Ejercicios Termodinamica

Asignatura de Termodinámica aplicada.
2o Grado de Ingeniería Aeroespacial
Problemas que se proponen durante el curso
Tema 2
1. El curso de un río fluye hacia un lago a una velocidad promedio de 3 m/s con un
caudal de 500 m3 /s, desde una altura de 90 m por encima del lago. Determinar
la energía mecánica total del agua del río por unidad de masa y la potencia de
generación del río en esalocalización.
˙
Sol. emec = 887.4 J/kg Wmax = 444M W
2. Un ventilador consume 20 W de potencia y el fabricante afirma que desplaza
1 kg/s de aire a una velocidad de 8 m/s. Determinar si dicha afirmación es
plausible.
Sol. vout = 6.3m/s Con lo que la afirmación no es cierta. La primera ley no
impone restricción a esta conversión con un máximo de 6. m/s pero en la
realidad, las pérdidasdisminuirán considerablemente este valor.
3. Una habitación está inicialmente a la misma temperatura que el exterior (25o C)
cuando un gran ventilador que consume 200 W es puesto en marcha dentro de
la misma. El ritmo al que se transfiere calor entre la habitación y el exterior

1

viene dado por
˙
Q = U A(Tint − Text )
donde U = 6 W/m2 ◦ C es el coeficiente de transferencia de calor global, A =30m2 es el área expuesta de la habitación y Tint y Text las temperaturas interior y
exterior del aire. Determinar la temperatura interior del aire cuando se alcanza
el estado estacionario.
Sol. Ti = 26.1 o C
4. En cierto lugar, el viento sopla en régimen estacionario con una velocidad de
10 m/s. Determinar la energía mecánica por unidad de masa de aire, y la
potencia que se podría generar enel lugar con una turbina de viento que tuviese
unas palas de 60 m de diámetro. Densidad del aire ρ = 1.25 kg/m3 .
Sol. emec = 50 J/kg P otencia = 1767.1 kW
5. Se estudia la idoneidad de dos localizaciones para la instalación de generadores
eólicos. En el primero de ellos, el viento sopla con velocidad estacionaria de
7 m/s durante 3000 horas al año, mientras que en el segundo lo hace a 10 m/sdurante 2000 horas al año. Asumiendo por simplicidad que el viento es despreciable el resto del tiempo, determinar cuál es el mejor lugar para instalar los
generadores. Considerar un flujo por unidad de área.
Sol. El mejor lugar es el segundo.
6. Un ventilador provoca que un aire inicialmente en reposo se mueva a la velocidad
de 8 m/s con un caudal de 9 m3 /s. Determinar la potencia mínima quedebemos
2

suministrar al ventilador. Densidad del aire 1.18 kg/m3 .
˙
Sol. Ein = 339.84 J/s
7. En cierto lugar el viento sopla estacionariamente a 7 m/s. Determinar la energía
mecánica del aire por unidad de masa y la potencia que podría generarse por una
turbina de viento con unas palas de 80 m de diámetro. Determinar la generación
real de potencia eléctrica asumiendo una eficienciadel 30 %. Densidad del aire
1.25 kg/m3 .
˙
Sol. Welect,out = 323.3 kW

Tema 3
1. Completar la siguiente tabla para el H2 O

T (o C)

p (kP a)

v (m3 /kg)

50

Fase

7.72
400

250

500

110

vapor saturado

350

2. Un kilogramo de agua llena un contenedor rígido de 150 l a una presión inicial de
2 MPa. Entonces el contenedor es enfriado a 40o C. Determinar latemperatura
inicial y la presión final del agua.
Sol. T = 395.17 o C p2 = psat@40 = 7.385 kP a

3

3. Un cilindro con pistón móvil contiene 0.005 m3 de agua líquida y 0.9 m3 de
vapor de agua en equilibrio a 600 kP a. Se transfiere calor a presión constante
hasta que la temperatura alcanza los 200 o C. Calcular
a) la temperatura inicial del agua.
b) la masa total de agua.
c) el volumen final.
d)dibuja un esquema de este proceso en un diagrama p-v
Sol. Según la tabla A-5 la temperatura inicial es Ti = Tsat@600kP a = 158.8 o C
mtotal = mliq + mvap = 7.393 kg V2 = 2.603 m3 . El gráfico en p-v es una línea
horizontal desde dentro de la campana hasta fuera, hacia la derecha.
4. Diez kilogramos de refrigerante R-134a llenan un cilindro de 1.595 m3 a una
temperatura de −26.4 o C y tapado...