Ejercicios Teorã A Aplicada Examen 1 PDF
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1. Elegir la opción correcta justificando la respuesta: “Sean dos láminas del mismo material y
distintos espesores. Cuando se impone entre las dos caras de cada lámina, una misma diferencia
de temperatura, el flujo de calor a través de la lámina
a) es mayor en la más gruesa”.
b) es mayor en la más fina”.
c) es el mismo en ambas láminas, al ser la misma diferencia de temperatura”.
λ
La respuesta correcta es la b). Q = A ⋅ ⋅ (T − t ) . Como se ve en la ecuación, cuanto menor
e
es el espesor, mayor es el flujo de calor (son inversamente proporcionales).
2. Cada línea de la tabla adjunta da información en relación con un proceso en un sistema cerrado.
Cada entrada viene expresada en las mismas unidades. Complete los espacios en blanco de la
tabla (razonar los resultados).
Proceso Q W E1 E2 ∆E
a +50 -20 +20 +90 +70
b +50 +20 +20 +50 +30
c -25 -80 +160
d -90 -90 +50 50 0
e +50 +150 +20 -80 -100
Q = ∆E + W y ∆E = E2 – E1
a) ∆E = Q – W = 50 – (-20) = 70
∆E = E2 – E1 ⇒ E2 = ∆E + E1 = 70 + 20 = 90
b) ∆E = E2 – E1 ⇒ E1 = E2 - ∆E = 50 - 30 = 20
Q = ∆E + W = 30 + 20 = 50
c) ∆E = Q – W = -25 – (-80) = 55
E1 = E2 - ∆E = 160 - 55 = 105
d) Q = ∆E + W = 0 - 90 = -90
E2 = ∆E + E1 = 0 + 50 = 50
e) Q = ∆E + W = -100 + 150 = 50
E2 = ∆E + E1 = -100 + 20 = -80
3. Un generador eléctrico acoplado a un molino de viento produce una potencia eléctrica media de 5
Kw que es utilizada para cargar una batería. La transferencia de calor de la batería al entorno es
constante e igual a 0,6 Kw. Determine la energía total almacenada en el batería, en KJul, en 8 h
de operación.
= −5 Kw y Q
Para la batería: W = −0,6 Kw
Primer principio: = ∆E
Q +W ⇒ ∆E =Q = −0,6 − (− 5 )
−W
∆E = 4,4 Kw
⋅ t = 4,4 ⋅ 8 ⋅ 3600 = 126720 KJul
∆E = ∆E
4. Una mezcla bifásica líquido-vapor de agua está inicialmente a una presión de 10 bar. Determinar
el título del estado inicial si se alcanza el punto crítico cuando se calienta a volumen constante.
P1 = 10 bar v2 = v1 = cte
v1 = 0,003155 m3/Kg Tc = 374,14ºC
¿x1? Pc = 220,9 bar
vc = 0,003155 m3/Kg
v 1 − v 0,003155 − 1,1273 ⋅ 10 −3
x1 = = = 0,01049 ; x1 = 1,049%
vv − v 0,1944 − 1,1273 ⋅ 10 − 3
5. Determine la fase o fases en un sistema constituido por agua en las condiciones siguientes y
localice los estados sobre el diagrama p-v adecuadamente caracterizado.
a) p = 500 KPa, T = 200ºC.
b) p = 5 Mpa, T = 264ºC.
c) T = 180ºC, p = 0,9 Mpa.
d) P = 20 Mpa, T = 100ºC.
a) vapor sobrecalentado.
b) vapor húmedo (saturación).
c) vapor sobrecalentado.
d) líquido subenfriado.
6. Hallar la entalpía del R-22 a 0ºC y 0,14 Mpa.
h=
(0,14 − 0,10 ) ⋅ (412,07 − 413,05 ) + 413,05 ;
(0,15 − 0,10)
h = 412,266 KJul/Kg
7. Elegir la opción correcta justificando la respuesta: “En el estado de agua pura en que coexisten las
tres fases (sólido, líquido y vapor de agua), la temperatura
a) depende del volumen ocupado por cada fase”.
b) depende de la presión”.
c) es fija, independientemente de otros factores”.
8. Un recipiente cerrado con un volumen de 0,018 m3 contiene 1,2 Kg de R134a a 10 bar. Determine
su temperatura, en ºC.
V 0,018
V = 0,018 m3 y m = 1,2 Kg ⇒ v = = = 0,015 m3/Kg
m 1,2
Con P = 10 bar y v = 0,015 m3/Kg tenemos vapor húmedo, por lo tanto: t = 39,39ºC
9. Elegir la opción correcta justificando la respuesta: “Dos estados de un gas ideal tienen la misma
temperatura, si
a) la energía interna es la misma”.
b) puede irse, de un estado a otro, mediante una transformación cuasiestática”.
c) pertenecen a la misma adiabática”.
10. 1 mol de helio (gas monoatómico) y otro de nitrógeno (gas diatómico) realizan el mismo proceso
reversible con incremento de volumen y de temperatura. ¿Cuál de los dos gases exige menos calor
para realizar el proceso?
Q = ∆U + W
Como ambos gases realizan el mismo proceso, el trabajo es el mismo para los dos, ya que
2
∫
W = p ⋅ dV .
1
Además, ∆U = n⋅cv⋅∆T, por lo que la variación de energía interna es mayor para el gas que
tenga mayor cv.
Para gases monoatómicos: cv = 3/2⋅R
Para gases diatómicos: cv = 5/2⋅R
Por lo tanto el nitrógeno tiene mayor cv y será el HELIO el gas que exige menos calor para
realizar el proceso.
11. Elegir la opción correcta justificando la respuesta: “Dos sistemas gaseosos que pueden
intercambiar energía, tanto en forma de calor como de trabajo, alcanzan el equilibrio cuando
a) se igualan las energías internas respectivas de ambos sistemas”.
b) se igualan sus temperaturas”.
c) se igualan su temperatura y su presión”.
12. Elegir la opción correcta justificando la respuesta: “En un proceso cuasiestático de un gas ideal,
el calor suministrado al gas depende
a) únicamente de las temperaturas final e inicial”.
b) de las temperaturas y volúmenes inicial y final”.
c) del proceso seguido”.
13. En el punto crítico la entalpía de un líquido saturado es igual a la entalpía de vapor saturado,
¿verdadero o falso? Razonar la respuesta.
Verdadero, ya que en el punto crítico coinciden las líneas de saturación de líquido y de vapor.
14. Las transformaciones isocoras, isobaras, isotermas y adiabáticas, son casos particulares de
transformaciones politrópicas donde el exponente de la politrópica toma los valores….Razonar la
respuesta.
15. Un sistema cerrado de masa 2 Kg sigue un proceso en el que se transfiere 25 KJ en forma de calor
cedido por el sistema al entorno. El trabajo hecho sobre el sistema durante el proceso es 100 KJ.
La energía interna específica del sistema disminuye en 15 KJ/Kg y la elevación del sistema
aumenta en 1000 m. La aceleración de la gravedad es constante, g = 9,6 m/sg2. Determinar el
cambio en la energía cinética del sistema, en KJ.
Q = ∆U + ∆Ec + ∆Ep + W
-25 = 2∙(-15) + ∆Ec + 2∙9,6∙1000∙10-3 -100 ⇒ ∆Ec = 85,8 KJ
16. ¿Cabría imaginar un proceso cuasiestático para un sistema simple que fuese a la vez adiabático e
isocoro? Razonar la respuesta.
Por ser adiabático: Q = 0; Por ser isocoro: V = cte ⇒ Wexp = 0; Por ser cuasiestático:
Wr = 0.
Según el primer principio: Q = ∆U + W ⇒ ∆U = 0, por lo tanto no hay ningún proceso.
NO es posible un proceso que sea adiabático e isocoro a la vez, siendo también cuasiestático.
17. “Cuando se comunica una cierta cantidad de calor a un sistema compuesto por una fase líquida en
equilibrio con su vapor a presión constante el volumen ocupado por el sistema no varía”
¿Verdadero o falso? Razonar la respuesta.
18. Elegir la opción correcta justificando la respuesta: “Un sistema termodinámico puede pasar desde
el mismo estado inicial al mismo estado final, mediante dos procesos diferentes. El calor
suministrado al sistema coincide en ambos procesos:
a) Si los procesos son cuasiestáticos.
b) Si los procesos son isotermos.
c) Si los procesos se producen a volumen constante, aunque no sean cuasiestáticos.
19. Un líquido se agita irregularmente en un recipiente bien aislado y por ello experimenta una
elevación de temperatura. Considerando el líquido como sistema:
a) ¿Ha habido transferencia de calor?
b) ¿Se ha realizado trabajo?
c) ¿Cuál es el signo de la variación de energía interna?
a) Dado que el recipiente es aislado y por lo tanto sus paredes son adiabáticas, el sistema
no puede recibir calor del exterior, por lo tanto Q = 0.
b) Al agitar el líquido, se está introduciendo energía en forma de trabajo de rozamiento.
Luego se está produciendo trabajo sobre el sistema. W < 0.
c) Q = ∆U + W ⇒ ∆U = -W; como W < 0, ∆U > 0 (así tiene que ser pues se eleva la
temperatura).
20. ¿Es posible realizar una expansión isotérmica cuasiestática de un gas ideal sin suministrar calor?
Razonar la respuesta.
21. Elegir la opción correcta justificando la respuesta: “Dados dos sistemas a temperaturas diferentes,
separados por una pared rígida de espesor d y conductividad térmica λ, el flujo de energía en forma
de calor entre ambos sistemas
a) es proporcional al producto λ∙d”.
b) es proporcional a λ/d”.
c) es proporcional a λ∙d2”.
22. Elegir la opción correcta justificando la respuesta: “Sean dos láminas de igual espesor y distintos
materiales. Cuando se impone externamente entre las dos caras de cada lámina, una misma
diferencia de temperatura, el flujo de calor a través de la lámina
a) Es mayor en el material de mayor conductividad térmica”.
b) Es menor en el material de mayor conductividad térmica”.
c) Es el mismo en ambas láminas, al ser la misma diferencia de temperatura”.