medido sobre 17 convocatorias — nada por intuición
Preparar el examen de Ingeniería Térmica
El examen son tres ejercicios y cada uno vale un tercio: uno de transmisión de calor y dos de termodinámica, y eso no ha fallado en ninguna convocatoria leída. Lo que sí falla es el orden: en enero de 2019 el de transmisión fue el primero. Aquí no hay casi nada que descartar, así que el orden de esta ruta no es por frecuencia: es por dependencia.
Los tres convenios que sostienen el examen
no da puntos — decide el signo de todosNo cae solo — está dentro de las 17
No los pide con estas palabras. Los pide dentro de los otros ejercicios, con «se intercambian 240 kJ de calor hacia el medio circundante», «la bomba consume 6 kW» y «tómese como estado de referencia 15 °C y 1 bar».
Ninguno de los tres tiene ejercicio propio en las diecisiete convocatorias leídas, y los tres están dentro de los cincuenta y un ejercicios. El convenio de signos decide si un trabajo sale 314 o 794 kJ; la distinción entre theta y te decide si una entropía sale en kelvin o en grados; y el criterio de qué se encierra decide si un problema tiene una incógnita o tres. Los tres fallan igual: sin dar error.
Elegir el sistema antes de escribir nada
leerEl sistema es una elección tuya, no un dato del enunciadoA decidir dónde pones la frontera, y a ver que la buena es la que hace que el dato que te falta no aparezca en la ecuación.
El mismo condensador del examen de enero de 2026 se recorta de dos maneras distintas según lo que pida cada apartado, y ninguna de las dos es «la correcta».
- ejemploDos fotos del mismo depósito
El ejemplo de entrada. Dos fotos del mismo depósito y el postulado de estado, para separar propiedad de estado antes de tocar ninguna ecuación.
- ejemploLo que marca el manómetro y lo que pide la tabla
La lectura de un manómetro no es una propiedad del sistema: es la diferencia entre una propiedad del sistema y una de la sala. De ahí que en Termodinámica se trabaje en absolutas.
Dos fotos del mismo depósito
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un depósito rígido contiene de un gas. En un primer instante ocupa y está a ; más tarde ocupa y sigue a .
a) ¿Ha cambiado el estado termodinámico del sistema?
b) Calcular el volumen específico en los dos instantes.
Si el estado ha cambiado, y los dos volúmenes específicos.
- 01
Reconocer el camino
COMP1La temperatura es la misma en las dos fotos. ¿Basta eso para decir que el sistema está en el mismo estado?
La conclusión es correcta pero el motivo no: el volumen es extensivo, depende del tamaño del sistema. La propiedad intensiva que hay que mirar es el volumen específico , y para eso hay que dividir.
La temperatura es una propiedad, no el estado. Si bastara con ella, todo el aire de la habitación estaría en el mismo estado que el aire de una bombona a 200 bar, porque los dos están a la temperatura ambiente.
Exacto. El postulado de estado pide dos. Con una sola propiedad coincidiendo no se ha comprobado nada: falta la segunda, y aquí la segunda —el volumen específico— es justamente la que ha cambiado.
- 02
El volumen específico en la primera foto
COMP2¿Cuánto vale ?
un volumen específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas dividido al revés, . Eso es la densidad, que es la inversa del volumen específico: . La unidad lo delata, porque te habría salido en kg/m³.
Has multiplicado por la masa en vez de dividir. «Específico» significa siempre por unidad de masa, y por unidad de masa hay menos volumen que en total, no más.
Específico quiere decir por kilogramo: reparte los 1,5 m³ entre los 2 kg.
Desarrollo
- 03
El volumen específico en la segunda
COMP2¿Y ?
un volumen específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEse es el incremento , no el valor de . La pregunta pide dónde está el sistema en la segunda foto, no cuánto se ha movido.
Lo mismo que antes, con los 2,5 m³.
Desarrollo
El sistema ha pasado de a : dos estados distintos, con la misma temperatura.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la respuesta al apartado a). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El volumen total es extensivo: cambia si partes el sistema en dos, sin que haya pasado nada termodinámicamente. El estado se compara con propiedades intensivas, y por eso hay que dividir por la masa antes de concluir.
El razonamiento, en orden
El postulado de estado exige dos propiedades intensivas independientes para fijar el estado de un sistema simple.
La temperatura coincide, pero el volumen específico pasa de 0,75 a 1,25 m³/kg.
Luego el estado ha cambiado, aunque una de las dos propiedades se haya quedado igual.
Resolución completa
a) Sí, el estado ha cambiado. El postulado de estado dice que un sistema simple queda fijado por dos propiedades intensivas independientes. Aquí la primera —la temperatura— coincide en las dos fotos, pero eso no cierra nada: hay que mirar la segunda.
b) Los volúmenes específicos. El volumen es extensivo, así que para compararlo hay que hacerlo intensivo dividiendo por la masa:
Los dos estados son y , y son distintos. Que una propiedad se conserve no dice nada del estado; lo que lo fija es el par.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Decir, ante un enunciado con una turbina y un depósito, cuál de los dos conviene encerrar y por qué, sin haber calculado nada todavía.
Theta es Celsius, te es kelvin
leerTheta y te, que no son la misma letraA saber en qué expresiones da igual la escala y en cuáles no, y a no volver a meter un grado Celsius dentro de un logaritmo.
La regla entera cabe en una línea: restar perdona, dividir no. Los enunciados de esta asignatura usan las dos letras sin declararlo nunca.
- prácticaLa temperatura que entra en un logaritmo
Extraído del examen de enero de 2026. El mismo par de temperaturas en un cociente y en una resta, para ver de golpe qué sobrevive al cambio de escala.
La temperatura que entra en un logaritmo
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un gas evoluciona entre dos estados. El enunciado da el inicial en kelvin, , y el final en grados Celsius, .
Al calcular la variación de entropía aparece el término .
a) ¿Cuánto vale ese logaritmo?
b) ¿Cuánto vale la diferencia , y en qué escala se expresa?
El logaritmo del cociente y el salto de temperatura, cada uno en su escala.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El enunciado mezcla las dos escalas. ¿Cuál de las dos operaciones exige pasar a kelvin?
Es una costumbre prudente y no te hará fallar nunca, pero la afirmación no es exacta: , y hay expresiones —el calor de un sólido, el modelo incompresible— donde el enunciado da directamente el salto en grados Celsius y no hay nada que convertir.
Al revés. La diferencia es justamente la que no necesita conversión: 100 °C de salto son 100 K de salto. Lo que no sobrevive al cambio de escala es el cociente.
Exacto, y es la regla entera del convenio: restar perdona, dividir no. En una diferencia el 273,15 aparece en los dos términos y se va; en un cociente, no.
- 02
El logaritmo del cociente
COMP2¿Cuánto vale ?
un número, negativo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has metido los grados Celsius en el cociente: . Es casi cuatro veces el valor correcto, y con él se van la entropía y todos los apartados que dependan de ella. Pasa las dos a kelvin antes de dividir.
El signo. El gas se enfría, , así que el cociente es menor que uno y su logaritmo es negativo. Un logaritmo positivo aquí significaría que el gas se ha calentado.
son 300 K. El otro dato ya viene en kelvin.
Desarrollo
- 03
El salto de temperatura
COMP2¿Cuánto vale ?
una temperatura, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas restado 27 menos 557,5 sin convertir: has mezclado grados Celsius con kelvin en la misma resta. Las dos temperaturas tienen que estar en la misma escala, y da igual cuál sea mientras sea la misma.
Puedes hacerla en kelvin —300 menos 557,5— o en grados Celsius —27 menos 284,5—. Comprueba que sale lo mismo.
Desarrollo
En kelvin:
Y en grados Celsius, con :
El mismo número. Un salto de temperatura se escribe indistintamente en K o en °C, y en los enunciados de esta asignatura aparecen las dos formas.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el porqué del convenio. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Es la intuición que falla. Que el desplazamiento sea constante es justamente lo que rompe el cociente: no es salvo que valga cero. Con la resta sí se conserva, porque ahí se cancela.
El razonamiento, en orden
Las dos escalas se diferencian en un desplazamiento constante, .
Al restar dos temperaturas el desplazamiento aparece en los dos términos y se cancela, así que la diferencia es la misma.
Al dividirlas no se cancela nada, y el cociente cambia de valor: por eso todo cociente, logaritmo o potencia exige kelvin.
Resolución completa
a) El logaritmo. Hay que pasar el estado 2 a kelvin antes de dividir:
Hacerlo en grados Celsius daría , casi cuatro veces más, y arrastraría el error a la entropía, a la exergía y a todo lo que venga detrás.
b) El salto. , y da igual la escala: en kelvin y en grados Celsius dan el mismo número.
La regla, en una línea. El desplazamiento de 273 se cancela al restar y no se cancela al dividir. De ahí que mientras que , y de ahí la costumbre que evita el problema de raíz: pasar todas las temperaturas a kelvin en la primera línea del folio.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Evaluar un logaritmo de temperaturas sin pararte a pensar, porque ya las has pasado todas a kelvin en la primera línea.
Calor que entra, trabajo que sale
leerEl convenio de signosA traducir «cede 240 kJ» y «consume 6 kW» a números con signo antes de escribir la primera ley, y a leer los tres signos del resultado como comprobación.
Y el error típico de al lado, que avisa de que otros libros escriben la primera ley con la W del otro lado. Lo primero que hay que mirar en unos apuntes ajenos es de qué lado está.
- prácticaEl trabajo de una expansión que cede calor
Del examen de enero de 2026. Un gas que cede calor y aun así produce trabajo: los tres signos cuentan la misma historia y hay que saber leerla.
El trabajo de una expansión que cede calor
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
En un cilindro-pistón se expanden de aire desde hasta . Durante el proceso se intercambian 240 kJ de calor hacia el medio circundante.
Datos del aire: , .
a) ¿Cuánto vale la variación de energía interna del aire?
b) ¿Qué trabajo realiza el gas?
La variación de energía interna y el trabajo, cada uno con su signo.
- 01
Reconocer el camino
COMP1«Se intercambian 240 kJ de calor hacia el medio circundante». ¿Con qué signo entra ese dato en la ecuación?
Eso es. Y conviene escribirlo en una línea aparte, antes de la ecuación: traducido el enunciado a signos, ya no queda nada que decidir.
El signo del calor lo fija hacia dónde va, no cómo de bien va. La reversibilidad importa para poder integrar , que es otra pregunta.
El enunciado da el módulo; la dirección la da con palabras, «hacia el medio circundante». Con este signo saldría en vez de 314,27, y el error se arrastraría a la entropía y a la exergía sin que nada avisara.
- 02
La variación de energía interna
COMP2¿Cuánto vale ?
una energía, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas usado en vez de . El sistema está cerrado: lo que se contabiliza es la energía interna, y su calor específico es .
El signo. El gas pasa de 557,5 K a 300 K: se enfría, así que su energía interna baja. Comprueba el orden de la resta, y no al revés.
, y .
Desarrollo
- 03
El trabajo
COMP2Con , ¿qué trabajo realiza el gas?
un trabajo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas puesto . Es el error del primer paso, y aquí se ve lo que cuesta: más del doble del valor correcto, sin que la ecuación proteste.
El signo. El gas se expande, luego empuja al pistón, luego el trabajo lo hace él y es positivo. Si te sale negativo, revisa de qué lado has despejado.
Despeja , con negativo y también.
Desarrollo
El gas cede 240 kJ de calor y aun así produce 314 kJ de trabajo. No hay contradicción: los 554 kJ que pierde de energía interna dan para las dos cosas.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la lectura física del resultado. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Ceder calor y producir trabajo a la vez es lo normal en una expansión: la fuente de las dos cosas es la energía interna que el gas pierde al enfriarse. Lo que sería imposible es producir más trabajo del que dan el calor absorbido y la energía interna juntos, y aquí no pasa.
El razonamiento, en orden
El aire se enfría de 557,5 K a 300 K, así que pierde 554,27 kJ de energía interna.
De esa energía, 240 kJ se van como calor al medio circundante, porque el enunciado dice que el intercambio va hacia fuera.
Los 314,27 kJ restantes salen como trabajo, empujando el pistón: por eso es positivo.
Resolución completa
El signo, primero. «Se intercambian 240 kJ hacia el medio circundante» significa que el calor sale, y el convenio de la asignatura cuenta como positivo el que entra:
a) La energía interna. El sistema está cerrado, así que el calor específico que interviene es :
b) El trabajo. De la primera ley, :
Comprobación de coherencia. Los tres signos cuentan la misma historia y hay que leerla antes de dar el ejercicio por bueno: el gas se enfría (), cede calor () y produce trabajo (). Si alguno de los tres no encajara con lo que el enunciado describe, el error está en el planteamiento y no en la calculadora.
Dos centésimas. La resolución oficial imprime 314,25 kJ donde aquí salen 314,27. La diferencia está en el redondeo de : el examen lo escribe como 0,718 y opera con 0,7175, y ninguno de los dos números devuelve exactamente 314,25 —0,718 da 314,66 y 0,7175 da 314,27—. Es una discrepancia del 0,006 % y no cambia nada, pero conviene saber de dónde viene antes de pasar media hora buscándose un error que no existe.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Escribir el signo de Q y de W en una línea aparte del folio, nada más leer el enunciado, y que los tres signos del resultado encajen con lo que el enunciado describe.
lo tienes cuando:Traducir un enunciado a signos antes de escribir ninguna ecuación; pasar todas las temperaturas a kelvin en la primera línea del folio; y decir, mirando un dibujo, si conviene cortar por una masa de control o por un volumen de control.
- ejemploDos fotos del mismo depósito
El gas ideal y el proceso politrópico
un ejercicio entero, y el gas no siempre es aireCae 16 de 17 años
«Se expanden 3 kg de aire desde 6 bar y 0,8 m³ según un proceso reversible»; «se tiene 1 litro de aire a 20 ºC y 2 atm sometido a un proceso de exponente politrópico 3,5»; «a un intercambiador entra un gasto de 2 kg/s de nitrógeno».
En dieciséis de las diecisiete convocatorias hay un ejercicio cuyo fluido es un gas y se resuelve con la ecuación de estado, sin abrir ninguna tabla. La única sin gas ideal es enero de 2021, cuyos tres van de tubos concéntricos, de la exergía de ese mismo proceso y de una cámara de mezcla con agua. Y un aviso que solo se ve leyéndolas todas: el gas no siempre es aire — butano en febrero de 2020, nitrógeno en junio de 2018 y en el 30 de enero de 2023, helio en enero de 2025. Usar la constante del aire por inercia falla en cuatro de las diecisiete.
Cuándo el área bajo la curva es el trabajo
leerCuándo el área bajo la curva es el trabajo, y cuándo noA distinguir los tres casos de reversibilidad de una expansión, y a saber cuándo se puede integrar con la presión del gas y cuándo hay que usar la exterior.
La tabla de tres filas es la que hay que llevarse. Y la consecuencia de lectura: una curva continua en un P-v es el enunciado diciéndote que el proceso es internamente reversible.
- ejemploDos caminos entre los mismos dos estados
El ejemplo de entrada. Los mismos dos estados por dos caminos, y un 65 % de diferencia en el trabajo. Es la primera aparición de la irreversibilidad en el temario, cuatro temas antes de que tenga nombre.
- prácticaLos topes que se retiran de golpe, y la integral que no vale
El primer ejercicio de la colección de Térmica que hay transcrito, y el caso límite del escalón: unos topes que se sueltan de golpe. Aquí no hay ley de proceso que integrar porque durante la expansión el gas no tiene una presión, así que el trabajo sale de la presión exterior —248,3 kPa, que fija el peso del pistón— y no de la del gas. Su apartado b) es además el sitio donde más pronto se puede cazar la confusión de todo el curso: adiabático no es reversible.
- examenEl mismo proceso con dos trabajos de signo contrario
De enero de 2019, y el que enseña qué área del P-v es el trabajo según el sistema. Aire en un volumen de control por una politrópica de : si estuviera en un cilindro haría +5,10 kW de trabajo de frontera, porque se expande; como fluye, lo que intercambia por el eje es el técnico, y sale −13,27 kW. Mismo proceso, dos trabajos de signo contrario, porque en una politrópica el técnico es veces el de frontera. Es el tercero de la familia de los signos —con enero de 2023 y febrero de 2020— y el único en sistema abierto.
Dos caminos entre los mismos dos estados
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un cilindro contiene un gas ideal a ocupando . El gas se expande hasta , a temperatura constante, de dos maneras distintas:
- Camino A: se quita de golpe el peso que sujetaba el pistón, y el gas se expande contra una presión exterior constante .
- Camino B: se va quitando arena del pistón grano a grano, de modo que en cada instante la presión del gas equilibra a la exterior.
a) ¿Qué trabajo realiza el gas por el camino A?
b) ¿Y por el camino B?
c) ¿Cuánto calor absorbe en cada caso?
Los dos trabajos y los dos calores, entre los mismos dos estados.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Los dos caminos empiezan y acaban en el mismo estado. ¿Qué magnitudes tienen que coincidir por fuerza?
Es la intuición que este ejercicio existe para romper. Si el calor y el trabajo dependieran solo de los extremos serían funciones de estado, y entonces no habría ninguna diferencia entre un motor bueno y uno malo.
Exacto, y ese es el ejercicio entero. depende solo de los extremos; y dependen del camino, y aquí van a salir distintos aunque los extremos sean los mismos.
El trabajo es justamente el que no coincide. Que los volúmenes extremos estén fijados no fija el área bajo la curva: entre dos puntos caben infinitas curvas con áreas distintas.
- 02
El trabajo por el camino A
COMP2¿Qué trabajo realiza el gas expandiéndose contra constante?
un trabajo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas integrado con la presión del gas, . En una expansión brusca el gas no tiene una presión única —no está en equilibrio—, y lo que hay que vencer es la presión exterior, que es la que sí está definida.
Ese es el trabajo del camino B, el reversible. Aquí no se puede integrar con la presión del gas, porque el proceso no es cuasiestático: no hay curva que dibujar entre los dos puntos.
La presión exterior es constante, así que sale fuera de la integral.
Desarrollo
Un bar son 100 kPa, y .
- 03
El trabajo por el camino B
COMP2Quitando la arena grano a grano el proceso es cuasiestático, y a temperatura constante un gas ideal cumple . ¿Qué trabajo realiza ahora?
un trabajo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEse es el del camino A. Aquí sí se puede integrar con la presión del gas, porque el proceso es cuasiestático, y la integral de una hipérbola no es el área de un rectángulo.
El signo. El gas se expande, así que empuja, así que el trabajo lo hace él y es positivo. Un logaritmo del revés, , da este número.
, y .
Desarrollo
Con :
Los mismos dos estados, y un 65 % más de trabajo que por el camino A. La diferencia es exactamente lo que la expansión brusca desperdicia.
- 04
El calor del camino A
COMP2El gas es ideal y la temperatura no cambia, así que . ¿Cuánto calor absorbe por el camino A?
un calor, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudQue la energía interna no cambie no significa que no haya calor: significa que todo el calor que entra sale como trabajo. Con , la primera ley queda , no .
El signo. El gas hace trabajo sin enfriarse, así que esa energía tiene que entrar de algún sitio: el calor entra, y entra positivo.
, con .
Desarrollo
Y por el camino B, con el mismo razonamiento, : también el calor depende del camino, y tiene que hacerlo, porque su diferencia con el trabajo está obligada a valer siempre .
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la conclusión del ejercicio. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La primera ley se cumple en los dos: es cierta con 20 y 20, y con 32,96 y 32,96. Lo que el ejercicio enseña no es que la ley falle, sino que no basta con los extremos para saber cuánto vale cada término por separado.
El razonamiento, en orden
La energía interna es función de estado, así que por los dos caminos: mismo estado inicial y mismo estado final.
El trabajo vale 20 kJ por A y 32,96 kJ por B, porque el área bajo un rectángulo y bajo una hipérbola no son la misma.
Y como con , el calor sigue al trabajo: 20 kJ por A y 32,96 kJ por B.
Resolución completa
a) Camino A. La expansión es brusca: el gas no está en equilibrio y no tiene una presión única, así que hay que integrar con la presión exterior, que sí está definida y es constante:
b) Camino B. Ahora el proceso es cuasiestático, en cada instante, y el gas ideal a temperatura constante cumple :
c) Los calores. El gas es ideal y la temperatura no cambia, luego por los dos caminos, y la primera ley deja :
Lo que hay que llevarse. Entre los mismos dos estados, el camino reversible entrega un 65 % más de trabajo. Esa diferencia —12,96 kJ— es trabajo que la expansión brusca no llega a producir, y es la primera aparición en el temario de algo que a partir del tema 5 tendrá nombre propio: irreversibilidad.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Mirar un enunciado y decir si el trabajo se calcula con la presión del gas o con la exterior, sin haber escrito todavía la integral.
La entalpía, y por qué aparece un cv y un cp
leerLos calores específicos, y la entalpíaA elegir entre cv y cp según si la masa cruza o no la frontera, y a ver que su diferencia es exactamente el trabajo de flujo.
La regla corta —sistema cerrado cv, volumen de control cp— no es por el volumen ni por la presión: es por si la masa cruza. El subíndice recuerda de dónde salió la definición, no dónde se usa.
- ejemploLo que le sobra a la entalpía sobre la energía interna
El ejemplo de entrada. La diferencia entre los dos saltos sale exactamente R’·ΔT, que es la definición derivada término a término.
- examenLa turbina de gas, y los dos rendimientos que casi coinciden
Y así cae, en febrero de 2022: una turbina de gas, así que la masa cruza la frontera y la potencia sale con , 1.216 kW. Con saldrían 869, y es uno de sus distractores: justo el error que la regla corta evita. Ojo con generalizarla, eso sí: en la fórmula del calor específico politrópico va aunque el sistema sea abierto, y enero de 2019 lo usa de trampa.
Lo que le sobra a la entalpía sobre la energía interna
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Se calienta aire desde hasta . Con el modelo de gas ideal y calores específicos constantes, y :
a) ¿Cuánto aumenta su energía interna específica?
b) ¿Cuánto aumenta su entalpía específica?
c) ¿A qué corresponde la diferencia entre las dos?
Las dos variaciones específicas y el significado de su diferencia.
- 01
Reconocer el camino
COMP1. ¿Qué representa físicamente el sumando ?
Eso es, y por eso la entalpía no hace falta mientras el sistema esté cerrado: si nada cruza la frontera, no hay nada que empujar. A partir del tema 4 toda la contabilidad se hará con .
Ese es , una integral a lo largo de un camino. es un producto de dos propiedades evaluado en un estado: no depende de ningún proceso, y por eso es una propiedad y el trabajo no.
Es cierto que en un proceso a presión constante, y de ahí viene la fama de la entalpía. Pero eso es una consecuencia, no lo que significa: es energía de flujo, y está ahí aunque no haya ningún calor.
- 02
La energía interna
COMP2¿Cuánto vale ?
una energía específica, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas usado . Para la energía interna, ; la y la del subíndice recuerdan de dónde salió cada definición, y aquí la magnitud que se pide es .
, y el salto son 200 K.
Desarrollo
- 03
La entalpía
COMP2¿Y ?
una energía específica, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEse es . La entalpía crece más, y cuánto más es justamente lo que pregunta el apartado c).
.
Desarrollo
- 04
La diferencia, por otro camino
COMP2La diferencia entre las dos vale . Comprueba que ese número es el que tiene que ser: calcula usando la ecuación de estado del gas ideal, .
una energía específica, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas multiplicado por 300 en vez de por el salto de 200 K. Lo que se compara es la variación de entre los dos estados, no su valor en uno de ellos.
, con .
Desarrollo
Coincide exactamente con la diferencia de las dos primeras cuentas, y no por casualidad: es la definición derivada término a término. De paso queda comprobada la relación , que es la misma igualdad dividida por .
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la respuesta al apartado c). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
No es un cambio de escala: es una suma de un término que también depende del estado. Y no crecen en la misma proporción sino con la misma diferencia por kelvin, que es ; si fuera un cambio de escala, el cociente sería constante y no lo es, porque y tienen orígenes distintos.
El razonamiento, en orden
Por definición , así que .
Con el modelo de gas ideal, , luego .
Esos 57,4 kJ/kg son la energía de flujo, y su cociente con el salto de temperatura es .
Resolución completa
a) La energía interna.
b) La entalpía.
c) La diferencia. Son 57,4 kJ/kg, y salen de la propia definición:
Es la energía de flujo: lo que costaría empujar ese kilogramo de aire a través de una frontera en cada uno de los dos estados. En un sistema cerrado nadie la paga, y por eso ahí basta con . En cuanto la masa cruce la superficie de control —tema 4— habrá que pagarla, y la entalpía es la propiedad que ya la lleva incluida para no tener que acordarse.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Decir sin pensarlo cuál de los dos calores específicos toca en un problema, y saber cuánto vale la diferencia entre los dos.
Del calor al exponente politrópico
leerEl calor específico politrópicoA reconocer la única relación del tema que va del calor al exponente, y a comprobarla con los dos casos límite que se saben de memoria.
Y el apartado de al lado, «Las tres relaciones que se usan», que es de donde sale la presión final una vez conocido el exponente.
- ejemploEl exponente que se lee de dos estados
El ejemplo de entrada. Dos estados y un logaritmo: la manera más corta de ver qué es un exponente politrópico antes de que aparezca dentro de un examen.
- examenLa misma expansión dos veces, con calor y sin él
Y así cae, el 30 de enero de 2024 —y antes en junio de 2017, con los mismos datos—: el exponente de dos estados, con la presión final sacada de la ecuación de estado. Su segunda mitad, que vale el 45 %, repite la expansión sin calor, y pone las dos columnas una al lado de la otra: con 4,44 kJ de calor el aire hace 10,83 kJ de trabajo y acaba a 278 K; sin él hace 10,4 y acaba a 255,6. Y trae un aviso fino: el calor específico politrópico es muy sensible a la tercera cifra del exponente — redondear n a 1,235 lo mueve un 1 %.
- examenEl exponente politrópico que sale del calor
El ejercicio 1 de enero de 2026, con su resolución oficial detrás. Aquí el exponente no se lee de dos estados sino del calor, que es el camino difícil y el que el examen pide.
- examenEl exponente politrópico negativo, y las dos cosas que bajan a la vez
De enero de 2024, y el que ensancha el tema: un exponente negativo, . Con eso la presión y el volumen se mueven en el mismo sentido —bajan las dos— y el calor específico politrópico sale positivo, al revés que en los casos de entre 1 y . Separa a quien ha entendido la familia de las politrópicas de quien se sabe los cuatro casos de clase.
- examenSeis signos, y ningún número que dar
El ejercicio 1 de enero de 2022-2023, y no pide ni un número: pide el signo de cinco magnitudes y si las paredes se mueven. Es el mismo exponente politrópico mirado desde el razonamiento, y es donde se ve si distingues «la entropía del sistema baja» de «la entropía generada es negativa».
- examenCinco signos, y los cinco salen negativos
Y su gemelo de febrero de 2020, en la otra esquina de la familia: mismo formato de solo signos, pero con en vez de 3,5, y con butano en vez de aire. Hazlo después del anterior y verás por qué merece estar: aquí los cinco signos salen negativos a la vez, y con la entropía del sistema bajando la trampa se cae mucho más fácil. Su otra mitad es geométrica —con exponente negativo la presión sube con el volumen, que es lo contrario de los cuatro casos de clase—, y es lo que el ejercicio de enero de 2024 calcula y este te obliga a razonar.
- examenLos signos antes de la cuenta, y un universo que genera aunque el proceso no
De junio de 2018, y el cuarto de la familia de los signos, con dos cosas que no tienen los otros: los signos se piden dentro de un ejercicio normal —«se valorará especialmente» deducirlos antes de calcular—, y hay un foco, así que aparece la entropía del universo. Su trampa es la más fina de la familia: el proceso es politrópico, reversible por dentro, y aun así el universo genera 0,0823 kJ/K, porque el calor cruza de un aire entre 578 y 314 K a un foco a 278.
- examenEl ciclo reversible que rinde menos del diez por ciento
Y el que cierra el escalón, también de junio de 2018: el único ciclo que sigue en el temario, tres politrópicas encadenadas con un kilo de nitrógeno. Sus tres exponentes caen en tres regiones distintas de la familia —0,42, −1,93 y 2,5— y los tres dan calor específico positivo. Y el resultado es el que hay que llevarse: un ciclo reversible que rinde el 9,8 %, frente al 65 % de Carnot entre sus temperaturas extremas. Reversible no quiere decir que rinda como Carnot.
El exponente que se lee de dos estados
paso 1 de 31.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un gas ideal pasa de y a y según un proceso politrópico.
a) ¿Cuál es el exponente politrópico?
b) ¿El proceso está por encima o por debajo del adiabático, si ?
El exponente politrópico, y dónde queda respecto del adiabático.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Con dos estados y la ley , ¿cómo se despeja el exponente?
Con bastan las presiones y los volúmenes específicos. Las temperaturas darían el mismo resultado por otro camino, porque la ecuación de estado las relaciona con estos cuatro datos.
Exacto. El exponente está arriba, así que para bajarlo hace falta un logaritmo. Es la única manera de despejarlo cuando lo que tienes son dos estados.
Eso daría un número, pero no el exponente: la relación no es lineal. El está en el exponente y no se puede despejar sin logaritmos.
- 02
El exponente
COMP2¿Cuánto vale ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has invertido la fracción de logaritmos. Comprueba con el sentido físico: si al expandirse la presión cae a la mitad mientras el volumen sube un 60 %, la caída de presión es la más rápida de las dos, y eso obliga a un exponente mayor que uno.
Ese es el cociente , no el exponente. La relación de volúmenes es un dato del problema; el exponente es lo que hay que sacar de él y de la relación de presiones.
De sale .
Desarrollo
- 03
Justificar el argumento
COMP4Ordena la respuesta al apartado b). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El exponente no decide la reversibilidad. Que exista una ley con constante ya es la hipótesis de reversibilidad interna: el gas tiene una presión definida en cada instante. Lo que dice es cuánto calor entra o sale, no cómo de bien va el proceso.
El razonamiento, en orden
El exponente sale 1,475, y el del proceso adiabático reversible es .
Luego el proceso está por encima del adiabático: cae la presión más deprisa de lo que caería sin intercambiar calor.
Eso significa que el gas, además de expandirse, cede calor durante el proceso.
Resolución completa
a) El exponente. De , tomando logaritmos:
b) Por encima del adiabático. , así que la presión cae más deprisa de lo que caería en una expansión sin intercambio de calor: el gas cede calor mientras se expande.
La comprobación que conviene hacer siempre. Los cuatro exponentes con nombre —0 isóbaro, 1 isotermo, adiabático, isócoro— sirven de regla graduada. Situar el resultado entre ellos dice, sin más cuentas, qué tipo de proceso te ha salido; y si cae donde el enunciado no describe, hay un error antes.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Sacar el exponente politrópico de un enunciado que solo te da el calor, y comprobar la fórmula con el caso adiabático antes de fiarte de ella.
lo tienes cuando:Sacar la temperatura de un estado con PV = mR’T sin dudar de las unidades; calcular el trabajo de una expansión sabiendo si se puede integrar o no; y pasar del calor al exponente politrópico con el calor específico del proceso.
- ejemploDos caminos entre los mismos dos estados
La sustancia pura, y decidir la zona antes de abrir la tabla
el otro ejercicio largo, con las tablas delanteCae 16 de 17 años
«Un tanque rígido contiene 1,5 kg de vapor húmedo a 200 kPa»; «entran 0,7 kg/s de vapor de agua con un volumen específico de 3 m³/kg»; «se desea obtener vapor húmedo a 10 bar y título del 80 %».
El compañero del bloque anterior: en dieciséis de las diecisiete hay un ejercicio cuyo fluido es agua. La única sin agua es junio de 2018 —un ciclo de nitrógeno, un cilindro-pistón de aire y una fachada—. Ojo con una cosa que cambia el método: el agua no siempre llega como vapor. En enero de 2019 es un calentador eléctrico y en enero de 2025 son cinco litros vertidos sobre quince, y las dos veces se resuelve con el modelo incompresible y sin abrir la tabla.
Los dos números que se miran primero
leerDecidir la zona: el paso que nadie escribeA comparar el dato del enunciado con los dos volúmenes de saturación antes de abrir ninguna otra tabla, y a saber qué comparar cuando lo que te dan es una temperatura.
El procedimiento entero son tres desigualdades. Dos apartados más abajo, «La notación de esta asignatura» resuelve el choque entre las primas de los apuntes y los subíndices de Moran y Shapiro, que los enunciados mezclan; y «El diagrama de Mollier» explica cuándo conviene abrir el diagrama en vez de la tabla, que es la otra manera de entrar a un estado.
- ejemploTres volúmenes a la misma presión
El ejemplo de entrada. La misma sustancia a la misma presión en tres zonas distintas, y tres maneras distintas de calcularla. Nada en el enunciado lo dice: lo dicen los dos números de la tabla.
- examenLa mezcla que sale sobrecalentada, y una referencia elegida para que sobre
De febrero de 2022, y la misma decisión con otra propiedad: aquí no se tiene un volumen sino una entropía, y se compara con la del vapor saturado seco antes de abrir ninguna tabla. Sale contra , así que la mezcla está fuera de la campana por la derecha —sobrecalentada— aunque una de las dos corrientes que la forman entre húmeda.
- examenLa bomba que rinde el 83 % y no el 4, y la mezcla que destruye cien kilovatios
Y el caso contrario, de enero de 2021: la cámara de mezcla da una entalpía, 2.310,9 kJ/kg, y a 6 bar cae entre y . Dentro de la campana: la mezcla sale húmeda, con título 0,786, aunque entre vapor a 400 °C. Los dos juntos enseñan que el procedimiento no cambia con la propiedad: se compara con los dos valores de saturación, y con eso ya se sabe la zona.
Tres volúmenes a la misma presión
paso 1 de 31.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Tres recipientes contienen agua, los tres a , con volúmenes específicos distintos:
- A:
- B:
- C:
De la tabla de saturación a 1 bar: y .
a) ¿En qué zona está cada uno?
b) Para el que esté dentro de la campana, calcular su título.
La zona de cada uno de los tres, y el título del que tenga.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Con la presión dada y el volumen específico dado, ¿qué dos números hay que mirar antes de abrir ninguna otra tabla?
El título no está tabulado: se calcula, y solo tiene sentido si ya sabes que estás dentro de la campana. Es la consecuencia de la decisión, no la forma de tomarla.
Eso es. Esos dos números parten la recta de volúmenes en tres tramos, y cada tramo se calcula con una tabla distinta. Cuestan diez segundos y deciden la mitad del ejercicio.
Es el procedimiento correcto cuando el enunciado da la temperatura. Aquí no la da: da el volumen específico, así que la comparación tiene que ser con volúmenes.
- 02
El título del recipiente B
COMP2está entre y , así que hay dos fases. ¿Cuál es su título?
un número entre 0 y 1 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has calculado la fracción de líquido, . El título es la fracción de vapor: comprueba que el numerador es y no .
Eso es la fracción de volumen ocupada por el vapor, no la de masa. Son cosas muy distintas y el título es la de masa: el vapor llena casi todo el recipiente siendo solo la mitad del agua que hay dentro. Confundirlas es el error que hace que los títulos parezcan siempre altísimos.
.
Desarrollo
Medio kilo de vapor por cada kilo de mezcla. Y sin embargo ese medio kilo de vapor ocupa el 99,94 % del volumen: el líquido, con la misma masa, cabe en poco más de medio litro por kilogramo.
- 03
Justificar el argumento
COMP4Ordena la clasificación de los tres. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Solo B lo está. La igualdad entre presión y temperatura de saturación vale dentro de la campana, que es donde las isotermas y las isóbaras son la misma horizontal. Fuera, y vuelven a ser independientes: A puede estar a 20 °C y C a 300 °C, los dos a 1 bar.
El razonamiento, en orden
A tiene 0,0008 m³/kg, menor que : está a la izquierda de la campana, es líquido comprimido.
B tiene 0,85 m³/kg, entre y : está dentro de la campana, es vapor húmedo, y por eso tiene título.
C tiene 3,0 m³/kg, mayor que : está a la derecha de la campana, es vapor sobrecalentado.
Resolución completa
a) Las tres zonas. Con y a 1 bar, la recta de volúmenes queda partida en tres:
recipiente comparación zona A 0,0008 líquido comprimido B 0,85 vapor húmedo C 3,0 vapor sobrecalentado b) El título de B.
Lo que hay que llevarse. La misma sustancia, la misma presión y tres estados que se calculan de tres maneras distintas. Nada en el enunciado lo dice: lo dicen los dos números de la tabla de saturación, y por eso se miran siempre primero.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Decir en qué zona está un estado dado por presión y volumen específico, en diez segundos y sin abrir nada más que la tabla de saturación.
El título, y el depósito que no cambia de volumen
leerEl títuloA calcular el título con cualquiera de las cuatro propiedades, y a usar la condición de volumen constante para entrar en la segunda tabla sin más datos.
El título no está tabulado: se calcula. Lo que sí se interpola son las propiedades, y linealmente, como dice el tema.
- prácticaEl depósito rígido sobre la placa eléctrica
El ejercicio 3.2 de la colección, con su resolución publicada. Rígido y cerrado quiere decir vertical en el diagrama T-v, y esa vertical es todo el ejercicio.
- prácticaEl vapor que se enfría a volumen constante, y dónde empieza a condensar
La misma vertical recorrida al revés —enfriando en vez de calentando— y con el paso que el anterior no pide: interpolar en la tabla de saturación para encontrar dónde corta la campana. Su remate es la lección que más cuesta creerse del tema: el 84 % de la masa es líquido y ocupa el 0,17 % del depósito. Y trae una errata útil: la colección publica «14,2 ºC» donde salen 140,2, y eso está dicho dentro.
- examenLa resistencia dentro del tanque, y la potencia que hace falta
Y así cae en el examen, en la extraordinaria de febrero de 2026: un tanque rígido con una resistencia dentro. La vertical del diagrama es la misma, pero el estado final no lo da una temperatura sino una frase —«hasta que el vapor pasa a vapor saturado seco»—, y con eso más el volumen específico constante ya está fijado. Reconocer que esas dos condiciones bastan es medio ejercicio.
- examenEl depósito que triplica su presión y sigue siendo una mezcla
De febrero de 2021, y el molde del escalón con la vuelta de tuerca que más se falla: el estado final no lo fija una temperatura sino la presión, el triple. Se entra en la tabla de 6 bar con el volumen específico de 2 bar, se ve que el agua sigue siendo mezcla —título 0,56— y la temperatura final sale sola: la de saturación, 158,9 °C. La pieza trampa es pensar que al triplicar la presión se triplica la temperatura, como en un gas. Y trae una errata de la resolución oficial que se explica sola: al volumen del líquido saturado se le ha caído un cero.
El depósito rígido sobre la placa eléctrica
paso 1 de 61.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un recipiente rígido y cerrado de se calienta con una placa eléctrica. Contiene agua como mezcla bifásica a y título . Tras calentarlo, la presión sube a .
a) La temperatura en cada estado.
b) La masa de vapor presente en cada estado.
c) El calor aportado.
Datos de las tablas de saturación. A 1 bar: , , , , . A 1,5 bar: , , , , .
Las dos temperaturas, las dos masas de vapor y el calor aportado.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El recipiente es rígido y está cerrado. ¿Qué propiedad se conserva entre los dos estados?
Que no haya trabajo hace que , no que . Si la energía interna no cambiara, el calor aportado sería cero y la placa estaría de adorno.
Cerrado quiere decir que no entra ni sale masa, no que no entre calor. Aquí entra calor por la placa, y el enunciado dice que la presión sube: en la campana, subir la presión es subir la temperatura.
Exacto, y es la clave del ejercicio: . En el diagrama el proceso es una vertical, y esa vertical es la que permite entrar en la segunda tabla sin más datos que la presión.
- 02
El volumen específico, que no cambia
COMP2¿Cuánto vale , y por tanto ?
un volumen específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas sumado y sin ponderar. La media pesa cada fase por su fracción de masa: con título 0,5 es la media aritmética, y la media aritmética de 1,6939 y 0,0010432 es la mitad de eso.
Ese número aparece en otro ejercicio como título, no aquí como volumen. Comprueba la fórmula: , con los volúmenes de la tabla a 1 bar.
, con los valores a 1 bar.
Desarrollo
Y de ahí sale también la masa, que hará falta luego:
- 03
El título en el estado final
COMP2Con y los valores de la tabla a 1,5 bar, ¿cuál es ?
un número entre 0 y 1 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…El título no se conserva. Lo que se conserva es el volumen específico; al subir la presión, baja de 1,6939 a 1,1593, y el mismo volumen específico corresponde ahora a una fracción de vapor mayor.
Has puesto la resta del revés, , y eso es : la fracción de líquido. El título mide vapor, y aquí el vapor tiene que haber aumentado respecto del 0,5 inicial, no disminuido.
, con y a 1,5 bar.
Desarrollo
Sube de 0,5 a 0,73 sin que entre ni salga nada del depósito: lo que ha cambiado no es la cantidad de agua, es cuánta de ella está en fase vapor.
- 04
La masa de vapor al final
COMP2¿Cuántos kilogramos de vapor hay en el estado 2?
una masa, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la del estado inicial, . La pregunta es por el final, con el título ya subido a 0,7308.
Esa es la masa total de agua del depósito. La de vapor es su fracción, que es lo que el título mide.
, con la masa total que salió antes.
Desarrollo
Frente a al principio: se han evaporado 136 gramos.
- 05
El calor aportado
COMP2El recipiente es rígido, así que no hay trabajo de frontera. ¿Cuánto calor ha aportado la placa?
un calor, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas hecho el balance con las entalpías, . En un sistema cerrado la propiedad que interviene es la energía interna; la entalpía es de los volúmenes de control. Réstale a cada entalpía su .
Ese es por kilogramo, no el calor total. Falta multiplicar por los 0,59 kg que hay en el depósito.
Saca y con los títulos, pásalas a , y aplica .
Desarrollo
Las entalpías, con cada título y su fila de tabla:
Las tablas de la asignatura dan y pero no siempre , así que se despeja de la definición:
Y como el volumen es constante, :
- 06
Justificar el argumento
COMP4Ordena el planteamiento del ejercicio. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Esa fórmula es del gas ideal, y aquí la sustancia es agua en dos fases, que no lo es ni de lejos. Además fallaría por otro motivo: buena parte del calor se va en evaporar agua sin subir la temperatura, y un no puede contabilizar un cambio de fase.
El razonamiento, en orden
El recipiente es rígido y cerrado, así que : en el diagrama T-v el proceso es una vertical.
Con y la tabla a 1,5 bar sale , y con él la masa de vapor final.
Al ser rígido no hay trabajo de frontera, luego , y las energías internas salen de las entalpías restando .
Resolución completa
La idea. El recipiente es rígido y cerrado, así que el volumen específico no cambia: . Esa vertical en el diagrama es lo que permite entrar en la tabla de 1,5 bar sin ningún dato más.
a) Las temperaturas. Los dos estados están dentro de la campana, así que la temperatura es la de saturación de su presión: y .
b) Las masas de vapor.
c) El calor. Sin trabajo de frontera, , y las energías internas salen de :
Una comprobación que conviene hacer. ¿Es razonable que subir 12 grados cueste 298 kJ? Calentar 0,59 kg de agua líquida 12 grados costaría unos 30 kJ. Los otros 270 se van en evaporar 136 gramos, y a unos 2.230 kJ por kilogramo de calor latente eso son 303 kJ, del mismo orden. Las cuentas cuadran, y de paso queda claro dónde se va el calor en un cambio de fase: casi todo en cambiar de fase.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Resolver un depósito rígido que se calienta de principio a fin: título inicial, volumen específico, título final, masa de vapor y calor aportado, sin más dato que las dos presiones.
lo tienes cuando:Mirar un par de datos y decir en dos líneas si el estado es líquido comprimido, vapor húmedo o vapor sobrecalentado; y sacar el título con la propiedad que el enunciado te haya dado, sea v, h, u o s.
- ejemploTres volúmenes a la misma presión
El volumen de control, y qué término se tacha en cada aparato
turbina, intercambiador o cámara de mezclaCae 16 de 17 años
«En una turbina de vapor se desarrollan 200 kW de potencia»; «a un intercambiador de calor entra un gasto de 2 kg/s de nitrógeno»; «0,5 kg/s de agua se mezclan adiabáticamente con una corriente a 111 ºC».
Aparece en dieciséis de las diecisiete, y en varias en dos de los tres ejercicios a la vez. La única sin sistema abierto es junio de 2018. El aparato cambia —tobera, turbina, compresor, condensador, intercambiador, separador, cámara de mezcla— y la ecuación no: es siempre la misma, y lo único que cambia es qué sumandos se tachan.
La tabla que resuelve los ejercicios
leerLa tabla que resuelve los ejerciciosA saber de memoria qué se anula en una tobera, un difusor, una turbina, un compresor, una caldera, un intercambiador y una válvula.
Siete filas, y la columna «qué se tacha» vale solo mientras el enunciado no diga otra cosa. Un compresor refrigerado rompe su fila, y el enunciado siempre avisa.
- ejemploEl difusor, que es la tobera leída al revés
Nuestro, y el más barato de entender de los siete aparatos: un difusor es una tobera leída al revés, misma fila de la tabla y mismo tachado. Enseña además el orden de magnitud que decide estos ejercicios — la velocidad entra al cuadrado, así que frenar de 200 a 30 m/s aprovecha el 99,8 % de lo que aprovecharía frenar hasta cero.
- prácticaLa tobera, donde la energía cinética es el ejercicio
De la colección, con sus resultados publicados. La tobera es la excepción de la tabla: aquí la energía cinética no se desprecia, es lo único que queda al otro lado.
- ejemploLa válvula que no hace nada, y lo destruye todo
La otra fila rara de la tabla: en una válvula no queda nada y por eso la laminación es isoentálpica. Mirada con el primer principio no pasa nada; con el segundo, destruye 172 kJ/kg. Es el mejor argumento del tema 7 y cabe en tres cuentas.
El difusor, que es la tobera leída al revés
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
A la entrada del difusor de un turborreactor entra aire a con una velocidad de , y sale a . El difusor es adiabático y no tiene partes móviles.
a) ¿A qué temperatura sale el aire?
b) Si además el proceso fuera reversible, ¿cuánto habría subido la presión?
Aire: , .
La temperatura de salida y la relación de presiones.
- 01
Reconocer el camino
COMP1En la ecuación de la energía del volumen de control, ¿qué se tacha en un difusor?
«No tiene partes móviles» es la forma en que el enunciado dice que el trabajo es cero. Un difusor no es una máquina: es un conducto que se ensancha.
Exacto: es la misma fila de la tabla. Un difusor es una tobera recorrida en el otro sentido, y lo único que cambia es cuál de los dos términos crece.
Eso sería una válvula o una caldera. Aquí la velocidad pasa de 200 a 30 m/s: la energía cinética es justamente lo que se está transformando, y tacharla deja el ejercicio sin nada.
- 02
La energía cinética que se pierde
COMP2¿Cuánto vale , por kilogramo?
una energía específica, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudTe has dejado el dos del denominador. La energía cinética específica es , no .
Has hecho , restando primero. Lo que hay que restar son los cuadrados: , no .
Cuidado con las unidades: las velocidades en m/s dan julios por kilogramo, y el está en kilojulios.
Desarrollo
El 30 apenas cuenta: de los 19,55 kJ/kg, 19,55 vienen del 200 y 0,45 del 30. La velocidad entra al cuadrado, así que frenar de 200 a 30 es casi lo mismo que frenar hasta parar.
- 03
La temperatura de salida
COMP2¿A qué temperatura sale el aire?
una temperatura, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas usado . Aquí el aire atraviesa el difusor: es un volumen de control, la propiedad que interviene es la entalpía y el calor específico que la acompaña es .
Has restado. El aire se frena, así que su energía cinética baja y esa energía tiene que aparecer en algún sitio: aparece como entalpía, o sea como temperatura. Un difusor calienta.
.
Desarrollo
Casi veinte grados sin quemar nada y sin mover una pieza. Eso es lo que hace un difusor: cambiar energía cinética por entalpía.
- 04
La subida de presión
COMP2Si además el proceso fuera reversible, ¿cuánto valdría ?
un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es el cociente de temperaturas absolutas, 312,5 entre 293. Falta elevarlo a , que es lo que convierte un 6,6 % de temperatura en un 25 % de presión.
Has elevado al exponente inverso, . Esa forma sirve para sacar la temperatura a partir de la presión; aquí vas en el otro sentido.
En un proceso isentrópico de gas ideal, . Despeja.
Desarrollo
Un 25 % más de presión sin una sola pieza móvil, y ese es el motivo de que exista el difusor de un turborreactor: comprime gratis lo que el compresor no tiene que comprimir.
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena el planteamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
No ha aportado nada: es adiabático y no tiene trabajo. La energía total del aire es la misma a la entrada que a la salida —lo dice la propia ecuación, —; lo único que ha cambiado es en qué forma está. Confundir «ha subido la entalpía» con «ha entrado energía» es el error que arruina las toberas, y aquí se ve al revés.
El razonamiento, en orden
Adiabático y sin partes móviles: se tachan el calor y el trabajo, y queda .
El aire se frena de 200 a 30 m/s, así que pierde 19,55 kJ/kg de energía cinética.
Esa energía aparece como entalpía y sube la temperatura 19,5 K: el aire sale a 39,5 °C.
Resolución completa
a) La temperatura de salida. Adiabático, sin trabajo y con la diferencia de cotas despreciable, la ecuación de la energía se queda en
b) La presión. Si el proceso fuera además reversible, sería isentrópico, y para un gas ideal
Lo que hay que llevarse. Un difusor y una tobera son la misma fila de la tabla: se tachan el calor y el trabajo y queda . Lo único que cambia es el signo de la velocidad, y por eso no hay que aprenderse dos aparatos sino uno leído en los dos sentidos.
Y la lección de orden de magnitud: la velocidad entra al cuadrado. Frenar de 200 a 30 m/s aprovecha el 99,8 % de lo que se aprovecharía frenando hasta cero, porque es despreciable frente a . Por eso en estos ejercicios la velocidad pequeña casi nunca decide nada — y por eso, cuando el enunciado la da, conviene comprobar si de verdad hace falta.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Escribir de memoria qué queda de la ecuación de la energía en cada uno de los siete aparatos, y decir en cuáles no se puede despreciar la energía cinética.
El intercambiador, y dónde poner la frontera
leerEl intercambiador, y el volumen de control que se eligeA elegir entre encerrar el aparato entero —y entonces el calor no cruza— o una sola corriente, según lo que el apartado pida.
Ninguna de las dos elecciones es más correcta. La buena es la que hace que el dato que falta no aparezca en la ecuación, que es el criterio del suelo aplicado aquí.
- ejemploEl aceite y el agua que lo enfría
El ejemplo de entrada. Dos corrientes, dos calores específicos y un balance de tres líneas, sin tablas por medio.
- examenCuánta agua hace falta para condensar un kilo de vapor
El ejercicio 2 de enero de 2026. El mismo balance, ahora con cambio de fase: treinta veces más agua de refrigeración que vapor, y la razón entre los dos números es exactamente el calor latente partido por el sensible.
- examenEl intercambiador que pierde un diez por ciento, y las tres corrientes de entropía
Y el de febrero de 2026, que es el mismo aparato con una trampa más: pierde el 10 % del calor por la carcasa, y ese calor mete un tercer término en el balance de entropía. Sin él la entropía generada sale negativa, que es la señal más clara posible de que falta algo. Su remate es de los que cambian una decisión de ingeniería: las pérdidas se llevan 0,03 kW de exergía y el salto de 55 grados destruye 2,55 — aislar la carcasa no arreglaría nada.
El aceite y el agua que lo enfría
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un intercambiador enfría de aceite desde hasta , usando agua que entra a . Las dos corrientes no se mezclan y el intercambiador está bien aislado.
Datos: y .
a) ¿Qué potencia térmica cede el aceite?
b) ¿Qué gasto de agua hace falta para que salga a ?
La potencia cedida por el aceite y el gasto de agua necesario.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El intercambiador está bien aislado. Con el volumen de control sobre el aparato entero, ¿cuánto calor cruza su frontera?
Exacto. Con eso el balance se queda en las dos corrientes: lo que pierde una lo gana la otra, y no hace falta ningún dato más.
Ese calor sale del aceite, pero no del volumen de control: se lo lleva el agua, que también está dentro. Cruzar la frontera es otra cosa que cambiar de corriente.
Ese dato haría falta para dimensionar el aparato —cuánta superficie de tubo—, que es otra pregunta. Para el balance de energía basta con saber que el calor no se escapa fuera.
- 02
La potencia que cede el aceite
COMP2¿Cuánto calor cede el aceite por segundo?
una potencia, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas usado la temperatura de entrada, 90, en vez del salto. El aceite se enfría de 90 a 50: lo que cuenta es la diferencia entre las dos, 40 grados.
Has usado el calor específico del agua para el aceite. Cada fluido tiene el suyo, y precisamente esa diferencia —1,9 frente a 4,186— es la que hace que los dos gastos no se parezcan.
, con los datos del aceite.
Desarrollo
- 03
El gasto de agua
COMP2¿Cuánta agua hace falta para absorber esos 38 kW subiendo de 15 a 35 °C?
un caudal másico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEse es el gasto de aceite. No tienen por qué coincidir, y no coinciden: el agua tiene un calor específico dos veces mayor y un salto de temperatura la mitad, así que hace falta casi la misma masa por casualidad, no por ninguna ley.
Has usado un salto de 35 grados en vez de 20. El agua entra a 15 y sale a 35: lo que absorbe es la diferencia entre las dos, no la temperatura de salida.
Del balance, .
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el planteamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Harían falta menos. Entrando más fría y saliendo a la misma temperatura, cada kilogramo de agua absorbe más, así que hacen falta menos kilogramos. Es la misma cuenta del examen de enero de 2026: el gasto es el calor dividido por lo que absorbe cada kilo, y ese denominador crece con el salto.
El razonamiento, en orden
Con el volumen de control sobre el aparato entero y bien aislado, ni el calor ni el trabajo cruzan la frontera.
Queda un balance entre las dos corrientes: lo que pierde el aceite lo gana el agua, 38 kW.
Y de ahí sale el gasto de agua, con su propio calor específico y su propio salto de temperatura.
Resolución completa
La frontera. El intercambiador está aislado, así que con el volumen de control sobre el aparato entero no cruza ni calor ni trabajo, y el balance se queda entre las dos corrientes.
a) El calor cedido por el aceite.
b) El gasto de agua.
Que salgan parecidos es casualidad. 0,5 kg/s de aceite y 0,454 de agua, y no hay ninguna ley detrás: el agua tiene un calor específico 2,2 veces mayor y un salto de temperatura la mitad, y los dos factores casi se cancelan. Cambia cualquiera de los dos y los gastos dejan de parecerse, como pasa en el condensador del examen de enero de 2026, donde salen treinta veces distintos.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Plantear el balance de un intercambiador de dos corrientes que no se mezclan, y saber por qué el calor no aparece en la ecuación.
La bomba, y el signo de un trabajo que entra
leerEl trabajo de un proceso reversible en régimen estacionarioA aplicar el convenio de signos del suelo a un volumen de control, y a comprobar el resultado con el trabajo ideal de la bomba.
De aquí sale el signo sin tener que recordarlo: en una turbina la presión baja y el trabajo es positivo; en una bomba sube y es negativo. Se lee del diagrama.
- ejemploLa misma ecuación, con los dos signos
El ejemplo de entrada, y el más barato de la ruta: la misma ecuación aplicada a una turbina y a una bomba, y los dos signos saliendo solos. Es la comprobación que ahorra más ejercicios.
- examenLa bomba, y el signo de un trabajo que entra
Del examen de enero de 2026. Comprimir un líquido cuesta poco, y esa es la razón de que en un ciclo de vapor se bombee líquido en vez de comprimir vapor.
- examenEl compresor reversible que destruye exergía
El ejercicio 1 de enero de 2024-2025, y el contraste con la bomba: comprimir un gas cuesta 2.184 kW donde bombear el líquido costaba 6. Además regala la palabra «reversible» y medio examen se la cree: lo es dentro del aparato, no en el universo.
La misma ecuación, con los dos signos
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Dos aparatos adiabáticos, los dos en régimen estacionario y los dos con la energía cinética y la potencial despreciables:
- Una turbina por la que entra vapor con y sale con .
- Una bomba por la que entra agua con y sale con .
a) El trabajo específico de cada uno, con su signo.
b) ¿Cuál de los dos produce y cuál consume, y cómo se ve en el resultado?
Los dos trabajos específicos con su signo, y qué significa cada uno.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Los dos aparatos son adiabáticos. ¿En qué se queda la ecuación de la energía?
Es la misma expresión con el signo cambiado, y el convenio de la asignatura decide cuál. De con sale : el trabajo es positivo cuando la entalpía baja, que es lo que hace una turbina.
No hay dos ecuaciones. Hay una, y dos aparatos que la recorren en direcciones contrarias. Escribir dos es justamente lo que lleva a equivocarse de signo cuando aparece un aparato nuevo.
Eso es, y es lo que hace interesante el ejercicio: la ecuación es la misma. Lo único que cambia es el orden de las entalpías, y de ahí sale el signo sin que haya que decidir nada.
- 02
El trabajo de la turbina
COMP2¿Cuánto trabajo específico da la turbina?
un trabajo específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEl signo. Una turbina produce, así que su trabajo es positivo con el convenio de la asignatura. Comprueba el orden: es , la de entrada menos la de salida.
Has sumado las dos entalpías en vez de restarlas. El trabajo sale de lo que el fluido pierde por el camino, no de lo que lleva encima.
, con las entalpías de la turbina.
Desarrollo
- 03
El trabajo de la bomba
COMP2¿Y el de la bomba, con la misma ecuación?
un trabajo específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEl signo, y es el punto del ejercicio. Aplicando la misma ecuación, , sale negativo. Que sea negativo no es un problema: es la manera que tiene el convenio de decirte que el trabajo entra.
Has restado los dos trabajos entre sí. Cada aparato tiene el suyo y no se combinan: son dos volúmenes de control distintos.
La misma, , sin cambiar nada.
Desarrollo
Cuarenta veces menos, en valor absoluto, que el de la turbina. No es casualidad: comprimir un líquido cuesta poquísimo comparado con lo que da expandir un vapor, y en eso se apoya el ciclo de vapor entero.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la lectura de los dos signos. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Eso sería escribir el resultado a mano en vez de dejar que salga. La gracia del convenio es exactamente que no hay que tocar la ecuación: se sustituye y el signo informa. En cuanto empiezas a cambiar signos según lo que esperas, pierdes la única comprobación que tenías.
El razonamiento, en orden
La ecuación es la misma para los dos aparatos, , porque los dos son adiabáticos y estacionarios.
En la turbina la entalpía baja, así que el trabajo sale positivo: el aparato produce.
En la bomba la entalpía sube, así que sale negativo: el aparato consume, y el convenio lo dice con el signo.
Resolución completa
a) Los dos trabajos. Los dos aparatos son adiabáticos y estacionarios, y en los dos se desprecian la energía cinética y la potencial, así que de queda la misma ecuación:
b) El signo lo dice todo. Positivo, el aparato produce; negativo, el aparato consume. No hay que decidirlo: sale de sustituir.
Lo que hay que llevarse. Esta es la comprobación más barata que hay en toda la asignatura. Si te sale una turbina con trabajo negativo o una bomba con trabajo positivo, no sigas: has invertido dos entalpías o has puesto un signo a mano. Cuesta tres segundos y ahorra el ejercicio.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Sacar la entalpía a la salida de una bomba o una turbina con el signo correcto, y estimar si el número es razonable con el trabajo ideal.
lo tienes cuando:Mirar el dibujo de un aparato y escribir su balance de energía tachado, con los términos que sobran ya fuera y el signo del trabajo puesto, antes de sustituir ningún número.
- ejemploEl difusor, que es la tobera leída al revés
La entropía generada, y dónde está la irreversibilidad
generada no es lo mismo que variaciónCae 8 de 17 años
«La entropía generada en el proceso que ocurre en el cilindro-pistón»; «la entropía generada en el universo»; «el signo de la entropía generada en el sistema (positivo, negativo o nulo)».
Se pide con esas palabras —entropía generada— en ocho de las diecisiete. Y hay que leer el enunciado con cuidado, porque otras cuatro piden «la variación de entropía», que es otra cosa: una es una propiedad del sistema y la otra mide la irreversibilidad del proceso. Confundirlas da un número plausible y equivocado. Va después del volumen de control porque el balance de entropía se escribe sobre el mismo sistema que ya has elegido.
El techo que ningún resultado puede superar
leerEl teorema de CarnotA calcular el rendimiento máximo entre dos focos y a usarlo como comprobación de plausibilidad de cualquier resultado con focos.
La consecuencia que se usa es que el rendimiento de un motor reversible solo depende de las temperaturas de los focos: ni del fluido, ni del ciclo, ni del tamaño.
- ejemploEl motor que promete un 45 %
El ejemplo de entrada. Un cálculo de dos líneas que sirve de comprobación en cualquier ejercicio con focos: si tu resultado pasa del techo, hay un error antes.
- ejemploEl frigorífico, y por qué su medida no es un rendimiento
El mismo teorema al revés. Y de paso, por qué el COP puede pasar de uno sin que nadie esté creando energía.
El motor que promete un 45 %
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un fabricante ofrece un motor térmico que opera entre un foco caliente a y uno frío a , y afirma que su rendimiento es del .
a) ¿Cuál es el rendimiento máximo que puede tener un motor entre esos dos focos?
b) ¿Es posible lo que afirma el fabricante?
c) Si el motor absorbiera del foco caliente, ¿cuál es el mínimo calor que tendría que ceder al foco frío?
El rendimiento máximo, si la afirmación es posible, y el calor mínimo cedido.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El fabricante no dice si su motor es reversible ni qué fluido usa. ¿Se puede juzgar la afirmación sin esos datos?
El rendimiento es un cociente, así que la escala se cancela: un motor que absorbe 100 kJ y otro que absorbe 100 MJ pueden tener el mismo. Lo que hace falta son las temperaturas.
Esa es justamente la conclusión que el teorema de Carnot descarta. Todos los motores reversibles entre los mismos dos focos tienen el mismo rendimiento, sea cual sea su fluido; si dependiera del fluido, se podrían acoplar dos y violar Kelvin-Planck.
Exacto, y eso es lo potente del teorema: da un techo que no depende del fluido, ni del ciclo, ni del tamaño de la máquina. Dos temperaturas bastan.
- 02
El rendimiento máximo
COMP2¿Cuál es el rendimiento de Carnot entre esos dos focos?
un número entre 0 y 1 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has metido grados Celsius en el cociente: . La temperatura entra aquí dividiendo, así que va en kelvin. Y fíjate en lo que el error te habría hecho creer: que un motor con un 88 % de rendimiento es posible.
Ese es el cociente , es decir la fracción de calor que se tira al foco frío. El rendimiento es lo que queda: uno menos eso.
, con las dos temperaturas en kelvin.
Desarrollo
Un 40 %, y eso es un techo: ninguna máquina entre esos dos focos puede pasar de ahí, ni siendo perfecta.
- 03
El calor mínimo que hay que tirar
COMP2Si el motor absorbiera 100 kJ del foco caliente, ¿cuánto calor tendría que ceder como mínimo al foco frío?
un calor, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsos son los 40 kJ de trabajo que produciría el motor ideal. El calor cedido es lo que sobra: los 100 que entran menos los 40 que salen como trabajo.
Ese sería el motor que Kelvin-Planck prohíbe: uno que convierte todo el calor absorbido en trabajo intercambiando con un solo foco. Siempre sobra calor que tirar, y cuánto lo dice el rendimiento máximo.
En el mejor de los casos, , y el resto se cede.
Desarrollo
Sesenta de cada cien kilojulios se van al foco frío por narices, y eso en la máquina perfecta. En una real, más.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la respuesta al apartado b). Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El primer principio está tan contento: un motor con un 45 % de rendimiento absorbería 100 kJ, produciría 45 y cedería 55, y la suma cuadra perfectamente. Ese es justo el interés del segundo principio: prohíbe cosas que la conservación de la energía permitiría.
El razonamiento, en orden
El teorema de Carnot fija un techo que solo depende de las temperaturas de los focos: 40 % entre 500 K y 300 K.
El fabricante afirma un 45 %, que está por encima de ese techo.
Luego la afirmación es imposible: viola el segundo principio, aunque no viole el primero.
Resolución completa
a) El rendimiento máximo. Por el teorema de Carnot, ningún motor entre dos focos supera al reversible, y el del reversible solo depende de las temperaturas:
Las dos en kelvin, porque están en un cociente.
b) No es posible. El 45 % está por encima del 40 % que es el máximo teórico. La afirmación no viola el primer principio —la energía cuadraría— pero sí el segundo, y con eso basta para descartarla.
c) El calor mínimo cedido. En el mejor de los casos el motor produciría , así que cedería
Lo que hay que llevarse. Este cálculo es de dos líneas y sirve como comprobación de plausibilidad en cualquier ejercicio con focos. Si un resultado tuyo sale por encima del rendimiento de Carnot de sus temperaturas, no hace falta buscar más: hay un error antes.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Decir en dos líneas si un rendimiento o un COP anunciados son posibles entre dos temperaturas dadas, y cuánto se alejan del máximo.
El balance, y la temperatura del denominador
leerLa propiedad que se creaA separar los dos términos del balance —el que va con el calor y el que se genera— y a evaluar cada uno con la temperatura que le toca.
Y el error típico de «dividir el calor por la temperatura equivocada», que es el que más cálculos de entropía estropea: la temperatura es la de la superficie por donde cruza el calor, y esa depende de dónde hayas puesto la frontera.
- ejemploDos términos que tiran en sentidos contrarios
Nuestro, y va delante porque un balance de entropía no se puede plantear sin saber evaluar la variación de entropía de un gas. Son dos términos de signo contrario y el resultado es su diferencia: aquí se ve por qué redondear a mitad de camino arruina la cuenta.
- prácticaDos corrientes de aire que se mezclan
De la colección. Adiabático no significa que no se genere nada: significa que todo lo que hay es generación. Y el resultado sale de restar dos números casi iguales, así que no se puede redondear a mitad de camino.
- examenUn proceso reversible que genera entropía
El examen de enero de 2026. Un proceso declarado reversible que genera 0,2415 kJ/K en el universo, y la explicación de por qué no hay contradicción.
- examenEl nitrógeno que se reparte, y cuál de las dos irreversibilidades manda
Del 30 de enero de 2023, y el que cierra el dominio de este escalón: da la del sistema, 1,511 kJ/K, y la del universo, 1,537, y obliga a decir de dónde sale cada una. Es el único del corpus que pide repartir la entropía generada entre sus causas, y el reparto desmiente lo que parece: el depósito no está aislado y pierde 120 kJ, pero eso explica el 1,7 % — el 98,3 % lo genera el gas al lanzarse contra el vacío, que no cuesta ni un julio de calor.
- examenEl modelo dice reversible, y la medida dice que no
De junio de 2016, y el único del material que enfrenta el modelo con la medida. El apartado a) calcula un compresor con una politrópica que «se nos dice», reversible por hipótesis; el b) da lo que se ha medido en la máquina y pregunta si hay entropía generada. La hay: 0,0796 kJ/kg·K, con 31,4 kJ/kg de trabajo y 20 grados de más como huella. Y enseña a elegir el denominador: aquí el enunciado da la temperatura de la superficie, 345 K, y esa manda sobre la media del aire.
- examenLa turbina que es mala, y hay que decir por qué
El ejercicio 2 de enero de 2022-2023, entero: temperatura de entrada, rendimiento interno, exergía destruida y rendimiento exergético. Es el más largo de la asignatura y el que junta los cuatro temas del bloque de termodinámica; su comprobación final —trabajo más exergía destruida igual a exergía entregada— cuadra al decimal por dos caminos independientes.
Dos términos que tiran en sentidos contrarios
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Se comprime aire desde y hasta y .
a) ¿Cuánto vale la variación de entropía específica?
b) ¿Cuánto aporta cada uno de los dos términos, y qué significa que tengan signos distintos?
Datos del aire: , .
La variación de entropía y el reparto entre sus dos términos.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El aire se calienta y se comprime. ¿Qué le hace cada cosa a su entropía?
La entropía es función de estado, así que su variación depende solo de los extremos. Esa es justamente la razón de que se pueda calcular con esta fórmula sin saber por dónde ha ido el gas.
La entropía no es energía. Comprimir un gas mete energía y baja su entropía: las moléculas quedan confinadas en menos volumen, que es un estado más ordenado.
Exacto. Calentar desordena y comprimir ordena, y la fórmula lo dice con dos logaritmos de signo opuesto. Ninguno de los dos decide solo: hay que sumarlos.
- 02
El término de la temperatura
COMP2¿Cuánto aporta ?
un calor específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas usado . En la forma de la fórmula que lleva el cociente de presiones, el calor específico que acompaña es ; la que lleva volúmenes va con . Las dos formas están emparejadas y no se mezclan.
El signo. El aire se calienta de 300 a 500 K, así que el logaritmo del cociente es positivo y este término sube la entropía.
, con las temperaturas ya en kelvin.
Desarrollo
- 03
El término de la presión
COMP2¿Y cuánto aporta ?
un calor específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudTe has dejado el signo menos de la fórmula. La presión sube, así que su logaritmo es positivo, y el término entra restando: la compresión baja la entropía.
Has usado en vez de . El término de la presión va con la constante del gas, no con el calor específico.
.
Desarrollo
- 04
La variación total
COMP2¿Cuánto vale ?
un calor específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas sumado los dos términos en valor absoluto. El de la presión es negativo: se resta, y por eso el total sale mucho menor que cualquiera de los dos.
Has usado en el primer término y el cociente de presiones en el segundo, mezclando las dos formas de la fórmula. Fíjate en que hasta el signo del resultado cambia: aquí la mezcla no es un error pequeño.
Suma los dos con su signo.
Desarrollo
Una décima, de dos términos que valen medio y cuatro décimas. El resultado es la diferencia de dos números parecidos, y esa es la razón de que en estos cálculos no se pueda redondear a mitad de camino: un error del 5 % en cualquiera de los dos se convierte en un 20 % del total.
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la lectura física del resultado. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Que la entropía de un sistema suba no dice nada sobre la reversibilidad: puede subir sencillamente porque le han metido calor. Lo que mide la irreversibilidad es la entropía generada, que es esta variación menos la que ha entrado con el calor, y para calcularla haría falta saber cómo se ha hecho el proceso.
El razonamiento, en orden
Calentar de 300 a 500 K sube la entropía en 0,5131 kJ/(kg·K): más temperatura es más desorden.
Comprimir de 1 a 4 bar la baja en 0,3979: menos volumen disponible es más orden.
Gana el calentamiento, así que la entropía del aire sube, pero solo 0,1153: las dos cosas casi se compensan.
Resolución completa
a) La variación de entropía.
b) El reparto. Calentar sube la entropía —0,5131— y comprimir la baja —0,3979—. Gana el calentamiento, pero por poco: el total no llega a un tercio del menor de los dos sumandos.
Lo que hay que llevarse. Dos cosas. La primera es física: la entropía no va con la energía, va con el desorden, y comprimir ordena aunque cueste trabajo. La segunda es de método: cuando un resultado es la diferencia de dos números parecidos, arrastrar decimales deja de ser una manía y pasa a ser el ejercicio.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Calcular la entropía generada en el sistema y en el universo del mismo proceso, obtener números distintos y saber explicar la diferencia sin mirar los apuntes.
lo tienes cuando:Escribir el balance de entropía de un sistema y del universo por separado, evaluando cada integral con la temperatura de la frontera por donde cruza el calor, y saber decir en qué punto del proceso está la irreversibilidad.
- ejemploEl motor que promete un 45 %
La exergía destruida y el rendimiento exergético
los dos últimos apartados, casi siempreCae 15 de 17 años
«¿Cuánta exergía se destruye en la turbina?»; «el rendimiento exergético del condensador»; «la variación de exergía del universo»; «la exergía destruida en el proceso».
El bloque que más cae de la ruta: quince de las diecisiete, y en cinco convocatorias dos veces en el mismo examen. Casi siempre como los dos últimos apartados de un ejercicio: primero la exergía destruida y luego el rendimiento exergético. Y en 2024-2025 los dos exámenes piden resolverla de las dos maneras y puntúan cada una por separado. Va el último de los bloques de termodinámica porque necesita todo lo anterior —el balance de energía, el de entropía y los dos modelos de sustancia— y porque Guy-Stodola lo ata a la entropía generada del bloque previo.
Guy-Stodola, y los signos del medio circundante
leerEl teorema de Guy-StodolaA convertir entropía generada en kilojulios de trabajo perdido, y a escribir el balance del medio circundante cambiando los tres signos del sistema.
Es lo que hace útil el concepto: 0,2415 kJ/K no le dice nada a nadie, y 69,6 kJ de trabajo perdido, sí. Y el apartado siguiente, «La exergía de flujo», es el que hace falta en los ejercicios de volumen de control.
- ejemploLo que vale un calor según a qué temperatura esté
El ejemplo de entrada. Los mismos 500 kJ valen diez veces más a 600 K que a 310, y es el argumento entero de la cogeneración en tres líneas de cuenta.
- ejemploLa tubería que pierde calor, y lo que eso cuesta en trabajo
El segundo peldaño, y el que aplica Guy-Stodola de verdad: una tubería que pierde 30 kW al ambiente genera 0,0314 kW/K y destruye 9,22 kW. Sirve además para separar dos cifras que se confunden siempre: aislarla ahorra 30 kW de energía y recupera 9,22 de capacidad de producir trabajo, y es la segunda la que se compara contra lo que cuesta el aislante.
- examenLo que cuesta calentar con una resistencia, medido en exergía
El peldaño de examen, de febrero de 2026, y el que deja la lección clavada: un tanque aislado donde toda la entropía que gana el vapor es generada, porque no entra calor por ninguna parte. De los 1.487 kJ de electricidad —que es exergía pura— quedan 394. El primer principio no echa nada en falta; lo que se ha ido es la calidad, y ese 26 % es el argumento entero de por qué una bomba de calor gana a un radiador eléctrico.
- examenEl proceso que no lo define una presión, sino una fuerza
De enero de 2020, y el que enseña a qué temperatura se divide cuando hay una pared de por medio: el calor sale por unas paredes a 67 °C, y ese es el denominador, no el ambiente de 18 ni el gas. Trae además un arranque que no tiene ningún otro — el estado final no lo fija una presión sino una fuerza de 2000 N, y por eso el enunciado da el diámetro del cilindro— y el error clásico del trabajo: al aplicar la fuerza de golpe el gas deja de estar en equilibrio, así que la presión que trabaja es la de fuera y no vale integrar la del gas.
- examenEl termo eléctrico, y el siete por ciento que llega al agua
De enero de 2019, y el que hay que hacer después del del tanque con resistencia: es el mismo argumento sobre un aparato que tienes en casa, y con la cadena entera contada. De los 9.354 kJ que paga el contador quedan 1.912 al convertirse en calor a 89 °C y 663 dentro del agua: el 7 %. El examen solo pide el segundo salto —los 1.250 kJ que se destruyen al pasar el calor al agua—, pero el primero, que destruye 7.442 sin perder un julio de energía, es el que explica por qué una bomba de calor no es un lujo. De propina, el detalle de entrada: 50 litros no son 50 kg.
Lo que vale un calor según a qué temperatura esté
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
El ambiente está a .
a) ¿Cuánto trabajo se podría sacar, como máximo, de de calor disponibles a ?
b) ¿Y de los mismos 500 kJ a ?
c) Un proceso genera . ¿Cuánta exergía destruye?
Las dos exergías del calor y la exergía destruida.
- 01
Reconocer el camino
COMP1¿Por qué la exergía de un calor depende de la temperatura a la que está disponible?
El enunciado dice 500 kJ en los dos casos: la energía es la misma. Lo que cambia es su calidad, es decir cuánta de ella se puede convertir en trabajo. Eso es exactamente lo que este tema mide.
El calor específico cambia, sí, pero eso afectaría a cuánto calor hay, no a cuánto de ese calor es aprovechable. La exergía depende de la temperatura por el segundo principio, no por las propiedades del fluido.
Exacto, y por eso el factor te suena: es el rendimiento de Carnot del tema 5. La exergía de un calor no es un concepto nuevo, es el segundo principio puesto en kilojulios.
- 02
La exergía del calor a 600 K
COMP2¿Cuánto vale la exergía de esos 500 kJ a 600 K?
una energía, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEso es la anergia, : la parte que no hay manera de convertir en trabajo. Las dos suman los 500 kJ, y la que se pide es la otra.
Sería la exergía de 500 kJ de trabajo, que sí vale íntegro. Un calor no: el segundo principio se queda con una parte, y cuánta lo dice el factor de Carnot.
, con las dos temperaturas en kelvin.
Desarrollo
Poco más de la mitad. Los otros 245,8 kJ son anergia y no los recupera ninguna máquina.
- 03
Los mismos 500 kJ, a 310 K
COMP2¿Y si esos 500 kJ estuvieran disponibles a 310 K en vez de a 600?
una energía, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEse es el valor a 600 K. La energía es la misma en los dos casos, 500 kJ; lo que cambia es su calidad, y a 310 K —quince grados por encima del ambiente— casi no queda nada aprovechable.
Esa es la anergia. A 310 K la proporción se ha dado la vuelta: ahora lo aprovechable es la parte pequeña.
La misma fórmula, cambiando 600 por 310.
Desarrollo
Diez veces menos, con la misma energía. Ese es todo el argumento de la cogeneración y de la recuperación de calor residual: el calor a baja temperatura es abundante y casi no vale nada.
- 04
La exergía destruida
COMP2Un proceso genera 0,42 kJ/K de entropía. ¿Cuánta exergía destruye?
una energía, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEso es la entropía generada, en kJ/K, no la exergía destruida. Guy-Stodola las relaciona multiplicando por la temperatura absoluta del ambiente: 295 K.
Has multiplicado por 22, la temperatura en grados Celsius. La de Guy-Stodola es absoluta y va en kelvin, como todas las temperaturas que aparecen multiplicando o dividiendo.
, con .
Desarrollo
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena lo que este ejercicio enseña. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Sería menor: , así que baja con . Y tiene sentido físico, aunque despiste: con un ambiente más frío hay un foco frío mejor, cada julio de calor vale más, y la misma irreversibilidad cuesta menos trabajo perdido. Es la razón de que las centrales rindan más en invierno.
El razonamiento, en orden
La exergía de un calor es lo que un motor reversible sacaría de él contra el ambiente: el factor es Carnot.
Por eso los mismos 500 kJ valen 254 a 600 K y solo 24 a 310 K: la energía es la misma y la calidad, no.
Y Guy-Stodola pone en kilojulios lo que la entropía generada decía en kJ/K, multiplicando por la temperatura del ambiente.
Resolución completa
a) y b) La exergía del mismo calor a dos temperaturas. Con :
c) La exergía destruida. Por Guy-Stodola:
Lo que hay que llevarse. Las tres cuentas son de una línea y las tres dicen lo mismo desde sitios distintos: la energía se conserva y la exergía no. Un calor a baja temperatura es energía de sobra y trabajo de casi nada; y cada unidad de entropía que un proceso genera se traduce en kilojulios de trabajo que ya nadie va a recuperar.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
La tubería que pierde calor, y lo que eso cuesta en trabajo
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una tubería de vapor atraviesa una nave. Su superficie exterior se mantiene a y cede al aire de la nave, que está a , un flujo de calor de .
El ambiente de referencia es ese mismo aire, .
La entropía generada por la transmisión y la potencia perdida.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El calor sale de la tubería y entra en el aire. ¿Dónde se genera entropía en este proceso?
Eso es. Transmitir calor a través de una diferencia finita de temperatura es irreversible, y ahí es donde se genera. El volumen de control que hay que tomar incluye el salto entero.
El vapor cediendo calor a temperatura casi constante no genera entropía por sí solo. Lo irreversible es el salto de 150 a 20, no lo que pase antes.
El aire recibe entropía, sí, pero recibe más de la que pierde la tubería. La diferencia entre las dos es lo generado, y no vive en uno de los dos lados sino en el salto.
El calor se conserva —es el primer principio— y aun así la entropía crece. Son dos balances distintos, y el segundo es el que dice qué se ha estropeado.
- 02
La entropía generada
COMP2Con la superficie a y el aire a , ¿cuánta entropía se genera por segundo?
en kW/K, con tres cifras — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEso es solo , lo que la tubería pierde. Falta restarlo de lo que el aire gana, que es más porque está más frío.
Los signos al revés. La entropía generada nunca es negativa: se resta lo que sale de lo que entra, no al contrario.
.
Desarrollo
- 03
La potencia perdida
COMP2Por Guy-Stodola, ¿cuánta potencia se está destruyendo?
en kW, con tres cifras — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsos son los 30 kW de calor, no su exergía. El calor que sale a 150 grados todavía vale algo; lo que se destruye es esa parte, no el calor entero.
Has multiplicado por la temperatura de la superficie. En Guy-Stodola el factor es siempre la del ambiente, porque es contra él contra el que se mide lo que se podría haber sacado.
, con en kelvin.
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena el argumento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Lo que se pierde son 30 kW de energía y 9,22 kW de exergía. Confundirlos es el error que este ejercicio existe para evitar: aislar la tubería ahorra energía, pero lo que recupera de trabajo es la cifra pequeña.
El razonamiento, en orden
La exergía del calor a 423,15 K vale kW, exactamente lo destruido.
Coincide porque el calor acaba en el ambiente, y allí su exergía es cero: se destruye toda.
Resolución completa
Dónde está la irreversibilidad. El calor sale de la superficie a 423,15 K y entra en el aire a 293,15 K. El primer principio dice que los 30 kW se conservan; el segundo dice que en el camino se ha estropeado algo, y lo mide contando entropía a los dos lados.
La entropía generada. La tubería pierde kW/K y el aire gana kW/K. El aire gana más porque está más frío: la misma energía vale más entropía cuanto menor es la temperatura a la que se entrega. La diferencia, kW/K, es lo generado.
Lo que cuesta. Guy-Stodola lo convierte en potencia: kW.
La comprobación que conviene hacer siempre. La exergía que llevaban esos 30 kW al salir de la tubería es kW. Sale lo mismo, y no es casualidad: como el calor termina en el ambiente, donde su exergía es nula, se destruye toda la que traía. Cuando el calor acaba en algún sitio útil los dos números ya no coinciden, y entonces la diferencia es justo lo aprovechado.
Y la lectura de ingeniería. Aislar esa tubería ahorra 30 kW de energía, pero solo recupera 9,22 kW de capacidad de producir trabajo. Es la cifra pequeña la que hay que comparar contra el coste del aislante.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Convertir una entropía generada en kilojulios de trabajo perdido, y saber decir a qué temperatura hay que multiplicar y por qué es esa y no otra.
Los dos caminos, en un recipiente cerrado
leerLa exergía de un sistema cerradoA calcular la exergía destruida de las dos maneras que enseña el curso —Guy-Stodola y el balance de exergía— y a comprobar que dan lo mismo.
El apartado donde está la expresión del balance, que es el camino que casi nadie practica: se aprende Guy-Stodola porque es más corto y luego el examen pide los dos.
- ejemploDos aguas que se mezclan, y la energía que no se pierde
Nuestro, y escrito para el molde que más se repite: algo caliente metido en agua dentro de un recipiente adiabático, que sale en febrero de 2020, en enero de 2025 y en febrero de 2025. Resuelve la exergía destruida por los dos caminos y los dos dan 35,3 kJ. Su mejor momento es el final: en un recipiente adiabático no sale ni un julio y aun así se destruyen treinta y cinco kilojulios de trabajo.
- examenDos gases, un pistón que se mueve solo, y una irreversibilidad que está fuera
De enero de 2018, y el único del corpus con dos gases distintos a los lados de un pistón que se mueve. Está construido para dejar una sola irreversibilidad a la vista: los dos gases evolucionan sin rozamiento y cuasiestáticamente, así que ninguno genera entropía por dentro, y aun así el universo genera 0,437 kJ/K. Está fuera, en el calor que cruza desde un foco a 400 °C. Que cada parte sea reversible no hace reversible al conjunto, y ese es el error que este ejercicio caza.
- examenEl bloque de acero y el agua que apenas se entera, por los dos caminos
De febrero de 2025, y el que cierra este escalón porque el examen exige los dos caminos: pide la exergía destruida «de una de las dos maneras» y después «de la otra». En un depósito rígido y adiabático el balance de exergía se reduce término a término a Guy-Stodola, así que no es hacer dos cuentas: es comprobar que has visto que son la misma. De propina, la proporción de capacidades térmicas — el acero cae 55 grados y el agua sube 1,45.
- examenCinco litros calientes sobre quince fríos, y lo que cuesta mezclarlos
Y así cae, en enero de 2025: cinco litros a 90 °C sobre quince a 20 °C. Es el mismo molde que el ejemplo de entrada, con los números del examen y con el detalle que más despista — la temperatura final no es la media de las dos, porque hay tres veces más agua fría. El depósito es adiabático, así que no sale ni un julio y aun así se destruyen 107 kJ.
- ejemploEl bloque de acero que se enfría solo, por los dos caminos
El mismo par de caminos sobre el otro molde, el que no es adiabático: un sólido que se enfría contra el ambiente. Los dos dan 1.052 kJ. Y trae la lectura que el del agua no puede dar, porque allí no hay nada que comparar: de los 4.500 kJ que el bloque suelta, solo el 23 % era capacidad de producir trabajo. El resto no se ha desperdiciado — nunca fue aprovechable, y esa distinción es media asignatura.
- examenCincuenta kilojulios de calor, y la exergía que baja
De enero de 2022, y el que enseña el balance por la puerta de atrás: es el único del corpus donde el proceso es reversible, así que la exergía destruida vale cero por definición… y la del aire baja igual, 6,09 kJ/kg, después de meterle 50 kJ/kg de calor. Si has entendido este, has entendido que y son cosas distintas — que es justo lo que confunde a quien solo se sabe Guy-Stodola. El motivo, con las dos aduanas contadas: el calor entra a sesenta grados y trae 3,9 kJ/kg de exergía, y el aire entrega 10,0 de trabajo útil. De propina, el único sitio donde el exponente politrópico hay que deducirlo del calor por grado en vez de leerlo del enunciado.
Dos aguas que se mezclan, y la energía que no se pierde
paso 1 de 61.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
En un recipiente adiabático y rígido se vierten de agua a sobre de agua a , y se deja evolucionar hasta el equilibrio. El ambiente está a .
a) La temperatura de equilibrio.
b) La entropía generada en el universo.
c) La exergía destruida, por los dos caminos: con Guy-Stodola y con el balance de exergía del conjunto.
Tómese el agua como incompresible, con .
La temperatura final, la entropía generada y la exergía destruida por los dos caminos.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El recipiente es adiabático: no sale ni entra energía. ¿Por qué se destruye exergía entonces?
No disminuye. Comprueba el balance: lo que pierde el agua caliente es exactamente lo que gana la fría, y el total no cambia. Lo que cambia es a qué temperatura está.
No se escapa nada: el recipiente es adiabático y eso es un dato del enunciado. Precisamente por eso el ejercicio es interesante — la destrucción ocurre dentro, sin que salga un julio.
Eso es, y es la idea entera del tema. Los mismos kilojulios que estaban a 80 °C acaban a 32 °C, y desde 32 °C ya no se puede sacar el trabajo que se sacaba desde 80. Nada se ha perdido y todo vale menos.
El enunciado lo declara adiabático y así se resuelve. Buscar una fuga es esquivar la pregunta: la irreversibilidad de este proceso es la diferencia de temperaturas, no una pérdida.
- 02
La temperatura de equilibrio
COMP2¿A qué temperatura acaban las dos aguas?
una temperatura, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la media de las dos temperaturas, y solo valdría si las masas fueran iguales. Hay cuatro veces más agua fría que caliente, así que el equilibrio queda mucho más cerca de los 20 °C.
Has ponderado al revés: has dado más peso a la caliente. La que pesa ocho kilos es la fría.
Balance de energía en un adiabático: lo que pierde una es lo que gana la otra, y el calor específico se cancela.
Desarrollo
El recipiente es adiabático y rígido, así que y : la energía interna del conjunto no cambia. Con el modelo incompresible y el mismo para las dos:
Los números están elegidos para que salga entero. Fíjate en que el calor específico se ha ido: en una mezcla del mismo fluido, la temperatura de equilibrio no depende de .
- 03
La entropía generada
COMP2¿Cuánta entropía se genera en el universo?
una entropía, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEso es solo lo que gana el agua fría. La caliente pierde entropía, y hay que sumar las dos variaciones: el resultado es pequeño porque casi se cancelan, y esa cancelación casi total es justo lo que hace difícil el apartado.
Cero saldría si el proceso fuese reversible, y no lo es: mezclar dos temperaturas distintas nunca lo es. Si te sale cero, revisa el signo de uno de los dos logaritmos.
Cada masa cambia su entropía en , con las temperaturas en kelvin. El ambiente no interviene: no le llega calor.
Desarrollo
Como no sale calor del recipiente, el medio circundante no cambia su entropía y todo lo generado está dentro:
Cuidado con esto: los dos sumandos valen más de 1 y el resultado es 0,12. Redondear los logaritmos a dos decimales aquí te cambia el resultado a la mitad o al doble, porque lo que queda es la diferencia de dos números casi iguales.
- 04
La exergía destruida, por Guy-Stodola
COMP2¿Cuánta exergía se ha destruido?
una energía, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas multiplicado por la temperatura inicial del agua caliente. Guy-Stodola usa la del ambiente, y solo la del ambiente: es el único foco al que el universo podría tirar el calor.
Esa es la energía que ha pasado de un agua a la otra, y no es lo destruido. La energía se conserva entera; lo que se destruye es su capacidad de dar trabajo, y eso es mucho menor.
, con en kelvin.
Desarrollo
Treinta y cinco kilojulios de trabajo que ya no se pueden sacar de nada. Y no ha salido ni un julio del recipiente.
- 05
Y por el otro camino
COMP2Calcula ahora la variación de exergía del conjunto, que en un recipiente aislado y sin trabajo tiene que ser la exergía destruida cambiada de signo. ¿Cuánto vale ?
una energía con su signo y su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEl módulo está bien y el signo no. La exergía del conjunto baja: la destruida es lo que ha desaparecido, así que es negativa y .
Esa es solo la del agua caliente. La fría gana exergía —se calienta y se aleja del ambiente—, y hay que sumar las dos.
Para cada masa, . Súmalas.
Desarrollo
Para el agua caliente:
Y para la fría:
Los dos caminos dan lo mismo, y eso no es casualidad: son la misma ecuación escrita de dos maneras. Fíjate en que el agua fría gana exergía y aun así el conjunto pierde: lo que gana la fría no llega a compensar lo que pierde la caliente, y esa diferencia es exactamente lo destruido.
- 06
Justificar el argumento
COMP4Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
No ha salido nada: el recipiente es adiabático, y esa es la gracia del ejercicio. Los 35,2 kJ no son energía que se haya ido a ningún sitio, son trabajo que ya no se puede obtener de una energía que sigue entera dentro del recipiente. Confundir energía destruida con energía perdida es el error de fondo del tema: la energía no se destruye nunca — la exergía sí, y sin moverse.
El razonamiento, en orden
El recipiente es adiabático y rígido, así que la energía interna del conjunto no cambia y la temperatura de equilibrio sale del balance de energía: 32 °C.
La entropía que pierde el agua caliente y la que gana la fría no se cancelan del todo: quedan 0,120 kJ/K generados.
Esos 0,120 kJ/K, multiplicados por la temperatura del ambiente, son 35,2 kJ de exergía destruida.
Resolución completa
a) La temperatura de equilibrio. Adiabático y rígido, luego :
b) La entropía generada. Al ambiente no le llega calor, así que todo lo generado está dentro:
c) La exergía destruida, por los dos caminos.
Guy-Stodola:
Balance de exergía del conjunto:
Lo que hay que llevarse. Tres cosas, y la primera es por la que este ejercicio existe.
- Los dos caminos no son dos ejercicios: son el mismo. Y el examen los pide por separado —enero y febrero de 2025 los piden los dos, uno detrás de otro, y valen la mitad de los puntos cada uno—. Si solo sabes uno, tienes medio apartado.
- En un adiabático se destruye exergía sin que salga nada. No hay fuga que buscar: la irreversibilidad es la diferencia de temperaturas, y ocurre entera dentro del recipiente.
- La entropía generada es una resta de números casi iguales. Los dos sumandos pasan de 1 y el resultado es 0,12. Redondear los logaritmos pronto te cambia el resultado al doble o a la mitad, así que se arrastran los decimales hasta el final.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
El bloque de acero que se enfría solo, por los dos caminos
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un bloque de acero de , con calor específico , sale de un horno a y se deja enfriar al aire hasta ponerse a la temperatura ambiente, .
No se recoge nada de ese calor: se va al aire tal cual.
La exergía destruida, calculada de las dos maneras.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Antes de calcular: ¿qué distingue este proceso de uno reversible?
El enunciado lo da constante, y esa no es la irreversibilidad. Aunque variase, el proceso seguiría siendo irreversible por donde lo es: el salto de temperatura contra el ambiente.
Disminuye, y eso no tiene nada de raro: es un sistema cerrado que cede calor. Lo que no puede disminuir es la del bloque más la del ambiente juntos.
Exacto. El bloque tenía capacidad de producir trabajo por estar caliente, y se ha gastado entera en calentar un poco el aire. Una máquina entre el bloque y el ambiente habría sacado algo.
No hay cambio de fase: es un sólido que baja de temperatura, y por eso basta con y .
- 02
La entropía generada
COMP2Sumando la del bloque y la del ambiente, ¿cuánta entropía se genera?
en kJ/K, con tres cifras — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEse es el valor absoluto de la variación del bloque. Falta sumarle la del ambiente, que es positiva y mayor: kJ/K.
Esa es solo la del ambiente, . El bloque pierde 11,494 y hay que restarlos.
y , con .
Desarrollo
- 03
La exergía destruida
COMP2¿Cuánta exergía se ha destruido?
en kJ, redondeada — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsos son los 4500 kJ de calor que se han ido al aire. Solo una parte de ellos era capacidad de producir trabajo; el resto no se podía aprovechar de ninguna manera.
Ese es el término suelto. La exergía destruida es , con la entropía generada, no con la del bloque.
.
Desarrollo
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena la comprobación por el segundo camino. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Dan exactamente lo mismo, y esa es la comprobación. Guy-Stodola y el balance de exergía son la misma ecuación escrita de dos maneras; si te salen distintos, hay un error de signo en alguno de los dos.
El razonamiento, en orden
La exergía del bloque baja kJ.
Como no se recoge trabajo y el calor acaba en el ambiente, esos 1052 kJ no van a ninguna parte: se destruyen.
Resolución completa
Por qué hay dos caminos. El curso enseña la exergía destruida de dos formas y los exámenes de 2024-2025 piden las dos por separado, puntuando cada una. Conviene hacerlas siempre las dos: la segunda no es trabajo extra, es la comprobación de la primera.
Camino 1 · Guy-Stodola. El bloque cede kJ. Su entropía baja kJ/K, y la del ambiente sube kJ/K, porque lo recibe entero a 300 K. Generada: kJ/K. Y kJ.
Camino 2 · el balance de exergía. La exergía de un sistema cerrado cambia en —los términos de presión no entran porque el volumen del sólido no cambia—. Aquí kJ y kJ, así que kJ. El bloque ha perdido 1052 kJ de exergía; como no se ha recogido ningún trabajo y el calor termina en el ambiente, donde no vale nada, esos 1052 kJ se han destruido.
Los dos dan 1052 kJ, que es lo que había que ver.
Lo que enseña la comparación. De los 4500 kJ de energía que el bloque soltó, solo 1052 —el 23 %— eran capacidad de producir trabajo. Una máquina térmica perfecta entre el bloque y el ambiente habría sacado exactamente esos 1052 kJ y ni uno más. El resto no se ha desperdiciado: nunca fue aprovechable.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Que ante «calcúlese la exergía destruida» sepas escribir los dos caminos sin mirar, y que si no coinciden busques el fallo en el signo de una variación de entropía.
El rendimiento exergético, que no es el isentrópico
leerEl rendimiento exergéticoA distinguir el rendimiento exergético del isentrópico y a calcular la exergía destruida en un equipo de flujo.
Y el apartado anterior, «La exergía de flujo», que es el que hace falta en cuanto el sistema deja de ser cerrado.
- ejemploEl rendimiento exergético de un compresor, y por qué no es el isentrópico
Nuestro, y escrito para el hueco que el material no cubre: el rendimiento exergético de un compresor. Su lección es que no es el isentrópico —salen 0,861 y 0,753 sobre la misma máquina—, y responder con uno donde piden el otro es un cero con la cuenta bien hecha.
- examenEl compresor que rinde más en exergía que en isentrópico
Y así cae, en junio de 2017: el mismo aparato que el ejemplo de entrada, con nitrógeno y los cinco apartados del molde. Sirve para confirmarlo con números de examen: el exergético sale 91,5 % y el isentrópico 83,8 %. La tabla de su resolución dice por qué: de los 21,77 kW que el compresor consume de más respecto al ideal, solo 11,47 se destruyen — los otros 10,30 salen dentro del gas, que sale más caliente de lo necesario, y eso todavía es exergía.
- examenLa bomba que rinde el 83 % y no el 4, y la mezcla que destruye cien kilovatios
De enero de 2021, y lo mismo con una bomba: rendimiento interno del 82 % y exergético del 82,7 %. Aquí la resolución oficial se equivoca de concepto —mete todo el trabajo en calentar el agua, se olvida del término v·ΔP y le sale un 3,88 %—, y el ejercicio usa esa cifra de distractor con su prueba: con esa cuenta, una bomba perfecta rendiría el 3,7 %. Su apartado b) pone la escala: la cámara de mezcla destruye 101 kW y la bomba, cuarenta y dos vatios.
- examenEl motor térmico que mueve un compresor, y la temperatura del denominador
De enero de 2024, y el único del corpus que acopla dos máquinas: un motor térmico cuyo eje mueve el compresor. Lo primero es no mezclarlas — los 60 kW entran al motor y lo único que cruza hacia el compresor son 23,46 kW de eje. Su decisión importante está escondida en el denominador: el calor que suelta el compresor no sale al ambiente sino por una superficie que se toma a la media del aire, 358 K, y usar los 293 del ambiente cambia la exergía destruida un 33 %. Y de propina, el aviso de no multiplicar rendimientos que miden cosas distintas: el del motor compara trabajo con calor y el del compresor, exergía con exergía.
- examenLa exergía que el universo destruye
Los apartados d) y e) del examen de enero de 2026. Termina con un paso de redacción: explicar por qué la variación de exergía del universo sale negativa, que es donde se ve si has entendido el balance o solo lo has calculado.
- examenLa mezcla que sale sobrecalentada, y una referencia elegida para que sobre
De febrero de 2022, y trae dos cosas que no están en ningún otro: la presión no está escrita —la fija la corriente saturada a 111 °C, y en una cámara de mezcla vale para las tres—, y la mezcla sale sobrecalentada, lo que se descubre comprobando que su entropía pasa de la del vapor saturado seco antes de abrir ninguna tabla. Su estado de referencia es el punto triple, elegido para que y valgan cero.
- examenLa cámara de mezcla, y la definición de rendimiento que lo decide todo
De enero de 2018, y el que enseña que el rendimiento exergético no es una fórmula sino una elección: sobre los mismos datos, la definición que pide este examen —toda la exergía que sale entre toda la que entra— da 97,7 %, y la otra que circula —lo que gana la corriente fría entre lo que pierde la caliente— da 87,4 %. Diez puntos, y ninguna de las dos está mal. Hay que usar la que pida el enunciado, y saber por qué se parecen tan poco.
- examenEl separador mal aislado, y el noventa y siete por ciento que engaña
Del 30 de enero de 2024, y la segunda mitad de la lección anterior: allí eran dos definiciones sobre los mismos datos, aquí una sola definición que sale al 97,4 % en un equipo que el propio enunciado llama «térmicamente mal aislado» y que pierde 352 kW de calor. No hay contradicción — esa forma de contar mete en el numerador los 94,5 kW de exergía que se marchan por la pared. Mirando solo las dos corrientes útiles, el separador va al 71 %. La costumbre que enseña: antes de celebrar un rendimiento exergético, mira qué han metido arriba.
- examenEl tercio del calor que se escapa, y el 44 % que queda
De enero de 2022, y el contrario del separador: aquí la resolución oficial escribe su definición —el calor que se escapa «son pérdidas»— y la misma clase de fuga baja el rendimiento al 43,9 % en vez de esconderse en él; aislado saldría el 65,9 %. Y trae la observación más limpia del bloque sobre dónde se divide un calor: el tercio perdido sale a la temperatura del agua, así que no cambia la entropía generada —583,7 W destruidos con fuga y sin ella—; lo que cambia es adónde va la exergía que no se destruye.
- examenEl aire que entra en el estado muerto, y un rendimiento del veintisiete por ciento
De febrero de 2021, y el reverso de los dos anteriores: aquí el rendimiento sale bajísimo, del 26,7 %, en un intercambiador que no pierde ni un julio de energía. El motivo está en un detalle del enunciado que se lee sin verlo — el aire entra a 20 °C y la referencia es 20 °C, o sea que entra en el estado muerto—, y de ahí sale la lectura que se queda: el agua suelta 83,6 kJ de energía, de los que solo 7,7 eran aprovechables, y el aire rescata 2,1. Enfriar y aprovechar son objetivos distintos.
- examenLa referencia es el agua que entra, y el 92 % que se destruye
De enero de 2021, un mes antes que el anterior y con el mismo efecto llevado más lejos: el enunciado define la referencia como «la temperatura del fluido a menor temperatura», así que el agua entra en el estado muerto por construcción. El aceite suelta 4.656 W de exergía y el agua gana 374: el 8 %, en un aparato que no pierde ni un julio. Y un aviso de unidades que la propia resolución oficial no supera: con los calores específicos en J/(kg·K), la exergía destruida sale en vatios, 4.282, y no en kilovatios.
- examenEl generador que rinde el noventa y dos por ciento, y también el once
De febrero de 2025, y el único del corpus cuyos datos salen de una hoja de catálogo: potencia nominal, potencia útil y caudal de aire de un generador comercial. Parte del trabajo es decidir qué filas sirven, y la primera cuenta es fabricarse el gasto másico a partir de los m³/h. Su resultado es el que cambia cómo se lee una ficha técnica: la máquina rinde el 92 % de energía y el 11 % de exergía, porque coge calor a 400 °C y lo entrega como aire a 43. El 92 % es honesto y no dice nada del margen de mejora que hay.
- examenLa turbina de gas, y los dos rendimientos que casi coinciden
De febrero de 2022, y el que enseña la diferencia entre los dos rendimientos poniéndolos juntos: 98 % el isentrópico y 98,8 % el exergético. Tan parecidos que invitan a creer que miden lo mismo, y no lo miden — uno compara con otro proceso y el otro con el máximo teórico referido al ambiente. Trae además un aviso de aritmética que vale para toda la asignatura: la exergía destruida sale igual por los dos caminos —15,17 kW—, pero uno de ellos resta dos números de mil doscientos para quedarse con quince, y basta redondear la potencia como hace la resolución oficial para que se mueva a 15,1. Cuando dos caminos dan lo mismo, remata por el que trabaja con la cifra pequeña.
Lo tienes cuando
Que ante un equipo de flujo escribas la exergía de flujo y no la de sistema cerrado, y que no entregues el isentrópico donde piden el exergético.
lo tienes cuando:Escribir el balance de exergía de un sistema y de su medio circundante con los tres signos cambiados en el segundo, y comprobar el resultado por Guy-Stodola, que es un camino independiente.
- ejemploLo que vale un calor según a qué temperatura esté
La transmisión de calor
suele ser el tercer ejercicioCae 16 de 17 años
«Una tubería de cobre de 10 cm de diámetro interior transporta 0,12 kg/s de agua caliente»; «al cabo de cuántos metros de longitud habrá descendido la temperatura»; «calcúlese la emisividad de la superficie exterior de la tubería».
Está en dieciséis de las diecisiete, y vale un tercio del examen igual que los otros dos. Pero ni es siempre el tercero ni es siempre una tubería, y las dos cosas se daban aquí por seguras hasta el 10 de septiembre de 2026: en enero de 2019 es el primer ejercicio del examen, y las formas que toma son una tubería —seis veces, y es la más común—, pero también una fachada de dos capas, una pared con analogía eléctrica, un radiador de módulos, un suelo radiante y un ensayo en túnel de viento con dos cascos. Va el último de la ruta no porque rinda menos, sino porque no depende de nada de lo anterior y se puede estudiar aparte.
Un muro es un circuito
leerLa analogía termoeléctricaA montar la analogía termoeléctrica y a sumar resistencias planas, cilíndricas y de convección sin mezclar las unidades de unas y otras.
Las tres geometrías y sus tres resistencias. Y el aviso de no mezclar resistencias por unidad de área con resistencias a secas, que es lo que pasa en cuanto un problema junta una capa cilíndrica con una convección.
- prácticaLa pared de dos materiales, y el aire que solo está en un lado
El peldaño de entrada, y va primero por una razón concreta: el aire está solo en un lado, así que el circuito tiene tres resistencias y no cuatro. Copiar el esquema del muro de clase —que lleva aire a los dos— es el fallo más fácil del tema. Cierra con la lectura que gobierna todo lo demás: el material peor conductor se lleva el 78 % de la resistencia, y por eso mejorar la convección no sirve de nada.
- prácticaEl aislante que evita la condensación
De la colección, y resuelto allí dos veces: integrando y por analogía. Verlo por los dos caminos es lo que permite usar la analogía después sin remordimientos.
- examenSesenta centímetros de fachada, y tres vatios por metro cuadrado
Y así cae, en junio de 2018: la fachada de dos capas. Es el ejercicio de transmisión más desnudo de toda la asignatura —todos los datos están en el enunciado y no hay que abrir el anexo ni una vez—, así que sirve para practicar el circuito sin pelearse con las correlaciones. Su primer paso es reconocer que no falta un dato aunque lo parezca: no dan el coeficiente del aire interior porque dan la temperatura de esa superficie. Y su reparto repite la lección del peldaño de entrada con los números de un examen — 84 %, 14 % y 2 %.
La pared de dos materiales, y el aire que solo está en un lado
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una pared se compone de dos materiales. El espesor del material de la izquierda () es , y el del material de la derecha () es .
La superficie exterior del material de la izquierda se encuentra en contacto con aire a y coeficiente de convección igual a . La superficie exterior del material de la derecha se encuentra a . Calcúlese:
a) La temperatura en la superficie de contacto de los dos materiales.
b) La velocidad de transferencia de calor por unidad de superficie en la pared.
c) El espesor mínimo del material de la izquierda para que la velocidad de transferencia de calor sea inferior que .
La temperatura de contacto, el flujo de calor por unidad de superficie y el espesor mínimo.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El circuito tiene tres resistencias en serie por cada metro cuadrado. ¿Cuáles son?
Eso es. El aire solo toca un lado, así que hay una convección y no dos. Cuidado con copiar el esquema del muro de tres capas, donde hay aire a los dos lados: aquí la superficie de la derecha viene dada, ya está a 27 °C.
No se puede despreciar sin mirarla. Aquí vale frente a 0,8167 de las dos conducciones — es pequeña, un 5 %, pero el enunciado la da y quitarla cambia el resultado más de lo que admite ningún redondeo.
El material A se lleva el 78 % de la resistencia, y esa es la lectura útil del problema — pero «se lleva casi todo» no es «se lleva todo». En serie se suman las tres.
Es el error de leer el enunciado por encima. A la derecha no hay aire: el enunciado da directamente la temperatura de la superficie, así que ahí el circuito se acaba.
- 02
El flujo de calor
COMP2¿Cuánto calor atraviesa cada metro cuadrado de pared?
un flujo por unidad de superficie, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudTe has dejado la convección. Son solo 0,04 de resistencia frente a 0,857, pero quitarla sube el flujo un 5 %.
Eso sale de sumar los espesores y dividir por un medio. Las resistencias en serie se suman una a una; los espesores y las conductividades no se promedian.
, con y por metro cuadrado.
Desarrollo
- 03
La temperatura de contacto
COMP2¿A qué temperatura está la superficie donde se tocan los dos materiales?
una temperatura, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEsa es la otra superficie de A, la que da al aire. La de contacto está al otro lado del material que más resiste, y entre las dos hay dieciséis grados.
Esa es la media entre 6 y 27. La temperatura no cae a la mitad en el centro geométrico: cae proporcionalmente a la resistencia de cada tramo, y aquí una vale cuatro veces la otra.
Baja desde los 27 °C atravesando solo : .
Desarrollo
- 04
El espesor que haría falta
COMP2¿Qué espesor mínimo tendría que tener el material A para que el flujo no pase de ?
un espesor, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudTe has dejado la convección otra vez, ahora al despejar. Del total de 1,4 hay que restar 0,04 y 0,15 antes de multiplicar por .
Has restado solo el término que buscabas: si a 1,4 no le quitas ni la convección ni la resistencia de B, todo el trabajo recae en A y sale de más.
Impón y despeja: .
Desarrollo
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la lectura del resultado. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
La convección vale 0,04 de 0,857. Aunque la hicieras infinita —resistencia cero— el flujo solo subiría a 25,7: no hay manera de bajar de 24,5 tocándola. En un circuito en serie solo sirve actuar sobre la resistencia que manda.
El razonamiento, en orden
El material A aporta 0,6667 de los 0,8567 de resistencia total, es decir el 78 %.
Por eso, para bajar el flujo de 24,5 a 15 hay que subir su espesor de 40 a 72,6 cm: casi el doble.
Resolución completa
El circuito, que es medio ejercicio. Por cada metro cuadrado hay tres resistencias en serie, y conviene contarlas antes de calcular nada:
Tres, no cuatro: el aire solo está a un lado. A la derecha el enunciado da la temperatura de la superficie, así que ahí el circuito se termina. Es el fallo más fácil de este problema, porque el caso de clase tiene aire a los dos lados y uno copia el esquema.
b) El flujo. Con y un salto de 21 K:
a) La temperatura de contacto. La caída en cada tramo es proporcional a su resistencia, así que basta bajar desde los 27 °C atravesando B:
Y se comprueba por el otro camino, que es lo que conviene hacer siempre con un circuito: subiendo desde el aire, . Si los dos no coinciden, hay una resistencia mal puesta.
c) El espesor. Imponiendo :
Y lo que el problema enseña de verdad. El material A se lleva el 78 % de la resistencia, y por eso es el único sitio donde tocar: para bajar el flujo un 39 % hay que subir su espesor de 40 a 72,6 cm, casi el doble. En cambio la convección aporta un 5 %, así que mejorarla no sirve de nada — aunque la hicieras infinita, el flujo solo llegaría a 25,7. En una serie de resistencias solo importa la que manda, y averiguar cuál es cuesta una división.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
El aislante que evita la condensación
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
En una cámara frigorífica la temperatura superficial interior es de . Sobre la pared metálica se quiere colocar un aislamiento de plástico rígido de conductividad térmica . Una de las paredes, de de sección, tiene una ganancia de calor por transmisión de .
Si el aire exterior tiene una temperatura de rocío de , calcúlese el espesor mínimo de aislamiento para evitar la condensación superficial en el exterior.
El espesor mínimo del aislamiento, en centímetros.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El enunciado da una temperatura de rocío, no una temperatura de aire. ¿Qué condición impone eso sobre la cara exterior del aislamiento?
Eso sería un problema de materiales. Aquí la condensación es un fenómeno térmico: agua líquida apareciendo sobre una superficie fría, que en una cámara frigorífica significa goteo, hielo y pérdida de aislamiento.
Exacto. El rocío es la temperatura a la que el aire empieza a soltar su humedad, y una superficie más fría que eso se moja. La condición del problema es «la cara exterior, al menos a 15 °C», y de ahí sale el espesor mínimo.
El rocío no es la temperatura del aire: es a la que ese aire condensaría. El aire estará más caliente. Lo que el problema pide es un mínimo, así que la condición es una desigualdad y el caso límite es la igualdad.
- 02
La resistencia térmica necesaria
COMP2¿Qué resistencia térmica, por unidad de área, tiene que ofrecer el aislamiento?
una resistencia térmica por unidad de área, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas dividido por los 2.000 W totales sin repartirlos entre los 100 m² de pared. La resistencia por unidad de área se calcula con la densidad de flujo: 2.000 W entre 100 m² son 20 W/m².
Has usado un salto de 5 grados en vez de 35. El salto va de −20 °C a +15 °C, y entre un número negativo y uno positivo la diferencia se suma: .
La densidad de flujo es , y el salto de temperatura, de −20 a 15 °C.
Desarrollo
Despreciando la resistencia de la pared metálica, que tiene una conductividad muchísimo mayor que la del aislante, el circuito se queda en una sola resistencia:
- 03
El espesor
COMP2Con , ¿qué espesor hace falta?
una longitud, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas dividido por en vez de multiplicar. La resistencia de una pared plana es : cuanto peor conduce el material, menos espesor hace falta para la misma resistencia.
Has tomado la resistencia como si ya fuera un espesor. Las unidades lo delatan: 1,75 está en m²·K/W, y para convertirlo en metros hay que multiplicar por una conductividad, que va en W/(m·K).
, así que .
Desarrollo
Cinco centímetros y cuarto. Y es un mínimo: con menos, la cara exterior se quedaría por debajo del rocío y la pared goteando.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena por qué se puede despreciar la pared metálica. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
Es justo al revés, y es el sentido físico de la analogía: en un circuito en serie, la caída de potencial se reparte proporcionalmente a las resistencias. La chapa, que no ofrece casi ninguna, apenas tiene salto de temperatura; los 35 grados caen enteros en el aislante, que es el que resiste.
El razonamiento, en orden
La resistencia de una capa plana es , así que crece con el espesor y baja con la conductividad.
La conductividad de un metal es del orden de decenas de W/(m·K), y la del plástico rígido, 0,03: más de mil veces menor.
Luego la resistencia de la chapa es despreciable frente a la del aislante, y el circuito se reduce a una sola resistencia.
Resolución completa
La condición. La temperatura de rocío del aire exterior es 15 °C, así que la cara exterior del aislamiento no puede bajar de ahí sin que condense agua encima. El caso límite —el espesor mínimo— es el que la deja justo a 15 °C.
El circuito. La pared metálica tiene una conductividad más de mil veces mayor que la del plástico, así que su resistencia es despreciable y queda una sola:
El espesor.
Las dos vías dan lo mismo, y conviene verlo. El material resuelve este ejercicio también integrando la ecuación de la conducción: con las dos condiciones de contorno, de donde , y aplicando Fourier, , sale el mismo 0,0525 m. La analogía termoeléctrica no es una aproximación: es esa integración ya hecha, y por eso se puede usar sin remordimientos siempre que el régimen sea estacionario y unidimensional.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Convertir un muro o una tubería de varias capas en un circuito, con todas las resistencias en las mismas unidades, y resolverlo como una ley de Ohm.
Cuál es la resistencia dominante
leerEl ejemplo del examen, y la pregunta que de verdad importaA repartir la resistencia total entre sus términos y a decidir dónde conviene actuar, que es la pregunta que el examen hace de verdad.
Con el reparto delante, la chapa de acero aporta el 0,26 % y la película de aire exterior el 53 %. Identificar cuál manda antes de gastar dinero es el oficio.
- ejemploEl muro de tres capas, y la que manda
El ejemplo de entrada. Un muro de fachada donde seis centímetros de aislante son el 97 % de la resistencia, para ver que el reparto no va por espesor sino por L partido por k.
- examenQué resistencia manda en la tubería
El ejercicio 3 de enero de 2026, y la respuesta contraria a la del muro: aquí manda la convección exterior, no el aislante. Por eso la pregunta se contesta calculando y no de memoria.
El muro de tres capas, y la que manda
paso 1 de 51.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Un muro de fachada tiene tres capas, de dentro hacia fuera:
capa espesor conductividad enfoscado aislante ladrillo Las temperaturas superficiales son dentro y fuera.
a) La resistencia térmica total, por unidad de área.
b) Qué porcentaje aporta cada capa.
c) El flujo de calor por metro cuadrado.
La resistencia total, el reparto por capas y la densidad de flujo.
- 01
Reconocer el camino
COMP1Las tres capas están una detrás de otra. ¿Cómo se combinan sus resistencias?
Va a resultar que una es casi todo, y eso es la respuesta del apartado b), no el método. Primero se suman las tres y luego se mira el reparto; al revés, no hay manera de saber si la aproximación valía.
Exacto, y es la analogía con la ley de Ohm entera. El calor es la intensidad y no tiene por dónde repartirse: pasa por las tres capas el mismo.
El paralelo es para caminos alternativos —un puente térmico al lado del aislante, por ejemplo—. Aquí no hay alternativa: el calor tiene que cruzar las tres capas, una detrás de otra.
- 02
La resistencia total
COMP2¿Cuánto vale la resistencia térmica del muro por metro cuadrado?
una resistencia térmica por unidad de área, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas sumado los espesores y dividido por la suma de las conductividades. Cada capa tiene su propia resistencia , y lo que se suma son las resistencias, no los espesores.
Has sumado las inversas, es decir has combinado en paralelo. Las capas de un muro van en serie: el calor las cruza una detrás de otra.
para cada capa, y las tres se suman. Ojo a los centímetros.
Desarrollo
- 03
El porcentaje del aislante
COMP2¿Qué porcentaje de la resistencia total aporta la capa de aislante?
un porcentaje, sin el símbolo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Has calculado la fracción de espesor, 6 cm de 9,5. La resistencia no se reparte por espesor: se reparte por , y la conductividad del aislante es treinta y cinco veces menor que la del enfoscado.
Ese es el del ladrillo. El aislante es la capa de conductividad más baja con diferencia, así que es la que más resiste, no la que menos.
Divide entre el total y multiplica por cien.
Desarrollo
Y el reparto completo: enfoscado 0,93 %, aislante 97,1 %, ladrillo 1,94 %. Seis centímetros de un material deciden el muro entero, y los otros tres centímetros y medio no pintan nada.
- 04
El flujo de calor
COMP2¿Cuánto calor pierde el muro por metro cuadrado?
una densidad de flujo de calor, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas usado un salto de 15 grados. El salto va de 20 °C a −5 °C, y entre un número positivo y uno negativo la diferencia se suma: son 25 grados.
Has multiplicado por la resistencia en vez de dividir. La analogía es la ley de Ohm: la intensidad es la diferencia de potencial partida por la resistencia.
, con un salto de 25 grados.
Desarrollo
- 05
Justificar el argumento
COMP4Ordena la conclusión de ingeniería. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
En aquella tubería mandaba la convección exterior, con un 53 %, y el aislante se quedaba en el 31 %. No hay una respuesta general a «cuál manda»: depende del caso, y por eso la pregunta se contesta calculando el reparto y no de memoria. Ese es justamente el hábito que este ejercicio quiere dejar.
El razonamiento, en orden
Las tres capas van en serie, así que sus resistencias se suman y el reparto va por , no por espesor.
El aislante aporta el 97 % con seis centímetros, porque su conductividad es treinta y cinco veces menor que la del enfoscado.
Luego, para reducir las pérdidas, lo único que rinde es tocar el aislante: doblar cualquiera de las otras dos capas no cambiaría nada apreciable.
Resolución completa
a) La resistencia total. Tres capas en serie, cada una con :
b) El reparto.
capa R % enfoscado 0,0143 0,93 aislante 1,500 97,1 ladrillo 0,030 1,94 c) El flujo.
Lo que hay que llevarse. El reparto no va por espesor sino por , y con cuatro órdenes de magnitud entre un aislante y un metal eso significa que casi siempre hay una capa que decide y las demás sobran del cálculo. Encontrarla antes de proponer nada es todo el oficio del tema; suponerla, el error.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Dar el porcentaje de cada resistencia sobre el total y decir cuál tocarías primero para reducir las pérdidas, con el número delante.
La correlación, y a qué temperatura se lee
leerDentro de una tubería: Dittus-BoelterA elegir la correlación según la geometría y el régimen, y a leer las propiedades a la temperatura que esa correlación pide, que no es siempre la misma.
Dittus-Boelter es la excepción del tema: propiedades a la temperatura del fluido, no a la de película. Y el exponente de Prandtl cambia según el fluido se caliente o se enfríe.
- ejemploQué es exactamente el coeficiente de película
Nuestro, y de entrada: la ley de Newton con el coeficiente ya dado, para fijar qué significa h antes de pasar dos horas calculándolo. Si no tienes claro por qué un ventilador lo multiplica por cinco, ninguna correlación te va a servir de nada.
- ejemploEl Rayleigh que obliga a usar Churchill y Chu
También nuestro, y escrito para el caso que el material esquiva: un Rayleigh por encima de mil millones, donde la correlación corta queda fuera de rango y no hay atajo. El precio de no comprobarlo está medido: un 19 %.
- prácticaCuánta tubería hace falta para calentar el agua
De la colección, con sus valores intermedios publicados. Y con el aviso que más vale saber: esta asignatura no usa la diferencia media logarítmica, y eso cambia el resultado un 18 %.
- examenLa convección de dentro, y por qué apenas pesa
Del examen de enero de 2026. Treinta W/(m²·K) para agua es un valor pobrísimo, y todo viene de la velocidad: h no es una propiedad del fluido, sino de lo que el fluido está haciendo.
- examenEl aceite que se lleva setenta grados, y el acero que se lleva dos
De enero de 2021, y el que deja claro dónde está el cuello de botella de un intercambiador: el aceite va a 101 °C y la pared que lo toca, a 30. Setenta y un grados en una película de décimas de milímetro, mientras el acero del tubo se lleva dos. No es cuestión de espesor sino de conductividad — el acero conduce cuatrocientas veces mejor—, así que mejorar el intercambiador pasa por el lado del aceite y por ningún otro.
- examenLa tubería de hierro fundido, y el metal que esta vez sí cuenta
Del 30 de enero de 2023, y el contraejemplo que hay que hacer justo después del anterior. Aquí los 5 mm de hierro fundido cuestan 27 grados, no dos: la pared se lleva el 27,5 % de la resistencia. No es que el metal haya cambiado —es que enfrente tiene agua forzada, con un de 4.326 en vez de la película de aceite—. Los dos juntos enseñan la regla de verdad: una resistencia no es grande ni pequeña por sí sola, lo es comparada con la que tiene al lado, y por eso «el metal se desprecia» hay que comprobarlo cada vez. De propina, su resolución oficial imprime un Nusselt equivocado que no llega a propagarse.
- examenLos conductos concéntricos, y la temperatura del agua que hay que suponer
De enero de 2022, y el tercero de la serie del metal: aire por dentro, agua por fuera y el tubo llevándose un grado de veintitrés, el 4 %. Trae dos cosas que los anteriores no: la sección anular, que se trata con su diámetro hidráulico, y una incógnita que obliga a iterar, porque la temperatura del agua es a la vez lo que se pide y lo que hace falta para leer sus propiedades. Se supone 60 °C, sale 57,06, y la segunda vuelta da 56,9.
- examenEl aislante que hay que identificar, y dos correlaciones que discrepan un quince por ciento
De febrero de 2022, y de convección natural: el aire de la sala está en reposo, así que no hay Reynolds que calcular y manda el Rayleigh. Su apartado c) vuelve a usar el balance al revés, ahora para identificar una propiedad del material. Y trae el aviso más honesto del tema: la resolución oficial resuelve el mismo apartado con dos correlaciones distintas y salen 571 y 498 W, un 13 % de diferencia. Una correlación de convección no es una ley, es un ajuste.
- examenEl radiador de módulos, y por qué son diecisiete y no dieciséis
De enero de 2019, y el caso de convección natural más limpio del corpus: una placa vertical —el módulo de un radiador— en aire quieto, sin nada más en el circuito. El Rayleigh sale , justo por encima de la frontera de , y eso decide la correlación. Y es el único ejercicio cuya respuesta es un número de piezas: salen 16,04 módulos y la respuesta es 17, porque 16 se quedan en 1.995 W. Aquí no se redondea al más cercano: se cubre.
- examenEl suelo radiante, y el gasto que cuelga de cuatro décimas de grado
De enero de 2020, y la otra orientación de la placa: un suelo radiante es una placa horizontal con la cara caliente hacia arriba, que convecciona bien porque el aire caliente sube sin estorbo. Con la correlación de exponente 1/3 la longitud característica se cancela — h no depende del tamaño del suelo, que solo sirve para decidir la correlación. Su apartado b) va del calor al gasto, y enseña lo sensible que es: todo cuelga de 0,41 grados entre el agua y la cara interior del tubo, y con Dittus-Boelter ya está fuera de su zona buena.
- examenLas dos caras de la misma placa, y el intercambiador que regala el calor al aire
De febrero de 2020, y el que pone las dos orientaciones de la placa horizontal en el mismo problema. Arriba, la cara caliente mira hacia arriba y convecciona con 2,95 W/m²K; abajo mira hacia abajo y se queda en 1,31 — 2,2 veces menos con un salto casi cuatro veces mayor. Es el techo radiante con números. Y su balance tiene gracia: con «el calor interior es el doble del de arriba», la fría se queda solo con la diferencia, y el aparato acaba regalando al aire el 72 % de lo que suelta la caliente.
- examenLa tubería que mide el viento, y la correlación que se descarta sola
De enero de 2023, y el balance térmico usado al revés: da la temperatura de la superficie y pide la velocidad del viento. Es la misma jugada que la emisividad de enero de 2018, así que no es una rareza sino una costumbre de esta asignatura. Y trae la lección de método que más rinde de todo el tema: hay dos correlaciones posibles, se prueban las dos, y la que devuelve un Reynolds fuera de su propio rango de validez se descarta sola.
- examenEl viento que sale de una pérdida de calor, y la correlación que hay que elegir
De febrero de 2025. La lección de las dos correlaciones es la misma que la del anterior —y verla repetida en dos convocatorias es parte del mensaje: no es una rareza, es cómo pregunta esta asignatura—, así que lo que hay que buscar aquí es lo otro. Son dos cosas. Una, que el dato de partida no es una temperatura sino el calor perdido, y hay que recorrer una cadena de cuatro resistencias con dos capas. Y dos, el único sitio del corpus donde se pide el coeficiente global referido a una superficie concreta, que sale de una línea porque es, por definición, lo que hay que poner ahí para que la cuenta cierre. De propina, un resultado de 31 m/s —112 km/h— que es correcto y conviene saber leer.
- examenCuatro incógnitas en la misma cadena, y la correlación que gana esta vez
De enero de 2024, y el que demuestra que aquí no hay fórmula que memorizar. Mismo molde que el anterior —tubería con aislante y viento perpendicular— y gana la otra correlación: su Reynolds cae por debajo de , así que la del rango alto se descarta por quedarse corta. Con los dos delante se ve que la correlación ganadora no es una propiedad del tipo de problema, y que lo único memorizable es el método. Es además el ejercicio de transmisión más completo del corpus: cuatro incógnitas encadenadas —dos temperaturas superficiales, un espesor y una velocidad— saliendo todas de los mismos 8.000 W.
- examenLa esfera en la corriente, y dos correlaciones que no coinciden
De febrero de 2021, y el que hay que hacer junto al de los cascos que viene detrás: aquel es una hemiesfera en aire y este una esfera entera en agua. Su lección la escribe el propio profesor: la misma esfera, resuelta por Whitaker y por la correlación alternativa, da 1.607 y 1.277 W, un 26 % de diferencia, y «se consideran ambos procedimientos y resultados correctos». Y su primer paso es el que más se olvida: cada correlación dice a qué temperatura se leen las propiedades —Whitaker a la del agua, la alternativa a la de película—, y mezclarlas sí es un error.
- examenLos dos cascos en el túnel de viento, y la correlación que se queda corta
De febrero de 2026, y no se parece a ningún otro del corpus: es un ensayo de verdad en un túnel de viento con dos cascos de ciclismo, y su último apartado no pide un número sino explicar por qué la correlación de hemiesfera lisa predice 18,4 W/(m²·K) donde se miden 41 y 47,7. Ahí está la costumbre más sana que se puede aprender de convección: cuando el dato y la correlación discrepan, la sospecha va primero a la correlación, que solo vale para la geometría con la que se obtuvo.
- examenLa pared por dos caminos, y el dato que parecía sobrar
El ejercicio 3 de enero de 2024-2025, con convección natural y con una exigencia que conviene tomarse en serio: el enunciado obliga a resolverlo de las dos maneras, integrando y por analogía. Y el dato de la altura, que no encaja en ninguna otra cuenta, es el que te dice qué correlación toca.
Qué es exactamente el coeficiente de película
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una placa de está a y la rodea aire quieto a . En esas condiciones el coeficiente de película vale .
a) ¿Cuánto calor cede la placa por convección?
b) Se pone un ventilador delante y el coeficiente sube a . ¿Cuánto cede ahora?
El calor cedido por convección, antes y después del ventilador.
- 01
Reconocer el camino
COMP1El coeficiente de película ha pasado de 12 a 60 sin cambiar ni la placa ni el aire. ¿De qué es propiedad ?
Eso es. Por eso hay una correlación distinta para cada geometría y cada régimen: no se busca en una tabla como la conductividad, se calcula para la situación concreta.
Si lo fuera, poner un ventilador no lo cambiaría. La placa es la misma antes y después, y se ha multiplicado por cinco.
En la tabla se buscan la conductividad, la viscosidad y el Prandtl del aire, que sí son propiedades. Con ellas se calcula ; mismo no está en ninguna tabla, porque depende también de la velocidad y de la forma del cuerpo.
- 02
El calor con el aire quieto
COMP2¿Cuánto calor cede la placa?
una potencia, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudTe has dejado el área. está por metro cuadrado: hay que multiplicar por los , no por uno.
Has usado la media de las dos temperaturas, 55, en lugar de su diferencia. La ley de Newton va con el salto: 90 menos 20.
.
Desarrollo
El salto vale lo mismo en grados Celsius que en kelvin —70 en los dos—, así que aquí no hace falta convertir. Es de las pocas veces en la asignatura que da igual, y conviene saber por qué da igual: porque es una diferencia.
- 03
El calor con el ventilador
COMP2Con , ¿cuánto cede?
una potencia, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudHas dividido. no es una resistencia: es lo contrario, una conductancia. La resistencia de la convección es , así que subir baja la resistencia y sube el calor.
Has sumado los dos coeficientes, 12 más 60. El ventilador no añade un mecanismo nuevo: cambia el que ya había, así que el 12 desaparece.
La misma cuenta, con el otro coeficiente.
Desarrollo
Cinco veces más, exactamente las cinco veces que ha subido . La ley de Newton es lineal en las tres cosas que la componen.
- 04
Justificar el argumento
COMP4Ordena lo que este ejemplo deja probado. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
El salto es un dato del enunciado: la placa sigue a 90 °C y el aire a 20. Lo que cambia es cuánto calor hace falta aportarle para mantenerla ahí. Mezclar «cede más calor» con «está más caliente» es el error que luego arruina los ejercicios de régimen transitorio.
El razonamiento, en orden
El calor por convección es proporcional al área, al salto de temperatura y al coeficiente de película.
De los tres factores, el único que no se conoce de entrada es , y por eso el tema entero va de calcularlo.
Un ventilador multiplica por cinco el calor cedido sin tocar ni la placa ni el aire.
Resolución completa
a) Con el aire quieto.
b) Con el ventilador.
Lo que hay que llevarse. La ley de Newton no es una ley física en el sentido en que lo es la de Fourier: es la definición de . Dice «llamo a lo que hay que poner ahí para que la cuenta salga», y todo el trabajo del tema —Reynolds, Prandtl, Nusselt, las correlaciones— es averiguar cuánto vale ese número en cada situación.
Por eso conviene tener claro desde el principio que no se busca: se calcula. Y que cuando un enunciado te lo da, como aquí, te está ahorrando justamente la parte difícil.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Elegir la correlación correcta, decir a qué temperatura se leen sus propiedades y comprobar sus condiciones de aplicación antes de usarla.
La radiación, y su red de resistencias
leerLa analogía eléctrica, otra vezA montar el circuito de radiación con sus dos tipos de resistencia, y a saber cuándo vale la fórmula corta y cuándo no.
Dos tipos de resistencia y no uno: la superficial, que vale cero si la superficie es negra, y la geométrica, que lleva el factor de visión.
- ejemploPor qué la radiación va a la cuarta
Nuestro, y va primero por una razón concreta: en radiación meter grados Celsius no produce un error del diez por ciento, produce 648 donde había 6.889. Y de paso queda claro cuánto pesa el entorno, que es lo que la cuarta potencia decide.
- prácticaDos placas, y qué cambia poner una pantalla
El caso más simple, con las tres variantes que el tema explica. Y una sorpresa: bajar la emisividad resulta más eficaz que meter una pantalla negra.
- prácticaEl conducto dentro del conducto, y la fórmula corta que no vale
El caso donde la fórmula corta falla, y por casi el doble. Si el enunciado te da la emisividad de la superficie grande, es porque hace falta.
- examenLa emisividad que sale de lo que sobra
El ejercicio 3 de enero de 2017-2018, y el único del material que junta los tres mecanismos en un solo circuito: conducción, convección forzada dentro, convección natural fuera y radiación en paralelo con esta última. La emisividad no se calcula: se despeja de lo que sobra. Y su lectura resume el bloque: a 94 °C, el 46 % de las pérdidas se van por radiación.
- examenLa pantalla de radiación que hay que diseñar, no calcular
De junio de 2017, y el problema al revés: el intercambio es dato —tiene que quedar en un tercio— y lo que se busca es la emisividad de la pantalla. Es el único del corpus que pide diseñar en vez de calcular, y de él salen dos lecturas que se contradicen a primera vista: una pantalla negra solo recorta el 20 %, así que interponerse casi no sirve; y a la vez basta con una emisividad de 0,237, o sea una chapa pintada, para llegar al tercio. En radiación manda la emisividad, no la geometría. De propina, la pantalla se queda a 147 °C y no en la media de 110, por la misma razón que un divisor de tensión.
- examenLa plancha de pie sobre la tabla, y los tres mecanismos a la vez
De enero de 2016, y el que cierra el bloque entero: una plancha de pie sobre la tabla, con los tres mecanismos en el mismo problema. Su resultado es el que hay que recordar el día del examen: a 200 °C la radiación se lleva 53,7 W y la convección 48,1, o sea que gana la que casi nadie calcula primero. Y su apartado b) remata: los 5 mm de placa dejan la cara interior a 200,7 °C, siete décimas más, porque la conducción del metal es el 0,4 % de la resistencia total.
- examenEl termopar que no mide lo que cree, y el escudo que lo arregla
De junio de 2016, y el que convierte la radiación en una desconfianza útil: un termopar mide su propia temperatura, no la del gas. Metido en un conducto cuyas paredes están a 500 K, radia hacia ellas y se queda 21 grados por debajo del gas sin dar ninguna señal de error. Con un escudo que se calienta hasta 610 K el error baja a 2,7. Y su mejor momento no lo pide el enunciado: los dos alumnos miden mal de maneras distintas y las dos cuentas dan el mismo gas, 621,4 y 621,7 K. Ese acuerdo es la comprobación.
Por qué la radiación va a la cuarta
paso 1 de 41.er intento a pelo · al 2.º aparece la pista, al 3.º el desarrollo — la solución nunca se da al fallar: se te dice en qué te has ido y por qué.
Enunciado
Una superficie negra a está dentro de una sala muy grande cuyas paredes están a .
a) ¿Cuánto calor neto emite por radiación, por metro cuadrado?
b) ¿Qué fracción de lo que emite acaba siendo calor neto?
Datos: , y .
El calor neto por radiación y qué fracción es de lo emitido.
- 01
Reconocer el camino
COMP1La superficie emite . ¿Por qué eso no es todavía el calor que pierde?
La convección es otro mecanismo y se suma aparte; no descuenta nada de la radiación. Aquí el problema está dentro de la propia radiación: la sala devuelve parte.
La superficie es negra, así que no refleja nada: absorbe todo lo que le llega. Y aun así el calor neto no es , porque lo que le llega no es cero.
Eso es. La radiación va en los dos sentidos siempre: lo que se mide como pérdida es la diferencia, y por eso la fórmula lleva dos temperaturas y no una.
- 02
El calor neto
COMP2¿Cuánto calor neto emite por metro cuadrado?
una potencia por unidad de área, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitudEso es lo que la superficie emite, sin descontar lo que le llega de la sala. Falta restar .
Has metido los grados Celsius en la fórmula. La ley de Stefan-Boltzmann solo funciona en kelvin, y aquí el error no es del 10 % ni del 50 %: es de un factor once.
, con las dos temperaturas en kelvin.
Desarrollo
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Qué fracción es
COMP2La superficie emite y el neto son . ¿Qué fracción del total es el neto?
una fracción entre 0 y 1 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…Ese es el cociente de las temperaturas: la sala está justo a la mitad de kelvin que la superficie. Pero la ley no va con la temperatura, va con su cuarta potencia.
Has elevado al cuadrado: . La ley de Stefan-Boltzmann es de cuarto grado, no de segundo.
Divide, o mejor: fíjate en que exactamente.
Desarrollo
La sala está a la mitad de temperatura absoluta y aporta un dieciseisavo. Ese es el sentido práctico de la cuarta potencia: en cuanto hay un salto de temperatura apreciable, el cuerpo frío casi deja de contar.
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Justificar el argumento
COMP4Ordena la lectura del resultado. Una pieza es falsa.
- Ve eligiendo las piezas en orden.
«Sin error apreciable» es mucho decir con un 6,25 %: en un examen esa diferencia cambia la tercera cifra de todos los resultados posteriores. Lo que la cuarta potencia justifica es que el entorno pese poco, no que se pueda borrar de la fórmula. Y en los casos habituales del tema —una pared a 40 °C en una sala a 20— la diferencia de kelvin es pequeña y el entorno pesa casi tanto como el cuerpo.
El razonamiento, en orden
El calor neto es la diferencia de las dos emisiones, porque la radiación viaja en los dos sentidos.
Con la sala a la mitad de kelvin, su aportación es , o sea un dieciseisavo.
Por eso el neto, 6889, es ya el 93,75 % de lo que la superficie emite ella sola.
Resolución completa
a) El calor neto. Primero a kelvin, que en esta ley no es opcional: 600 y 300 K.
b) La fracción. La superficie sola emite , así que el neto es el 93,75 %. Y ese número no hay que dividirlo para obtenerlo:
Lo que hay que llevarse. Dos cosas, y la segunda se olvida más.
La primera es que en radiación no hay grados Celsius. Meterlos aquí no produce un error del 10 %: produce 648 donde había 6889.
La segunda es cuánto amplifica la cuarta potencia. Subir la superficie de 327 a 427 °C —cien grados, que sobre 600 K son solo un 17 % más— lleva la emisión de 7348 a : un 85 % más, casi el doble. Elevar a la cuarta convierte un 17 % en un 85 %. Por eso la radiación no se puede despreciar en un horno aunque sea despreciable en un radiador de calefacción, y por eso es el único de los tres mecanismos que no es lineal con la temperatura.
¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.
Lo tienes cuando
Resolver un intercambio radiante entre dos superficies grises con el circuito completo, y saber justificar cuándo se puede simplificar y cuándo no.
lo tienes cuando:Dibujar el circuito de resistencias de una tubería con sus capas y sus dos convecciones, calcular cada una con la correlación y la temperatura que le tocan, y decir cuál manda antes de proponer ninguna mejora.
- prácticaLa pared de dos materiales, y el aire que solo está en un lado