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50
g de niobio, aumentan su temperatura en 75 °C cuando se calientan
durante un tiempo determinado. Estimar el calor específico
y determinar el calor necesario para producir este calentamiento.
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Calcular
la energía necesaria para aumentar la temperatura de 2
kg de los siguientes materiales desde 20 a 100°C: aluminio,
acero, vidrio de sosa y cal y polietileno, considerando su capacidad
calorífica de la siguiente tabla.
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Una
pieza de colada de aluminio solidifica a 660°C. A esa temperatura,
la pieza tiene 250 mm de longitud. ¿Cuál es la
longitud después de que la pieza se enfríe a temperatura
ambiente?
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Un
hilo de aluminio, cuyo coeficiente de dilatación lineal
es 25 · 10-6 K-1, de 15 m de largo es enfriado desde
40 a -9°C. ¿Cuál será el cambio de longitud?
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Una
barra metálica de 0,4 m de longitud se alarga 0,48 mm
al ser calentada desde 20 a 100 °C. Determinar:
b) Si la dilatación se impide, soldando la barra por sus extremos, calcular las tensiones a las que estaría sometida la barra al calentarla desde 20°C hasta los 100 °C.
Las tensiones residuales cumplen la ecuación: s = E · a · DT
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Una
tubería de acero para vapor de 5 m de longitud a 20 °C,
tiene impedida la dilatación. Calcular las tensiones térmicas
que aparecen en la tubería cuando circula por ella vapor
sobrecalentado a 115°C, considerando que el coeficiente de
dilatación lineal, a, es de
15× 10-6 cm/cm K-1 entre 0 y 200 °C.
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Unos
raíles de tren fabricados con una acero del 0,25% de C,
que tiene un a = 12,5 · 10-6 K-1,
son instalados en la época del año en que la temperatura
media es de 4°C. Si en la unión de los raíles,
cuya longitud es de 11,9 m, se le deja un espacio de 5,4 mm,
¿cuál es la temperatura más alta que puede
ser tolerada sin introducir tensiones térmicas?
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a)
Una barra de latón de 0,35 m de longitud se calienta desde
15 a 85°C mientras sus extremos se mantienen en posiciones
rígidas, determinar el tipo y magnitud de las tensiones
que se originan. Suponer que a 15°C la barra está
libre de tensiones.
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Los
extremos de una barra cilíndrica de 6,4 mm de diámetro
y 254 mm de longitud se colocan entre soportes rígidos.
La barra está libre de tensiones a temperatura ambiente;
al enfriar a -60°C, se puede permitir una tensión
térmica de 140 MPa. ¿De qué material, de
la tabla siguiente, debe fabricarse la barra? ¿Por qué?
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Los
dos extremos de una barra cilíndrica de níquel
de 120 mm de longitud y 12 mm de diámetro se mantienen
rígidos. Si la barra está inicialmente a 70°C,
¿hasta qué temperatura debe ser enfriada para que
se produzca una reducción en diámetro de 0,023
mm?
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Un
vidrio para ventana de 10 mm de espesor y de 1,2 x 1,2 m separa
una habitación a 25º C del exterior, a 40º C.
Calcular la cantidad de calor que entra a la habitación
a través de la ventana cada día.
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La
densidad del poliestireno rígido es de 1050 kg/m3, mientras que la densidad de este mismo
polímero expandido con freón 12 es de 16 kg/m3. a) Calcular el porcentaje de porosidad
del poliestireno expandido suponiendo nula la densidad del gas.
b) Calcular la conductividad térmica del poliestireno
expandido en el supuesto de que ésta sea proporcional
a la fracción en volumen del poliestireno y del gas, siendo
kpoliestireno de 0.16 J m-1
s-1 K-1
y kfreon 12 de 0.009 J m-1
s-1 K-1.
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Suponer
que podemos introducir una porosidad del 30% en volumen en el
interior de un vidrio de carbonato de calcio. Considerando que
la conductividad térmica debida a los poros es cero, ¿cuál
es la diferencia de calor respecto a la obtenida en el problema
11.11?
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Calcular
los valores de capacidad calorífica a presión cte.
Cp, para los mteriales siguients, a partir
de los valores experimentales de Calor específico. Cual
es el error si suponemos Cp = cte = 6
cal/mol·K
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Cobre Níquel Aluminio N2 |
Ce = 0,092 cal/g·K Ce = 0,105 cal/g·K Ce = 0,220 cal/g·K Ce = 0,240 cal/g·K |
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Una
barra debe utilizarse en una aplicación que requiere que
sus extremos se mantengan rígidos. Si la barra está
libre de tensiones a la temperatura ambiente, 20°C, cuando
se coloca,
b) ¿Para cuál de los materiales tabulados sería mayor la tensión de compresión resultante a esa temperatura? ¿Cuál sería esa tensión de compresión?.
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Los
extremos de una barra cilíndrica de 60 cm de longitud
se colocan entre soportes rígidos. La barra está
libre de tensiones a una temperatura de 100°C, pero ésta
debe enfriarse hasta los -60°C sin que sucedan deformaciones
plásticas. a) ¿Qué materiales de la tabla
siguiente podrán ser utilizados?. Justifícalo.
b) ¿Qué material permitirá un menor diámetro
de la barra.
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Se
desea utilizar una barra en una aplicación en la que sus
extremos deben mantenerse rígidos. Si la barra está
libre de tensiones a la temperatura ambiente, 20°C, cuando
se coloca.
a) ¿Cuál/es será/n el/los material/es que permita/n una mayor temperatura sin deformaciones permanente?
b) ¿Qué material/es soportará/n, sin romper, menores temperaturas?
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Una
pieza de acero esmaltado, en el que la unión entre el
esmalte y el acero es rígida a través de una capa
de óxido, es calentada desde los 25ºC, donde no presenta
tensiones, hasta los 85ºC. Si las propiedades de ambos materiales
son:
b) ¿A qué temperatura se fracturará o agrietará el esmalte?
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Una
aplicación industrial precisa de una barra metálica
de 125 cm de longitud y 15 mm de diámetro, cuyos extremos
se mantienen rígidos. Si consideramos una temperatura
mínima de servicio de 10°C,
a) ¿Cuál de los materiales de la tabla siguiente presentará un mayor intervalo de temperaturas de servicio?
b) ¿Cuál será la deformación máxima, en el material seleccionado, a los 75°C?
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Se
fabrican raíles de tren, de 15 metros de longitud a temperatura
ambiente de 18°C, con un acero del 0.25% C, que tiene un
coeficiente de dilatación térmico lineal de 12.5
· 10-6 K-1.
Está previsto que pueda sufrir temperaturas de -22°C
hasta 60°C.