examen Junio2014

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DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Junio 2014 
E.P.I. de Gijón Ejercicio 1 
Ingeniería Térmica Tiempo: 30 min. 
Apellidos: Nombre: 
Especialidad: UO: DNI: 
 
CUESTIÓN 1 (Puntuación: 0.5/10) 
Una bomba de agua está accionada por un motor de 30 kW de potencia e impulsa una caudal de 5 kg/s desde una presión de 0.1 MPa. 
Se pide: 
a) Determinar la presión máxima que puede tener el agua líquida a la salida de la bomba. 
b) ¿Cuál sería la presión del agua en el caso de que la bomba tenga un rendimiento isentrópico del 80%? 
c) Dibujar un diagrama T-s con los dos casos. 
NOTA: Desprecie los cambios de energía cinética y potencial del agua y considere que su densidad es constante e igual a 1000 kg/m
3
. 
 
Solución: 
a) 6100 kPa 
b) 4900 kPa 
c) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Continúa por detrás de la hoja 
CUESTIÓN 2 (Puntuación: 1/10) 
Se dispone de un cilindro-pistón en cuyo interior hay agua realizando el ciclo de la figura. Obtener el trabajo y el calor netos del ciclo. 
 
Solución: . 
 
 
 
 
1 
p 
V 
2 
 
 
0.5 m
3
 
80 ᴼC 
4000 kPa 
3 4 
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Junio 2014 
E.P.I. de Gijón Ejercicio 2 
Ingeniería Térmica Tiempo: 50 min. 
Apellidos: Nombre: 
Especialidad: UO: DNI: 
 
PROBLEMA 1 (Puntuación: 2/10) 
Se tiene una central térmica de producción eléctrica basada en un ciclo de Rankine regenerativo cuyas características básicas son las 
siguientes: 
• Potencia mecánica de la turbina 20 MW. 
• Características del vapor de entrada a la turbina: 10 MPa y 400 ºC. 
• Presión del vapor a la salida de la turbina: 10 kPa. 
• Presión del vapor en la extracción que alimenta al intercambiador de mezcla: 1 MPa. 
• Rendimiento isentrópico de la turbina: 0.85. 
• Rendimiento isentrópico de las bombas: 0.80. 
• Las salidas del agua del condensador y del intercambiador regenerativo se producen como líquido saturado. 
Se pide: 
a) Diagrama T-s de la instalación. 
b) Caudal de vapor principal que entra en la turbina. 
c) Potencia consumida por las dos bombas. 
d) Potencia calorífica aportada a la caldera. 
e) Rendimiento térmico global de la instalación. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Solución: 
a) 
b) 23.89 kg/s. 
c) 305.89 kW 
d) 55532.68 kW 
e) 0.354 
 
 
1
2
34
6
7
5
100 bar
10 bar
0,1 bar
1
6
7
5
4
3
2
11
66
77
55
44
33
22
 
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Junio 2014 
E.P.I. de Gijón Ejercicio 3 
Ingeniería Térmica Tiempo: 40 min. 
Apellidos: Nombre: 
Especialidad: UO: DNI: 
 
PROBLEMA 2 (Puntuación: 1.5/10) 
En un ciclo Otto de aire-estándar, la temperatura y presión al comienzo de la compresión son 320 ºC y 95 kPa, respectivamente. La 
relación volumétrica de compresión es 6 y en el proceso de suministro de calor el aire absorbe 920 kJ/kg. Se pide: 
a) Represente el ciclo en un diagrama T-s. 
b) Calcule la temperatura máxima del ciclo. 
c) Calcule el rendimiento térmico del ciclo. 
d) Calcule el trabajo neto del ciclo. 
e) Calcule la presión media efectiva del ciclo. 
NOTA: Considere que la masa molecular media del aire es 28.96 kg/kmol (R=8.314 kJ/kmol K). 
 
Solución: 
a) 
b) 1694.5 K 
c) 0.465 
d) 427.81 kJ/kg 
e) 530.88 kPa 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Junio 2014 
E.P.I. de Gijón Ejercicio 4 
Ingeniería Térmica (Tiempo: 30 min.) 
Apellidos: Nombre: 
Especialidad: UO: DNI: 
 
CUESTION 3 (Puntuación: 1/10) 
Sea una superficie plana y cuadrada de 0.5 m de lado sobre la que se adosan 15 agujas de 10 mm de diámetro y sección circular 
constante. Sabiendo que el coeficiente de disipación de las agujas es 200, calcule la relación entre las potencias térmicas disipadas por 
la superficie aleteada y por la superficie desnuda. 
 
 Solución: 
 
 ̇ 
 ̇ 
 
 
 
 
Continúa por detrás de la hoja 
CUESTION 4 (Puntuación: 0.5/10) 
Sea una superficie cilíndrica de 30 cm de radio interior, 200 mm de espesor y 1 m de longitud, construida con un material de 
conductividad térmica 0.25 W/m ºC. La superficie interior del cilindro se mantiene a una temperatura constante de 30 ºC, mientras 
que la superficie exterior está expuesta a aire ambiental a 10 ºC, siendo el coeficiente de película entre el aire y dicha superficie de 0.5 
kJ/h m
2
 ºC. Determine la potencia térmica transmitida a través de la pared cilíndrica y la temperatura en su superficie exterior. 
 
Solución: ̇ , Tse = 12.5 ºC 
 
 
 
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Junio 2014 
E.P.I. de Gijón Ejercicio 5 
Ingeniería Térmica Tiempo: 45 min. 
Apellidos: Nombre: 
Especialidad: UO: DNI: 
 
PROBLEMA 3 (Puntuación: 1.75/10) 
Se desea instalar en el techo de una vivienda un sistema de refrigeración por techo radiante. Unos tubos con agua fría instalados en el 
techo refrigeran las estancias de la casa. Se considerará en los cálculos que la potencia térmica extraída está uniformemente repartida 
en el techo y que la transferencia de calor es perfectamente unidimensional. 
El propietario del piso teme que sus vecinos del piso de arriba disfruten de una parte de la refrigeración a su costa y solicita un estudio 
para conocer la refrigeración que el sistema extrae de la casa del vecino. El estudio se realiza en régimen permanente. El sistema se 
pone a toda potencia y se miden las temperaturas representadas en la figura, conociendo por cálculo los coeficientes de transferencia 
de calor por convección, hc,suelo y hc,techo, y las emisividades de los materiales, suelo y techo. En el cálculo debe incluirse la radiación, 
considerando los entornos como cuerpos negros a la misma temperatura que el ambiente en ambas viviendas. 
Gracias a la medida experimental de la temperatura superficial en el techo, Tsup,techo, es posible realizar los cálculos en este orden: 
a) Esquema eléctrico equivalente al proceso 
de transferencia de calor estudiado. 
b) Coeficiente de transferencia de calor 
equivalente para la radiación en el techo, 
hr,techo. 
c) Flujo de calor extraído de la casa del 
propietario y temperatura en la posición 
del sistema de tubos (T1). 
d) ¿Qué temperatura tendrá el vecino en su 
suelo? 
e) ¿De qué flujo de calor de refrigeración se 
beneficiará el vecino? ¿Qué porcentaje 
representa sobre el total? 
f) Si la superficie del piso es de 80 m2 y el 
efecto de refrigeración se consigue con un 
ciclo frigorífico de COP 2.8, estime la 
potencia eléctrica consumida por el 
compresor de la máquina. 
 
Solución: 
a) 
b) hr,techo = 5.06 W/m
2
K 
c) 180.5 W/m2 
d) 23.7 ºC 
e) 15.18 W/m2 
f) 5590 W 
 
 
 
 
 
 
Parquet, k
4
=1.5 W/mK 
1 cm 
Aislante, k
2
=0.05 W/mK 
Forjado de hormigón, 
k
3
=2.5 W/m-K 
 
2 
 
1 
 
3 
 
4 
T
sup,techo
= 14ᴼC 
Casa del vecino: T
∞,vecino
= 25ᴼC 
3 cm 
20 cm 
Material del techo radiante, 
k
2
=2.5 W/m-K 
Casa del propietario: T
∞,prop
= 23ᴼC 
T
1
 
h
c,techo
=15 W/m
2
K
 
 
ε
techo
 = 0.9 
h
c,suelo
=7 W/m
2
K
 
 
ε
suelo
 = 0.8 
�̇�𝑟𝑒𝑓𝑟 
𝑊
𝑚2
 
1 cm 
DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Junio 2014 
E.P.I. de Gijón Ejercicio 6 
Ingeniería Térmica Tiempo: 45 min. 
Apellidos: Nombre: 
Especialidad: UO: DNI: 
 
PROBLEMA 4 (Puntuación: 1.75/10) 
Por una tubería horizontal de 5 cm de diámetro interior, 1 cm de espesor, 18 m de longitud y conductividad térmica 397.5 W/m K, 
circulan 3 kg/s de agua en régimen permanente. El agua entra a la tubería a una temperatura de 10 ºC. En el exterior de la tubería está 
condensando un fluido a una temperatura de 80 ºC. Calcule la temperatura de salida del agua y la potencia térmica absorbida por la 
misma. 
NOTA: Dado que el fluido exterior está condensando, se puede considerar que la superficie exterior de la tubería se encuentra a la 
temperatura de cambio de fase. 
 
Solución: 
Utilizando la correlación de Sieder y Tate: Tsalida = 68 ºC y ̇ = 726 kW