Preguntas de test de máquinas térmicas (GIE)
De Laplace
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1 Rendimiento de una máquina térmica
Una máquina térmica toma 16000 W de calor de una caldera a 1200 K y expulsa 9600 W a un río a 27°C. ¿Cuánto vale el rendimiento de la máquina?
- A 40%
- B 75%
- C 60%
- D No hay información suficiente para determinarlo.
- Solución
La respuesta correcta es la A.
El rendimiento de una máquina térmica puede hallarse a partir de los flujos de calor como
lo que en este caso da
Este rendimiento es menor que el que tendría una máquina reversible que operara entre estas dos temperaturas (que sería del 75% en este caso), por lo que no hay contradicción con el segundo principio de la termodinámica.
2 Gráfica de un ciclo Diesel
¿Cuál de las siguientes figuras corresponde a un ciclo Diesel en un diagrama pV?
| 
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| A | B |
|---|---|
| 
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| C | D |
- Solución
La respuesta correcta es la C.
De las respuestas ofertadas. El ciclo A, que tiene dos isócoras, es un ciclo Otto. El B, con cuatro curvas, es uno de Carnot (normalmente se representan más separadas las isotermas y las adiabáticas, pero representado correctamente queda como en la figura). El D, con dos isóbaras, es un ciclo Brayton (o Joule). El C, que tiene una isócora y una isóbara, es un ciclo Diesel.
3 Propiedades de un proceso cíclico
Un sistema termodinámico experimenta un proceso cíclico. En este proceso…
- A El calor neto que entra en el sistema es nulo.
- B El incremento de energía interna es nulo.
- C El trabajo neto realizado sobre el sistema es nulo.
- D Las otras tres afirmaciones son ciertas.
- Solución
La respuesta correcta es la B.
En un proceso cíclico la energía interna, que es una función de estado, tiene el mismo valor al principio y al final por lo que su incremento es nulo.
El calor y el trabajo, en cambio, no son funciones de estado y en general son no nulos en un proceso cíclico. Este es, de hecho, el principio de las máquinas térmicas, que en un proceso cíclico absorben un calor neto y producen un trabajo neto.
4 Descripción de un ciclo de Carnot
Un ciclo de Carnot ideal está formado por…
- A Dos adiabáticas y dos isócoras.
- B Dos isotermas y dos adiabáticas.
- C Dos isotermas y dos isócoras.
- D Dos adiabáticas, una isócora y una isóbara.
- Solución
La respuesta correcta es la B.
De las respuestas ofertadas, la A representa un ciclo Otto, el C uno de Stirling y el D uno Diésel.
5 Procesos de una máquina de vapor
¿En qué parte del ciclo simplificado de una máquina de vapor entra un trabajo positivo en el sistema?
- A En el condensador
- B En la bomba o compresor.
- C En la caldera.
- D En la turbina.
- Solución
La respuesta correcta es la B.
Una máquina de vapor, simplificada, se compone de cuatro elementos:
- Una bomba, en la que se realiza trabajo, Win, para mantener el fluido circulando por el ciclo.
- Una caldera, en la que entra calor en el sistema, Qin.
- Una turbina, en la que el vapor realiza trabajo sobre el ambiente, Wout.
- Un condensador, en la que el vapor se enfría pasando de nuevo al estado líquido y expulsando calor al ambiente, Qout.
6 Consumo de un coche de gasolina
Un Seat León TSI 2.0 amarillo posee una potencia de 210 CV y una relación de compresión de 9.6.
Datos: 1 CV = 0.736 kW; Poder calorífico de la gasolina: 33000 kJ/litro.
6.1 Pregunta 1
¿Cuánto calor hace falta producir por segundo para circular a la máxima potencia?
- A 353 kW
- B 92 kW
- C 161 kW
- D 260 kW
- Solución
La respuesta correcta es la D.
El rendimiento de un ciclo Otto ideal lo da la expresión
Esto implica que para circular a la máxima potencia hace falta generar un calor
6.2 Pregunta 2
¿Cuánta gasolina consumiría a los 100 km, recorridos a máxima potencia a 160 km/h?
- A 10 litros.
- B 12 litros.
- C 18 litros.
- D 5.5 litros.
- Solución
La respuesta correcta es la C.
Para recorrer 100 km a 160 km/h se requiere un tiempo
Durante ese tiempo, el coche absorberá un calor
y para producir ese calor hace falta una cantidad de gasolina
Por supuesto, en una situación real el consumo sería menor ya que el coche no va usualmente a la máxima potencia.
