Ciclo de vapor de Carnot
¿Cuál es la secuencia exacta de procesos que define al ciclo de vapor de Carnot?
A. Dos procesos isobáricos y dos procesos isocóricos.
B. Dos procesos isotérmicos y dos procesos isentrópicos (adiabáticos reversibles).
C. Cuatro procesos adiabáticos continuos sin transferencia alguna de calor.
D. Dos procesos isobáricos y dos procesos isotérmicos.
B. Dos procesos isotérmicos y dos procesos isentrópicos (adiabáticos reversibles).
¿Qué proceso del ciclo de Rankine ocurre en el condensador?
opciones:
A) Compresión mecánica del vapor
B) Expansión adiabática reversible
C) Cesión de calor a presión constante
D) Aumento de la entalpía del sistema.
C) Cesión de calor a presión constante.
Una máquina térmica ideal opera bajo un ciclo de Carnot entre un depósito caliente que se encuentra a una temperatura absoluta de 500K y un depósito frío a 300K. Utilizando la fórmula directa: η= 1 - TL / TH, ¿cuál es su eficiencia térmica?
40%
¿Qué principio fundamental establece la Primera Ley de la Termodinámica para cualquier sistema o ciclo que experimenta un proceso?
A. Que la entropía del universo siempre aumenta en procesos reales.
B. Que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
C. Que el calor fluye de manera espontánea únicamente desde un cuerpo frío hacia uno caliente.
D. Que es imposible alcanzar la temperatura del cero absoluto mediante un número finito de procesos.
B. Que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
¿Qué tipo de ciclo es el ciclo de vapor de Carnot y cuál es su principal propósito dentro de la ingeniería termodinámica?
A. Un ciclo real utilizado en plantas termoeléctricas modernas para maximizar la producción de trabajo mecánico.
B. Un ciclo ideal reversible que sirve como el límite máximo de eficiencia térmica posible entre dos temperaturas.
C. Un ciclo práctico diseñado exclusivamente para solventar los fallas del ciclo Rankine.
D. Un ciclo irreversible que opera únicamente con gases ideales en condiciones de congelación.
B. Un ciclo ideal reversible que sirve como el límite máximo de eficiencia térmica posible entre dos temperaturas.
por que?!
Representa la máxima idealización de una máquina térmica y establece el límite superior de rendimiento que se puede alcanzar físicamente entre dos temperaturas de diseño.
En un ciclo de Rankine ideal, ¿qué sucede durante el proceso en la turbina?
Expansión isentrópica del vapor.
Calcule la eficiencia térmica de una máquina de Carnot que opera entre una fuente caliente a 800 K y una fuente fría a 400 K. Use la fórmula: η=1−THTL.
0.5 = 50%
¿Cuál fórmula representa la eficiencia térmica (η) de cualquier máquina térmica basada en calores?
η=1− ∣Qsalida∣ / Qentrada
¿Cuáles son los principales problemas prácticos que impiden la implementación del ciclo de vapor de Carnot en las centrales termoeléctricas actuales?
A. Que produce niveles de eficiencia extremadamente bajos en comparación con sistemas alternativos más simples.
B. El requerimiento obligatorio de mantener el fluido de trabajo siempre en estado sólido (hielo).
C. Que la fórmula termodinámica para calcular su rendimiento aún no ha podido ser demostrada en laboratorios.
D. La enorme dificultad de ejecutar procesos completamente reversibles y los daños mecánicos al intentar comprimir mezclas bifásicas de líquido y vapor.
D. La enorme dificultad de ejecutar procesos completamente reversibles y los daños mecánicos al intentar comprimir mezclas bifásicas de líquido y vapor.
¿Por qué razón fundamental se desarrolló el ciclo Rankine y cuál es su relevancia en la ingeniería energética moderna?
A. Para sustituir por completo el uso de agua por gases costosos en las plantas eléctricas modernas.
B. Para superar las limitaciones prácticas del ciclo de Carnot, convirtiéndose en el ciclo ideal base para las centrales termoeléctricas reales.
C. Para diseñar una máquina térmica que opere de forma 100% reversible sin necesidad de un condensador.
D. Exclusivamente para regular la temperatura de los reactores químicos sin generar ningún tipo de trabajo mecánico neto.
B. Para superar las limitaciones prácticas del ciclo de Carnot, convirtiéndose en el ciclo ideal base para las centrales termoeléctricas reales
Si una bomba en un ciclo de Rankine maneja agua líquida con un volumen específico v=0.001 m3/kg y aumenta la presión en 2000 kPa, ¿cuál es el trabajo de la bomba (W)? Use la fórmula: W=v(P2−P1).
2 kJ/kg.
Calculando: 0.001 m3/kg × 2000 kPa = 2 kJ/kg (recordando que 1 kPa⋅m3=1 kJ).
¿Qué restricción física e insuperable impone el enunciado de Kelvin-Planck de la Segunda Ley de la Termodinámica a las plantas de potencia de vapor?
A. Que no se puede usar agua como fluido de trabajo debido a su baja densidad.
B. Que es imposible que una máquina térmica convierta todo el calor absorbido en trabajo.
C. Que la eficiencia de una planta termoeléctrica real siempre es igual al 100%.
D. Que las calderas deben operar obligatoriamente en condiciones de vacío absoluto.
B. Que es imposible que una máquina térmica convierta todo el calor absorbido en trabajo.
Si graficamos un ciclo de vapor de Carnot ideal en un diagrama de Temperatura versus entropía (T-s), ¿qué figura geométrica se forma en el plano?
Un rectángulo perfecto limitado por líneas horizontales y verticales.
¿De qué manera se lleva a cabo la adición y el rechazo de calor en los dispositivos de transferencia de masa de un ciclo Rankine ideal?
A. De manera puramente isotérmica (a temperatura constante) en ambos equipos.
B. A volumen constante (procesos isocóricos) limitando el movimiento del agua.
C. A presión constante (procesos isobáricos) tanto en la caldera como en el condensador.
D. Sin intercambio de calor alguno (procesos adiabáticos) con los alrededores.
C. A presión constante (procesos isobáricos) tanto en la caldera como en el condensador.
En una planta que opera con un ciclo Rankine ideal, el vapor de agua entra a la turbina con una entalpía de h1 = 3115 kJ/kg y sale hacia el condensador con una entalpía de h2 = 2200 kJ/kg. Utilizando la fórmula del trabajo específico de la turbina:Wt = h1 - h2, ¿cuánta energía produce?
915 kJ/kg
¿Cuál es la aportación o concepto científico fundamental que introduce y valida la Ley Cero de la Termodinámica?
A. El cálculo directo de las pérdidas de energía por fricción viscosa en tuberías.
B. El concepto de equilibrio térmico y calibración de los termómetros.
C. La demostración matemática de que la presión de un gas ideal disminuye al calentarlo.
D. La definición de las fronteras adiabáticas e impermeables en sistemas abiertos.
B. El concepto de equilibrio térmico y calibración de los termómetros.
Por que?!
Establece que si dos cuerpos están en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí. Esto define formalmente a la "temperatura" como una propiedad medible y permite usar un tercer cuerpo.
¿Cuál es la ventaja primordial de estudiar el ciclo de Carnot en las ciencias térmicas si no se puede construir en la realidad?
A. Ofrece los planos de diseño directos para la fabricación en masa de turbinas industriales económicas.
B. Sirve como un estándar de comparación perfecto y una referencia teórica para evaluar el desempeño y los límites de las máquinas reales.
C. Permite eliminar por completo el uso de condensadores en los sistemas modernos de generación de potencia.
D. Demuestra cómo operar un ciclo de vapor continuo sin sufrir pérdidas por fricción mecánica.
B. Sirve como un estándar de comparación perfecto y una referencia teórica para evaluar el desempeño y los límites de las máquinas reales.
¿Cuál es una de las ventajas técnicas y operativas más importantes de aplicar "sobrecalentamiento" al vapor en la caldera antes de enviarlo a la turbina en un ciclo Rankine?
A. Reducir la presión de operación de la caldera a niveles de vacío para evitar accidentes.
B. Incrementar la eficiencia térmica del ciclo y reducir drásticamente el contenido de humedad.
C. Forzar al fluido a comportarse exactamente como un gas ideal, transformando el ciclo en uno de Carnot.
D. Lograr que el condensador trabaje a temperaturas mucho más altas que el depósito caliente.
B. Incrementar la eficiencia térmica del ciclo y reducir drásticamente el contenido de humedad.
Una central eléctrica opera con un trabajo neto de Wneto = 912 kJ/kg y requiere un consumo de combustible en la caldera que equivale a un calor suministrado de Qentrada = 2864 kJ/kg. Usando la ecuación de rendimiento: η = Wneto / Qentrada, ¿cuál es su eficiencia térmica?
31.84%
En termodinámica, las propiedades se clasifican según su dependencia con el tamaño o masa del sistema. ¿Cuál de las siguientes opciones describe un par de propiedades estrictamente intensivas (independientes de la masa)?
A. Masa y volumen total.
B. Energía interna total y entalpía total.
C. Temperatura y presión.
D. Peso y energía cinética.
C. Temperatura y presión.
por que?!
Si se divide un contenedor con agua a 25 C y 1atm a la mitad, cada porción individual mantendrá exactamente la misma temperatura (25 C y la misma presión (1atm), lo que demuestra que son intensivas.