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1 TEORÍA (35 % de la nota) Tiempo máximo: 40 minutos 1. Enuncie la Primera Ley de la Termodinámica. 2. Represente esquemáticamente el diagrama de fases (P T) del agua; indique la posición del punto crítico, el punto triple, la fase o fases estables en cada zona, la línea de presión P = 1 atm, y las temperaturas de corte de dicha isobara con las líneas del diagrama. 3. Indique cuáles son las ecuaciones de estado térmica y energética que constituyen el modelo de sustancia incompresible. 4. Características de un proceso irreversible.

2 5. Enuncie la Segunda Ley de la Termodinámica (basta uno solo de los enunciados). 6. Coeficiente de operación máximo de máquinas frigoríficas bitermas. Puede ser mayor que 1? Razone la respuesta. 7. Demuestre que la variación de entropía de vaporización es igual a la variación de entalpía de vaporización, dividida por la temperatura absoluta, s g s f = (h g h f )/T.

3 8. Deduzca la relación entre humedad absoluta y presión de vapor de agua en el aire húmedo. 9. Calcule la relación volumétrica aire/combustible para el metano (CH 4 ) cuando se quema con un 50 % de exceso. 10. Indique las tres variables que afectan al rendimiento en un ciclo de Rankine simple.

4 PROBLEMA 1 (35 % de la nota) Tiempo máximo: 1 hora 15 minutos Un actuador de una máquina consta de un émbolo de 25 kg situado en un sistema cilindro pistón. El émbolo, cuya área es igual a 0,0050 m 2, descansa inicialmente sobre los topes inferiores. La parte superior del cilindro está abierta a la atmósfera. El aire del interior del cilindro se calienta hasta que el émbolo alcanza los topes superiores. La presión y temperatura iniciales del aire son 101 kpa y 20 C, c v = 0,72 kj/kgk, g = 9,80 m/s 2 y P atm = 101 kpa. Se pide: (a) La masa de aire contenido en el cilindro. (b) La presión P 2 y la temperatura T 2 en el interior del cilindro, en el instante en que el émbolo comienza a moverse. (c) El calor comunicado antes de que se mueva el émbolo. (d) La temperatura T 3, cuando el émbolo alcanza los topes superiores. (e) El calor y el trabajo, durante el movimiento del émbolo. (f) La variación de entropía del aire durante el proceso. kg kpa C kj C Q= kj W= kj kj/k (g) Represente el proceso en un diagrama termodinámico. Atmósfera Topes superiores 0,1 m 0,25 m P 1 = 101 kpa T 1 = 20 C Topes inferiores

5 PROBLEMA 2 (35 % de la nota) Tiempo máximo: 1 hora 15 minutos Un ciclo de refrigeración por compresión de vapor que utiliza refrigerante 134a como fluido de trabajo funciona con una temperatura de 20 C en el evaporador y una presión de 10 bar en el condensador. La salida del evaporador es vapor saturado, y la del condensador es líquido saturado. El rendimiento isoentrópico del compresor es 0,80. El flujo másico de refrigerante es 3 kg/min. Se pide: (a) La temperatura de salida del compresor. C (b) El título del vapor a la entrada del evaporador. % (c) El COP del ciclo. (d) La capacidad de refrigeración en ton. ton (e) El COP de una máquina de Carnot inversa que funcione entre las misma temperaturas de evaporación y condensación que el ciclo real. (f) El caudal volumétrico aspirado por el compresor, en m 3 /min. m 3 /min (g) Represente el proceso termodinámico en un diagrama T s. Tabla de valores (no es necesario completarla: se incluye sólo como ayuda) 3 2 Est. P (kpa) T ( C) h (kj/kg) s (kj/kgk) Otros

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