Termodinámica I: problemas de práctica y preguntas de examen

El primer principio, los gases ideales, los balances de energía y los límites que impone el segundo principio a máquinas térmicas, refrigeradores y bombas de calor. La mayoría de los errores de examen vienen de las unidades y las temperaturas, no de la física.

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Pack de repaso (PDF)Hojas de fórmulas, pasos de los métodos y problemas de práctica con soluciones completas, listos para imprimir.

Temas de esta asignatura

  1. Ley de los gases idealesP a partir de n, V, T · a partir de la masa · cambio de estado o densidadcálculos
  2. Balance de energíacalentar una corriente · intercambiador de calor · intercambiador con pérdidascálculos
  3. Máquinas térmicas y frigoríficasprimer principio en un ciclo · límite de Carnot · frigoríficos y bombas de calorcálculos
  4. Ciclos de potencia de gasciclo Otto · ciclo Diesel · ciclo Braytoncálculos

Consejos para el examen de Termodinámica I

  • Usa temperaturas absolutas (K) en las leyes de los gases y en cualquier fórmula de Carnot o del COP.
  • Escribe primero el balance de energía con palabras: lo que entra menos lo que sale es igual a la variación.
  • Entre las mismas dos temperaturas, el COP de una bomba de calor es siempre exactamente 1 mayor que el de un refrigerador.

Ejemplos resueltos

Ley de los gases idealesFácil
n = 5 molV = 15 LT = 30 °CP = ?

Un depósito rígido contiene un gas ideal. Halla su presión P.

n = 5 molV = 15 LT = 30 °CR = 8,314 J/(mol·K)

Calcula P (kPa)

Mostrar pistas
  1. Usa PV = nRT con la temperatura absoluta (K).
  2. Unidades: con V en m³ y R = 8,314, P sale en Pa. 1 L = 0,001 m³.
  3. T = 303,1 K.
Mostrar la respuesta y la solución paso a paso

Ley de los gases ideales: PV = nRT, con la temperatura absoluta (K) y unidades acordes con R.

Convierte las unidades

T = 30 + 273,15 = 303,1 K
V = 15 L = 0,015 m³

Ley de los gases ideales

P = nRT/V = 5·8,314·303,1/0,015 = 840130 Pa = 840,1 kPa

Respuesta

P = 840,1 kPa
Balance de energíaMedia
lado calientelado fríomezcla de glicol · 150 °C120 °Cagua · 15 °Ct = ? °C

mezcla de glicol caliente enfría agua en un intercambiador a contracorriente sin pérdidas de calor. Halla la temperatura de salida del agua tout.

ṁh = 1 kg/scp,h = 3,6 kJ/(kg·K)Th: 150 → 120 °Cṁc = 1 kg/scp,c = 4,18 kJ/(kg·K)tin = 15 °C

Calcula tout (°C)

Mostrar pistas
  1. El calor que pierde la corriente caliente es igual al que gana la fría.
  2. Halla primero Q en el lado caliente, ya que conoces sus dos temperaturas.
  3. Q = 108 kW.
Mostrar la respuesta y la solución paso a paso

Balance de energía del intercambiador: sin pérdidas, ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).

Calor cedido por la corriente caliente

Q = 1·3,6·(150 − 120) = 108 kW

Calor que recibe el agua

tout = tin + Q/(ṁccp,c) = 15 + 108/(1·4,18) = 40,84 °C

Respuesta

tout = 40,84 °C

Cómo funciona la práctica

  • «Practicar esta asignatura» mezcla problemas de todos sus temas, como en un examen real.
  • Cada problema tiene valores nuevos, así aprendes el método y no una respuesta.
  • ¿Te has atascado? Abre primero una pista pequeña y la explicación completa solo cuando la necesites.
  • Los simulacros de examen son cronometrados y no tienen pistas; al final recibes tu nota y una revisión completa.

Calculadoras para esta asignatura

Calculadora de rendimiento de Carnot y COPCalculadora de la ley de los gases idealesCalculadora de rendimiento de los ciclos Otto y BraytonCalculadora de la ley combinada de los gases (Boyle, Charles y Gay-Lussac)

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