Cuestionario de Termodinámica: Ciclos, Entropía y Sustancias Puras

Instrucciones: Lee cuidadosamente cada pregunta y selecciona la respuesta correcta o resuelve el problema según corresponda. Justifica tus respuestas cuando sea necesario.

Ciclos Termodinámicos

1. En un ciclo de Carnot ideal que opera entre reservorios a 400K y 300K, ¿cuál es la máxima eficiencia térmica posible? a) Calcule la eficiencia b) Explique por qué este es el máximo teórico posible c) ¿Qué factores en un ciclo real reducirían esta eficiencia?
2. Un ciclo de refrigeración por compresión de vapor utiliza R-134a como refrigerante. Si el refrigerante entra al compresor como vapor saturado a -10°C y sale como vapor sobrecalentado a 60°C, ¿qué transformaciones termodinámicas experimenta el refrigerante durante la compresión?
3. Compare el ciclo Otto y el ciclo Diesel explicando:
   • Las principales diferencias en sus procesos
   • ¿Por qué el ciclo Diesel puede alcanzar mayores relaciones de compresión?
   • ¿Cuál tiene mayor eficiencia térmica y por qué?

Entropía

4. Una masa de 2 kg de agua a 20°C se calienta hasta 80°C a presión constante de 1 atm. Calcule:
   • El cambio de entropía del agua
   • El cambio de entropía del universo Explique si el proceso es reversible o irreversible.
5. Explique el concepto de entropía desde:
   • La perspectiva macroscópica (termodinámica clásica)
   • La perspectiva microscópica (teoría cinética molecular)
   • Su relación con la segunda ley de la termodinámica
6. En un proceso adiabático reversible:
   • ¿Por qué el cambio de entropía es cero?
   • ¿Puede dar un ejemplo práctico?
   • ¿Qué lo hace diferente de un proceso adiabático irreversible?

Sustancias Puras

7. Para el agua como sustancia pura:
   • Defina el punto crítico y sus propiedades
   • Explique qué sucede con la densidad del líquido y vapor en este punto
   • ¿Por qué es importante en aplicaciones industriales?
8. Un sistema contiene vapor de agua a 250°C y 2 MPa:
   • Determine su volumen específico
   • ¿Está en estado sobrecalentado?
   • Calcule su entalpía específica
9. En un proceso isobárico, el agua líquida se calienta desde 25°C hasta convertirse en vapor sobrecalentado a 150°C. Dibuje y explique:
   • El proceso en un diagrama T-v
   • Los cambios de fase que ocurren
   • Las regiones atravesadas en el diagrama
10. Para una sustancia pura en equilibrio líquido-vapor:
    • ¿Qué significa que las propiedades intensivas son iguales en ambas fases?
    • Explique el concepto de calidad y cómo se calcula.