1. Qué es el punto triple. (3 puntos) 2. Qué es el título de un vapor. (3 puntos)

Transcripción

1 Teoría (30 puntos) TIEMPO: 50 minutos (9:00-9:50). El examen continúa a las 10:10. UTILICE LA ÚLTIMA HOJA COMO BORRADOR. Conteste brevemente a las siguientes cuestiones. Justifique sus respuestas, si es necesario apoyándose en diagramas. 1. Qué es el punto triple. (3 puntos) 2. Qué es el título de un vapor. (3 puntos) 3. Es posible evaporar un líquido sin burbujeo? En qué condiciones? (3 puntos)

2 4. Demuestre que para una sustancia incompresible, los calores específicos a presión y volumen constante son iguales. (3 puntos) 5. Formulación matemática del enunciado de Kelvin-Planck de la Segunda Ley. Explique el significado de los términos de la expresión. (5 puntos) 6. Un equipo frigorífico tienen un COP de 3 para unas determinadas temperaturas de evaporación y de condensación. Estime el COP de ese equipo si lo hacemos trabajar como bomba de calor, dadas las mismas temperaturas de evaporación y condensación (y las mismas temperaturas de los focos). (4 puntos)

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

4 TIEMPO PARA LOS 3 PROBLEMAS: 3 horas (10:10-13:10). UTILICE LA ÚLTIMA CARA COMO BORRADOR. ANOTE LAS RESPUESTAS EN LOS CUADROS DE ESTA HOJA, CON UNIDADES. Problema 1 (25 puntos) Las primeras máquinas de vapor estaban impulsadas por la presión atmosférica, que actuaba sobre un sistema cilindro-pistón lleno de vapor de agua saturado. Se creaba vacío en el cilindro enfriándolo externamente con agua fría, con lo que se conseguía la condensación del vapor. Se considera un sistema cilindro-pistón con una superficie del pistón de 0,1 m 2, lleno inicialmente de vapor de agua saturado a la presión atmosférica de 100 kpa (estado 1). A continuación se refrigera la superficie exterior del cilindro con agua fría fijando la posición del pistón, hasta que la temperatura del interior del cilindro cae hasta 30 ºC (estado 2). Finalmente cesa la refrigeración y se suelta el pistón, que desliza sin fricción, con lo que el vapor de agua vuelve hasta la presión atmosférica (estado 3). Agua fría Se pide: (5 puntos cada pregunta) (a) Represente el proceso experimentado por el agua en diagramas P-v y T-s, indicando claramente la posición de las líneas representativas (isobaras, isotermas, saturación, etc.). (b) Demuestre que en el proceso 2-3 se cumple que h 3 h 2 =v 2 (P 3 P 2 ). (c) Fuerza que debe actuar sobre el pistón en el estado 2, para mantenerlo en su posición. (d) Calor intercambiado por el cilindro. (e) Variación de entropía específica del agua en el proceso 2-3. NOTA: Si para la resolución necesita Vd. hacer alguna hipótesis, indíquela claramente, y justifique los motivos. Para las operaciones, emplee 4 cifras significativas. Indique las unidades de todas las magnitudes calculadas.

5 TIEMPO PARA LOS 3 PROBLEMAS: 3 horas (10:10-13:10). UTILICE LA ÚLTIMA CARA COMO BORRADOR. ANOTE LAS RESPUESTAS EN LOS CUADROS DE ESTA HOJA, CON UNIDADES. Problema 2 (25 puntos) Un ciclo de potencia con vapor de agua opera según el ciclo de Rankine con recalentamiento. El vapor sale de caldera (1) a 450 ºC y 6 MPa. Se expande en la turbina de alta hasta 600 kpa (2). Luego se recalienta hasta 350 ºC (3) antes de entrar en la turbina de baja, donde se expande hasta la presión del condensador de 7,4 kpa (4). La salida del condensador (5) es líquido saturado. Finalmente, una bomba presuriza el agua (6) hasta la presión de caldera. Las turbinas y la bomba tienen un rendimiento isoentrópico del 88 %. La potencia neta obtenida es de 12 MW. La refrigeración en el condensador se realiza con agua que entra a 20 ºC y sale a 35 ºC. Se pide: (5 puntos cada pregunta) (a) Represente el proceso termodinámico en un diagrama T s. (b) (c) (d) (e) Rendimiento energético del ciclo. Caudal de vapor. Caudal de refrigerante necesario en el condensador. Entropía generada en el condensador. Tabla de valores (no es necesario completarla: se incluye sólo como ayuda) Est. P (kpa) T ( C) h (kj/kg) s (kj/kgk) Otros NOTA: Si para la resolución necesita Vd. hacer alguna hipótesis, indíquela claramente, y justifique los motivos. Para las operaciones, emplee 4 cifras significativas. Indique las unidades de todas las magnitudes calculadas.

6 TIEMPO PARA LOS 3 PROBLEMAS: 3 horas (10:10-13:10). UTILICE LA ÚLTIMA CARA COMO BORRADOR. ANOTE LAS RESPUESTAS EN LOS CUADROS DE ESTA HOJA, CON UNIDADES. Problema 3 (20 puntos) Aire del ambiente en invierno a 1 bar, 5 ºC y 80 % de humedad relativa (estado 1), se acondiciona para que entre en una habitación a 1 bar, 30 ºC y 60 % de humedad relativa (estado 3). El proceso de acondicionamiento del aire se realiza en dos etapas: 1-2: Flujo a través de un calentador de resistencia eléctrica. 2-3: Inyección de agua pulverizada a 20 ºC. En la habitación se requiere un caudal volumétrico de 90 l/min de aire. Calentador eléctrico Agua 20 C 5 C 80% AIRE 1 bar 30 C 60% 90 dm 3 /min Se pide: (5 puntos cada pregunta) (a) Represente el proceso experimentado por el aire en un diagrama psicrométrico. (b) Temperatura del aire en el estado 2. (c) Caudal de agua que hay que aportar. (d) Potencia del calefactor. DATOS: Calores específicos: aire, 1,00 kj/kgk; vapor de agua, 1,82 kj/kgk. NOTA: Si para la resolución necesita Vd. hacer alguna hipótesis, indíquela claramente, y justifique los motivos. Para las operaciones, emplee 4 cifras significativas. Indique las unidades de todas las magnitudes calculadas.