura de 30ºC. El rendimiento es 95%. Sol: 23366 m3.

30. En una zona turística, para subir a lo alto de una montaña de 500 m se emplea una locomotora de

vapor. Suponiendo que la locomotora, junto con los viajeros, pesa 30 t, determina qué cantidad

mínima de antracita es necesario quemar si el rendimiento es el 8%. Pc=8000kcal/kg. Sol:54,95 kg.

31. Suponiendo que el poder calorífico medio del carbón consumido en España en el año 2006 fue de

7000 kcal/kg y que las centrales térmicas usadas tuvieron un rendimiento del 33%, calcula la energía

eléctrica producida por ellas en MWh. Sol: 99916666 MWh.

32. Para calentar un depósito de agua, que contiene 2000 litros de agua, se han gastado 1,5 litros de

gasóleo. Calcula el incremento de temperatura originado si el rendimiento de la instalación en la que

se ha calentado es del 85%. Densidad del gasóleo=0,7 kg/dm3. Pc=10300 kcal/kg. Sol: 4,6ºC.

33. Determina qué cantidad de uranio se habrá gastado si se han obtenido 109 kcal. Sol: 0,046 g.

34. Un muelle, de longitud 20 cm, se alarga a 28 cm al aplicarle una fuerza de 2 N. ¿Qué energía

potencial elástica posee en estas condiciones?. Sol: 0,08 J.

35. Por un molinillo de café conectado a una red de 220V circula una corriente de 0,7 A. ¿Cuánta energía

eléctrica consume en 1 minuto?. Sol: 9240 J.

36. Un motor de 20 CV acciona una grúa que eleva un cuerpo de 600 kg a 20 m de altura en 1 min.

¿Cuál es el rendimiento de la instalación?. Sol:13,3%

37. Por un motor eléctrico conectado a una tensión de 220V circula durante 1 hora una corriente de 8 A

de intensidad. En ese tiempo ha conseguido elevar un cuerpo de 8000 kg a 25 m de altura. Calcula el

rendimiento energético del motor. Sol: 30,9%.

38. Un motor quema 1 kg de combustible de poder calorífico 500 kcal/kg y eleva 4000 kg de agua a 20

m de altura. ¿Cuál es el rendimiento del motor? Sol: 37,5%

39. Un automóvil con una masa de 1000 kg aprovecha el 20% de la energía producida en la combustión

de la gasolina cuyo poder calorífico es 104 cal/g. Si el coche partió del reposo y alcanzó la velocidad

de 36 km/h, calcula: la energía utilizada por el motor, la energía total producida y la cantidad de

gasolina gastada. Sol: 1,2·104 cal, 6·10

4 cal y 6 g.

40. Un muchacho alpinista, cuya masa es 60kg, tomó 234 g de azúcar cuyo contenido energético es de

938 kcal. Suponiendo que solamente un 15% del mismo se transformó en energía mecánica, ¿qué

altura podrá escalar ese alpinista a expensas de dicha energía?. Sol:1000m.

41. ¿Qué trabajo podrá realizarse mediante el calor producido por la combustión de 100 kg de carbón si

cada kilogramo de carbón origina 9000 kcal y el calor sólo se aprovecha en un 40%?. Sol: 15,05·108J