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Preguntas de test de máquinas térmicas (GIE)

De Laplace

(Diferencias entre revisiones)
 
Línea 6: Línea 6:
:*'''C''' 60%
:*'''C''' 60%
:*'''D''' No hay información suficiente para determinarlo.
:*'''D''' No hay información suficiente para determinarlo.
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===Solución===
+
;Solución:
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">A<span>'''.
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">A<span>'''.
Línea 39: Línea 39:
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===Solución===
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La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">C<span>'''.
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">C<span>'''.
Línea 51: Línea 51:
:*'''C''' El trabajo neto realizado sobre el sistema es nulo.
:*'''C''' El trabajo neto realizado sobre el sistema es nulo.
:*'''D''' Las otras tres afirmaciones son ciertas.  
:*'''D''' Las otras tres afirmaciones son ciertas.  
-
===Solución===
+
;Solución:
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">B<span>'''.
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">B<span>'''.
Línea 65: Línea 65:
:*'''C''' Dos isotermas y dos isócoras.  
:*'''C''' Dos isotermas y dos isócoras.  
:*'''D''' Dos adiabáticas, una isócora y una isóbara.
:*'''D''' Dos adiabáticas, una isócora y una isóbara.
-
===Solución===
+
;Solución:
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">B<span>'''.
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">B<span>'''.
Línea 77: Línea 77:
:*'''C''' En la caldera.  
:*'''C''' En la caldera.  
:*'''D''' En la turbina.
:*'''D''' En la turbina.
-
===Solución===
+
;Solución:
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">B<span>'''.
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">B<span>'''.
Línea 101: Línea 101:
:*'''C''' 161&thinsp;kW  
:*'''C''' 161&thinsp;kW  
:*'''D''' 260&thinsp;kW
:*'''D''' 260&thinsp;kW
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====Solución====
+
;Solución:
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">D<span>'''.
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">D<span>'''.
Línea 119: Línea 119:
:*'''C''' 18 litros.
:*'''C''' 18 litros.
:*'''D''' 5.5 litros.
:*'''D''' 5.5 litros.
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====Solución====
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;Solución:
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">C<span>'''.
La respuesta correcta es la '''<span style="color:red;">C<span>'''.

última version al 22:41 9 jun 2016

Contenido

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

\eta = 1-\frac{\dot{Q}_\mathrm{out}}{Q_\mathrm{in}}

lo que en este caso da

\eta = 1-\frac{9600}{16000}=\frac{2}{5}=0.40=40\%

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?

A B
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

\eta = 1-\frac{1}{r^{\gamma-1}}=1-\frac{1}{9.6^{0.4}}=0.595

Esto implica que para circular a la máxima potencia hace falta generar un calor

\eta = \frac{\dot{W}_\mathrm{out}}{\dot{Q}_\mathrm{in}}\qquad\Rightarrow\qquad \dot{Q}_\mathrm{in}=\frac{210}{0.595}\,\mathrm{CV}=353\,\mathrm{CV}\left(\frac{0.736\,\mathrm{kW}}{1\,\mathrm{CV}}\right)=260\,\mathrm{kW}

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

\Delta t = \frac{\Delta x}{v}=\frac{100}{160}\times 3600\,s = 2250\,\mathrm{s}

Durante ese tiempo, el coche absorberá un calor

Q_\mathrm{in}=\dot{Q}_\mathrm{in}\Delta t = \left(260\,\mathrm{kW}\right)\times\left(2250\,\mathrm{s}\right)=585\,\mathrm{kJ}

y para producir ese calor hace falta una cantidad de gasolina

V = \frac{Q_\mathrm{in}}{P_c}=\frac{585\,\mathrm{kJ}}{33\,\mathrm{kJ}/\mathrm{l}}=18\,\mathrm{l}

Por supuesto, en una situación real el consumo sería menor ya que el coche no va usualmente a la máxima potencia.

Obtenido de "http://tesla.us.es/wiki/index.php/Preguntas_de_test_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)"

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