Examen de Física II UPC 2016 · Segundo Parcial (Mayo 2016)

Cuestión 1 (15 puntos). Teoría

Desarrolle detalladamente la siguiente cuestión teórica (extensión máxima de una cara DIN A4):

a.

Leyes fundamentales de la termodinámica.

Cuestión 1 (15 puntos). Teoría

Desarrolle detalladamente la siguiente cuestión teórica (extensión máxima de una cara DIN A4):

b.

Rendimiento y eficiencia en máquinas térmicas.

Cuestión 1 (15 puntos). Teoría

Desarrolle detalladamente la siguiente cuestión teórica (extensión máxima de una cara DIN A4):

c.

Estática de fluidos: consideraciones y empujes sobre muros de contención.

Cuestión 1 (15 puntos). Teoría

Desarrolle detalladamente la siguiente cuestión teórica (extensión máxima de una cara DIN A4):

d.

Tensión superficial y fenómenos de drenaje capilar.

Problema 2 (15 puntos). Psicrometría

Una estancia de dimensiones $8 \times 7 \times 6\text{ m}^3$ se halla con aire a una temperatura seca de $28\text{ }^\circ\text{C}$ y una humedad relativa del $75\%$. Se requiere alcanzar un estado confortable caracterizado por una temperatura seca de $24\text{ }^\circ\text{C}$ y una temperatura de rocío de $12\text{ }^\circ\text{C}$.

Datos:

$\rho_{\text{aire}} = 1{,}1\text{ kg/m}^3$; $c_p = 1066\text{ J/(kg}\cdot\text{K)}$; $L_v = 2{,}41 \times 10^6\text{ J/kg}$.

a)

¿Qué masa total de vapor de agua debe intercambiarse en el recinto? Indique si es necesario extraerla o aportarla.

b)

Determine el calor sensible y el calor latente totales intercambiados.

c)

Si se renueva el $30\%$ del volumen inicial de la sala introduciendo aire exterior a $20\text{ }^\circ\text{C}$ y $35\%$ de humedad relativa, ¿cuáles serán las propiedades termohigrométricas de la mezcla resultante?

Problema 3. Dinámica de fluidos

A través de una tubería lisa de $L = 500\text{ m}$ de longitud y $D = 12\text{ cm}$ de diámetro interior se impulsa agua hasta una cota situada $90\text{ m}$ por encima del punto de toma. El agua posee una viscosidad de $\eta = 10^{-3}\text{ N}\cdot\text{s}/\text{m}^2$ y densidad $\rho = 1000\text{ kg}/\text{m}^3$.

Fórmulas de referencia:

$$Re_D = \frac{\rho v D}{\eta}, \quad \Delta p = f \frac{L}{D} \left(\frac{1}{2} \rho v^2\right)$$

a)

Asumiendo comportamiento ideal sin pérdidas por rozamiento, determine la potencia teórica de la bomba hidráulica en CV ($1\text{ CV} = 735\text{ W}$) requerida para un caudal de $Q = 15\text{ m}^3/\text{h}$.

b)

Calcule el número de Reynolds y clasifique el régimen del flujo.

c)

Determine el factor de fricción mediante el diagrama de Moody y evalúe la pérdida de carga (caída de presión) debida al rozamiento en la tubería.