Andrés García Rodríguez. I.E.S. Enrique Nieto Tecnología Industrial II

Transcripción

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3 a) El módulo de Young es la relación constante entre las tensiones unitarias (σ) en la zona de proporcionalidad y los alargamientos unitarios (ε): E = σ ε La tensión unitaria (σ) se define como el esfuerzo que soporta un material por unidad de superficie: σ = F S = N m = 2,25 N = 225 MPa m sustituyendo, el módulo de Young toma el valor: E = σ ε = 2, N /m = 2, N /m 2 Al rebasar una carga τ, que denominamos límite elástico, se empieza el metal a deformar permanentemente, es decir, que el metal salta del periodo elástico al período o zona plástica. A partir del punto citado, para que la deformación aumente, debe ir aumentando también la carga hasta que, al llegar a la carga R, el metal se sigue deformando sin aumento de carga, hasta que se rompe. Si denominamos R a la resistencia a la rotura del material, τ al límite elástico y P a la carga que es preciso suplementar a τ para producir la rotura del metal, tendremos, evidentemente, que: R = P + τ = 360 MPa N m 1MPa =843,33 MPa Pa es decir, que la resistencia a la rotura R se compone de la carga límite de elasticidad τ y del suplemento de carga aplicado a la zona plástica P 3

4 a) El volumen de la cámara de combustión es la parte del volumen del cilindro, también conocido como volumen unitario, en el que se produce la combustión. De este modo: V T = V u +V c La cilindrada viene dada por la suma de los volúmenes de los cilindros que lo constituyen, o volúmenes unitarios. En nuestro caso el V T = 2 V u,, de aquí se deduce que: V u = V T 2 = 1195cm3 2 = 597,5cm 3 La relación de compresión viene dada como el cociente entre el volumen del cilindro y el volumen unitario. R c = V u +V c V c 13,5 = 597,5cm3 V c V c = 597,5 13,5 =44,25cm3 El volumen unitario del cilindro viene dado en función de sus parámetros geométricos, como superficie y longitud como: V u =S.l siendo S la sección y l la longitud o carrera, de este modo sustituyendo: V u =S.l = π D2 4.l 597,5cm 3 = π 10,5cm 4 ( )2.l Despejando l se obtiene: l =6,9cm 4

5 b) La potencia máxima, en función del par mecánico, viene dado como el producto de éste por la velocidad angular: P = M.ω Para conocer la potencia correspondiente al par máximos se sustituye y se despeja en la ecuación anterior, obteniéndose: ( ) rev P = M.ω = 122,2N.m P =102374,03w = 139,28CV. min.1min 60 sg.2π rad 1rev Para conocer el par máximo correspondiente a una potencia máxima, se procede del mismo modo, convirtiendo ω: ω =10250 rev min.1min rad.2π 60 sg 1rev sustituyendo y despejando M: =1073,37 rad sg M = P ω = w =111,79 N.m 1073,37 rd /s = 5

6 Se construye el mapa de Karnaugh, y se trasladan los unos y las indeterminaciones al mapa, siguiendo el código Gray. El número de cuadrículas viene dado por 2 n siendo el n el número de variables, en este caso 4. Por ello el número de casillas de la cuadrícula será de 16. CD AB X X 01 1 X X X Se consigue una asociación de 4 términos 2 unos y 2 indeterminaciones y 3 agrupaciones de 2 términos. A continuación se explicitan la función canónica obtenida de la tabla de verdad (no simplificada). S= ( ABCD+ ABCD+ ABCD+ ABCD) + ( ABCD+ ABCD) + ( ABCD + ABCD)+ + ( ABCD+ ABCD) Aplicando las correspondientes reglas de simplificación, queda la siguiente función simplificada de Karnaugh: S= BD+BCD+ ABC + ACD 6

7 b) Utilizando la representación normalizada de los inversores y de las puertas NAND, y recordando que estas tienen la forma: - El inversor: - La puerta NAND: Podemos realizar el logigrama correspondiente a la función simplificada S, obtenida en el apartado a. 7

8 a) Tiene por objeto enfriar el recinto que queremos enfriar. Para ello toma una cantidad de calor Q del interior del frigorífico y produce la transformación del fluido frigorígeno en vapor, dando lugar al enfriamiento. b) Una galga extensiométrica es un sensor cuyo funcionamiento se encuentra basado en la variación de su resistencia eléctrica cuando se somete a un esfuerzo o presión. Su utilización se encuentra muy extendida como método de medición experimental de: deformaciones, esfuerzo y fuerza/peso. Si queremos medir la deformación de cierto material, pegamos una galga extensiométrico al mismo, y la deformación que experimenta el sensor será la misma que experimente la superficie. c) Se conoce como caudal al volumen V de un fluido que fluye a través de una sección transversal de un conductor en la unidad de tiempo. Su expresión viene dado como: Q = V t Se conoce como flujo laminar, se trata de un movimiento perfectamente ordenado, estratificado y suave, de modo que el fluido se mueve en láminas paralelas o en capas cilíndricas coaxiales. Experimental se admite que un fluido sigue un régimen laminar cuando su número de Reynolds (Re) es inferior a

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11 F=10000 N F=10000 N a) Puesto que se encuentra dentro del campo elástico, es aplicable la Ley de Hooke. La pieza se encuentra en equilibrio estático sometida a tracción. La tensión unitaria viene como el cociente entre la fuerza aplicada y la sección sobre la que se aplica perpendicularmente.: σ = F S = N m m = N /m 2 = 250 MPa El alargamiento unitario, viene dado como el cociente entre el alargamiento experimentado por la barra y su longitud inicial: ε = Δ l l 0 = 0,5 mm 250 mm =0,002 b) El módulo de elasticidad es la constante de proporcionalidad entre la tensión unitaria y el alargamiento unitario: σ = E.ε E = σ ε = 0, N /m 2 =1, N /m 2 =1, MPa 0,002 11

12 a) La eficiencia del ciclo de CARNOT en función de la temperatura viene dada por la expresión: η= T 2 T 1 T 2 siendo T 2 y T 1 las temperaturas del foco frio y caliente respectivamente expresadas en ºK. tal y como se indica en la figura. Sustituyendo datoss, se obtiene que: 263 η= = 6,921 El trabajo horario W, es la cantidad de trabajo consumido en una hora por el motor, Puesto que la eficiencia del motor e puede expresar como la cantidad de trabajo absorbido por la máquina que es transformado en trabajo útil: sustituyendo datos: η= Q 2 W W = Q 2 η W = Q 2 η W = 700 kj /h 6,921 =101,14 kj h La potencia del motor se obtiene convirtiendo el trabajo horario: P =101,14 kj h 1h 3600s.1000J 1kJ =28,095w=0,002809kW b) 12

13 Puesto que el rendimiento del frigorífico es de un 60%, su eficiencia será un 60% de la eficiencia del apartado anterior, y viene dado por: η'= 0,6η =0,6 ( 6,921)=4,15 El trabajo horario que absorbería, viene dado como en el apartado anterior, mediante la expresión: sustituyendo datos: η= Q 2 W W = Q 2 η W = Q 2 η W = 700kJ /h 4,15 =168,67 kj h La potencia del motor se obtiene convirtiendo el trabajo horario: P =168,67 kj h 1h 3600s.1000J 1kJ =46,85w=0,00468kW 13

14 a) El caudal que circula por una tubería indica la cantidad de fluido que atraviesa una sección de la misma en un tiempo determinado. Su expresión matemática viene dada como: Q= A.v siendo A la sección de la tubería y v la velocidad que lleva el fluido. Calculamos la sección de la tubería: A = π D2 4 A = π 1,2cm 4 ( )2 =1,013cm2 en consecuencia, al sustituir datos, el valor del caudal es de: m Q= A.v = ( 1, m 2 ).( 3 15 m /s)=1, sg convirtiendo las unidades en litros/minuto: Q =1, m 3 sg.1000litros 1m 3. 60sg 1min =101,4 litros min b) Para conocer el régimen de circulación del aceite, es necesario conocer su número de Reynolds, R e. Para valores inferiores a 2000 el régimen es laminar y para valores superiores el régimen es turbulento. Este viene dado mediante la expresión: R e = v ρ D µ 14

15 siendo v la velocidad, ρ la densidad del fluido y µ la viscosidad. Sustituyendo datos: 15m /s 0,95 kg 1000 litros 0,0012 m litros 1m 3 R e = =9243,24 N s 1, m 2 Al ser mayor que 2000, tiene un régimen turbulento. 15

16 a) En el sistema binario hierro-cementita se encuentran las siguientes fases: - Ferrita: Está formada por una solución sólida por inserción de carbono en hierro, tanto α, como β. La solubilidad del hierro en carbono es de 0,008% C a temperatura ambiente. Es el constituyente más blando y maleable de los aceros. - Cementita. Es un carburo de hierro (F 3 C) cuyo contenido en carbono es de 6,67% de carbono. Es el constituyente más duro y frágil de los aceros y fundiciones. - Austerita. Solución sólida por inserción de carbono en Fe-γ. Estable tan solo a elevadas temperaturas, desdoblándose por reacción eutectoide a temperaturas inferiores, en ferrita y cementita. - Perlita. Mezcla eutectoide de ferrita y cementita, y contiene 0,8% de carbono. La perlita es un constituyente que se forma por láminas alternativas de ferrita y cementita, de estructura muy fina y semejante a las huellas dactilares. Tiene propiedades mecánicas intermedias entre cementita y ferrita. b) Su funcionamiento se encuentra basado en la propiedad física de ciertos materiales, de generar una señal eléctrica cuando es sometido a una presión. Destacan en este tipo de materiales el cuarzo. Entre sus aplicaciones: - Medida de variaciones rápidas en magnitudes físicas. - Medición de presiones estáticas durante varios minutos. - Encendedores de cocina. 16

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