PROBLEMAS PARA NOTA, TERMODINÁMICA: 2011-2012 (E / EIA) A) Considérese un ciclo de Carnot con agua que ocurre en el interior de la campana de saturación, de forma que la entrada y salida del evaporador son líquido saturado y vapor saturado, respectivamente. Si la presión de baja del ciclo es de 10 kPa y la presión de alta 10 MPa, hallar: 1. El trabajo neto del ciclo (kJ/kg). 2. El rendimiento térmico del ciclo. 3. Comprobar la respuesta del apartado 2 empleando solamente las temperaturas de absorción y de cesión de calor. B) Un tanque rígido está dividido en dos partes de igual tamaño mediante una membrana impermeable. La primera contiene 5 kg de agua a 2 bar y 25 ºC, mientras que en la segunda se ha realizado el vacío. En un instante dado, se retira la membrana y el agua se expande libremente (por tanto, sin realizar trabajo alguno) hasta ocupar todo el volumen del tanque y se deja el tiempo necesario para que el agua intercambie calor con los alrededores y regrese a su temperatura inicial de 25 ºC. Se pide: 1. El volumen total del tanque. 2. La presión final en el mismo. 3. El calor intercambiado con los alrededores. C) Por el interior de una tobera adiabática circula un caudal de aire. El área de entrada en la tobera es de 80 cm2, y las condiciones de entrada del aire son 3 bar, 200 ºC y 30 m/s. Las condiciones del aire en la salida de la tobera son 1 bar y 180 m/s. Se pide: 1. Comprobar si se trata de una tobera isoentrópica. 2. Hallar la temperatura del aire en la salida. 3. Hallar el caudal de aire (kg/s) y el área de la tobera en la salida. Datos: cp = 1000 J/kgK; R = 287 J/kgK; γ = 1.4 PROBLEMAS PARA NOTA, TRANSMISIÓN DE CALOR: 2011-2012 (E / EIA) PROBLEMA 1.Obtener una expresión para la distribución de temperatura (T(x)) en una pared plana de espesor L y conductividad térmica constante K, para las siguientes condiciones de contorno. Comentar brevemente los resultados obtenidos. a) Flujo de calor y temperatura constantes en la superficie ubicada en x=0 (Φ=40 W/cm2 y T0=15 ºC) b) Flujo de calor constante en la superficie ubicada tanto en x=0 (Φ0=40 W/cm2) como en x=L (ΦL=-30 W/cm2) c) Flujo de calor constante en la superficie ubicada tanto en x=0 (Φ0=40 W/cm2) como en x=L (ΦL=40 W/cm2) NOTA: Asumir conducción unidimensional en la dirección x y que no existe generación interna de calor. PROBLEMA 2.En una instalación industrial se desea enfriar agua líquida mediante un intercambiador de calor de tubos, cuya geometría y dimensiones se muestran en la figura. El agua circula por el interior de los tubos a una velocidad de 0.1 m/s, mientras que por el exterior se hace pasar una corriente de aire a presión atmosférica, cuya velocidad y temperatura de entrada se encuentran indicadas en la figura. Se pide: a) Calcular el coeficiente de película del aire que circula por el exterior de los tubos. b) Calcular la temperatura de salida del aire y el calor intercambiado por unidad de longitud. c) Calcular la longitud de los tubos sabiendo que la diferencia de temperatura del agua entre la entrada y la salida es de 30ºC. NOTA: Despreciar la influencia que la temperatura del aire tiene sobre sus propiedades. Suponer que el espesor de los tubos es despreciable, y que la temperatura superficial de los mismos es constante e igual a 60 ºC. Datos del agua: ρ = 1000 kg/m3, cp = 4180 J/(kgK) 8 8 PROBLEMA 3.Una bombilla incandescente se encuentra a una temperatura de 2300 K. Si dicha bombilla se comporta como un cuerpo negro, calcular la fracción de energía radiante emitida por la 4. la longitud de onda para la cual se alcanza el máximo de emitancia espectral y el valor de dicha emitancia máxima. Comparar el trabajo neto (J/kg) y el rendimiento térmico del ciclo en los siguientes casos: a) Ciclo sin regeneración b) Ciclo con regeneración Datos: cp = 1000 J/kgK PROBLEMA (4 puntos). 5. entalpía de remanso y temperatura no varían. respectivamente. respectivamente. Si el agua se encuentra en su punto triple. al aumentar la presión en un proceso isotermo pasa a estado sólido. La temperatura a la salida de la turbina tiene que ser mayor que la temperatura de salida del condensador en un ciclo de Rankine con regeneración. CUESTIÓN 2 (2 puntos). La entalpía específica de una mezcla líquido-vapor a una determinada presión se calcula como la entalpía específica del líquido saturado más la entalpía de vaporización de la sustancia a dicha presión. al aumentar la temperatura en un proceso isóbaro pasa a estado gaseoso. CON FORMULARIO . 6. SIN FORMULARIO Contestar verdadero (V) o falso (F) a las siguientes afirmaciones: 1. Al pasar un gas ideal a través de un estrangulamiento (se desprecian las variaciones de energía cinética y potencial).misma en el rango visible de longitudes de onda. mientras que las temperaturas en entrada y salida en turbina son 1000 y 500 ºC. SIN FORMULARIO Sea un ciclo de Rankine simple (sin recalentamientos ni enfriamientos intermedios) donde las temperaturas de entrada y salida en el compresor son 10 y 100 ºC. su entalpía. 3. 2. TERMODINÁMICA TÉCNICA Convocatoria ordinaria. Si una máquina térmica convirtiese en trabajo todo el calor recibido de un solo foco térmico. Primer bloque (termodinámica) 30 de Mayo de 2012 CUESTIÓN 1 (4 puntos). violaría el segundo principio de la termodinámica pero no el primero. Si el agua se encuentra en su punto triple. ) 1 1 r1 r2 (r1 r2 ) 4K . Para encontrar el coeficiente de película del fluido que circula externamente a través de los tubos de un intercambiador (haz de tubos) se puede emplear la correlación para un único tubo. CON FORMULARIO Sea una esfera maciza de radio R y temperatura superficial T. Segundo bloque (Transmisión de calor) 30 de Mayo de 2012 CUESTIÓN 1 (4 puntos). de los cuales 6 kg se encuentran en fase vapor. TERMODINÁMICA TÉCNICA Convocatoria ordinaria. 4. Determinar: a) La temperatura al finalizar el proceso. Cuando un fluido baña una placa plana en régimen laminar. El mecanismo de transmisión de calor por conducción ocurre solo en sólidos. PROBLEMA 1 (2 puntos). La masa del pistón y la presión exterior son tales que mantienen la presión en el interior del cilindro constante en todo momento y de valor 200 kPa (2 bar). bañada por un fluido (h. CON FORMULARIO Rt .cond (esf . b) La masa de vapor que ha entrado al sistema. SIN FORMULARIO Contestar verdadero (V) o falso (F) a las siguientes afirmaciones: 1.Un cilindro vertical perfectamente aislado posee un pistón libre e inicialmente contiene en su interior 10 kg de agua. En un momento dado se permite la entrada de vapor que se encuentra a 0. el coeficiente de película local máximo se encuentra al inicio de la placa. En una situación de convección forzada. Deducir la expresión del radio crítico de aislamiento (rc). En una pared cilíndrica de dos capas. 5. 2. e s f e r a h K a T is r Resistencia térmica de conducción en esfera de radio interior r1 y exterior r2: R T PROBLEMA 2 (4 puntos). al aumentar la presión de contacto entre las capas disminuye la resistencia térmica de contacto.5 MPa y 350 ºC hasta que en el interior del cilindro solo existe vapor saturado. 6. T∞). el número de Prandtl depende de las propiedades del fluido y de su velocidad. 3. La ley de Planck permite calcular la emisividad espectral de un cuerpo negro. La entalpía de remanso permanece constante a lo largo de un difusor isoentrópico (se desprecian la variación de energía potencial y el calor transmitido). el vapor entra en la turbina de alta presión a 300 ºC y 30 bar. La entalpía de remanso permanece constante a lo largo de un difusor no isoentrópico (se desprecian la variación de energía potencia y el calor transmitido). La presión en el condensador de la instalación es 0. El rendimiento térmico de un ciclo de Carnot que absorba calor a 35 ºC y ceda calor a 0 ºC es igual a la unidad. Cuando un sistema cerrado sufre cualquier transformación reversible. 8.1) se mantiene a 100 K. 9. PROBLEMA (5 puntos). su temperatura aumenta. 11. Dicho tanque se sitúa en el interior de un recinto cúbico de 3 m de lado. Ninguna sustancia puede existir en fase líquida cuando su presión es menor que la de su punto triple.8) se mantiene a 240 K. de forma que la temperatura de su superficie (ε1 = 0. El factor de compresibilidad z de un vapor saturado es mayor que la unidad. y la salida del mismo se encuentra como líquido saturado. CON FORMULARIO En un ciclo Rankine con sobrecalentamiento y recalentamiento intermedio. Se pide: a) Hallar el título a la salida de la turbina de alta presión.1 bar. Al atravesar un estrangulamiento un gas perfecto. donde se alcanza nuevamente una temperatura de 300 ºC. . 16. 13. b) La tasa neta de calor radiante transferida hacia el nitrógeno. 14. y la abandona a 3 bar. su variación de entropía es nula. su entropía aumenta. 10. TERMODINÁMICA TÉCNICA Convocatoria extraordinaria. El punto crítico es el de mayor presión y mayor entropía de todos los que componen la campana de saturación de una sustancia. Si se suministra calor a un gas perfecto encerrado en un recipiente rígido. Determinar: a) El factor de forma desde el recinto cúbico hacia el tanque esférico. SIN FORMULARIO Contestar verdadero (V) o falso (F) a las siguientes afirmaciones: 7. Primer bloque (termodinámica) 6 de Julio de 2012 CUESTIÓN 1 (5 puntos). Seguidamente se conduce el fluido hacia el recalentador. se debe emplear el primer principio para sistemas abiertos en régimen estacionario. 15.Un tanque esférico de 2 m de diámetro se llena con nitrógeno líquido. cuya superficie (ε1 = 0. Para analizar el proceso de inflado de un globo. 12. 15. La emitancia espectral de un cuerpo negro es la misma para todas las longitudes de onda. El número de Prandtl aumenta con la velocidad de circulación de un fluido. el número de Reynolds característico no depende de la longitud de la tubería. SIN FORMULARIO Contestar verdadero (V) o falso (F) a las siguientes afirmaciones: 7. 9. El radio crítico de aislamiento de un conductor cilíndrico no depende de las propiedades térmicas del propio conductor. Los materiales con elevada conductividad térmica tienen mucha capacidad para almacenar calor. 12. 16. 8. 11. TERMODINÁMICA TÉCNICA Convocatoria extraordinaria.b) Encontrar el trabajo neto del ciclo y su rendimiento térmico. Cuando un fluido de propiedades constantes circula por el interior de una tubería (convección forzada interna) de sección también constante. En una pared plana de dos capas. La emitancia de una superficie rerradiante coindice con su radiosidad. 14. al aumentar la presión de contacto entre las capas disminuye el coeficiente global de transmisión de calor U. c) Representar el proceso en un diagrama T-s. Segundo bloque (Transmisión de calor) 6 de Julio de 2012 CUESTIÓN 1 (5 puntos). NOTA: Considerar que los procesos en turbinas y bomba son isoentrópicos. . Una camiseta de color blanco refleja toda la radiación térmica que incide sobre ella. 10. El factor de forma de una bombilla hacia el suelo de la habitación es independiente de la altura a la que se encuentre la bombilla. El coeficiente global de transmisión de calor U y el coeficiente de película h tienen las mismas unidades de medida. 13. así como la temperatura y el flujo de calor (W/m2) en la superficie derecha. asumir que la temperatura y el flujo de calor medio en la superficie derecha son 60 ºC y 80 W/m2.1 m PROBLEMA 2 (2 puntos). La segunda capa posee una conductividad térmica de 0. se pide: .Hallar el perfil de temperatura en ambas capas.1 W/mK 3 g = 800 W/m TS = ¿? S = ¿? 0. La primera capa no tiene generación interna de calor y se encuentra perfectamente aislada en su superficie izquierda. Número de Reynolds de transición = 5·105 Si no se ha resuelto el apartado anterior. .Emplear una correlación apropiada de entre las propuestas para el caso de superficies isotermas para hallar el coeficiente medio de película y la temperatura del fluido.1 W/mK y una generación interna de calor de 800 W/m3.1 m 0. . CON FORMULARIO Asumiendo que la superficie derecha en el problema anterior se encuentra bañada por un fluido que circula a 4 m/s en la dirección indicada. siendo la temperatura en dicha superficie de 100 ºC.1 m) mostrada en la figura. CON FORMULARIO Sea la pared plana de dos capas (ambas con espesor 0. 1 100 o C 2 K2 = 0. respectivamente.PROBLEMA 1 (3 puntos). que la longitud de la pared en dicha dirección es 3 m y que la temperatura y flujo de calor de la superficie son los hallados en el apartado anterior. Una expansión isoentálpica siempre implica un cambio en la presión del fluido permaneciendo su temperatura constante. el recalentamiento y enfriamiento intermedios aumentan tanto el trabajo del ciclo como su rendimiento. el factor de compresibilidad de un gas se aproxima a la unidad a medida que aumenta su temperatura manteniendo constante la presión. Problema (5 puntos): Para mejorar la competitividad de una pequeña industria cementera. un ingeniero propone generar la electricidad consumida (potencia eléctrica neta consumida = 818 kW) mediante un ciclo Rankine. En un ciclo Brayton.h = ¿? v = 4 m/s T = ¿? TS S 21 de Marzo de 2013 TERMODINÁMICA TÉCNICA. la entalpía del fluido que circula por el mismo no cambia con el tiempo. La ecuación de estado de Van der Waals reproduce correctamente el comportamiento de un gas en el interior de la campana de saturación. La entrada a la bomba se encuentra en estado de líquido saturado. En general. La entalpía de remanso del gas que atraviesa un difusor permanece constante incluso habiendo transmisión de calor durante dicho proceso. cuanto mayor sea el grado de combustión a presión contante (β) en un ciclo mixto menor será el rendimiento de dicho ciclo. Cuando un gas perfecto se comprime adiabáticamente en un volumen cerrado y rígido. Si el rendimiento isoentrópico de un compresor es igual a la unidad. PRIMER PARCIAL 1. la entalpía de remanso del fluido que lo atraviesa permanece constante. A igualdad de calor absorbido y relación de compresión volumétrica.1 y 10 bar. . Supóngase un sistema abierto operando en condiciones estacionarias. 2. Responder Verdadero (V) o Falso (F) a las siguientes afirmaciones (5 puntos): La diferencia entre los calores específicos a presión y volumen constante de cualquier gas es igual a la constante másica de dicho gas. respectivamente. A la entrada de dicho sistema. El ingeniero diseña el ciclo de forma que la presión de trabajo en el condensador y en la caldera sea de 0. el calor específico de la transformación es nulo. 6. un segundo ingeniero propone extraer (sangrar) una parte del gasto másico en la bomba (a la presión de 1 bar). calcular los gastos másicos por ambas calderas y el nuevo rendimiento térmico del ciclo. A 1 bar y 100 ºC. El coeficiente de Joule-Thompson de un vapor húmedo es positivo. 3.5 puntos): 1. 7. su entropía no varía. que permita calcular el trabajo neto por unidad de masa y el rendimiento termodinámico del ciclo mostrado en la figura. Al someter a un gas perfecto a una transformación adiabática cualquiera. 5.mientras que la entrada a la turbina está a 325 ºC (los procesos en bomba y turbina son isoentrópicos). según el diagrama adjunto. Sabiendo que la potencia eléctrica neta es la misma que en el apartado anterior. En un ciclo de Rankine simple.5 puntos). Responder Verdadero (V) o Falso (F) a las siguientes afirmaciones (3. SIN FORMULARIO. 4.5 puntos). La ecuación de estado de Van der Waals se aproxima a la del gas ideal a medida que aumenta el volumen específico del gas. el factor de compresibilidad z del agua líquida es menor que el del vapor de agua. 2. aportarle dicho calor residual en una caldera secundaria e inyectarlo en la turbina (presión 1 bar). SIN FORMULARIO. disminuye el trabajo realizado. Para aprovechar una fuente de calor residual (729 kW) a baja temperatura. Representar el proceso en el diagrama T-s y hallar el gasto másico de agua circulante y el rendimiento térmico del ciclo (2. . al disminuir la presión en el condensador aumenta el trabajo neto del ciclo. 29 de Mayo de 2013 CONVOCATORIA ORDINARIA TERMODINÁMICA TÉCNICA PARCIAL DE TERMODINÁMICA 1. Cuestión (2 puntos): Proponer dos expresiones. 2. en función de la cp del gas y de las temperaturas de los cuatro estados termodinámicos. Una máquina térmica que transformase en calor todo el trabajo (energía mecánica) recibido violaría el segundo principio de la Termodinámica. y representar el ciclo en el bomba caldera principal caldera secundaria turbina condensador diagrama T-s (2. Al disminuir el rendimiento isoentrópico de una tobera. CON FORMULARIO. el radio crítico de aislamiento del conductor de cobre es mayor que el del conductor de acero. la efectividad de una aleta no depende de las propiedades del fluido que la envuelve. 18. mientras que la otra superficie está en contacto con un ambiente convectivo. 19. Se dispone de dos conductores cilíndricos de igual tamaño y forma fabricados con cobre y acero respectivamente (KCu>Kacero). Si se aíslan ambos con espuma de poliuretano.T 3 2 4 1 s 3. y bañados por el mismo fluido. Determinar la presión y la masa final en el tanque. así como el calor suministrado. 20.3 m3 de capacidad está lleno de agua líquida saturada a 15 bar. Se abre una válvula situada en el fondo del tanque hasta que la masa de agua en el tanque es la mitad de la masa inicial. . tanto el calor transmitido entre la superficie interior de los conductos y el agua como el transferido entre la superficie exterior y el aire se pueden calcular considerando el coeficiente de película correspondiente a un solo tubo (como si dicho tubo estuviera solo) y multiplicando el calor transferido en dicho tubo por el número de tubos. Problema (4. mientras que por el interior de los tubos circula agua a diferente temperatura que el aire. Considérese la transmisión de calor por conducción unidimensional. Durante el vaciado. Considérese un flujo forzado de aire que ataca externa y transversalmente un haz de tubos. En dichas condiciones. sin generación interna de calor. se suministra calor al tanque para que el vaciado ocurra a temperatura constante. En general. momento en el que se cierra la válvula. la temperatura en la pared debe ser uniforme (la misma en todos los puntos). a través de una pared plana que está perfectamente aislada en una de sus superficies extremas. En condiciones estacionarias.5 puntos): Un tanque rígido de 0. 29 de Mayo de 2013 CONVOCATORIA ORDINARIA TERMODINÁMICA TÉCNICA PARCIAL DE TRANSMISIÓN DEL CALOR CUESTIÓN (5 puntos) Responder Verdadero (V) o Falso (F) a las siguientes afirmaciones: 17. La temperatura de equilibrio de una superficie rerradiante disminuye a medida que aumenta la emisividad de dicha superficie. . El carbón. El número de Prandtl aumenta con la velocidad de circulación de un fluido. El flujo neto de calor radiante en dicha superficie se puede calcular como la diferencia entre la radiosidad de la superficie y la irradiación recibida. Considérese una superficie en la cual no se cumple la ley de Kirchhoff. siendo su temperatura superficial interior igual a 423 K. siendo la temperatura inicial de la hamburguesa de 298 K y su forma equivalente a un disco de 10 cm. de espesor despreciable. Considérese un flujo forzado de aire a lo largo de una superficie plana isoterma en régimen laminar (sobre toda la superficie). 24. PROBLEMA (5 puntos) Considérese la barbacoa mostrada en la figura. Asumiendo que todas las superficies se pueden considerar como superficies negras. La carcasa de la barbacoa es una esfera de 60 cm. con una temperatura en la superficie de 1073 K. Tanto la emitancia como la absortividad total de una superficie se pueden calcular como la suma de los correspondientes valores espectrales. de diámetro (superficie 4). El máximo coeficiente de película local se alcanza al inicio de la placa. La longitud de onda para la cual se alcanza la máxima emitancia espectral coincidirá con la correspondiente a un cuerpo negro que estuviese a la misma temperatura que la superficie. Se coloca una hamburguesa. 23. de diámetro. 25. 22. calcular el calor neto intercambiado por radiación en las caras inferior (superficie 2) y superior (superficie 3) de la hamburguesa. del carbón.21. 26. se sitúa en la base de la misma y se puede considerar que tiene forma de disco de diámetro 20 cm (superficie 1). Considérese una superficie real cuya emisividad espectral es independiente de la longitud de onda (permanece constante). sobre una parrilla situada a 15 cm. EXAMEN FINAL DE TERMODINÁMICA TÉCNICA Primer Bloque: Termodinámica Convocatoria Extraordinaria Curso 2012/13 1. La regeneración en un ciclo Brayton consiste en intercambiar calor entre el fluido que sale del compresor y el fluido que entra en la turbina. El factor de compresibilidad z de un gas ideal aumenta al disminuir su densidad. 6. El exponente adiabático de un gas ideal que sufre una transformación isóbara es nulo. vapor y agua líquida en equilibrio. 5. Si se aumenta el calor absorbido en un ciclo Diesel (manteniendo constantes las condiciones de admisión y la relación de compresión volumétrica). 4. La temperatura de un gas ideal no varía al pasar a través de un estrangulamiento adiabático. 10. Al aumentar de forma isóbara la temperatura de un sistema que contiene hielo. Si un sistema recibe calor de forma reversible su entropía aumenta. 3. 2. Si un sistema recibe calor de forma irreversible su entropía aumenta. . se obtiene sólo vapor de agua. 7. el rendimiento del ciclo y el rendimiento isoentrópico de la turbina. El coeficiente de dilatación isobárico de un gas perfecto es igual al inverso de su presión. El sobrecalentamiento en un ciclo Rankine aumenta el trabajo neto. 9. 8. el trabajo neto y el rendimiento del ciclo también aumentan. Contestar Verdadero (V) o Falso (F) a las siguientes afirmaciones (5 puntos): 1. (0. para analizar la transferencia de calor por conducción en dicha pared se puede despreciar la resistencia térmica de contacto en la interfase entre las dos capas.5 puntos) 2. su volumen sería igualmente nulo .5 puntos) 2. Considérese una pared plana compuesta por dos capas de un material aislante comprimidas una contra la otra.2.R = 8314 J/kmolK. Esta última afirmación continúa siendo cierta cuando la pared pierde calor por radiación desde sus superficies extremas (siendo dicho calor radiante proporcional a la cuarta potencia de la temperatura de dichas superficies). La masa y la temperatura en el globo al finalizar el llenado. la temperatura en una pared plana con conductividad térmica constante y sin generación interna de calor varía de forma lineal con la distancia. El material de la cubierta del globo es tal que el volumen en el interior aumenta linealmente con la presión. . La masa inicial en el globo. Si se considera que los coeficientes de película son independientes de la temperatura de los fluidos. Supóngase una pared plana bañada por dos fluidos a diferente temperatura en sus superficies extremas. (1. Se conecta el globo a una línea de llenado que suministra helio a 150 kPa y 25 ºC hasta que la presión en el interior del globo alcanza la de la línea (proceso que puede considerarse muy rápido).3. y asumiendo condiciones estacionarias. PM = 4 kg/kmol. (3 puntos) NOTAS: . 2. Para que la adición de aletas a una superficie resulte beneficioso. CUESTIÓN (5 puntos): Contestar Verdadero (V) o Falso (F) a las siguientes afirmaciones: 1. En general. El trabajo realizado durante el llenado. cuanto mayor sea el salto térmico entre dichos fluidos mayor será el valor del coeficiente global de transmisión de calor (U). Determinar: 2. cp = 5200 J/kgK EXAMEN FINAL DE TERMODINÁMICA TÉCNICA Segundo Bloque: Transmisión de Calor Convocatoria Extraordinaria Curso 2012/13 1.Si la presión fuese nula en el interior del globo. Como es sabido. 3.2. si existe.1. Un globo aerostático contiene inicialmente 65 m 3 de gas helio a 100 kPa y 22 ºC. 4. la eficiencia ponderada (sa) de la superficie aleteada debe ser mayor que la unidad. 6. 8. Las unidades del número de Nusselt son W/m2K. 9.A) de una superficie rerradiante es igual a cero. el coeficiente de película no depende de la conductividad térmica del fluido. Cuanto mayor sea el coeficiente de difusividad térmica de dicho fluido ().5. 10. . En un problema de convección forzada gobernado por una correlación del tipo Nux = C·Rex. A medida que aumenta la temperatura de un cuerpo negro. 7. En una superficie semitransparente (0) en la cual se cumple la ley de Kirchhoff. el flujo neto de calor radiante en la superficie se puede calcular como la diferencia entre la radiosidad de la superficie y la irradiación recibida. Supóngase un fluido circulando sobre una superficie plana. mayor será el espesor de la capa límite térmica. El ratio (1-ε/ε. la longitud de onda para la cual se alcanza el máximo de emitancia se desplaza hacia valores menores. El agua circula por el interior de los tubos a una velocidad de 0.Datos del agua: ρ = 1000 kg/m3. cp= 4180 J/(kg·K) 8 8 . y que la temperatura superficial de los mismos es constante e igual a 60 ºC. cuya geometría y dimensiones se muestran en la figura.2.Suponer que el espesor de los tubos es despreciable.1 m/s. mientras que por el exterior se hace pasar una corriente de aire a presión atmosférica. cuya velocidad y temperatura de entrada se encuentran indicadas en la figura. calcular: a) Coeficiente de película del aire que circula por el exterior de los tubos y temperatura de salida de dicho aire.Despreciar la influencia que la temperatura del aire tiene sobre sus propiedades. NOTA: . b) Longitud de los tubos. sabiendo que la diferencia de temperatura del agua entre la entrada y la salida es de 30ºC. . PROBLEMA (5 puntos):En una instalación industrial se desea enfriar agua líquida mediante un intercambiador de calor de tubos. . En dichas condiciones. 9 de Noviembre 2012 TERMODINÁMICA TÉCNICA. el sistema no puede realizar ni recibir trabajo técnico. b. el proceso de inflado desde presión ambiental (muy rápido) terminaba al alcanzar el neumático una presión de 3. A una presión y temperatura dadas.2 bar (presión de tarado). Para unas condiciones de presión y temperatura dadas. calcular hasta qué presión hay que tarar el nuevo sistema. para suministrar presión de inflado a las ruedas. su entropía disminuye. presión que posteriormente descendía al transmitir calor al ambiente. Si ahora se pretende que la presión final del neumático sea la misma que cuando se usaba aire. Suponer que el volumen del neumático no varía durante el inflado. 2. Con el fin de mejorar el servicio al cliente y reducir las pérdidas por fugas. y suponiendo comportamiento de gases ideales. f. 100 moles de CO 2 ocupan el mismo volumen que 100 moles de N2. h. Datos ambientales: 1 bar y 25 ºC. A temperatura inferior a la del punto triple. una sustancia permanece siempre en estado sólido. g. Determinar los exponentes adiabáticos de los dos gases. su entalpía disminuye. Sea un sistema adiabático con flujo estacionario. Cuando la temperatura y presión reducidas de una sustancia son ambas menores que la unidad. el coeficiente de compresibilidad de una sustancia es mayor cuanto mayor es su factor acéntrico. PRIMER PARCIAL 1. e. Al comprimir un gas de coeficiente de Joule-Thompson positivo de forma isoterma. Cuando al comprimirse un gas reversiblemente cede calor al entorno. Calores específicos a presión constante: cp(aire)=1000 J/kgK. Escribir el primer principio de forma integrada entre los instantes inicial y final del llenado instantáneo (1-2). en el que pueden despreciarse las diferencias de energía potencial. Cuando el sistema de inflado trabajaba con aire. d. i. su coeficiente de compresibilidad también lo es. su volumen reducido también lo es. cp(CO2)=845 J/kgK Recomendación: seguir el siguiente procedimiento: a. Si las entalpías de remanso de las corrientes entrante y saliente son iguales. c. j. La entalpía de la corriente entrante en un sistema abierto estacionario es igual al de la saliente. En los ciclos Stirling y Ericsson el calor cedido es igual al absorbido. b. en un taller de neumáticos deciden abandonar el tanque de aire comprimido y sustituirlo por uno de CO 2. Responder Verdadero (V) o Falso (F) (5 puntos): a. Cuando la temperatura y presión reducidas de una sustancia son ambas menores que la unidad. . e. f. cualquiera que sea el gas. Escribir la expresión que relaciona las presiones antes y después del enfriamiento posterior al llenado (2-3). Combinar ambas expresiones para determinar directamente la presión al final del enfriamiento (1-2-3). d. Aplicar la expresión (1-2-3) para calcular la presión al final del inflado instantáneo (2) .c. Aplicar esta expresión para calcular la presión final (3) en el caso de inflar con aire. Adoptar dicha presión como presión final que debe mantener el neumático. potencia térmica que se debe suministrar para asegurar que la cantidad de caldo al final de la cocción (y del posterior enfriamiento) sea de 2 litros. c En una transformación isóbara el exponente adiabático es nulo. Condiciones ambientales: 25ºC y 1 bar. tiempo necesario para dicho calentamiento previo. Si disminuye tanto la presión como el volumen de un sistema. d Durante una expansión irreversible en una turbina la entropía siempre aumenta. en la que se introducen 4 litros de agua (además de los ingredientes) antes de cerrarla. f Entre dos sustancias con idénticas constantes de Antoine. iPara un gas perfecto. el coeficiente de compresibilidad aumenta siempre con la temperatura. el coeficiente de compresibilidad isotermo es igual a la inversa de la presión. e La entalpía de remanso de la corriente entrante en un sistema abierto estacionario es igual al de la saliente. . PRIMER PARCIAL 1. Calcular: a) Presión a la que hay que tarar la válvula b) Desde que se alcanza la cocción. j En un ciclo Brayton regenerativo la temperatura de salida del compresor debe ser superior a la de salida de la turbina. 2 Para hacer un cocido en una cocina eléctrica se usa una olla como la de la figura. Se supone que la potencia térmica invertida en calentar el alimento y el aire y en pérdidas por las paredes es del 20% del calor que recibe a partir de la placa sobre la que se deposita. h Si un gas se enfría al circular a través de un obstáculo en un conducto su coeficiente de Joule-Thompson es positivo. g A una determinada presión. la de menor peso molecular tiene mayor entalpía de vaporización (en J/kg). Responder Verdadero (V) o Falso (F) (5 puntos): a b Todo gas perfecto cumple la ecuación de los gases ideales. c) Si para el calentamiento previo a la cocción se usa la misma potencia que para la cocción.8 de Enero 2013 TERMODINÁMICA TÉCNICA. d) Energía eléctrica total consumida. La receta aconseja media hora de cocción con el agua hirviendo a 130ºC. el exponente politrópico de la transformación es negativo. La temperatura ambiente es también de 5 ºC. aislada por abajo. aumentan su efectividad y su eficiencia (a costa de un mayor peso y coste). 29. 32. mientras que en la rejilla superior se sitúa la carne (asumir también cuerpo negro) inicialmente a 5 ºC. 36. En una situación de convección forzada. PROBLEMA (5 puntos). 30. 33. La tasa de calor transmitido por convección desde el inicio de la placa hasta L/2 es mayor que desde L/2 hasta la finalización de la placa. En una pared cilíndrica compuesta por dos capas metálicas. . 34.5 m y una altura (entre la base inferior y la rejilla) de 0. En la base inferior. el número de Reynolds característico del fluido que circula por su interior también se dobla. CON FORMULARIO La barbacoa de la figura posee un diámetro de 0. el número de Prandtl depende de las propiedades del fluido y de su velocidad. El aluminio es un material más habitual que el cobre en la fabricación de aletas porque las aletas de aluminio presentan mayor efectividad que las de cobre. SIN FORMULARIO Contestar verdadero (V) o falso (F) a las siguientes afirmaciones: 27. 35. Un emisor se considera difuso cuando la intensidad emitida es independiente de la temperatura. la resistencia térmica de contacto es despreciable al analizar la conducción del calor. DATOS: Constante de Stefan-Boltzmann = 5. Si se dobla la longitud de un conducto.La tasa neta de calor radiante que recibe la carne en dicho instante inicial. Calcular: . La máxima emitancia espectral de un cuerpo negro es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. En una pared plana compuesta por dos capas aislantes.TERMODINÁMICA TÉCNICA Convocatoria ordinaria. La conductividad térmica de un material siempre es independiente de su temperatura. 28. Al aumentar la longitud de las aletas. Sea una placa plana isoterma de longitud L sobre la que circula un fluido (T∞) en régimen laminar.67·10-8 W/m2K4 . se deposita carbón a 950 K (asumir que se comporta como cuerpo negro).2 m. la resistencia térmica de contacto es despreciable al analizar la conducción del calor. 31. Segundo bloque (transmisión de calor) 8 de Enero de 2013 CUESTIÓN 1 (5 puntos).Idem si el espacio entre la base y la rejilla se recubre con papel de aluminio (asumir que éste se comporta como una superficie rerradiante).