1. (a) Enunciar la Primera Ley de la Termodinámica.

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1 ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS Universidad de Navarra Examen de TERMODINÁMICA II Curso Troncal - 7,5 créditos 7 de febrero de 200 Nombre y apellidos NOTA TEORÍA (30 % de la nota) Tiempo máximo: 45 minutos Utilice la última cara como borrador.. (a) Enunciar la Primera Ley de la Termodinámica. (b) Explicar brevemente la diferencia entre trabajo de cambio de volumen, trabajo de flujo y trabajo axial. Página

2 2. (a) Enunciar la Segunda Ley de la Termodinámica. (b) Condiciones de reversibilidad desde el punto de vista termodinámico. (c) Demostrar que la transferencia de calor a través de una diferencia finita de temperaturas es un proceso irreversible. 3. Indicar si cada uno de los siguientes procesos aumenta ( ), disminuye (fl) o no modifica (=) cada uno de los siguientes parámetros del aire: Proceso a) Calentamiento isobaro Temperatura Temperatura de rocío Presión de saturación Humedad relativa b) Enfriamiento isobaro por debajo del punto de rocío c) Compresión isoterma d) Mezcla adiabática con aire seco a la misma temperatura e) Mezcla adiabática con agua pulverizada a la misma temperatura Puntuación por cada apartado: 4 respuestas correctas, 2 puntos; 3, punto; 2 ó menos, 0 puntos. Página 2

3 4. El ciclo de Carnot es un ciclo ideal de producción de potencia con vapor. Si se introducen algunas modificaciones, se puede llegar a un ciclo práctico, es decir, el ciclo de Rankine con irreversibilidades. Indicar esas modificaciones y explicar brevemente por qué son necesarias para conseguir realizar un ciclo práctico. Ilustre su respuesta con esquemas utilizando diagramas de propiedades del agua. Página 3

4 ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS Universidad de Navarra Examen de TERMODINÁMICA II Curso Troncal - 7,5 créditos 7 de febrero de 200 PROBLEMAS (70 % de la nota) Tiempo máximo: 3 horas Resuelva los problemas en hojas por separado. PROBLEMA Una turbina de gas de ciclo Brayton consta de un compresor adiabático, una cámara de combustión isobara y una turbina adiabática que produce el trabajo requerido en el compresor más una cantidad neta de trabajo. Aire del ambiente () a bar, 20 C, entra en el compresor y se comprime hasta 6 bar (2). El rendimiento isoentrópico del compresor es de 0,82. El aire comprimido entra en la cámara de combustión, donde se mezcla con gas natural (80 % CH 4, 20 % C 2 H 6 ) que entra a 25 C (3). Para no dañar el material de los álabes de la turbina, se regula la relación aire/combustible de modo que los gases de salida de la cámara de combustión (4) no superen los 050 C. Los gases se expanden en la turbina hasta la presión de bar (5). El aire puede suponerse gas perfecto biatómico. La combustión es completa, por el exceso de aire empleado, y adiabática. El calor específico de los gases de combustión, en función de la temperatura, vale c p [kj/kmol K] = 27,33 + 9, T 2, T 2, con T en K. 3 2 Cámara de combustión 4 Compresor Turbina Generador eléctrico 5 (a) Representar el proceso experimentado por el aire en un diagrama T-s. (b) Calcular la temperatura de entrada del aire a la cámara de combustión [ C]. (c) Calcular el trabajo consumido en el compresor [kj/kg]. (d) Calcular la relación aire/combustible en base molar [kmol aire/kmol gas natural]. (e) Calcular la temperatura de rocío de los gases de combustión en las condiciones de salida de la cámara de combustión (4). Página

5 Examen de TERMODINÁMICA II Curso PROBLEMA 2 Un recipiente rígido de 200 litros de capacidad contiene una mezcla de agua y vapor en equilibrio a 00 kpa. Inicialmente (estado ) el líquido ocupa un 0 % del volumen del recipiente. La vasija dispone de un sistema de calentamiento de 500 W de potencia. En la parte inferior de la vasija hay una válvula de seguridad, que se abre cuando la presión alcanza MPa; por la válvula pasa solamente líquido saturado. La válvula está conectada a un sistema cilindro-pistón inicialmente vacío. La presión que alcanza el fluido en el cilindro es de 50 kpa. Vapor Líquido Q & Se conecta el sistema de calefacción de la vasija, con lo que la presión empieza a aumentar. Cuando alcanza 000 kpa (estado 2) se abre la válvula de seguridad, con lo que empieza a salir líquido de la vasija, y sin que aumente ni disminuya más la presión en ésta. Cuando el sistema cilindropistón (estado 4) ocupa el mismo volumen que la vasija (estado 3), se cierra la válvula y se apaga la calefacción. (a) Representar los procesos descritos en un diagrama termodinámico. (b) Calcular la masa total de agua contenida inicialmente en el depósito (m ). (c) Calcular la masa de líquido evaporada mientras la válvula está cerrada (de a 2). (d) Calcular el tiempo que tarda la vasija en alcanzar la presión de 000 kpa. (e) Calcular cuánto tiempo se tiene abierta la válvula. Dato: el paso del líquido por la válvula puede considerarse una expansión isoentálpica (pues las presiones de entrada y salida se mantienen constantes). PROBLEMA 3 Un equipo frigorífico de compresión de vapor trabaja con refrigerante 34a. Del evaporador sale vapor () a bar y 20 C, que se comprime adiabáticamente hasta 8 bar y 60 C (2). La temperatura del fluido a la salida del condensador (3) es de 26 C. Despréciense las fugas de calor y las pérdidas de presión en las tuberías de conexión. El caudal volumétrico a la entrada del compresor es 2 m 3 /min. La temperatura de la cámara es de 2 C, y la temperatura ambiente de 22 C (a) Representar el proceso en un diagrama T-s. (b) Calcular el caudal de calor extraído del espacio refrigerado. (c) Calcular el rendimiento isoentrópico del compresor y su potencia. (d) Calcular el COP del ciclo, y el COP que tendría un ciclo reversible que trabajara entre los mismos focos. (e) Calcular la entropía generada (en kj/kg K) en el compresor y en el dispositivo de estrangulamiento. Página 2

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