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FÍSICA AMBIENTAL APLICADA

Ambiental

Física

EXAMEN ORDINARIO 2014 (segunda semana)

Departamento de Física AplicadaUCLM

UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA

Equipo docente:Antonio J. Barbero García, Alfonso Calera Belmonte,Pablo Muñiz García y José Ángel de Toro Sánchez

Instrucciones

Este examen consta de 2 problemas y un test de 10 preguntas. Respecto a la calificación, el valor relativo de cada parte es:

Problema 1: 30%Problema 2: 30%Test: 40%

El valor relativo del examen completo en la nota final de la asignatura es del 50%

Para resolución de los problemas: utilice los diagramas, gráficos o tablas pertinentes según se indica en cada enunciado (estos materiales se le facilitarán junto al texto del examen). Los diagramas y gráficos deberán ser entregados junto con las hojas que haya empleado para la resolución, en las cuales deberá indicar los fundamentos del método de resolución de cada problema y los razonamientos realizados.

Para resolución del test: utilice la plantilla de respuestas que se acompaña. Para marcar la respuesta elegida, escriba un aspa sobre el cuadrado correspondiente . En caso de que ya hubiese marcado una respuesta y desease invalidarla, rodee el cuadrado y el aspa con un círculo .

Es importante que en la plantilla de respuestas no aparezcan ambigüedades, ya que cualquier respuesta ambigua será considerada como respuesta incorrecta.

Calificación del test: cada respuesta incorrecta descuenta media respuesta correcta.

No olvide consignar su nombre y apellidos en todas y cada una de las hojas que utilice, incluyendo los diagramas y gráficos.

IMPORTANTE:

Tiempo de examen: 1 h 30 min

PUEDE USAR EL MATERIAL QUE DESEE PARA REALIZAR ESTE EXAMEN (LIBROS, APUNTES…)

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Ambiental

Física

MAYO 2014 (segunda semana). PROBLEMAS

No olvide consignar nombre y apellidos en cada hoja que utilice para la resolución de los problemas

PROBLEMA 2.

Una muestra de aire a 35 ºC que contiene un 20% de humedad experimenta los siguientes procesos sucesivos:

Proceso 12: el aire se enfría, sin cambio en su humedad específica, hasta alcanzar 19 ºC.

Proceso 23: el aire a 19 ºC sufre un proceso de saturación adiabática.

Proceso 34: el aire saturado se enfría hasta que su temperatura alcanza 5º C.

Proceso 45: el aire saturado a 5º C se calienta, a humedad específica constante, hasta alcanzar de nuevo 35 ºC.

Todos los procesos descritos se desarrollan a presión constante (1 bar). Dibuje estos procesos sobre el diagrama psicrométrico y conteste a las preguntas siguientes:

a) ¿Cuál es la humedad relativa al final del proceso 12?

b) ¿Cuál es la temperatura al final del proceso 23?

c) ¿Cuál es la entalpía al final del proceso 34?

d) ¿Cuál es la diferencia en humedad específica entre el punto inicial 1 y el punto final 5?

PROBLEMA 1.Para el día 7 de julio de 2013, en un lugar de la península ibérica situado en las coordenadas geográficas 42º29’ N 1º23’ W, se pide:

Hora de salida del sol y duración del día (resultado en hora oficial española)A)

¿Cuál será la longitud de la sombra de un árbol de 10 m a las 10 de la mañana (hora oficial)? B)

¿Qué altura angular sobre el horizonte tiene la estrella Polar en ese lugar?C)

Nota: empléense las tablas de declinación y ecuación de tiempo. En los cálculos de las horas no es necesario ajustar al segundo, basta con expresar horas y minutos.

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Nombre y apellidos:

Ambiental

Física

MAYO 2014 (segunda semana). TEST

2. Suponga que el día del solsticio de junio de 2006 será totalmentedespejado en las ciudades de Cádiz y de Estocolmo. Comparando la elevaciónsolar a mediodía y el número de horas de sol en ambas ciudades, podemosafi rmar que:a) El número de horas de sol será mayor en Cádiz, y la elevación solar a

mediodía será mayor en Estocolmo.b) El número de horas de sol será mayor en Estocolmo, y la elevación

solar a mediodía será mayor en Cádiz.c) Tanto el número de horas de sol como la elevación solar a mediodía

serán mayores en Cádiz que en Estocolmo.

3. Debido al ef ecto de Coriolisa) La circulación del viento en las borrascas del hemisf erio sur tiene

sentido horario.b) La circulación del viento en las borrascas del hemisf erio norte tiene

sentido horario.c) La circulación del viento en los anticiclones del hemisf erio norte tiene

sentido antihorario.4. Se dice que una masa de aire a la temperatura T está saturada si:

a) Contiene alguna traza de humedad en f orma de vapor de aguab) La tensión de vapor en la misma iguala a la tensión saturante a esa

temperaturac) Su temperatura es superior a la del punto triple del agua

1. ¿Qué atmósfera planetaria presenta un efecto de invernadero más acusado?

a) La atmósfera de Marte

b) La atmósfera de la Tierra

c) La atmósfera de Venus

5. Respecto a la composición de la atmósfera terrestre, es cierto que:a) Predominan el oxígeno y el nitrógeno, y sus porcentajes permanecen

prácticamente constantes en toda la atmósfera aunque la presiónparcial de cada uno de ellos disminuye a medida que se asciende.

b) Por encima de los 100 km de altura empiezan a manif estarsedif erencias de composición a medida que se asciende.

c) La mayor abundancia relativa del ozono se presenta en la vecindad dela superficie, y disminuye unif ormemente a medida que se asciende.

6. La concentración de CO2 en la atmósfera ha sido medida desde 1958 en elobservatorio de Mauna Loa (Hawaii), poniéndose de manifiesto un claroincremento en dicha concentración. Lo que hace particularmente valiosasesas medidas es:a) El observatorio está cerca de un volcánb) El observatorio está situado en una islac) El observatorio está lejos de fuentes locales de polución

7. Según el modelo de cuerpo negro, a medida que la temperatura de un emisorideal de radiación disminuye ocurre que:a) La energía emitida se mantiene constante, pero disminuye la

f recuencia a la que aparece el máximo de emisión.b) La energía emitida disminuye proporcionalmente a la disminución de

temperatura.c) La energía emitida disminuye a medida que decrece la temperatura,

pero no proporcionalmente a la disminución de temperatura.

15. El elemento de una instalación f otovoltaica encargado de convertir lacorriente continua en corriente alterna es:a) El convertidor.b) El rectifi cador.c) El inversor.

14. Una célula f otovoltaica típica de 100 cm2 proporciona 0.50 V. Para f abricarun panel de 12 V necesitaremos conectar:a) 24 células en serie.b) 24 células en paralelo.c) 2 series de 12 cada una conectadas en paralelo entre si.

16. En un colector de concentración, la relación entre la densidad de radiaciónincidente y la utilizada por el absorbedor se denomina:a) Rendimiento por reflexión.b) Efi ciencia promedio.c) Razón de concentración.

8.

9.

10.

Utilice plantilla de respuestas hoja siguiente

4

PLANTILLA DE RESPUESTAS. EXAMEN MAYO 2014 (segunda semana)

1. a)

b)

c)

2. a)

b)

c)

3. a)

b)

c)

4. a)

b)

c)

5. a)

b)

c)

6. a)

b)

c)

7. a)

b)

c)

8. a)

b)

c)

9. a)

b)

c)

10. a)

b)

c)

11. a)

b)

c)

12. a)

b)

c)

Calificación del test: Cada respuesta incorrecta resta media respuesta correcta. Las preguntas no contestadas ni suman ni restan.

Para contestar el test: utilice la plantilla de

respuestas que se acompaña (sólo serán tenidas en cuenta las contestaciones de esta plantilla). Para marcar una respuesta, escriba

un aspa sobre el cuadrado de la opción elegida . En caso de

que ya hubiese marcado una respuesta y desease invalidarla, rodee el cuadrado y el

aspa con un círculo

Es importante que en

la plantilla de respuestas no

aparezcan ambigüedades, ya

que cualquier respuesta ambigua será considerada como respuesta

incorrecta.

Puntuación máxima del test: 4 puntos

Nombre y apellidos:

Ambiental

Física

MAYO 2014 (segunda semana). TEST

Nombre:

5

Nota. En España la hora oficial está adelantada una hora respecto a la hora solar estándar en invierno, y dos horas adelantada en verano.

DIC

NOV

OCT

SEPT

AGOSTO

JULIO

JUNIO

MAYO

ABRIL

MARZO

FEBRERO

ENERO

DECLINATION AND TIME EQUATION TABLE (JANUARY-AUGUST)DAY J º Et (min) J º Et (min) J º Et (min) J º Et (min)

123456789

10111213141516171819202122232425262728293031123456789

1011121314151617181920212223242526272829

123456789

1011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950515253545556575859

-23.06-22.98-22.89-22.80-22.70-22.59-22.47-22.35-22.21-22.07-21.93-21.77-21.61-21.45-21.27-21.09-20.90-20.71-20.51-20.30-20.09-19.87-19.64-19.41-19.17-18.92-18.67-18.42-18.15-17.89-17.61-17.34-17.05-16.76-16.47-16.17-15.87-15.56-15.25-14.93-14.61-14.29-13.96-13.63-13.29-12.95-12.61-12.26-11.91-11.56-11.20-10.84-10.48-10.12-9.75-9.38-9.01-8.63-8.26

-2.90-3.35-3.79-4.23-4.67-5.09-5.52-5.93-6.34-6.74-7.14-7.52-7.90-8.27-8.63-8.99-9.33-9.66-9.99

-10.30-10.60-10.89-11.18-11.45-11.70-11.95-12.19-12.41-12.62-12.82-13.00-13.18-13.34-13.49-13.62-13.75-13.86-13.95-14.04-14.11-14.16-14.21-14.24-14.26-14.27-14.26-14.24-14.21-14.17-14.11-14.04-13.96-13.87-13.76-13.65-13.52-13.39-13.24-13.08

60616263646566676869707172737475767778798081828384858687888990919293949596979899

100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119

-7.88-7.50-7.12-6.73-6.35-5.96-5.57-5.19-4.79-4.40-4.01-3.62-3.23-2.83-2.44-2.04-1.65-1.25-0.86-0.46-0.070.330.721.121.511.902.302.693.083.473.864.244.635.015.405.786.166.536.917.287.668.038.398.769.129.489.84

10.1910.5510.8911.2411.5811.9212.2612.6012.9313.2513.5713.8914.21

-12.91-12.73-12.54-12.35-12.14-11.92-11.70-11.47-11.23-10.98-10.72-10.46-10.19-9.92-9.64-9.36-9.07-8.77-8.47-8.17-7.86-7.55-7.24-6.93-6.61-6.29-5.97-5.66-5.34-5.02-4.70-4.38-4.06-3.75-3.44-3.13-2.82-2.51-2.21-1.92-1.62-1.34-1.05-0.78-0.50-0.240.020.280.520.761.001.221.441.651.852.042.232.402.572.73

121122123124125126127128129130131132133134135136137138139140141142143144145146147148149150151152153154155156157158159160161162163164165166167168169170171172173174175176177178179180

14.8315.1315.4315.7316.0216.3116.5916.8717.1417.4117.6717.9318.1818.4318.6718.9119.1419.3719.5919.8120.0220.2320.4320.6220.8120.9921.1621.3321.5021.6521.8021.9522.0922.2222.3422.4622.5822.6822.7822.8722.9623.0423.1123.1823.2323.2923.3323.3723.4023.4223.4423.4523.4623.4523.4423.4223.4023.3723.3323.29

3.023.153.273.383.483.573.653.723.783.833.873.903.923.943.943.933.913.883.853.803.743.683.613.523.433.333.233.112.992.862.722.582.422.272.101.931.761.581.391.201.010.810.600.400.19-0.02-0.24-0.45-0.67-0.89-1.11-1.32-1.54-1.76-1.98-2.20-2.42-2.63-2.84-3.05

182183184185186187188189190191192193194195196197198199200201202203204205206207208209210211212213214215216217218219220221222223224225226227228229230231232233234235236237238239240241

23.1823.1123.0422.9622.8822.7822.6922.5822.4722.3522.2322.0921.9621.8121.6621.5121.3521.1821.0020.8220.6420.4420.2520.0419.8419.6219.4019.1818.9518.7118.4718.2217.9717.7217.4617.1916.9216.6516.3716.0915.8015.5115.2114.9114.6114.3013.9913.6713.3613.0312.7112.3812.0511.7111.3811.0310.6910.349.999.64

-3.46-3.66-3.86-4.05-4.24-4.42-4.60-4.77-4.93-5.09-5.24-5.39-5.53-5.66-5.79-5.90-6.01-6.11-6.20-6.28-6.35-6.42-6.47-6.52-6.55-6.58-6.59-6.60-6.59-6.57-6.55-6.51-6.46-6.41-6.34-6.26-6.17-6.07-5.96-5.83-5.70-5.56-5.40-5.24-5.07-4.88-4.69-4.48-4.27-4.05-3.82-3.57-3.32-3.06-2.80-2.52-2.24-1.95-1.65-1.34

DAY J º Et (min) J º Et (min)

123456789

101112131415161718192021222324252627282930123456789

10111213141516171819202122232425262728293031

244245246247248249250251252253254255256257258259260261262263264265266267268269270271272273274275276277278279280281282283284285286287288289290291292293294295296297298299300301302303304

8.578.217.857.487.116.746.376.005.625.254.874.494.113.733.342.962.572.191.801.411.030.640.25-0.14-0.53-0.92-1.31-1.70-2.09-2.48-2.87-3.25-3.64-4.03-4.42-4.80-5.19-5.57-5.95-6.33-6.71-7.09-7.47-7.84-8.22-8.59-8.96-9.33-9.69

-10.06-10.42-10.77-11.13-11.48-11.83-12.18-12.52-12.86-13.20-13.53-13.86

-0.38-0.050.290.630.981.331.692.052.412.783.153.523.894.274.645.025.405.776.156.526.907.277.648.018.378.739.099.449.79

10.1310.4710.8011.1311.4411.7612.0612.3612.6512.9313.2013.4613.7113.9514.1914.4114.6214.8215.0115.1915.3615.5115.6615.7915.9116.0116.1116.1916.2516.3116.3516.37

305306307308309310311312313314315316317318319320321322323324325326327328329330331332333334335336337338339340341342343344345346347348349350351352353354355356357358359360361362363364365

-14.19-14.51-14.83-15.14-15.46-15.76-16.06-16.36-16.65-16.94-17.22-17.50-17.77-18.04-18.30-18.56-18.81-19.06-19.30-19.53-19.76-19.98-20.20-20.41-20.61-20.81-21.00-21.18-21.36-21.53-21.69-21.85-22.00-22.14-22.27-22.40-22.52-22.64-22.74-22.84-22.93-23.01-23.09-23.16-23.22-23.27-23.32-23.35-23.38-23.41-23.42-23.43-23.42-23.41-23.40-23.37-23.34-23.30-23.25-23.19-23.13

16.3916.3916.3716.3516.3116.2516.1816.1016.0115.9015.7715.6415.4915.3315.1514.9614.7614.5514.3214.0813.8313.5713.3013.0112.7112.4112.0911.7611.4211.0710.7210.359.989.599.208.808.407.987.567.146.716.275.835.384.934.484.023.563.102.642.171.711.240.780.31-0.16-0.62-1.08-1.54-2.00-2.45

DECLINACIÓN Y ECUACIÓN DE TIEMPO SEGÚN FÓRMULAS DE SPENCER

Ambiental

Física

6

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO 1 atm

Ambiental

Física

7

DIAGRAMA PSICROMÉTRICO 1 atm

Ambiental

Física

8

Ambiental

Física

MAYO 2014 (segunda semana)PROBLEMA 1. SOLUCIÓN

Relación entre hora solar local y hora solar estándar HSE = HSL - 4·(Ls-Le) - Et

ΦtantanΦcoscosΦsinsin

cos

sÁngulo horario a la salida del sol:

Coordenadas geográficas: 42º29’ N 1º23’ W

Duración del día(horas)

152 s

3829.0º48.42tanº69.22tancos s

Declinación del 7 julio 2005: = +22.69º Ecuación de tiempo Et = -4.60 min Latitud = 42.48º

'31º112º51.112 s

Salida del sol: HSL min 30h 4 horas 50.715

51.11212 -4.60 min

0

+1.38ºHSE = 4 h 30 min + 10 min = 4 h 40 min

Hora oficial = = 4 h 40 min + 2 h = 6 h 40 min (horario verano)

h 15 h 50.72

APARTADO A)

9

PROBLEMA 1. SOLUCIÓN

sinsinsinz cosΦcoscosΦcosElevación solar

Las 10 h oficiales son las 8 h HSE

º63158.712

HSL = HSE + 4·(Ls-Le) + Et

HSL = 8 h + 4·(0-1.38) min + (-4.60 min) = 8 h –10 min = 7 h 50 min = 7.8 horas

5694.063cos48.24cos69.22cos48.24sin69.22sinsin '42º34º70.34

h = 10 m

L

tan

hL m 4.14

7.34tan

10 APARTADO C)

La altura de la Polar sobre el horizonte es igual a la latitud del lugar, por tanto serán 42º29’ = 42.48º

APARTADO B)

MAYO 2014 (segunda semana)

10

Una muestra de aire a 35 ºC que contiene un 20% de humedad experimenta los siguientes procesos sucesivos:

Proceso 12: el aire se enfría, sin cambio en su humedad específica, hasta alcanzar 19 ºC.

Proceso 23: el aire a 19 ºC sufre un proceso de saturación adiabática.

Proceso 34: el aire saturado se enfría hasta que su temperatura alcanza 5º C.

Proceso 45: el aire saturado a 5º C se calienta, a humedad específica constante, hasta alcanzar de nuevo 35 ºC.

Todos los procesos descritos se desarrollan a presión constante (1 bar). Dibuje estos procesos sobre el diagrama psicrométrico y conteste a las preguntas siguientes:

a) ¿Cuál es la humedad relativa al final del proceso 12?

b) ¿Cuál es la temperatura al final del proceso 23?

c) ¿Cuál es la entalpía al final del proceso 34?

d) ¿Cuál es la diferencia en humedad específica entre el punto inicial 1 y el punto final 5?

12

3

4 5

51%

13

18.5

0.007

0.0055

51%

13 ºC

18.5 J/kg

0.007-0.0055=0.0015 kg/kg a.s.

PROBLEMA 2. SOLUCIÓN

11

Ambiental

Física

Hoja respuestas en página siguiente

MAYO 2014 (segunda semana). TEST

2. Suponga que el día del solsticio de junio de 2006 será totalmentedespejado en las ciudades de Cádiz y de Estocolmo. Comparando la elevaciónsolar a mediodía y el número de horas de sol en ambas ciudades, podemosafi rmar que:a) El número de horas de sol será mayor en Cádiz, y la elevación solar a

mediodía será mayor en Estocolmo.b) El número de horas de sol será mayor en Estocolmo, y la elevación

solar a mediodía será mayor en Cádiz.c) Tanto el número de horas de sol como la elevación solar a mediodía

serán mayores en Cádiz que en Estocolmo.

3. Debido al ef ecto de Coriolisa) La circulación del viento en las borrascas del hemisf erio sur tiene

sentido horario.b) La circulación del viento en las borrascas del hemisf erio norte tiene

sentido horario.c) La circulación del viento en los anticiclones del hemisf erio norte tiene

sentido antihorario.4. Se dice que una masa de aire a la temperatura T está saturada si:

a) Contiene alguna traza de humedad en f orma de vapor de aguab) La tensión de vapor en la misma iguala a la tensión saturante a esa

temperaturac) Su temperatura es superior a la del punto triple del agua

1. ¿Qué atmósfera planetaria presenta un efecto de invernadero más acusado?

a) La atmósfera de Marte

b) La atmósfera de la Tierra

c) La atmósfera de Venus

5. Respecto a la composición de la atmósfera terrestre, es cierto que:a) Predominan el oxígeno y el nitrógeno, y sus porcentajes permanecen

prácticamente constantes en toda la atmósfera aunque la presiónparcial de cada uno de ellos disminuye a medida que se asciende.

b) Por encima de los 100 km de altura empiezan a manif estarsedif erencias de composición a medida que se asciende.

c) La mayor abundancia relativa del ozono se presenta en la vecindad dela superficie, y disminuye unif ormemente a medida que se asciende.

6. La concentración de CO2 en la atmósfera ha sido medida desde 1958 en elobservatorio de Mauna Loa (Hawaii), poniéndose de manifiesto un claroincremento en dicha concentración. Lo que hace particularmente valiosasesas medidas es:a) El observatorio está cerca de un volcánb) El observatorio está situado en una islac) El observatorio está lejos de fuentes locales de polución

7. Según el modelo de cuerpo negro, a medida que la temperatura de un emisorideal de radiación disminuye ocurre que:a) La energía emitida se mantiene constante, pero disminuye la

f recuencia a la que aparece el máximo de emisión.b) La energía emitida disminuye proporcionalmente a la disminución de

temperatura.c) La energía emitida disminuye a medida que decrece la temperatura,

pero no proporcionalmente a la disminución de temperatura.

15. El elemento de una instalación f otovoltaica encargado de convertir lacorriente continua en corriente alterna es:a) El convertidor.b) El rectifi cador.c) El inversor.

14. Una célula f otovoltaica típica de 100 cm2 proporciona 0.50 V. Para f abricarun panel de 12 V necesitaremos conectar:a) 24 células en serie.b) 24 células en paralelo.c) 2 series de 12 cada una conectadas en paralelo entre si.

16. En un colector de concentración, la relación entre la densidad de radiaciónincidente y la utilizada por el absorbedor se denomina:a) Rendimiento por reflexión.b) Efi ciencia promedio.c) Razón de concentración.

8.

9.

10.

12

Ambiental

Física

PLANTILLA DE RESPUESTAS. EXAMEN MAYO 2014 (primera semana)

1. a)

b)

c)

2. a)

b)

c)

3. a)

b)

c)

4. a)

b)

c)

5. a)

b)

c)

6. a)

b)

c)

7. a)

b)

c)

8. a)

b)

c)

9. a)

b)

c)

10. a)

b)

c)

11. a)

b)

c)

12. a)

b)

c)

Calificación del test: Cada respuesta incorrecta resta media respuesta correcta. Las preguntas no contestadas ni suman ni restan.

Para contestar el test: utilice la plantilla de

respuestas que se acompaña (sólo serán tenidas en cuenta las

contestaciones de esta plantilla). Para marcar una respuesta, escriba

un aspa sobre el cuadrado de la opción elegida . En caso de

que ya hubiese marcado una respuesta y desease invalidarla, rodee el cuadrado y el

aspa con un círculo

Es importante que en

la plantilla de respuestas no

aparezcan ambigüedades, ya

que cualquier respuesta ambigua será considerada como respuesta

incorrecta.

Puntuación máxima del test: 4 puntos

SOLUCIÓN

MAYO 2014 (segunda semana). TEST