Universidad de Navarra

Transcripción

1 Aignatura / Gaia Curo / Kurtoa ERMODINÁMICA IEMPO: 45 minuto. Utilice la última cara como borrador. EORÍA 1 (20 punto) Lea la 20 cuetione y ecriba dentro de la cailla al pie: V i conidera que la afirmación e verdadera, o F i conidera que e fala. La repueta correcta e puntúan con +1, la incorrecta con -1 y la en blanco no e puntúan. La repueta de eta pregunta deben ecribire con tinta. 1. En una bomba de calor el condenador e coloca en la calle. 2. Un foco e un itema internamente reverible e iotermo. 3. Dentro de la campana de aturación no tiene entido uar c p. 4. En una máquina de refrigeración, cuanto má alejada etén la temperatura del foco frío y del foco caliente, mayor erá el COP de la máquina. 5. El trabajo e una propiedad que ólo depende del etado inicial y final del proceo. 6. La variación de entropía de un fluido que e comprime reveriblemente en un compreor refrigerado puede er poitiva. 7. La entropía e una función del proceo, ya que e una medida de la irreveribilidade que tienen lugar en un proceo. 8. El rendimiento ioentrópico compara un proceo iotermo reverible y un proceo iotermo e irreverible. 9. Un ga ideal e expande en una válvula: el proceo que tiene lugar e iotermo. 10. odo proceo adiabático y reverible e ioentrópico. 11. La preión en un líquido aumenta linealmente con la profundidad a la uperficie. 12. Un líquido puede paar a fae vapor in burbujeo por calentamiento iobaro, i la preión del proceo e mayor que la preión del punto triple. 13. En proceo irreverible e cumple que. 14. En el diagrama P-v, la ioterma on curva de pendiente iempre poitiva. 15. Si un vapor obrecalentado e comprime iotérmicamente, puede condenar. 16. Si un vapor obrecalentado e comprime adiabáticamente, puede condenar. 17. La temperatura de bulbo húmedo e iempre menor que la temperatura de rocío. 18. Si e pulveriza agua líquida en aire eco, ambo a la mima temperatura, el proceo e iotermo. 19. Del enunciado de Kelvin-Planck de la Segunda Ley e deduce que para en un proceo cíclico El rendimiento de un ciclo de Rankine aumenta i diminuye la preión en el condenador P Manuel Lardizabal, Donotia -San Sebatián, Gipuzkoa Spain el: Fax:

2 EORÍA 2 (10 punto) Rellene la tabla indicando para cada propiedad i u valor aumenta ( ), diminuye ( ) o no cambia (=) en cada uno de lo proceo decrito. (0 fallo: 2 punto; 1 fallo: 1 punto; 2 fallo o má: 0 punto) Proceo (a) Enfriamiento de una caldera rígida que contiene líquido y vapor en equilibrio. (b) Compreor adiabático de un vapor aturado, con rendimiento ioentrópico η <1. (c) urbina adiabática de ga ideal, con rendimiento ioentrópico η <1. (d) Etrangulación adiabática de un ga ideal. h v Repreente lo diagrama - de cada uno de lo cuatro proceo decrito, eñalando claramente en cada cao la poición de la línea repreentativa (iobara, ioterma, aturación, etc.). (2 punto) (a) (c) (b) (d)

3 EORÍA 3 (5 punto) m kg de un ga perfecto e comprimen cuaietática e iotérmicamente en un itema cilindropitón dede V 1 a V 2, a temperatura 1. Deduzca una expreión del trabajo realizado y la variación de entropía del ga.

4 Aignatura / Gaia ERMODINÁMICA IEMPO PARA LOS DOS PROBLEMAS: 2 HORAS. PROBLEMA 1 (25 punto) Fig. 2 Fig. 1 Curo / Kurtoa Lo globo acienden porque el ga en u interior e meno deno que el aire exterior. Exiten do tipo de globo: lo de aire, calentado con un quemador,, que e uan para cota baja; y lo de un ga má ligero (helio o hidrógeno). Felix Baumgärtner utilizó un globo de He en u acenión para uperar la barrera del onido en la caída. El globo tenía un volumen máximo de m 3, que e alcanzaba en la ee un montaje para motrar el tamaño del globo). En la tabla adjunta e indica el valor de la temperatura y tratofera (la Fig. 1 preión de la atmófera etándar. z (m) P (Pa) , , , , , ,95642 (ºC) 15-56,5-56,5-44,5-2,5-2,5-58,5 P Manuel Lardizabal, Donotia -San Sebatián, Gipuzkoa Spain el: Fax:

5 A nivel del uelo, e introduce en el globo una cierta cantidad de helio (Fig. 2), de manera que a 32 km de altura e expanda y ocupe el volumen máximo del globo. Se puede uponer que a cada altura la temperatura y preión del helio etán en equilibrio con la del aire de la atmófera exterior. Dato: Maa de la lona del globo: 1682 kg. Maa de la cabina (con Felix dentro): 1315 kg. g=9,81 m/ 2, upueta contante con la altura. Se pide (5 punto cada cuetión): (a) Maa de helio introducida en el globo (kg). (b) Volumen del globo al comienzo de la acenión (m 3 ). (c) Si el globo fuera adiabático, calcule la temperatura que tendría el helio a m de altura (ºC). (d) Si la lona del globo e diatérmica, calcule el exponente politrópico de la expanión del helio de 0 a m. (e) Calcule la fuerza acenional del globo a nivel del uelo, de acuerdo con el principio de Arquímede (kn). (f) Repreente en un diagrama - el proceo de expanión del helio (d), comparándolo con una expanión adiabática (c) y una expanión ioterma.

6 Aignatura / Gaia Curo / Kurtoa ERMODINÁMICA IEMPO PARA LOS DOS PROBLEMAS: 2 HORAS. PROBLEMA 2 (20 punto) Una turbina de ga regenerativa opera con 2 kg/ de aire del ambiente, que e encuentra a 300 K y 1 bar (1). El aire a la alida del compreor e encuentra a 550 K. El cociente de preione e r=6. El compreor e adiabático e irreverible y la turbina e adiabática y reverible. La temperatura máxima del ciclo e de 1200 K. La eficiencia del regenerador e 0,8. Se puede coniderar al aire ga perfecto biatómico (k=1,4; M=29). 1 6 Compreor Se pide (5 punto cada cuetión): (a) Diagrama (b) Rendimiento ioentrópico del compreor. (c) Rendimiento del ciclo. Regene - rador (d) Entropía generada en el regenerador, kw/k. Cámara combutión urbina 5 P Manuel Lardizabal, Donotia -San Sebatián, Gipuzkoa Spain el: Fax:

7 Aignatura / Gaia Curo / Kurtoa ERMODINÁMICA PROBLEMA 3-EES (20 punto) IEMPO PARA LA PRUEBA CON EES: 1 hora 15 minuto. NOMBRE DEL FICHERO: u número de carné. Por ejemplo, a ees. GRABE EL FICHERO DE EXENSIÓN EES EN LA UNIDAD Q:\ En la figura e repreenta un ciclo Rankine con recalentamiento, con un regenerador abierto. La potencia neta del ciclo e de 70 MW. El vapor generado en la caldera (1) entra en la turbina de alta preión a 10 MPa y 570 C, y ale a 0,8 MPa (2). Seguidamente e recalienta hata 550 C (3) y e expande en la turbina de baja preión hata la preión del condenador de 10 kpa (4). En la turbina de baja e realiza una angría (una extracción de vapor) a una preión de 200 kpa (9) para calentar el agua de alimentación en el regenerador abierto. El agua de ali- mentación ale del regenerador abierto (7) a una temperatura 3 C menor que la temperatura de aturación del vapor extraído. La eficiencia ioentrópica η de la turbina e del 90 %, y la de la bomba del 85 %. El condenador produce líquido aturado (5). El entorno frío con el que intercambia calor el condenador e una toma de agua de un río (preión atmoférica, 100 kpa) que entra a 20 C y ale a 35 C. Cada apartado vale 4 punto. Se indica el nombre que deben tener la variable. (a) Repreente el proceo termodinámico en un diagrama -. (b) Fracción de vapor extraído (y). (c) Rendimiento térmico del ciclo (eta). (d) Caudal máico de la toma del río (m_a). (e) Entropía generada en el condenador (igma). P Manuel Lardizabal, Donotia -San Sebatián, Gipuzkoa Spain el: Fax: