1º Examen de Máquinas y Equipos Térmicos 2 de noviembre de 2012

1. Convertir 122 ºF a R, ºC y K. (1p)

122+460 = 582R; (122-32)/1,8 = 50ºC; 50+273 = 323K

2. Por un radiador circula un caudal de 120 litros de agua a la hora, la temperatura del agua de entrada al radiador es 80º C y la temperatura de salida 60º C. Calcular la potencia calorífica del radiador en kw? (1p)

P = Q/t Q = m·Ce·∆T = 120·1· (80-60) = 2400kcal P= 2400kcal/h

Convertimos de kcal/h a kW (1kW = 860kcal/h) dividiendo entre 860: P = 2.79kW

3. Calcular el calor necesario para convertir 100g de hielo a -30º C en agua a 0º C. (1p)

Qtotal= Qs + Ql = m·Ce·∆T + m·Lf = 100·0,502·30 + 100·80 = 1506 + 8000 = 9506cal

4. Unir cada elemento de la columna de la izquierda con uno de la derecha (1p)

Condensación

Temperatura

Conducción

Calor

Ebullición

Calor Sensible

Convección

Entalpía

Calor debido a variación de temperatura

El calor se transmite a través de una pared

Licuefacción

Calor total

Energía cinética media de las moléculas

Paso de agua líquida a vapor a 100ºC

Transferencia de energía

Termosifón

5. Se sumergen 2kg de hielo a -25º C en 8 litros de agua a 40º C. Hacer los cálculos para saber si se funde todo el hielo (0,5p). Calcular la temperatura de equilibrio (1p)

En primer lugar vamos a comprobar si se funde todo el hielo, para ello comparamos el calor sensible para elevar la temperatura del hielo hasta 0ºC (25,1kcal) mas el

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calor latente necesario para fundirlo (160kcal), con el calor que puede ceder el agua desde 40ºC hasta 0ºC (320kcal):

25,1 + 160 < 320 Se funde todo el hielo

Ahora sabemos que la temperatura de equilibrio estará entre 0ºC y 40ºC y ya podemos plantear la ecuación para despejar cuál es dicha temperatura:

Calor total absorbido por el hielo hasta Te = Calor total cedido por el agua hasta Te

(Qs + Ql + Qs) = Qs

(m·Ce·∆T + m·Lf + m·Ce·∆T) = m·Ce·∆T

(25,1kcal + 160kcal + 2·1·x) = 8·1·(40-x)

(185,1 + 2x) = 8·(40-x)

185,1 + 2x = 320-8x

10x = 320-185,1

x = 134.9/10 = 13,49ºC

6. Calcular el caudal de agua que circula por una tubería (en litros/minuto) si la velocidad media es 3m/s y la tubería tiene 2” de diámetro. (1p)

El caudal se calcula como la velocidad por la sección: q = v·S

La velocidad ya la conocemos: v = 3m/s

La sección de una tubería circular es: S = π·r2 = 3,1416·2,542 = 20,26 cm2

Hay que poner la sección en m2: S = 0,002026m2

Por tanto el caudal es: q = 3·0,002026 = 0,006078m3/s

Finalmente expresamos el caudal en litros por minuto:

q = 0,006078(m3/s)·1000(l/m3)·60(s/min) = 364,68 l/min

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7. Define los conceptos: radiación, equilibrio térmico, calor latente, sublimación. (1p)

• Radiación: mecanismo de transferencia de calor mediante ondas térmicas, sin necesidad de espacio físico, se transmite incluso en el vacío. Todo cuerpo por el hecho de encontrarse a una temperatura distinta de 0K emite calor en forma de radiación, siendo ésta proporcional a la temperatura a la cuarta.

• Equilibrio térmico: situación en la que dos cuerpos se encuentran a la misma temperatura y por lo tanto no intercambian calor. Dos cuerpos que están en equilibrio térmico no intercambian calor entre sí, independientemente de que estén en contacto físico o no.

• Calor latente: es el calor asociado al cambio de estado de una sustancia, que se produce sin variación de la temperatura. Por tanto el calor latente es el que absorbe o cede una sustancia cuando cambia de estado físico, pero no tiene ninguna relación con la variación de la temperatura (eso es calor sensible).

• Sublimación: es el cambio de estado de una sustancia directamente desde sólido a gaseoso o viceversa (a eso se le llama sublimación inversa o deposición) sin pasar por el estado líquido.

8. El tabique que separa dos salas tiene una superficie de 18m2 y la diferencia entre la temperatura de las salas es 10ºC. La composición del mismo es la siguiente: enlucido de yeso (e=1cm, λ=0,57W/mK), ladrillo perforado métrico (e=22cm, λ=0,74W/mK), poliestireno expandido (e=1cm, λ=0,029W/mK), enlucido de yeso (e=1cm, λ=0,57W/mK). Los valores de Rse y Rsi son 0,13. Calcular:

a. El valor de la resistencia térmica. (1p)

R1 = e1/λ1 = 0,01/0,57 = 0,0175 m2K/W

R2 = e2/λ2 = 0,22/0,74 = 0,2973 m2K/W

R3 = e3/λ3 = 0,01/0,029 = 0,3448 m2K/W

R4 = e4/λ4 = 0,01/0,57 = 0,0175 m2K/W

RT = 0,13 + 0,0175 + 0,2973 + 0,3448 + 0,0175 + 0,13 = 0,9371 m2K/W

b. La potencia o flujo de calor transmitido a través de la pared. (0,5p)

P = (A· ∆T)/ RT = (18·10)/0,9371 = 192,08W

9. Realiza la conversión de los siguientes valores de energía y potencia de unas unidades a otras según se indica (1p):

a. 12 kcal a Btu: 12000/252 = 47,61 BTU

b. 4000 Frig/h a kW: 4000/860 = 4,65 kW

c. 32 kW.h a Kcal: 32·860 = 27520 kcal

d. 12 kW a kcal/h: 12·860 = 10320 kcal/h