1. Señale como verdadero (V) o falso (F) cada una de las siguientes afirmaciones. (Cada acierto = +1 punto; fallo = 1 punto; blanco = 0 puntos)

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1 Universidad de Navarra Nafarroako Unibertsitatea Escuela Superior de Ingenieros Ingeniarien Goi Mailako Eskola ASIGNATURA GAIA CURSO KURTSOA TERMODINÁMICA 2º NOMBRE IZENA FECHA DATA 15/09/07 Teoría (40 puntos) TIEMPO: 60 minutos 1. Señale como verdadero (V) o falso (F) cada una de las siguientes afirmaciones. (Cada acierto = +1 punto; fallo = 1 punto; blanco = 0 puntos) 1. En el punto triple de una sustancia todas las propiedades intensivas de las fases son iguales. 2. El título de un vapor húmedo es el volumen del vapor dividido por el volumen total de la mezcla. 3. En el punto crítico de una sustancia todas las propiedades intensivas del vapor y el líquido son iguales. 4. A partir del enunciado del Segundo Principio de Kelvin-Planck se puede deducir que el trabajo de un sistema que opera según un ciclo con un solo foco sólo puede ser negativo o nulo. 5. Según uno de los corolarios de Carnot, todas las máquinas bitermas que operan entre dos focos a las mismas temperaturas, tienen el mismo rendimiento. 6. En un intercambiador de calor balanceado la diferencia de temperaturas entre el fluido caliente y el frío se mantiene constante a lo largo del equipo. 7. En una tobera adiabática irreversible la entropía del fluido disminuye. 8. La temperatura de rocío de un aire húmedo no depende de su temperatura. 9. El rendimiento de un ciclo de Rankine aumenta cuando lo hace la temperatura del refrigerante en el condensador. 10. Un gas se expande en una tobera adiabática irreversible entre los estados 1 y 2. Si denominamos 2s el estado final del proceso adiabático reversible entre las mismas presiones, se puede afirmar que T 2 > T 2s.

2 2. Rellene la tabla indicando para cada propiedad si su valor aumenta ( ), disminuye ( ) o no cambia (=) en cada uno de los procesos descritos. (Cada respuesta correcta: 0,5 puntos) Proceso T P h s 1. Compresión adiabática reversible de un gas perfecto en sistema cerrado (sistema cilindro-pistón) 2. Compresión adiabática irreversible de un líquido subenfriado en flujo estacionario (bomba) 3. Derrame adiabático de un líquido saturado en flujo estacionario (válvula de estrangulación) 4. Condensación isobara de un vapor húmedo hasta líquido saturado (condensador) Represente los diagrama T-s de dos de los cuatro procesos descritos, señalando claramente la posición de las líneas representativas (isobaras, isotermas, saturación, etc.). (2 puntos) T T Proceso nº: s Proceso nº: s

3 3. Rellene la tabla indicando para cada propiedad si su valor aumenta ( ), disminuye ( ) o no cambia (=) en cada uno de los procesos descritos, para el aire húmedo en procesos en flujo estacionario. (Cada respuesta correcta: 0,5 puntos) Proceso 1. Enfriamiento isobaro hasta una temperatura inferior a la de rocío Temperatura Temperatura de rocío Humedad absoluta Humedad relativa 2. Calentamiento isobaro 3. Mezcla con agua líquida pulverizada a la misma temperatura 4. Mezcla con igual volumen de aire seco a la misma temperatura Represente en un diagrama psicrométrico (humedad-temperatura) los cuatro procesos indicados, partiendo del mismo estado inicial i (indicado en el diagrama). (2 puntos) w i T

4 4. Deduzca una expresión del rendimiento energético de un ciclo de Brayton ideal (con procesos isoentrópicos) para un gas perfecto, en función del cociente de presiones r. Represente el ciclo en un diagrama T-s. (10 puntos)

5 Universidad de Navarra Nafarroako Unibertsitatea Escuela Superior de Ingenieros Ingeniarien Goi Mailako Eskola ASIGNATURA GAIA CURSO KURTSOA TERMODINÁMICA 2º NOMBRE IZENA FECHA DATA 15/09/07 TIEMPO PARA LOS DOS PROBLEMAS: 2 horas. Problema 1 (30 puntos) Un cilindro provisto de un émbolo sin rozamiento contiene nitrógeno a la temperatura ambiente T 0 =300 K. El pistón tiene una masa tal que ejerce una sobrepresión adicional de 0,5 bar sobre la presión atmosférica P 0 de 1 bar (estado 1). La altura de la cara inferior del pistón sobre el fondo del cilindro es de x 1 =1 m y su sección es de A=1 m 2. Desde una altura a=2x 1 se deja caer bruscamente un cuerpo de masa igual a la del émbolo, provocando un rápido desplazamiento del mismo. Al cabo de poco tiempo se vuelve a alcanzar el equilibrio mecánico en condiciones prácticamente adiabáticas (estado 2). Bastante más tarde y en virtud de la lenta transmisión de calor al ambiente se alcanza el equilibrio térmico con el ambiente (estado 3). Se supone el émbolo y la masa indeformables y despreciables sus espesores y sus capacidades caloríficas. Considerar el nitrógeno gas ideal biatómico, con M=28 kg/kmol. Suponer g=10 m/s 2. m P 0 a=2x 1 m x 1 Se pide (no olvide incluir las unidades en cada respuesta): (a) Masa del pistón, m. (b) Presión del nitrógeno en el estado 2. (c) Temperatura del nitrógeno en el estado 2. (d) Calor transferido y su signo. (e) Altura del émbolo en el estado 3. (f) Diagramas P-v y T-s de los dos procesos descritos. (5 puntos cada pregunta) NOTA: Si para la resolución necesita Vd. hacer alguna hipótesis, indíquela claramente, y justifique los motivos. Para las operaciones, emplee 4 cifras significativas.

6 Universidad de Navarra Nafarroako Unibertsitatea Escuela Superior de Ingenieros Ingeniarien Goi Mailako Eskola ASIGNATURA GAIA CURSO KURTSOA TERMODINÁMICA 2º NOMBRE IZENA FECHA DATA 15/09/07 TIEMPO PARA LOS DOS PROBLEMAS: 2 horas. Problema 2 (30 puntos) Refrigerante R-134a entra al compresor de un frigorífico como vapor sobrecalentado a 0,10 MPa y -20 ºC, con un caudal de 0,05 kg/s y sale del compresor a 0,75 MPa y 50 ºC. El refrigerante sale del condensador como líquido saturado. Q c Cocina Alimentos Q f Se pide (no olvide incluir las unidades en cada respuesta): (a) Represente el ciclo en diagramas T-s y P-h (incluyendo isobaras y curva de saturación). (b) Calcule el calor (en vatios) que se extrae de los alimentos. (c) Calcule el trabajo consumido por el compresor (en vatios). (d) El COP del frigorífico. (e) Entropía generada en la válvula de expansión (kj/kg). (f) Calcule el rendimiento isoentrópico del compresor. (5 puntos cada pregunta). NOTA: Si para la resolución necesita Vd. hacer alguna hipótesis, indíquela claramente, y justifique los motivos. Para las operaciones, emplee 4 cifras significativas.