TEORÍA

Cuestiones planteadas en exámenes de Termodinámica. Prof. Alvaro Baaliña
TEORÍA
TEMA 1. PRINCIPIOS BÁSICOS
1.- ¿Cuál es el principio termodinámico en el que se basan los
termómetros?. Explíquese qué postula dicho principio, así como el
funcionamiento del termómetro de gas a volumen constante? (Septiembre
1999)
2.- ¿Cuándo una magnitud se considera propiedad de un sistema?.
Indíquese entre las siguientes magnitudes, cuáles cumplen la condición de ser
una propiedad: a.- energía cinética; b.- trabajo; c.- calor; d.- energía interna; e.energía potencial. (septiembre 1999)
TEMA 2. PRIMER PRINCIPIO
1.- A la vista de la expresión del trabajo de frontera en un proceso
politrópico entre dos estados dados ¿cuál es el término de la ecuación que
depende de la historia del proceso? (septiembre 1999).
2.- Un sistema cerrado realiza la siguiente sucesión de procesos:1-2:
compresión isoterma; 2-3: calentamiento a volumen constante; 3-4: expansión
isóbara; 4-1: expansión adiabática. En el caso de que estos procesos
configuren un ciclo: a) representarlo en diagramas p-v; b) indicar si el valor de
w, q, u, h, es positivo, negativo, nulo o indeterminado. (Benajes y
Baaliña, 1.10. Pag. 18. diciembre 1999)
3.- Explicar el concepto de energía estática y dinámica, así como el de
energía total. (enero 1999).
4.- Determinar qué condiciones es necesario imponer a un sistema
cerrado que sigue un proceso entre 1 y 2, en el que se cumple que (enero
1999):
γ 1 


γrT1  p2  γ


Δh 
 1


γ  1  p1 



5.- Para un gas ideal, demostrar que (enero 2000):
1
d(pv)
γ 1
γ
du 
d(pv)
γ 1
du 
6.- Considerando un sistema cerrado que sigue un proceso entre 1 y 2,
¿qué condiciones es necesario imponer para que se cumplan las siguientes
γr
expresiones?(enero 2000): a) Δh  v(p 2  p1) b)
Δh 
(T  T )
γ 1 2
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PROBLEMAS
PRIMER PRINCIPIO
1.- Un dispositivo cilindro-pistón retiene aire a 100 kPa y 2 10 -3 m3. El
pistón dispone un resorte en la cara exterior, que en la condición inicial no
ejerce fuerza alguna. La presión atmosférica es de 100 kPa y la sección del
pistón es de 0.018 m2. El aire evoluciona de tal forma que el volumen final pasa
a ser de 3 10-3 m3. La constante del resorte es k = 1.62 104 N/m (F = k x, siendo
x el desplazamiento). Determinar la presión final del aire y el trabajo realizado
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por el aire sobre el pistón. (Shapiro. 4ª ed. 2.31. Sept. 1999. Solución: 150 kPa;
125 J).
2.- Un sistema constituido por 2.7 kg de aire, cuyo comportamiento se
puede suponer el de un gas ideal, se encuentra a 2.5 atm y 20 ºC. Se
suministra calor a volumen constante y a continuación se expansiona reversible
y adiabáticamente hasta una temperatura de 20 ºC y 1.6 atm de presión y,
posteriormente, alcanza nuevamente el estado inicial. Dibújese en un diagrama
p-v y T-s las evoluciones descritas y calcúlese: a) la temperatura y presión al
final del proceso a volumen constante; b) el calor suministrado en todo el
proceso (en kJ); c) la variación de energía interna del aire correspondiente a
todo el proceso (en kJ). Indice adiabático: 1.4; raire = 0.287 kJ/kg K. (Sept. 1999.
Solución: 350.43 K; 2.99 atm; 111.26 J.)
3.- Un recipiente de paredes adiabáticas y con un pistón móvil tiene un
volumen inicial de 100 l y una masa de 2 kg de agua a 5 bar. Se quiere
comprimir el fluido hasta la presión final de 25 bar de modo que el trabajo sea
mínimo. Determinar la temperatura final del agua y el trabajo mínimo de
compresión. (Benajes y Baaliña. 2.11. Pag. 54. Diciembre 99.)
4.- Un flujo de vapor de 50000 kg/h entra en un atemperador a 30 bar y
320 ºC. En este dispositivo, el
vapor
se
enfría
hasta
3
condiciones de vapor saturado
p3 = 20 bar
a 20 bar como consecuencia
vapor saturado
de mezclarse con agua a 25
bar y 200 ºC. Despreciando la
2
transferencia de calor al
1
entorno y las variaciones de
p2 = 25 bar
p1 = 30 bar
energía cinética y potencial de
T2 = 200 ºC
T. 1 = 320 ºC
los flujos, determinar el flujo
m1 = 50000 kg/h
másico
de
agua
de
atemperación necesario en
régimen estacionario.(Shapiro, tomo 1: 4.15, Pag. 184. Diciembre 99. Solución:
13.89 y 1.74 kg/s)
5.- Una nueva escala de temperaturas asigna un valor de 0 al punto de
congelación del agua y 86 al de vaporización a presión atmosférica. ¿Cuál es el
valor en esta escala correspondiente al cero absoluto? (enero 2000. Solución: 235).
6.- Mediante un manómetro disponible en un gasolinera se pretende
medir la presión de un neumático. Realizada la medición se obtiene una
presión manométrica de 227.5 kPa. Asimismo, se dispone de un barómetro que
marca una presión de 9 m de comuna de agua. Calcular la presión absoluta del
neumático en kPa, bar y m de columna de agua. (enero 2000. Solución: 315.8
kPa; 3.158 bar; 32.19 m).
7.- Un cilindro rígido de paredes adiabáticas tiene un émbolo diatérmano
de espesor y masa despreciables que puede deslizar en su interior.
Inicialmente el émbolo divide el cilindro en dos cámaras A y B con aire, cada
una con 2.5 kg, 300 K y 1 bar. En una de las cámaras se sitúa una resistencia
eléctrica que incrementa lentamente la temperatura hasta que en ambos
recintos se alcanzan 600 K. Suponiendo despreciables las capacidades
caloríficas de émbolo y cilindro, determinar la presión final y el trabajo eléctrico
suministrado, considerando hipótesis de gas ideal a) de calores específicos
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variables b) de calor específico constante sabiendo que cv (300 K) = 0.718 y cv
(600 K) = 0.764 kJ/kg K. (enero 2000. Benajes y Baaliña, pag. 8. Solución: 600
K, -1077 kJ)
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