Termodinámica: Conceptos Fundamentales
Como la energía interna es una función de estado y en un proceso cíclico el estado final coincide con el inicial, se deduce que la variación de energía interna en un proceso cíclico es: 0
No queremos calcular con exactitud la presión crítica, pero sabemos que para el aire es del orden de la mitad de la presión de parada.
La ecuación de estado térmico para un gas ideal incorrecta es: pV=RT
La energía se manifiesta de muchas maneras y puede transmitirse o transformarse de unas a otras, por ello, las energías en tránsito (o vectores energéticos) solo existen cuando se están transmitiendo.
En un diagrama T-s, el área encerrada debajo de la curva correspondiente a una transformación adiabática y reversible representa: Ninguna de las respuestas es correcta
Tanto en el diagrama T-s como en el de h-s de cualquier sustancia pura, el punto máximo de la campana de saturación siempre coincide con el punto crítico.
Se lleva a cabo un proceso en un sistema cerrado. Si al representarlo gráficamente en un diagrama p-v el sentido del proceso es hacia la derecha, el sistema está produciendo trabajo (trabajo positivo).
Para un sistema termodinámico cualquiera, la temperatura, presión y volumen están siempre relacionadas entre sí por la ecuación de estado térmico.
En 1662, los científicos R. Boyle y E. Mariotte hicieron su aportación a la conocida ley de los gases ideales, obteniendo experimentalmente la relación existente entre la presión y el volumen para una masa constante de una sustancia en fase gaseosa a temperatura constante. Si se representa mediante el subíndice 0 el estado inicial del experimento y mediante el subíndice 1 el estado final, el experimento de Boyle-Mariotte se puede expresar mediante la expresión: (pV)0=(mRT)1
Una de estas afirmaciones sobre el trabajo de flujo no es correcta: siempre es necesario considerar el trabajo de flujo tanto en sistemas termodinámicos cerrados como abiertos.
Ciclos Termodinámicos en Motores Térmicos
Ciclo de Carnot
Un ciclo de Carnot opera entre dos focos que permanecen a temperatura constante a 225ºC y 825ºC respectivamente: ninguna de las anteriores
Ciclo de la Turbina de Vapor (TV)
En un ciclo para turbina de vapor (TV), la forma más efectiva de mejorar el título de vapor en el escape de la TV es realizar un recalentamiento intermedio en el proceso de expansión del vapor en la TV.
El motor térmico conocido como turbina de vapor (TV) está compuesto por una serie de máquinas cuyo resultado final es la conversión de energía térmica en trabajo positivo en el eje de la TV.
En un ciclo de Rankine, la acción óptima para mejorar la calidad del vapor en el escape de la TV es aumentar la temperatura de entrada del vapor a la TV.
Ciclo de la Turbina de Gas (TG)
La máquina térmica denominada turbina de gas es una máquina térmica generadora, puesto que genera trabajo en un eje.
El ciclo regenerativo de una turbina de gas tiene mayor rendimiento que su equivalente al ciclo simple de Brayton.
El motor térmico conocido como turbina de gas (TG) es el motor térmico de mayor potencia específica (relación potencia/peso) conocida en la actualidad.
El ciclo de mayor rendimiento que existe hoy en día en los motores térmicos es el realizado mediante: Motor diésel
En relación al ciclo de Brayton ideal, se puede comentar que el trabajo consumido por el compresor es despreciable frente al de la turbina, por tanto, a efectos prácticos, el trabajo neto del ciclo coincide con el de la turbina.
Si se comparan dos motores térmicos basados en turbinas de gas, uno basado en un ciclo de Brayton y otro en un ciclo regenerativo, siendo los parámetros de funcionamiento de ambos ciclos los mismos, se puede afirmar que el ciclo regenerativo tiene la misma potencia y mayor rendimiento que el de Brayton.
Ciclos Frigoríficos y Bombas de Calor
En un ciclo frigorífico, la temperatura del fluido refrigerante en el evaporador es menor a la temperatura de los productos incluidos en el recinto.
El título de un vapor sobrecalentado es mayor que 1: Falso
En un ciclo frigorífico, la temperatura del fluido refrigerante en el condensador es superior a la temperatura media que existe en el medio ambiente.
Cuando un ciclo frigorífico se quiere utilizar para calefactar un recinto, el evaporador debe estar dentro del recinto a calefactar.
Transferencia de Calor y Procesos Termodinámicos
Dos sistemas termodinámicos inicialmente a distinta temperatura se ponen en contacto mediante una pared no adiabática, produciéndose una transferencia energética en forma de calor desde el sistema de mayor al de menor temperatura. Sobre este proceso se puede afirmar que la entropía del cuerpo caliente se reduce y la del cuerpo frío aumenta.
La ecuación que define el proceso termodinámico que ocurre en una válvula de laminación ideal es: h=constante
La ecuación que define el proceso termodinámico que ocurre en una válvula de laminación ideal es: η del ciclo = 1 – Temperatura foco frío / Temperatura foco caliente
Se tiene un proceso de expansión en una válvula de laminación. Los estados inicial y final del proceso se representan mediante los subíndices 0 y 1. La representación de dicho proceso en un diagrama de Mollier será una línea horizontal con el 1 a la derecha del 0.
La solución de un problema de transmisión de calor por convección en ingeniería ha de abordarse. Aunque de forma aproximada, el problema puede resolverse mediante la utilización de correlaciones teórico-experimentales adecuadas, siempre que se cumplan las hipótesis de trabajo que impone el autor de la correlación.
El coeficiente global de transmisión de calor, en forma muy genérica, no es más que la inversa del conjunto total de todas las resistencias térmicas que aparecen en un sistema térmico. Si se pretende diseñar un sistema térmico que transmita mucho calor, el coeficiente global se elegirá con un valor del coeficiente global de transmisión de calor cercano a 0.
Supón que caminas por un lugar árido, con una temperatura ambiente de 40ºC. Para evitar al máximo posible la recepción de energía térmica corporal debido a estas condiciones ambientales tan adversas, lo que harías sería cubrirse todo el cuerpo con una ropa fina y holgada.
Toberas y Flujo de Fluidos
En una tobera convergente-divergente, ¿cuándo se maximiza el gasto másico que circula a través de ella? Cuando se establecen las condiciones críticas en la garganta, el gasto másico ya no puede crecer más, por mucho que se reduzca la presión de salida.
En una tobera convergente-divergente se alcanzan condiciones críticas en la garganta, sin embargo, la presión de descarga en la sección de escape es mayor que la de diseño, esto es debido a que se ha producido una onda de choque después de la garganta, por lo que la evolución del fluido a lo largo del resto del conducto ya no ha sido la de diseño.
Si quieres trasegar un caudal másico de agua en fase líquida, venciendo una diferencia de cota de 100 m, para lo que se utilizará una bomba hidráulica, el trabajo teórico para realizar este proceso se estimará como: Δh + Δ(v2/2) + gΔz = ∫q – ∫w
Se aumenta la presión de trabajo de dos fluidos (uno compresible y otro incompresible), mediante el mismo sistema, siendo los estados inicial y final de ambos fluidos exactamente los mismos. Si se compara el trabajo empleado para realizar este proceso en ambos fluidos, el trabajo del aumento de presión del fluido incompresible es menor que el del fluido compresible.
En un diagrama T-s, el área encerrada debajo de la curva correspondiente a una transformación adiabática y reversible representa el calor puesto en juego en dicha transformación.