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Road to IngenieríaIngeniería Térmica · preparar

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.

  1. Los tres convenios que sostienen el examen

    no da puntos — decide el signo de todos3 escalones

    No 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

    A 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.

    leerEl sistema es una elección tuya, no un dato del enunciado

    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».

    1. 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.

    2. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre el par de estados que ilustra el postulado de estado en el Tema 1 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    Dos fotos del mismo depósito

    paso 1 de 4

    1.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 m=2 kgm = 2\ \text{kg} de un gas. En un primer instante ocupa V1=1,5 m3V_1 = 1{,}5\ \text{m}^{3} y está a θ1=20 °C\theta_1 = 20\ \text{°C}; más tarde ocupa V2=2,5 m3V_2 = 2{,}5\ \text{m}^{3} y sigue a θ2=20 °C\theta_2 = 20\ \text{°C}.

    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.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      La temperatura es la misma en las dos fotos. ¿Basta eso para decir que el sistema está en el mismo estado?

    2. 02

      El volumen específico en la primera foto

      COMP2

      ¿Cuánto vale v1v_1?

      un volumen específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    3. 03

      El volumen específico en la segunda

      COMP2

      ¿Y v2v_2?

      un volumen específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la respuesta al apartado a). Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A 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.

    leerTheta y te, que no son la misma letra

    La regla entera cabe en una línea: restar perdona, dividir no. Los enunciados de esta asignatura usan las dos letras sin declararlo nunca.

    1. 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.

    nivel: practicaExtraído del ejercicio 1 de la convocatoria ordinaria de enero de 2026 · Ingeniería Térmica, Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa (UPV/EHU). Es el paso donde el examen convierte de escala; el ejercicio completo está en su convocatoria.

    La temperatura que entra en un logaritmo

    paso 1 de 4

    1.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, T1=557,5 KT_1 = 557{,}5\ \text{K}, y el final en grados Celsius, θ2=27 °C\theta_2 = 27\ \text{°C}.

    Al calcular la variación de entropía aparece el término ln ⁣(T2T1)\ln\!\left(\dfrac{T_2}{T_1}\right).

    a) ¿Cuánto vale ese logaritmo?

    b) ¿Cuánto vale la diferencia T2T1T_2 - T_1, y en qué escala se expresa?

    El logaritmo del cociente y el salto de temperatura, cada uno en su escala.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El enunciado mezcla las dos escalas. ¿Cuál de las dos operaciones exige pasar a kelvin?

    2. 02

      El logaritmo del cociente

      COMP2

      ¿Cuánto vale ln(T2/T1)\ln(T_2/T_1)?

      un número, negativo — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…
    3. 03

      El salto de temperatura

      COMP2

      ¿Cuánto vale T2T1T_2 - T_1?

      una temperatura, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena el porqué del convenio. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A 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.

    leerEl convenio de signos

    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.

    1. 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.

    nivel: practicaApartado del ejercicio 1 de la convocatoria ordinaria de enero de 2026 · Ingeniería Térmica, Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa (UPV/EHU). El examen publica su resolución oficial, y el desarrollo está contrastado contra ella.

    El trabajo de una expansión que cede calor

    paso 1 de 4

    1.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 m=3 kgm = 3\ \text{kg} de aire desde 557,5 K557{,}5\ \text{K} hasta θ2=27 °C\theta_2 = 27\ \text{°C}. Durante el proceso se intercambian 240 kJ de calor hacia el medio circundante.

    Datos del aire: R=0,287 kJ/(kgK)R' = 0{,}287\ \text{kJ/(kg}\cdot\text{K)}, γ=1,4\gamma = 1{,}4.

    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.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      «Se intercambian 240 kJ de calor hacia el medio circundante». ¿Con qué signo entra ese dato en la ecuación?

    2. 02

      La variación de energía interna

      COMP2

      ¿Cuánto vale ΔU=mcv(T2T1)\Delta U = m\,c_v\,(T_2 - T_1)?

      una energía, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    3. 03

      El trabajo

      COMP2

      Con Q=ΔU+WQ = \Delta U + W, ¿qué trabajo realiza el gas?

      un trabajo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la lectura física del resultado. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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.

  2. El gas ideal y el proceso politrópico

    un ejercicio entero, y el gas no siempre es aire3 escalones

    Cae 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

    A 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.

    leerCuándo el área bajo la curva es el trabajo, y cuándo no

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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 n=2,6n = -2{,}6: 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 nn 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre los tres casos de trabajo de frontera del Tema 2 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    Dos caminos entre los mismos dos estados

    paso 1 de 5

    1.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 P1=3 barP_1 = 3\ \text{bar} ocupando V1=0,1 m3V_1 = 0{,}1\ \text{m}^{3}. El gas se expande hasta V2=0,3 m3V_2 = 0{,}3\ \text{m}^{3}, 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 Pe=1 barP_e = 1\ \text{bar}.
    • 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.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      Los dos caminos empiezan y acaban en el mismo estado. ¿Qué magnitudes tienen que coincidir por fuerza?

    2. 02

      El trabajo por el camino A

      COMP2

      ¿Qué trabajo realiza el gas expandiéndose contra Pe=1 barP_e = 1\ \text{bar} constante?

      un trabajo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    3. 03

      El trabajo por el camino B

      COMP2

      Quitando la arena grano a grano el proceso es cuasiestático, y a temperatura constante un gas ideal cumple PV=ctePV = \text{cte}. ¿Qué trabajo realiza ahora?

      un trabajo, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      El calor del camino A

      COMP2

      El gas es ideal y la temperatura no cambia, así que ΔU=0\Delta U = 0. ¿Cuánto calor absorbe por el camino A?

      un calor, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    5. 05

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la conclusión del ejercicio. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A 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.

    leerLos calores específicos, y la entalpía

    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.

    1. 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.

    2. 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 cpc_p, 1.216 kW. Con cvc_v 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 cvc_v aunque el sistema sea abierto, y enero de 2019 lo usa de trampa.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre la definición de la entalpía del Tema 2 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    Lo que le sobra a la entalpía sobre la energía interna

    paso 1 de 5

    1.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 T1=300 KT_1 = 300\ \text{K} hasta T2=500 KT_2 = 500\ \text{K}. Con el modelo de gas ideal y calores específicos constantes, R=0,287 kJ/(kgK)R' = 0{,}287\ \text{kJ/(kg}\cdot\text{K)} y γ=1,4\gamma = 1{,}4:

    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.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      h=u+Pvh = u + Pv. ¿Qué representa físicamente el sumando PvPv?

    2. 02

      La energía interna

      COMP2

      ¿Cuánto vale Δu=cvΔT\Delta u = c_v\,\Delta T?

      una energía específica, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    3. 03

      La entalpía

      COMP2

      ¿Y Δh=cpΔT\Delta h = c_p\,\Delta T?

      una energía específica, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      La diferencia, por otro camino

      COMP2

      La diferencia entre las dos vale 200,9143,5=57,4 kJ/kg200{,}9 - 143{,}5 = 57{,}4\ \text{kJ/kg}. Comprueba que ese número es el que tiene que ser: calcula Δ(Pv)\Delta(Pv) usando la ecuación de estado del gas ideal, Pv=RTPv = R'T.

      una energía específica, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    5. 05

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la respuesta al apartado c). Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A 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.

    leerEl calor específico politrópico

    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.

    1. 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.

    2. 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 %.

    3. 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.

    4. 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, n=0,5n = -0{,}5. 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 γ\gamma. Separa a quien ha entendido la familia de las politrópicas de quien se sabe los cuatro casos de clase.

    5. 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».

    6. 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 n=4n = -4 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.

    7. 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.

    8. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre la ley del proceso politrópico del Tema 3 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    El exponente que se lee de dos estados

    paso 1 de 3

    1.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 P1=2 barP_1 = 2\ \text{bar} y v1=0,5 m3/kgv_1 = 0{,}5\ \text{m}^{3}/\text{kg} a P2=1 barP_2 = 1\ \text{bar} y v2=0,8 m3/kgv_2 = 0{,}8\ \text{m}^{3}/\text{kg} según un proceso politrópico.

    a) ¿Cuál es el exponente politrópico?

    b) ¿El proceso está por encima o por debajo del adiabático, si γ=1,4\gamma = 1{,}4?

    El exponente politrópico, y dónde queda respecto del adiabático.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      Con dos estados y la ley Pvn=ctePv^{n} = \text{cte}, ¿cómo se despeja el exponente?

    2. 02

      El exponente

      COMP2

      ¿Cuánto vale nn?

      un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…
    3. 03

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la respuesta al apartado b). Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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.

  3. La sustancia pura, y decidir la zona antes de abrir la tabla

    el otro ejercicio largo, con las tablas delante2 escalones

    Cae 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

    A 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.

    leerDecidir la zona: el paso que nadie escribe

    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.

    1. 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.

    2. 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 s3=7,8s_3 = 7{,}8 contra s7,22s'' \approx 7{,}22, así que la mezcla está fuera de la campana por la derecha —sobrecalentada— aunque una de las dos corrientes que la forman entre húmeda.

    3. 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 h=670,56h' = 670{,}56 y h=2756,8h'' = 2756{,}8. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre el procedimiento de decisión de zona del Tema 3 de la asignatura. Los valores de saturación a 1 bar son los que usa el ejercicio 3.2 de la colección. No es de examen.

    Tres volúmenes a la misma presión

    paso 1 de 3

    1.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 P=1 barP = 1\ \text{bar}, con volúmenes específicos distintos:

    • A: vA=0,0008 m3/kgv_A = 0{,}0008\ \text{m}^3/\text{kg}
    • B: vB=0,85 m3/kgv_B = 0{,}85\ \text{m}^3/\text{kg}
    • C: vC=3,0 m3/kgv_C = 3{,}0\ \text{m}^3/\text{kg}

    De la tabla de saturación a 1 bar: v=0,0010432 m3/kgv' = 0{,}0010432\ \text{m}^3/\text{kg} y v=1,6939 m3/kgv'' = 1{,}6939\ \text{m}^3/\text{kg}.

    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.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      Con la presión dada y el volumen específico dado, ¿qué dos números hay que mirar antes de abrir ninguna otra tabla?

    2. 02

      El título del recipiente B

      COMP2

      vB=0,85v_B = 0{,}85 está entre vv' y vv'', 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…
    3. 03

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la clasificación de los tres. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A 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.

    leerEl título

    El título no está tabulado: se calcula. Lo que sí se interpola son las propiedades, y linealmente, como dice el tema.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    4. 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.

    nivel: practicaEjercicio 3.2 de la colección de problemas del Tema 3 · Ingeniería Térmica, Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa (UPV/EHU). El material publica su resolución, y el desarrollo está contrastado contra ella.

    El depósito rígido sobre la placa eléctrica

    paso 1 de 6

    1.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 V=0,5 m3V = 0{,}5\ \text{m}^{3} se calienta con una placa eléctrica. Contiene agua como mezcla bifásica a P1=1 barP_1 = 1\ \text{bar} y título x1=0,5x_1 = 0{,}5. Tras calentarlo, la presión sube a P2=1,5 barP_2 = 1{,}5\ \text{bar}.

    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: θsat=99,6 °C\theta_{sat} = 99{,}6\ \text{°C}, v=0,0010432v' = 0{,}0010432, v=1,6939 m3/kgv'' = 1{,}6939\ \text{m}^3/\text{kg}, h=417,5h' = 417{,}5, h=2675 kJ/kgh'' = 2675\ \text{kJ/kg}. A 1,5 bar: θsat=111,35 °C\theta_{sat} = 111{,}35\ \text{°C}, v=0,0010527v' = 0{,}0010527, v=1,1593 m3/kgv'' = 1{,}1593\ \text{m}^3/\text{kg}, h=467h' = 467, h=2693 kJ/kgh'' = 2693\ \text{kJ/kg}.

    Las dos temperaturas, las dos masas de vapor y el calor aportado.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El recipiente es rígido y está cerrado. ¿Qué propiedad se conserva entre los dos estados?

    2. 02

      El volumen específico, que no cambia

      COMP2

      ¿Cuánto vale v1v_1, y por tanto v2v_2?

      un volumen específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    3. 03

      El título en el estado final

      COMP2

      Con v2=0,8475v_2 = 0{,}8475 y los valores de la tabla a 1,5 bar, ¿cuál es x2x_2?

      un número entre 0 y 1 — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…
    4. 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 magnitud
    5. 05

      El calor aportado

      COMP2

      El 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 magnitud
    6. 06

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena el planteamiento del ejercicio. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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.

  4. El volumen de control, y qué término se tacha en cada aparato

    turbina, intercambiador o cámara de mezcla3 escalones

    Cae 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

    A saber de memoria qué se anula en una tobera, un difusor, una turbina, un compresor, una caldera, un intercambiador y una válvula.

    leerLa tabla que resuelve los ejercicios

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    nivel: ejemploEjemplo · Road to Ingeniería, sobre la fila del difusor de la tabla de aparatos del Tema 4. Es una de las dos filas que el material publicado no practica en ningún ejercicio. No es de examen ni de la colección.

    El difusor, que es la tobera leída al revés

    paso 1 de 5

    1.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 20 °C20\ \text{°C} con una velocidad de 200 m/s200\ \text{m/s}, y sale a 30 m/s30\ \text{m/s}. 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: cp=1,0045 kJ/(kg⋅K)c_p = 1{,}0045\ \text{kJ/(kg·K)}, γ=1,4\gamma = 1{,}4.

    La temperatura de salida y la relación de presiones.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      En la ecuación de la energía del volumen de control, ¿qué se tacha en un difusor?

    2. 02

      La energía cinética que se pierde

      COMP2

      ¿Cuánto vale (c12c22)/2(c_1^{2}-c_2^{2})/2, por kilogramo?

      una energía específica, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    3. 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 magnitud
    4. 04

      La subida de presión

      COMP2

      Si además el proceso fuera reversible, ¿cuánto valdría P2/P1P_2/P_1?

      un número — vale la forma exacta: pi/4, sqrt(3)/2, (e^2-1)/2…
    5. 05

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena el planteamiento. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A elegir entre encerrar el aparato entero —y entonces el calor no cruza— o una sola corriente, según lo que el apartado pida.

    leerEl intercambiador, y el volumen de control que se elige

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre el balance de un intercambiador del Tema 4 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    El aceite y el agua que lo enfría

    paso 1 de 4

    1.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 0,5 kg/s0{,}5\ \text{kg/s} de aceite desde 90 °C90\ \text{°C} hasta 50 °C50\ \text{°C}, usando agua que entra a 15 °C15\ \text{°C}. Las dos corrientes no se mezclan y el intercambiador está bien aislado.

    Datos: cp,aceite=1,9c_{p,aceite} = 1{,}9 y cp,agua=4,186 kJ/(kg⋅K)c_{p,agua} = 4{,}186\ \text{kJ/(kg·K)}.

    a) ¿Qué potencia térmica cede el aceite?

    b) ¿Qué gasto de agua hace falta para que salga a 35 °C35\ \text{°C}?

    La potencia cedida por el aceite y el gasto de agua necesario.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El intercambiador está bien aislado. Con el volumen de control sobre el aparato entero, ¿cuánto calor cruza su frontera?

    2. 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 magnitud
    3. 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 magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena el planteamiento. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A aplicar el convenio de signos del suelo a un volumen de control, y a comprobar el resultado con el trabajo ideal de la bomba.

    leerEl trabajo de un proceso reversible en régimen estacionario

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre el convenio de signos aplicado a un volumen de control, Tema 4 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    La misma ecuación, con los dos signos

    paso 1 de 4

    1.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 h1=3.000h_1 = 3.000 y sale con h2=2.600 kJ/kgh_2 = 2.600\ \text{kJ/kg}.
    • Una bomba por la que entra agua con h1=200h_1 = 200 y sale con h2=210 kJ/kgh_2 = 210\ \text{kJ/kg}.

    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.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      Los dos aparatos son adiabáticos. ¿En qué se queda la ecuación de la energía?

    2. 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 magnitud
    3. 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 magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la lectura de los dos signos. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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.

  5. La entropía generada, y dónde está la irreversibilidad

    generada no es lo mismo que variación2 escalones

    Cae 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

    A calcular el rendimiento máximo entre dos focos y a usarlo como comprobación de plausibilidad de cualquier resultado con focos.

    leerEl teorema de Carnot

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre el teorema de Carnot del Tema 5 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    El motor que promete un 45 %

    paso 1 de 4

    1.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 227 °C227\ \text{°C} y uno frío a 27 °C27\ \text{°C}, y afirma que su rendimiento es del 45 %45\ \%.

    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 100 kJ100\ \text{kJ} 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.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El fabricante no dice si su motor es reversible ni qué fluido usa. ¿Se puede juzgar la afirmación sin esos datos?

    2. 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…
    3. 03

      El calor mínimo que hay que tirar

      COMP2

      Si 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 magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la respuesta al apartado b). Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A 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.

    leerLa propiedad que se crea

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    4. 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.

    5. 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.

    6. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre la variación de entropía de un gas ideal del Tema 6 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    Dos términos que tiran en sentidos contrarios

    paso 1 de 5

    1.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 300 K300\ \text{K} y 1 bar1\ \text{bar} hasta 500 K500\ \text{K} y 4 bar4\ \text{bar}.

    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: cp=1,0045c_p = 1{,}0045, R=0,287 kJ/(kg⋅K)R' = 0{,}287\ \text{kJ/(kg·K)}.

    La variación de entropía y el reparto entre sus dos términos.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El aire se calienta y se comprime. ¿Qué le hace cada cosa a su entropía?

    2. 02

      El término de la temperatura

      COMP2

      ¿Cuánto aporta cpln(T2/T1)c_p\ln(T_2/T_1)?

      un calor específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    3. 03

      El término de la presión

      COMP2

      ¿Y cuánto aporta Rln(P2/P1)-R'\ln(P_2/P_1)?

      un calor específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      La variación total

      COMP2

      ¿Cuánto vale Δs\Delta s?

      un calor específico, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    5. 05

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la lectura física del resultado. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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.

  6. La exergía destruida y el rendimiento exergético

    los dos últimos apartados, casi siempre3 escalones

    Cae 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

    A convertir entropía generada en kilojulios de trabajo perdido, y a escribir el balance del medio circundante cambiando los tres signos del sistema.

    leerEl teorema de Guy-Stodola

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    4. 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.

    5. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre la exergía de un calor y el teorema de Guy-Stodola, Tema 7 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    Lo que vale un calor según a qué temperatura esté

    paso 1 de 5

    1.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 22 °C22\ \text{°C}.

    a) ¿Cuánto trabajo se podría sacar, como máximo, de 500 kJ500\ \text{kJ} de calor disponibles a 600 K600\ \text{K}?

    b) ¿Y de los mismos 500 kJ a 310 K310\ \text{K}?

    c) Un proceso genera SG=0,42 kJ/KS_G = 0{,}42\ \text{kJ/K}. ¿Cuánta exergía destruye?

    Las dos exergías del calor y la exergía destruida.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      ¿Por qué la exergía de un calor depende de la temperatura a la que está disponible?

    2. 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 magnitud
    3. 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 magnitud
    4. 04

      La exergía destruida

      COMP2

      Un proceso genera 0,42 kJ/K de entropía. ¿Cuánta exergía destruye?

      una energía, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    5. 05

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena lo que este ejercicio enseña. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería. No es de examen ni del boletín.

    La tubería que pierde calor, y lo que eso cuesta en trabajo

    paso 1 de 4

    1.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 150 C150\ ^\circ\text{C} y cede al aire de la nave, que está a 20 C20\ ^\circ\text{C}, un flujo de calor de 30 kW30\ \text{kW}.

    El ambiente de referencia es ese mismo aire, T0=20 CT_0 = 20\ ^\circ\text{C}.

    La entropía generada por la transmisión y la potencia perdida.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El calor sale de la tubería y entra en el aire. ¿Dónde se genera entropía en este proceso?

    2. 02

      La entropía generada

      COMP2

      Con la superficie a 423,15 K423{,}15\ \text{K} y el aire a 293,15 K293{,}15\ \text{K}, ¿cuánta entropía se genera por segundo?

      en kW/K, con tres cifras — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    3. 03

      La potencia perdida

      COMP2

      Por Guy-Stodola, ¿cuánta potencia se está destruyendo?

      en kW, con tres cifras — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena el argumento. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A 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.

    leerLa exergía de un sistema cerrado

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    4. 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.

    5. 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.

    6. 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 ΔB\Delta B y BDB_D 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre la exergía de un sistema cerrado del tema 7. Es el molde que más se repite en las diecisiete convocatorias leídas —algo caliente metido en agua dentro de un recipiente adiabático, del que se pide la exergía destruida—, y el sitio no tenía ninguno. No es de examen ni de la colección: los números son nuestros y están elegidos para que la temperatura de equilibrio salga redonda.

    Dos aguas que se mezclan, y la energía que no se pierde

    paso 1 de 6

    1.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 2 kg2\ \text{kg} de agua a 80 °C80\ \text{°C} sobre 8 kg8\ \text{kg} de agua a 20 °C20\ \text{°C}, y se deja evolucionar hasta el equilibrio. El ambiente está a 20 °C20\ \text{°C}.

    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 c=4,18 kJ/(kgK)c = 4{,}18\ \text{kJ/(kg}\cdot \text{K)}.

    La temperatura final, la entropía generada y la exergía destruida por los dos caminos.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El recipiente es adiabático: no sale ni entra energía. ¿Por qué se destruye exergía entonces?

    2. 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 magnitud
    3. 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 magnitud
    4. 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 magnitud
    5. 05

      Y por el otro camino

      COMP2

      Calcula 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 ΔB\Delta B?

      una energía con su signo y su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    6. 06

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena el razonamiento. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería. No es de examen ni del boletín.

    El bloque de acero que se enfría solo, por los dos caminos

    paso 1 de 4

    1.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 50 kg50\ \text{kg}, con calor específico c=0,45 kJ/(kgK)c = 0{,}45\ \text{kJ/(kg}\cdot\text{K)}, sale de un horno a 500 K500\ \text{K} y se deja enfriar al aire hasta ponerse a la temperatura ambiente, T0=300 KT_0 = 300\ \text{K}.

    No se recoge nada de ese calor: se va al aire tal cual.

    La exergía destruida, calculada de las dos maneras.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      Antes de calcular: ¿qué distingue este proceso de uno reversible?

    2. 02

      La entropía generada

      COMP2

      Sumando 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 magnitud
    3. 03

      La exergía destruida

      COMP2

      ¿Cuánta exergía se ha destruido?

      en kJ, redondeada — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la comprobación por el segundo camino. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A distinguir el rendimiento exergético del isentrópico y a calcular la exergía destruida en un equipo de flujo.

    leerEl rendimiento exergético

    Y el apartado anterior, «La exergía de flujo», que es el que hace falta en cuanto el sistema deja de ser cerrado.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    4. 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.

    5. 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.

    6. 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 h0h_0 y s0s_0 valgan cero.

    7. 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.

    8. 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.

    9. 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.

    10. 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.

    11. 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.

    12. 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.

    13. 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.

  7. La transmisión de calor

    suele ser el tercer ejercicio4 escalones

    Cae 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

    A montar la analogía termoeléctrica y a sumar resistencias planas, cilíndricas y de convección sin mezclar las unidades de unas y otras.

    leerLa analogía termoeléctrica

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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 %.

    nivel: practicaPrimer ejercicio de «Conducción · 2 ejercicios», hoja de la asignatura · Ingeniería Térmica, EIG-GIE Donostia (UPV/EHU). La hoja da el enunciado y no la respuesta, así que los tres resultados son nuestros y están comprobados por dos caminos.

    La pared de dos materiales, y el aire que solo está en un lado

    paso 1 de 5

    1.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 (kA=0,6 W/(mK)k_A = 0{,}6\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}) es 40 cm40\ \text{cm}, y el del material de la derecha (kB=2 W/(mK)k_B = 2\ \text{W/(m}\cdot\text{K)}) es 30 cm30\ \text{cm}.

    La superficie exterior del material de la izquierda se encuentra en contacto con aire a 6 C6\ ^\circ\text{C} y coeficiente de convección igual a 25 W/(m2K)25\ \text{W/(m}^{2}\cdot\text{K)}. La superficie exterior del material de la derecha se encuentra a 27 C27\ ^\circ\text{C}. 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 15 W/m215\ \text{W/m}^{2}.

    La temperatura de contacto, el flujo de calor por unidad de superficie y el espesor mínimo.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El circuito tiene tres resistencias en serie por cada metro cuadrado. ¿Cuáles son?

    2. 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 magnitud
    3. 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 magnitud
    4. 04

      El espesor que haría falta

      COMP2

      ¿Qué espesor mínimo tendría que tener el material A para que el flujo no pase de 15 W/m215\ \text{W/m}^{2}?

      un espesor, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    5. 05

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la lectura del resultado. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿Esto está mal? Dilo →La resolución es nuestra y puede tener fallos. El enunciado es el original.

    nivel: practicaEjercicio 8.1 de la colección de problemas del Tema 8 · Ingeniería Térmica, Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa (UPV/EHU). El material lo resuelve dos veces —integrando y por analogía termoeléctrica— y publica el resultado, 5,25 cm; el desarrollo está contrastado contra él.

    El aislante que evita la condensación

    paso 1 de 4

    1.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 20 °C-20\ \text{°C}. Sobre la pared metálica se quiere colocar un aislamiento de plástico rígido de conductividad térmica k=0,03 W/(m⋅K)k = 0{,}03\ \text{W/(m·K)}. Una de las paredes, de 100 m2100\ \text{m}^{2} de sección, tiene una ganancia de calor por transmisión de 2 kW2\ \text{kW}.

    Si el aire exterior tiene una temperatura de rocío de 15 °C15\ \text{°C}, calcúlese el espesor mínimo de aislamiento para evitar la condensación superficial en el exterior.

    El espesor mínimo del aislamiento, en centímetros.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El enunciado da una temperatura de rocío, no una temperatura de aire. ¿Qué condición impone eso sobre la cara exterior del aislamiento?

    2. 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 magnitud
    3. 03

      El espesor

      COMP2

      Con k=0,03 W/(m⋅K)k = 0{,}03\ \text{W/(m·K)}, ¿qué espesor hace falta?

      una longitud, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena por qué se puede despreciar la pared metálica. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A repartir la resistencia total entre sus términos y a decidir dónde conviene actuar, que es la pregunta que el examen hace de verdad.

    leerEl ejemplo del examen, y la pregunta que de verdad importa

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre el reparto de resistencias en serie del Tema 8 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    El muro de tres capas, y la que manda

    paso 1 de 5

    1.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:

    capaespesorconductividad
    enfoscado2 cm2\ \text{cm}1,4 W/(m⋅K)1{,}4\ \text{W/(m·K)}
    aislante6 cm6\ \text{cm}0,04 W/(m⋅K)0{,}04\ \text{W/(m·K)}
    ladrillo1,5 cm1{,}5\ \text{cm}0,5 W/(m⋅K)0{,}5\ \text{W/(m·K)}

    Las temperaturas superficiales son 20 °C20\ \text{°C} dentro y 5 °C-5\ \text{°C} 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.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      Las tres capas están una detrás de otra. ¿Cómo se combinan sus resistencias?

    2. 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 magnitud
    3. 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…
    4. 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 magnitud
    5. 05

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la conclusión de ingeniería. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A 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.

    leerDentro de una tubería: Dittus-Boelter

    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.

    1. 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.

    2. 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 %.

    3. 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 %.

    4. 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.

    5. 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.

    6. 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 hh 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.

    7. 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.

    8. 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.

    9. 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 3,1371093{,}137\cdot 10^{9}, justo por encima de la frontera de 10910^{9}, 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.

    10. 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 Re=3.613Re = 3.613 Dittus-Boelter ya está fuera de su zona buena.

    11. 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.

    12. 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.

    13. 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.

    14. 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 21052\cdot 10^{5}, 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.

    15. 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.

    16. 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.

    17. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre la ley de Newton del enfriamiento del Tema 9 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    Qué es exactamente el coeficiente de película

    paso 1 de 4

    1.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 0,5 m20{,}5\ \text{m}^{2} está a 90 °C90\ \text{°C} y la rodea aire quieto a 20 °C20\ \text{°C}. En esas condiciones el coeficiente de película vale h=12 W/(m2⋅K)h = 12\ \text{W/(m}^{2}\text{·K)}.

    a) ¿Cuánto calor cede la placa por convección?

    b) Se pone un ventilador delante y el coeficiente sube a h=60 W/(m2⋅K)h = 60\ \text{W/(m}^{2}\text{·K)}. ¿Cuánto cede ahora?

    El calor cedido por convección, antes y después del ventilador.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      El coeficiente de película ha pasado de 12 a 60 sin cambiar ni la placa ni el aire. ¿De qué es propiedad hh?

    2. 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 magnitud
    3. 03

      El calor con el ventilador

      COMP2

      Con h=60 W/(m2⋅K)h = 60\ \text{W/(m}^{2}\text{·K)}, ¿cuánto cede?

      una potencia, con su unidad — con su unidad; vale cualquiera de la misma magnitud
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena lo que este ejemplo deja probado. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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

    A montar el circuito de radiación con sus dos tipos de resistencia, y a saber cuándo vale la fórmula corta y cuándo no.

    leerLa analogía eléctrica, otra vez

    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.

    1. 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.

    2. 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.

    3. 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.

    4. 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.

    5. 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.

    6. 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.

    7. 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.

    nivel: ejemploEjemplo introductorio · Road to Ingeniería, sobre la ley de Stefan-Boltzmann del Tema 10 de la asignatura. No es de examen ni de la colección.

    Por qué la radiación va a la cuarta

    paso 1 de 4

    1.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 327 °C327\ \text{°C} está dentro de una sala muy grande cuyas paredes están a 27 °C27\ \text{°C}.

    a) ¿Cuánto calor neto emite por radiación, por metro cuadrado?

    b) ¿Qué fracción de lo que emite acaba siendo calor neto?

    Datos: σ=5,67108 W/(m2⋅K4)\sigma = 5{,}67\cdot 10^{-8}\ \text{W/(m}^{2}\text{·K}^{4}), y T=θ+273T = \theta + 273.

    El calor neto por radiación y qué fracción es de lo emitido.

    1. 01

      Reconocer el camino

      COMP1

      La superficie emite σT4\sigma T^{4}. ¿Por qué eso no es todavía el calor que pierde?

    2. 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 magnitud
    3. 03

      Qué fracción es

      COMP2

      La superficie emite 7348 W/m27348\ \text{W/m}^{2} y el neto son 68896889. ¿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…
    4. 04

      Justificar el argumento

      COMP4

      Ordena la lectura del resultado. Una pieza es falsa.

      1. Ve eligiendo las piezas en orden.

    ¿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.