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Tecnologia Industrial Màquines Térmiques Exercicis

Conceptes .................................................................................................................................................................................. 3 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

14 pag 64. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 ............................................................................................... 3 15 pag 65. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 20 ................................................................................................... 3 16 pag 67. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 ............................................................................................... 3 17 pag 67. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 ............................................................................................... 3 18 pag 68. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 ............................................................................................... 3 19 pag 70. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 ............................................................................................... 3 21 pag 70. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 ............................................................................................... 3

Màquina de Carnot ................................................................................................................................................................ 5 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21.

1 pag 34. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ................................................................................................. 5 Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)............... 5 http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico ............................................................................... 5 http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico ............................................................................... 5 http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico ............................................................................... 5 http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico ............................................................................... 6 Examen Ins Banús Curs 1415 ............................................................................................................................................. 6 http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico ............................................................................... 6 http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico ............................................................................... 6 http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico ............................................................................... 7 http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico ............................................................................... 7 Examen Ins Banús Curs 1415 ............................................................................................................................................. 7 2 pag 36. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ................................................................................................. 7 7

Màquines tèrmiques .............................................................................................................................................................. 8 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30.

Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213. ..................................................................................................... 8 3 pag 38. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ................................................................................................. 8 4 pag 39. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ................................................................................................. 8 9 pag 39. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ................................................................................................. 8 10 pag 168. Problemas de Tecnologia industrial. Vol II. CIM ediciones .............................................................................. 8 PAU juny 2007 ................................................................................................................................................................... 9 PAU setembre 2007 ............................................................................................................................................................ 9 http://profe-alexz.blogspot.com.es/2012/02/maquinas-termicas-problemas-resueltos.html ................................................... 9 http://ejercicios-fyq.com/?Problema-termodinamica-0006 ................................................................................................... 9


31. 32. 33. 34. 35. 36.

http://ejercicios-fyq.com/?Problema-termodinamica-0004 ................................................................................................. 10 http://ejercicios-fyq.com/?Problema-termodinamica-0005 ................................................................................................. 10 Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)............. 10 Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)............. 10 Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)............. 10 PAU 4, pag 30. Tecnologia industrial II. Mc Graw Hill, 2007........................................................................................... 11

MCI ............................................................................................................................................................................................ 12 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54. 55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63.

Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)............. 12 Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213. ................................................................................................... 12 Examen Ins Banús Curs 1415 ........................................................................................................................................... 12 4 pag 48. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................... 12 18 pag 51. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................. 13 20 pag 51. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................. 13 2 pag 57. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................... 13 3 pag 57. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................... 13 6 pag 48. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................... 13 21 pag 51. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................. 14 Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213. ................................................................................................... 14 8 pag 165. Problemas de Tecnologia industrial. Vol II. CIM ediciones .............................................................................. 14 13 pag 172. Problemas de Tecnologia industrial. Vol II. CIM ediciones ............................................................................ 15 PAU juny 2010 ................................................................................................................................................................. 15 15 PAU, JUNY 2010 ............................................................................................................................................................ 15 http://profe-alexz.blogspot.com.es/2012/02/maquinas-termicas-problemas-resueltos.html ................................................. 16 Univ de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE).............. 16 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 16 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 16 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 17 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 17 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 17 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 17 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 18 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 18 Examen Ins Banús Curs 1415 ........................................................................................................................................... 19

Màquines Frigorífiques ...................................................................................................................................................... 21 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78.

Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213. ................................................................................................... 21 7 pag 53. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................... 21 8 pag 54. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................... 21 33 pag 55. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................. 21 34 pag 55. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 ............................................................................................. 21 http://profe-alexz.blogspot.com.es/2012/02/maquinas-termicas-problemas-resueltos.html ................................................. 21 http://profe-alexz.blogspot.com.es/2012/02/maquinas-termicas-problemas-resueltos.html ................................................. 22 22 Univ de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE).............. 22 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 22 Examen Ins Banús Curs 1415 ........................................................................................................................................... 22 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 23 PAU Andalucia ................................................................................................................................................................. 23 Univ de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE).............. 23 Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213. ................................................................................................... 24

Pedro Lorenzo

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CONCEPTES 1. 14 pag 64. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 Dins d’un cilindre hi ha aire a 18ºC amb un volum inicial de 1 litre i a 1 atm de pressió. Si desplacem l’èmbol de manera que el volum es redueixi a 1/8 del volum inicial i la temperatura s’incrementi en 5ºC, determina la pressió final. (Considerem l’aire un gas ideal perfecte).

2. 15 pag 65. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 20 Determina la pressió a la qual es trobarà 1 kg d’oxigen (O2) a 40ºC si està dins d’un recipient de 25 l (1 mol d’oxigen té una massa de 32 g.)

3. 16 pag 67. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 Un recipient aïllat del seu entorn amb 3 l d’aigua cau des de 100 m d’alçada i xoca inelàsticament amb el terra. Si la temperatura inicial de l’aigua era de 15ºC, a. Quina serà la variació de la seva energia interna? b. I la seva temperatura després del xoc?

4. 17 pag 67. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 Amb una batedora se subministren 100 kJ a 3 l. d’aigua a 48ºC continguts en un recipient. Si al mateix temps s’extreuen 400 kJ, Quina serà la temperatura final de l’aigua?

5. 18 pag 68. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 Determina la força i el treball que realitzarà un cilindre pneumàtic de 16 cm de diàmetre que es desplaça 150 mm. La pressió del sistema és de 6 bar i roman constant durant tot el procés.

6. 19 pag 70. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 Dins d’un cilindre de 10 mm de φ hi ha un èmbol a 50 mm del fons. El cilindre és ple d’aire a 2 bar de pressió i 20ºC. S’escalfa l’aire sense deixar moure l’èmbol fins que la pressió augmenta fins a 4 bar, i després es desbloqueja l’èmbol fins a situar-se a 150 mm del fons sense que variï la temperatura.

 Quin és el treball total realitzat?  Dibuixa el diagrama pV.

7. 21 pag 70. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2003 Un mol de gas ideal s’expandeix adiabàticament (γ=1,5) des d’una pressió d’1 MPa i 5ºC fins a una pressió de 300 kPa. Determina: Pedro Lorenzo

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 Volums inicial i final.  Temperatura final  Treball realitzat pel gas durant l’expansió.

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MÀQUINA DE CARNOT 8. 1 pag 34. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008 Una MT absorbeix 300 MJ d’una font calenta subministrant treball i cedeix 180 MJ a la font freda. Determina el treball subministrat i l’eficiència tèrmica de la màquina. 120 MJ - 40%

9. Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE) Un ciclo de Carnot ideal está formado por… A Dos adiabáticas y dos isócoras. B Dos isotermas y dos adiabáticas. C Dos isotermas y dos isócoras. D Dos adiabáticas, una isócora y una isóbara. B

10.

http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico

Encontrar la eficiencia de una máquina de Carnot cuyo foco caliente tiene una temperatura de 127ºC y su foco frio 27ºC. a) 0,20 b) 0,25 c) 0,30 d) 0,35 e) 0,40 b)

11.

http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico

Cuál es la temperatura de foco frío de una máquina de Carnot cuya temperatura alta es 400K y su eficiencia es el 50%? a) 100K b) 200K c) 300K d) 400K e) 500K b)

12.

http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico

Una MT de Carnot, tiene un rendimiento del 50% cuando la temperatura de foco frio es de 27º C. Pedro Lorenzo

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Si se desea elevar su rendimiento hasta el 70% manteniendo constante la temperatura del foco caliente; la temperatura de foco frio: a) aumenta 120º C b)

disminuye 120º C

c) aumenta 240º C d) disminuye 100º C e) disminuye 360º C

13.

http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico

Una máquina de Carnot logra obtener un trabajo útil de 400J, con una eficiencia del 40%. Determine la cantidad de calor que pierde dicha máquina. a) 300J b) 500J c) 600J d) 1000J e) 800J

14.

Examen Ins Banús Curs 1415

Què és l’entropia? Com es relaciona amb l’evolució dels sistemes?

15.

http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico

Cuánta debe ser la temperatura del foco caliente en una máquina de Carnot, para que su eficiencia sea del 75% siendo la temperatura del foco frío -23ºC. a) 627ºC b) 627K c) 727K d) 727ºC e) 1000ºC

16.

http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico

Una máquina térmica de Carnot tiene un rendimiento del 80% cuando la temperatura del foco caliente es 287ºC. Debido a desperfectos, el rendimiento decae a un 60%. Determina la temperatura final del foco caliente si la temperatura del foco frío se mantiene constante. a) 7K b) 27K c) 7ºC d) -7ºC e) 27ºC Pedro Lorenzo

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17.

http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico

Una máquina térmica de Carnot, cuyo rendimiento es el 70% realiza un trabajo útil de 210 J. Hallar la cantidad de calor que pierde dicha máquina. a) 90J b) 40J c) 30J d) 50J e) 60J

18.

http://www.scribd.com/doc/29405620/FISICA-Ciclo-Termodinamico

Si el rendimiento de una máquina térmica de Carnot es 60%, determina el trabajo realizado si Qc = 60J a) 90J b) 120J c) 180J d) -120J e) -90J

19.

Examen Ins Banús Curs 1415

Una màquina ideal funciona entre dos focus que es troben a 27 ºC i 200 ºC respectivament. Calcula: a) El rendiment si és una màquina productora de treball (maq. Tèrmica). b) El coeficient d’operació si és una màquina consumidora de treball (maq . frigorífica). 37% - 1,173

20.

2 pag 36. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Una màquina tèrmica treballa entre una font tèrmica a 200ºC i una altra a 30ºC. Si extreu 300 MJ de la font calenta i cedeix 200 MJ a la font freda, quina és la seva eficiència segons el segon principi i el treball perdut en irreversibilitats.

21. Una máquina de calor de Carnot con un 60% de eficiencia recibe calor de una fuente a razón de 3000 kJ/min, y entrega el calor perdido a un medio a 300 K. Determina

 la potencia generada por la máquina,  la temperatura de la fuente. Cambio de escenario: ¿Cómo cambiarían los resultados si la temperatura del ambiente frío fuese 275K?

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MÀQUINES TÈRMIQUES 22. Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213. Des del punt de vista de la transferència de calor i treball i utilitzant algun paràmetre de qualitat... c) Explica el funcionament teòric de les màquines tèrmiques productores de treball. d) Explica el funcionament teòric de les màquines tèrmiques consumidores de treball.

23.

3 pag 38. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Una màquina tèrmica real treballa entre dues fonts tèrmiques de TC=30ºC i TH=500ºC. En cada cicle la màquina extreu QH= 350 MJ de la font , efectua un treball de W= 150 MJ i cedeix QC= 200 MJ a la font freda. Determina la variació total d’entropia de l’univers, ∆ST a cada cicle i el treball perdut en les irreversibilitats.

24.

4 pag 39. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Un inventor ha dissenyat una màquina que treballa entre dues fonts de TC=20ºC i TH=100ºC, extreu QH=300 J de la font calenta i fa un treball de W=150 J. Creus possible aquesta màquina?. Raona la resposta.

25.

9 pag 39. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Una màquina tèrmica treballa entre TC=120ºC i TH=3.000ºC, extreu QH=1.672 MJ de la font calenta i cedeix QC=1.045 MJ a la font freda. Determina el treball perdut en les irreversibilitats i la variació d’entropia a la màquina i a l’univers en cada cicle.

26.

10 pag 168. Problemas de Tecnologia industrial. Vol II. CIM ediciones

Los datos de la tabla inferior corresponden a distintos ciclos de potencia que operan entre dos focos a 600 y 300 K. Todas las magnitudes están expresadas en kJ. Para cada caso, completar la tabla y determinar si el ciclo es imposible, reversible o irreversible. ciclo 1 2 3 4 5 6

QH 2000 2000 160 800 1600

QC 1000 700

Wciclo 1050

η

1800 0,30

400 800

410 800

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27.

PAU juny 2007

Un escalfador que funciona amb gas natural de poder calorífic 61 MJ/kg, pot arribar a donar un cabal de 13,80 l/min i elevar la temperatura de l’aigua 25 ºC. Determina:

 Potència útil  Rendiment si el consum és 0,51 g/s  Temps i combustible necessaris per a escalfar 25 ºC 150 litres d’aigua.

28.

PAU setembre 2007

En el full de característiques d’una motobomba amb motor diesel es llegeix: Cabal

50 m3/h

Pressió

0,25 MPa

Capacitat del dipòsit

4,60 litres

Potència

4,90 kW (2.500 min-1)

Autonomia

4h

Determina:

 Rendiment de la bomba  Rendiment mecanicotèrmic del motor  Consum específic [g/(kW·h)] del motor entès com la relació entre la quantitat de combustible consumit i l’energia mecànica produïda. (combustible: PC=43 MJ/kg; densitat=0,84 kg/dm3)

29.

http://profe-alexz.blogspot.com.es/2012/02/maquinas-termicas-problemasresueltos.html

Una central eléctrica de 600MW que se enfría en un rio cercano tiene una eficiencia térmica del 40%. Determine la transferencia de calor hacia el agua del rio. Sol: https://www.youtube.com/watch?v=VBsYmX-tzA8

30.

http://ejercicios-fyq.com/?Problema-termodinamica-0006

Una máquina térmica funciona entre las temperaturas T1 =400K y T2 =300K, absorbiendo 2 kWh cada hora del foco caliente. Calcula: a) El rendimiento de la máquina. b) El trabajo útil que realiza en una hora. c) La potencia útil de la máquina. d) La energía que transfiere al foco frío cada hora. Pedro Lorenzo

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Sol. R=25%; Wu=1,8·106 J; P= 500 W; Q1= 5,4·106 J

31.

http://ejercicios-fyq.com/?Problema-termodinamica-0004

Una máquina térmica tiene un rendimiento del 20% y funciona cediendo energía al ambiente a 21 ºC. Calcula la temperatura del foco caliente y qué trabajo realiza si absorbe de él 20 000 J. Sol.: T = 94,5 ºC ; W = 4000 J

32.

http://ejercicios-fyq.com/?Problema-termodinamica-0005

Una máquina térmica funciona entre las temperaturas T1= 670 K y T2= 290 K, absorbiendo del foco caliente 5000 J cada minuto. Calcula: a) El rendimiento de la máquina. b) El trabajo útil que suministra en una hora. c) La potencia útil de la máquina. a) 57% b) 171 kJ c) 47,5 W

33.

Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)

Una máquina térmica consume 240 kg de carbón por hora, siendo el poder calorífico de este combustible de 13·10³ kcal/kg. Si la máquina tiene un rendimiento del 25% calcule el trabajo suministrado por la máquina y el calor cedido al foco frío en una hora

34.

Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)

Una MT que funciona entre 200°C y 80°C alcanza un 20% de su rendimiento teórico máximo. ¿Cuánta energía debe absorber para realizar 10.0 kJ de trabajo?

35.

Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)

Una máquina térmica toma 16000 W de calor de una caldera a 1200 K y expulsa 9600 W a un río a 27°C. ¿Cuánto vale el rendimiento de la máquina? A 40% B 75% Pedro Lorenzo

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C 60% D No hay información suficiente para determinarlo.

36.

PAU 4, pag 30. Tecnologia industrial II. Mc Graw Hill, 2007

Un motor hidràulic acciona directament l'eix d'una màquina que requereix una energia de 4,5 kJ per cada volta de l'eix. El rendiment del motor en funció de la seva velocitat de rotació és: =

on: k1=0,9; k2=0,7; n0=120 min-1. Determina:

 Dibuixa la corba de rendiment en funció de n per l'interval 0>n>100 min-1  Potència mitjana que requereix la màquina (a 80 min-1)  Energia que cal subministrar al motor hidràulic durant 5 h de funcionament

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MCI 37. Univ. de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE) ¿Cuál de las siguientes figuras corresponde a un ciclo Diesel?

38.

Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213.

Cicles Otto i Diesel. a) Explica el cicle Otto de 2 i 4 temps. b) Cicle teòric i cicle indicat. A què es deuen les diferències entre els dos? c) Parts del motor.

39.

Examen Ins Banús Curs 1415

Cicle Diesel. a) Explica el cicle de 4 temps. b) Dibuixa el cicle teòric i cicle indicat. A què es deuen les diferències entre els dos? c) Què son el turbo i l’intercooler? Com modifiquen el diagrama pV? d) Parts del motor.

40.

4 pag 48. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Determina la cilindrada total i la relació de compressió en un motor de 4 cilindres de 83.6 mm de diàmetre per 91 mm de cursa amb una cambra de combustió de 50 cm3. Pc gasolina= 45980 kJ/kg Pedro Lorenzo

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ρ= 700 kg/m3

41.

18 pag 51. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Un motor tèrmic du nC= 4 cilindres de 65 mm de diàmetre i C= 67,7 mm de cursa, amb una relació de compressió de r= 9/1. Determina…

 Cilindrada total, Vt  Cilindrada unitària, Vc  Volum, Vmin, de la cambra de combustió.

42.

20 pag 51. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

En el catàleg de propaganda d’una motocicleta s’indica que el parell màxim és de 120 N·m a n= 4000 min-1 quan va a 144 km/h. Quina és la potència desenvolupada P i el consum en l/100 km en aquestes condicions si el rendiment és del 40%? Pc gasolina = 45980 kJ/kg;

ρ= 700 kg/m3 50265,5 W 68,34 W 9.76 l/100 km

43.

2 pag 57. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Un motor diesel de sis cilindres de 80 mm de diàmetre i c= 82,8 mm de cursa té una relació de compressió de r= 22/1. Determina les cilindrades total i unitària i el volum de la cambra de compressió. 416.2 cm3 2497.2 cm3 19,82 cm3

44.

3 pag 57. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

A l’anterior calcula la pressió i temperatura al final de la compressió considerant un coeficient adiabàtic de 1,35 i la pressió i temperatura inicials de 1,5 bar i 40ºC. 44.27

bar

923 K

45.

6 pag 48. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

En un motor 2T es produeixen 20 J nets a cada cicle de treball. Si el motor gira a 4.000 rpm,

 Quina serà la seva potència?  Quanta gasolina en l/h consumirà si té un rendiment del 35%? Pedro Lorenzo

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 Quin serà el parell motor desenvolupat?

46.

21 pag 51. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

En un motor de 4T es produeixen W= 30 J nets a cada cicle de treball. Si el motor gira a 3000 min-1…

 Quina serà la seva potència?  Quin parell motor desenvoluparà i quin consum (l/h) tindrà si el rendiment és del 45%? Pc gasolina = 45980 kJ/kg ρ= 700 kg/m3; v= 144 km/h 750 W - 0.20 l/h

47.

Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213.

Un vehicle amb un motor de gasolina de 4 temps produeix 125 J nets per cicle quan circula a 80 km/h. a) Si gira a 6.000 min-1, calcula la potència que dona. b) Si té un rendiment del 45%, calcula el consum als 100 km. Pc gasolina= 45980 kJ/kg ρ= 700 kg/m3

48.

8 pag 165. Problemas de Tecnologia industrial. Vol II. CIM ediciones

El esquema representa una máquina de vapor que funciona siguiendo el ciclo teórico de Carnot. La caldera absorbe de un foco caliente a 500ºC, mientras que el condensador cede calor a un foco frio a 25ºC. En cada ciclo de trabajo se evaporan en la caldera 850,24 g de agua y en el condensador se licuan 787,01 g de vapor. A las presiones de operación, el calor latente de vaporización del agua a 500ºC es de 120 cal/g y el calor latente de vaporización a 25ºC es de 50 cal/g. Se pide:

 Hallar los intercambios calóricos y el trabajo del ciclo.  Trabajo desarrollado por la turbina y el empleado por el compresor si este consume un 20% del trabajo generado por el ciclo operativo.

Pedro Lorenzo

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49.

13 pag 172. Problemas de Tecnologia industrial. Vol II. CIM ediciones

El ciclo Diesel teórico de un motor monocilíndrico de 4 tiempos y 60 mm de diámetro de pistón está limitado por los volúmenes de 480 cm3 y 60 cm3 y por las presiones 0.10 MPa, 1.84 MPa, 1.84 MPa y 0.26 MPa. El estado de máxima temperatura corresponde a 120 cm3. Se pide:

 Diagrama teórico del ciclo termodinámico.  Cilindradas, volumen unitario y de la cámara de combustión, carrera, PMS y PMI y relación de compresión. 114.6 N·m - 12.7 l/h - 48% - 38.1 l

50.

PAU juny 2010

Una moto posee un motor de dos cilindros y 4T con un diámetro de 80 mm y una carrera de 78 mm. La relación de compresión es de 12:1 y según el fabricante proporciona una potencia máxima de 52 kW a 7000 rpm y un par máximo de 75,4 N·m a 4500 rpm. Se pide:

 Cilindrada del motor en cm3.  El volumen de la cámara de combustión en cm3.  Representa el diagrama termodinámico teórico del ciclo Otto y un croquis relacionado con dicho diagrama que represente los parámetros más importantes (cámara de combustión, carrera, cilindrada unitaria…) y los siguientes elementos: Válvula de admisión, válvula de escape, pistón, segmentos, biela…

 Potencia en CV a régimen de par máximo.  Par en N·m al régimen de potencia máxima. 784.14 cm3; 35.6 cm3; 35.5 kW; 70.94 N·m

51. El pistó d’un motor tèrmic, de 85 mm de diàmetre, desplaça un volum de 500 cm3. La cursa del pistó és: a) 42,5 mm b) 69,2 mm c) 22,0 mm d) 88,1 mm

52.

PAU, JUNY 2010

Un motor fa servir un combustible de PC = 35.500 kJ/l i densitat 0,85 kg/l. En règim nominal gira a 5.000 min-1, proporciona 60 kW i consumeix 180g/(kW·h). Determina:

 El parell a l’eix de sortida  Consum horari  Rendiment Pedro Lorenzo

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 Volum consumit en tres hores de funcionament.

53.

http://profe-alexz.blogspot.com.es/2012/02/maquinas-termicas-problemas-resueltos.html

Un motor de automóvil consume a razón de 28 L/s y tiene una potencia de salida 60 KW. Si el combustible tiene un poder calórico de 44.000 KJ/Kg y una densidad de 0.8 g/cm3. Determine la eficiencia del motor. https://www.youtube.com/watch?v=drJsZpp_fyQ

54.

Univ de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)

Un Seat León TSI 2.0 amarillo posee una potencia de 210 CV y una relación de compresión de 9.6. 1. ¿Cuánto calor hace falta producir por segundo para circular a la máxima potencia? 2. ¿Cuánta gasolina consumiría a los 100 km, recorridos a máxima potencia a 160 km/h? 1 CV = 0.736 kW Rendimiento de un ciclo Otto ideal:

η = 1 − 1/rγ – 1

Calor generado en la combustión de 1 litro de gasolina: 33000 kJ.

55.

PAU Andalucia

El motor de un automóvil suministra una potencia de 90 CV a 5000 r.p.m. El vehículo se encuentra subiendo una pendiente, por lo que tiene que vencer una fuerza de 1744,5 N en la dirección del movimiento. La transmisión del motor hasta las ruedas, de radio 0,3 m, tiene un rendimiento del 95%. Determine:

   

La velocidad máxima de ascensión. El par motor en cada una de las ruedas tractoras. La relación de cambio para conseguir la fuerza necesaria. El consumo horario de gasolina en las condiciones del problema, teniendo en cuenta que el motor tiene un rendimiento térmico del 20% y que la gasolina tiene un poder calorífico de 9960 Kcal/Kg y una densidad de 0,75 Kg/dm3

56.

PAU Andalucia

Leyendo una revista, observamos los siguientes datos oficiales referidos a un automóvil:

   

Diámetro x carrera: 82,5 x 92,8 mm. Relación de compresión: 10,5:1. Potencia máxima: 110 KW a 6000 r.p.m. Par máximo: 180,32 N.m a 4600 r.p.m.

A la vista de estos datos, responda:

 ¿Se trata de un motor de encendido por chispa o de encendido por compresión? Razone la respuesta. Pedro Lorenzo

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 ¿Cuál es su cilindrada, si tiene cuatro cilindros?.  ¿Cuál será el par motor al régimen de potencia máxima?.  Compare el par obtenido en el punto anterior con el par máximo y comente el resultado. ¿Se le ocurre algún comentario?.

57.

PAU Andalucia

Un fabricante está comprobando el prototipo de un motor en un banco de pruebas obteniendo los siguientes resultados:  Régimen de giro: 3000 r.p.m.  Par obtenido: 120 N.m.  Consumo de combustible: 10 l/h. Se desea saber:

 La potencia que está suministrando.  El consumo específico (g/KW.h), si el combustible tiene una densidad de 0,8 Kg/dm3  El rendimiento, teniendo en cuenta que el combustible tiene un poder calorífico de 41700 KJ/Kg. 37.7 kW; 212 g/kW·h; 41%

58.

PAU Andalucia

Se dice que un motor de combustión interna es cuadrado cuando su diámetro es igual a su carrera. Si el volumen de su cilindro es de 123,67 cc., su relación de compresión es 12:1 y el par que está suministrando es de 14 N.m a 8000 r.p.m., calcule:

 La carrera  El volumen de la cámara de combustión.  La potencia que está suministrando.

59.

PAU Andalucia

El motor de un automóvil tiene seis cilindros, una cilindrada de 2484 cm3 y una relación de compresión de 9,5:1. Calcule:

 El diámetro y la carrera si la relación entre ambos es de 0,9.  El volumen de la cámara de combustión.  ¿Cuál será el par que se está suministrando, si la potencia máxima es de 120 KW a 4.800 r.p.m.? 7.80 cm; 8.66 cm; 48.7 cm3

60.

PAU Andalucia

Un automóvil americano posee un motor de ocho cilindros en V con unas dimensiones de 99 mm de diámetro y 92 mm de carrera, con una relación de compresión de 10:1. Según su fabricante, proporciona 253 KW de potencia máxima a 5600 r.p.m., y un par máximo de 495 N.m a 4200 r.p.m. Pedro Lorenzo

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Calcule:

 La cilindrada de motor y el volumen de la cámara de combustión.  El par que está proporcionando al régimen de potencia máxima.

61.

PAU Andalucia

Una forma de aumentar las prestaciones de un motor de encendido por chispa es aplicarle sobrealimentación. Así, podemos encontrar un motor 1.8 (1.781 cm3) que proporciona una potencia máxima de 92 kW a 6000 r.p.m., mientras que en la versión Turbo proporciona 132 kW a 5500 r.p.m. El empleo de sobrealimentación en este tipo de motores lleva implícito una bajada de la relación de compresión, de esta manera en el motor atmosférico es de 10,3:1 mientras que en el sobrealimentado es de 9,5:1. Ambos motores son de cuatro cilindros con un diámetro de 81 mm. Se pide:

 Compare los volúmenes de las cámaras de combustión de estos motores.  Calcule la carrera. Si ambos motores consumen la misma cantidad de combustible en la unidad de tiempo, es decir el mismo calor,

 ¿Qué aumento de rendimiento en % se ha conseguido con la sobrealimentación?

62.

PAU Andalucia

Los fabricantes de motocicletas introducen pequeñas modificaciones en sus modelos, prácticamente todos los años, como reclamo publicitario. Así, un fabricante ha incrementado la carrera de su motor, de cuatro cilindros y cuatro tiempos, en 2,5 mm, pasando a ser de 56,5 mm, manteniendo el diámetro de los cilindros. La relación de compresión ha pasado de 11,5:1 a 11,9:1, con lo que consigue aumentar la potencia de 105 kW a 120 kW, en ambos casos a 11500 r.p.m. Se pide: a) El aumento porcentual de la cilindrada. b) Si el diámetro de cada uno de los cilindros de ambos motores es de 75 mm, calcule el volumen de la cámara de combustión de los mismos. c) El aumento del par motor, a 11500 r.p.m., debido a los cambios introducidos.

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63.

Examen Ins Banús Curs 1415

A continuació tens el full de dades tècniques d’un vehicle.

Ferrari 458 Spider (HELE System)1 Preu Preu sense impostos IVA Impost de matriculació Preu final Prestacions i consums Velocitat màxima (km/h) Acceleració 0-100 km/h (s) Acceleració 0-1000 km/h (s) Consum urbà (l/100 km) Consum extraurbà (l/100 km) Consum mitjà (l/100 km) Emissions CO2 (g/km)

189.980 € 21,00 % 14,75 % 257.899 € 320 3,40 20,50 24,0 20,0 22,0 275

Pc gasolina 45980 kJ/kg Ρ 700 kg/m3

Transmissió Tracció Caixa de canvis Embragatge Motor Combustible Potència màxima CV/rpm Par màxim Nm/rpm Situació Cilindres Material del bloc/culata Diàmetre * Cursa (mm) Cilindrada (cm3) Relació de compressió Distribució Alimentació

Trasera Automàtica. 7 marxes Multidisc en oli

Gasolina 570/9000 540/6000 Traser longitudinal 8 en V Alumini / Alumini 94,0 x 81,0 ? 12,5 a 1 4 vàlvules per cilindre. 2 arbres a cada culata. Injecció directa

Descripció El Ferrari 458 Spider es la versión descapotable del 458 Italia. Tiene un techo retráctil de aluminio y accionamiento eléctrico. La capota queda guardada en un compartimento que hay delante y por encima del motor —éste va situado en posición central trasera longitudinal, detrás del habitáculo y delante del eje trasero—. Como el techo ocupa poco espacio, detrás de los dos asientos queda un lugar amplio para transportar equipaje. El proceso de plegado y desplegado del techo se completa en 14 segundos. Detrás de los asientos hay un deflector aerodinámico de cristal y accionamiento eléctrico que reduce las turbulencias y el ruido en el interior cuando se viaja descapotado. Según Ferrari, esta pieza permite una conversación normal incluso a 200 km/h.

1

Font: http://www.km77.com/00/ferrari/458spider/2012/ferrari-458-spider-precios.asp

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a)

(0,50 punt) Calcula

la cilindrada unitària i la total.

b)

(0,50 punt) Calcula

el volum de la cambra de combustió.

c)

(1,00 punt) Suposant

que quan circula a 180 km/h (circulació extraurbana) el motor desenvolupa

el 35% de la potència màxima. Calcula el rendiment. d)

(1,00 punts) Calcula

e)

(1,00 punts)

el parell a règim de màxima potència i la potència a règim de màxim parell.

Si cada explosió produeix 150 J de treball net. Calcula el rendiment del motor en

circulació urbana. (a 50 km/h i 3.000 min-1) f)

(0,50 punts) Si

la cambra de combustió es troba a 700 ºC i l’exterior a 30 ºC, quin seria el màxim

rendiment possible d’aquest motor? Quina seria la seva eficiència segons el segon principi de la termodinàmica en aquest cas? g)

(0,50 punts) Quants

arbres de lleves i quantes vàlvules té el motor?

V1=562,12 cm3 VT=4496,98 cm3 VCC=48,91 cm3 η=45,5% M=444,83 N·m P=339,29 kW = 461,31 CV η=22% ηC=1-(300/973)=69,16% ηS= η / ηC =31,81% 4 arbres de lleves 32 vàlvules

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MÀQUINES FRIGORÍFIQUES 64. Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213. Què és i quines propietats ha de tenir un fluid criogènic?

65.

7 pag 53. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Determina la potència que ha de tenir un refrigerador amb un COP = 6 per fer glaçons a partir de 5 litres d’aigua a 20ºC en un temps màxim de 10 minuts. Ce aigua= 4,18 KJ/Kg·ºC, LF aigua= 333,5 kJ/kg

66.

8 pag 54. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

En una cuina, un refrigerador extreu 90 kJ per minut de l’espai refrigerat. Si el seu COP és de 1.8, Determina:

 Potència elèctrica consumida.  Calor cedida a la cuina en cada minut.

67.

33 pag 55. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Una instal·lació industrial necessita produir 500 kg de gel a -5ºC cada hora a partir d’uns dipòsits on l’aigua es troba a 15ºC.

 Quina serà la potència que consumirà el refrigerador si COP = 5.6?  Si aprofitéssim la calor despresa al condensador, quants kJ/h es podrien obtenir?

68.

34 pag 55. Tecnologia industrial II. Ed Mc Graw Hill, 2008

Es vol escalfar una casa que es troba inicialment a 12ºC fins a 25ºC amb una bomba de calor (COP= 8) en un màxim de 30 min. Si es necessiten 376200 kJ per aconseguir la temperatura desitjada,

 Determina la potència de la bomba.  Quina potència consumiríem si féssim servir estufes elèctriques?

69.

http://profe-alexz.blogspot.com.es/2012/02/maquinas-termicas-problemasresueltos.html

Un refrigerador domestico tiene un COP de 1.2, remueve el calor del espacio refrigerado a 60KJ/mm. Determine: a) La potencia eléctrica que consume el refrigerador. b) La tasa de transferencia de calor hacia el aire de la cocina.

Pedro Lorenzo

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https://www.youtube.com/watch?v=Oj4DrLcBobY

70.

http://profe-alexz.blogspot.com.es/2012/02/maquinas-termicas-problemas-resueltos.html

Un refrigerador domestico (que tiene una entrada de potencia de 450W y un coeficiente de desempeño COP de 2.5) enfriará a 8°C cinco sandias grandes de 10 Kg cada una. Si las frutas están inicialmente a 20°C, determine cuánto tarda el refrigerador en enfriarlas. Las sandias se pueden considerar como agua cuyo calor específico es de 4.2 KJ/Kg. 2240 s (37 min 20 s) https://www.youtube.com/watch?v=tgR4Bi7gAnU

71. Una MF para fabricar hielo funciona según un ciclo de Carnot reversible absorbiendo calor de un tanque de agua a 0.0°C y cediéndolo al aire en el interior de un local que se mantiene a 26.0°C. La máquina fabrica 223 kg de hielo en un día. Calcule el trabajo consumido y el calor cedido al aire. COP= 10.5; W= 7082.9 kJ; Qh= 81453.4 kJ

72.

Univ de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)

Para refrescar una habitación se emplea un aparato de aire acondicionado con un coeficiente de desempeño (COP) de 4. El exterior se encuentra a 34°C mientras que el interior del despacho se mantiene a 24°C. El despacho, que esta vacío, tiene una ventana de vidrio por la cual entra calor desde el exterior. Si el calor que entra por la ventana en la unidad de tiempo es Q=4224 W, calcule el trabajo por segundo (potencia) que debe realizar el aparato para mantener la temperatura interior y la cantidad de calor que es arrojada al exterior. 1056 W; 5280 J/s

73.

PAU Andalucia

Una máquina frigorífica cuyo rendimiento es del 140%, consume una potencia de 120W. ¿Cuánto tiempo tardará en enfriar 200 g de agua desde 18 ºC hasta 12 ºC?. Calor específico del agua 1 cal/gºC. 29.86 s

74.

Examen Ins Banús Curs 1415 1

Per fabricar un “polo” seguim aquest procés: 1. Posem 70 cm3 d’aigua amb sucre, colorant... dins cada motlle i col·loquem el pal.

1

http://www.larecetadelafelicidad.com/2012/08/especial-polos.html

Pedro Lorenzo

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2. Connectem el congelador i en 10 minuts el tenim. Si fem servir un motlle de 150 gelats, l’aigua, el pal i el motlle estan a una temperatura inicial de 15 ºC i els traiem a -5 ºC i el COP del refrigerador és de 4,5, Quina potència consumeix el compressor?

Massa pal: 3 g

Ce Aigua= 4,18 kJ/(kg·K)

Ce Gel= 2,09 kJ/(kg·K)

LF Aigua= 334 kJ/kg

Massa motlle: 200 g

Ce Acer inox= 0,51 kJ/(kg·K)

Ce Fusta= 1,76 kJ/(kg·K)

LF Acer= 293 kJ/kg 1600 W

75.

PAU Andalucia

Se dispone de un aparato de aire acondicionado por bomba de calor para mantener la temperatura de un recinto a 22 ºC en todo tiempo. Supóngase una temperatura media en verano de 33 ºC y, en invierno, de 6 ºC. El aparato tiene una eficiencia del 60% de la ideal, una potencia de 2000 W y está funcionando cinco horas diarias. Se pide: a) Calcular la cantidad de calor aportada al recinto en un día de invierno. b) Calcular la cantidad de calor extraída del recinto en un día de verano. c) Realizar un esquema de la instalación nombrando sus componentes.

76.

PAU Andalucia

Una bomba de calor se utiliza para mantener el recinto de una piscina climatizada a 27 ºC, cuando la temperatura exterior es de -3 ºC. Para su funcionamiento, hay que suministrarle a la bomba 216·106 J en doce horas de funcionamiento. Calcular: a) La potencia de la bomba y la eficiencia real, si ésta es el 40 % de la ideal. b) El calor absorbido del medio ambiente y el calor cedido al recinto de la piscina, durante las doce horas de funcionamiento.

77.

Univ de Sevilla. http://laplace.us.es/wiki/index.php/Problemas_de_m%C3%A1quinas_t%C3%A9rmicas_(GIE)

SOBRECOSTE ORIGINADO POR LA LUZ DE UN FRIGORÍFICO El interruptor de la luz interior de un frigorífico está estropeado, de modo que la luz está siempre encendida. La luz interior consume una potencia de 40.0 W. Si la eficiencia del frigorífico es 1.3, y el coste de la electricidad es de 14,2 céntimos por kW·h. Calcule el incremento en el consumo del frigorífico y el coste añadido por año si no se arregla el interruptor.

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78.

Examen Tecnologia Industrial II. Ins Banús. Curs 1213.

A continuació tens el full de dades tècniques d’un vehicle. Prestaciones y consumos homologados Velocidad máxima (km/h)

155

Aceleración 0-100 km/h (s)

16,7

Consumo urbano (l/100 km) 11,9 Consumo extraurbano (l/100 km)

8,7

Consumo medio (l/100 km)

9,9

Dimensiones, peso, capacidades Tipo de Carrocería Número de puertas

Todoterreno 5

Largo / ancho / alto (mm)

4697 / 1755 / 1850

Batalla / vía delantera - trasera (mm)

2650 / 1455 - 1430

Peso (kg)

--

Combustible Gasóleo (litros) 80 Número de plazas / Distribución de asientos

7/7

Motor de Combustión Combustible Potencia máxima CV - kW / rpm Par máximo Nm / rpm Situación Número de cilindros Material del bloque / culata Diámetro x carrera (mm) Cilindrada (cm3) Relación de compresión Distribución Alimentación Automatismo "Stop/Start"

Gasóleo 125 - 92 / 3600 278 / 2000 Delantero longitudinal 4 - En línea Hierro / Aluminio 96,0 x 92,0 ? 21,9 a 1 2 válvulas por cilindro. Un árbol de levas en el bloque Inyección Indirecta. Turbo. Intercooler No

Pedro Lorenzo

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   

(0,50 punt) Quines

funcions tenen el turbo i l’intercooler?

(0,50 punt) Calcula

la cilindrada unitària i la total.

(0,50 punt) Calcula

el volum de la cambra de combustió.

(1,00 punt) Suposant

que quan circula a 100 km/h (circulació extraurbana) el motor desenvolupa

el 36% de la potència màxima. Calcula el rendiment. (Pc gasoil= 43.100 kJ/kg, ρ= 0,825 kg/l)

(2,00 punts) Per

celebrar que per fi han acabat batxillerat (un curs on han sofert molt), l’orgullós

propietari del cotxe invita als seus companys de classe a marxar uns dies a la platja. Per fer una festa compren unes cerveses i una nevera per refredar-les. A mitja tarda comencen a reconèixer que la tecnologia industrial tampoc era tan avorrida. De fet, ara pensen en ella i es pregunten quina potència deu tenir el motor de la nevera. Segurament part de la situació l’ha creat la cervesa però per una vegada estan tots interessats en un tema tecnològic. Ajuda’ls a resoldre el dubte. Les dades del problema son: o

A la nevera caben 20 ampolles de cervesa.

o

El vidre de cada ampolla pesa 200 g i conté 250 g de cervesa.

o

Ce cervesa= 4,00 kJ/kg·K, Ce vidre= 0,833 kJ/kg·K

o

La temperatura ambient és de 40ºC i la nevera triga 12 minuts a refredar les cerveses fins als 10ºC (temperatura final).

o

La nevera és vermella, es connecta a l’encenedor del cotxe (12V) i té un COP de 1,80.

o

El propietari del cotxe es posa nerviós pel temps d’espera i comença a dir “esto no sirve para nada”. Això no se si és una dada important per que porta uns anys dient-ho de qualsevol tema.

Pedro Lorenzo

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Btx2 Problemas de màquines tèrmiques  

Exercicis de consolidació

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