MATERIA: TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II. Los alumnos deberán elegir una de las dos opciones. Cada ejercicio vale 2.5 puntos. OPCIÓN A

Transcripción

1 PRUEBAS DE ACCESO A LA UNIVERSIDAD L.O.E. CURSO 0-03 CONVOCATORIA: JULIO MATERIA: TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II Los alumnos deberán elegir una de las dos opciones. Cada ejercicio vale.5 puntos. Ejercicio OPCIÓN A a) Se somete a tracción una probeta de sección rectangular (mm x 0 mm) y de 50 mm de longitud, con una fuerza de 09.4 Kp, midiéndose un alargamiento de 5x0 - cm dentro de la zona elástica. Se pide determinar la tensión, la deformación unitaria y el módulo de Young (E) del material expresado en GPa ( punto). b) En un laboratorio de certificación se quiere medir la resiliencia de un material, para lo que se usa un péndulo de Carpy. La probeta utilizada tiene una sección cuadrada de 0x0 mm, y se obtiene un valor de 85 J/cm. Si el martillo empleado tiene una masa de 0 kg y se lanza desde una altura de m, determine la energía empleada en la rotura de la pieza (0.5 puntos). c) En un ensayo de dureza Brinell se aplican 750 Kp a una bola de 5 mm de diámetro. Si la uella producida tiene un diámetro de mm, determine el valor de la dureza, y exprese el resultado según la norma, si sabemos que el experimento dura 0 s ( punto). a) Calculamos primero el esfuerzo (pueden darlo en cualquier unidad) S = 0 = 40 mm = 0.4 cm = m σ = F 09.4 kp = = kp S 0.4 cm cm = 5.48 kp N N == = mm m (= Pa) = 49.7 MPa m La deformación unitaria vale ε = l L = 5 0 cm 5 cm = 0 3 Calculamos por último el módulo de Young(E) y S = 0 = 40 mm = 0.4 cm E = σ = = Pa =4.85 GPa ε 0 3 b) Carpy. ρ = mg(h ) S c) La dureza Brinell se calcula como: f = D D d HB = F S = mg(h ) = ρ S =cm 85 J cm =85 J ( ) = 5 F π D f = ( )= kp π mm = Según la norma se expresará: 89 HB kp 3.785mm = 8.8 kp mm

2 Ejercicio Una máquina erramienta está accionada mediante un motor de corriente continua de excitación en derivación, de 30V. Consume una potencia de kw y produce una potencia de 8.4 kw, siendo la resistencia total del inducido (rotor) de 0. Ω, y la resistencia del inductor (estator) de 00 Ω. Calcule, trabajando a plena carga: a) El rendimiento del motor y la intensidad absorbida. (0.5 puntos). b) La fcem generada. ( punto). c) La suma de las pérdidas mecánicas y del ierro (magnéticas). ( punto). Nota: En la resolución del problema se debe dibujar el esquema eléctrico del motor. Se desprecia la caída de tensión en las escobillas. Se trata de un motor alimentado en paralelo, luego todas las resistencias tienen la misma tensión pero diferente intensidad. a) Cuando trabajamos a plena carga tendremos V=0 V, consumimos una potencia de kw (P=VI), luego la intensidad absorbida de la red es de I abs = P c U = kw 30V 9.30 A En cuanto al rendimiento, se define como: η = P u = % P c 000 b) Cuando estamos en condiciones normales de trabajo no tenemos resistencia de arranque, de manera que las ecuaciones a resolver son: I abs = I est + I ind U = I est R est = E I ind R i despejando I est = U = 30V R est 00Ω =.3 A I ind = I abs I est = = 89 A E = U I ind R i = =.V R exc I exc R a R i M I abs E I ind U c) Las pérdidas totales de energía son son suma de las que se pierde por efecto Joule, magnéticas (E ) y mecánicas. Las pérdidas Joule son: P J = I exc R exc + I ind R ind = W Las pérdidas totales de energía son la diferencia entre lo consumido y lo útil P p = P c P u = kw 8.39 kw =.6kW Estas pérdidas son debidas a ejecto Joule + efectos mecánicos y magnéticos. P m + P E = P p P J =.6 kw.3 kw.89kw

3 Ejercicio 3 En el sistema contraincendios de una instalación industrial se tiene una tubería orizontal de 0 cm de diámetro (d A ) por la que circula agua desmineralizada. La tubería presenta un estrecamiento tal y como se muestra en el dibujo, reduciéndose el diámetro a la mitad (d B =0 cm). a) Ordene de menor a mayor la velocidad y la presión en los puntos y. Justifique la respuesta basándose en las ecuaciones de los fluidos (0.5 puntos). b) Si la diferencia de presión entre ambas secciones (puntos y ) es de 0.3 kp/cm, calcule la velocidad en los puntos y (.5 puntos). c) Calcule el caudal expresado en litros por segundo. (0.5 puntos). Nota: Suponga que g=9.8 m/s. La tubería es de sección circular. Densidad del agua desmineralizada: 000 kg/m 3. d A d B a) Para analizar las velocidades utilizamos la Ley de Continuidad de Fluidos incompresibles: Q = cte = S v = S v v v = S S v < v Para el estudio de las presiones utilizamos la Ec. de Bernouilli P + ρv = P + ρv P = P P = ρ (v v ) v < v P > P b) Aplicamos las dos ecuaciones anteriores para obtener las velocidades:. v = S = D v S D = 4 v = 4v ( ) p+ ρv = p + ρv p = p p = ρ v v R Av = Av πrv = πrv v = v = v = 4v R m v = = =.98 s kp N 4 cm p cm kp m 3 kg 5ρ m c) Podemos calcular el caudal en cualquiera de los puntos, pues es constante. Q = S v = πr v = π m s = 0.06 m3 s = 6. l s

4 Ejercicio 4 Se tiene una cerradura controlada por un electroimán (relé). La cerradura permanece bloqueada por el émbolo del electroimán cuando no pasa corriente por su bobina (posición de reposo). Cuando se introduzca mediante los tres interruptores de entrada la combinación de y/o 0 lógicos adecuada, el electroimán se activará y se retirará el émbolo, lo que permitirá el desplazamiento del cerrojo. Las condiciones de apertura son las siguientes La cerradura no se puede abrir (cerradura bloqueada= 0 ) cuando la entrada A esté activada, independientemente del estado de B y C. Cuando no esté bloqueada, la cerradura se abrirá (salida ) cuando al menos una de las entradas B o C esté activada. a) Calcule la tabla de verdad y la función lógica de apertura expresada en MINTERMS (suma de productos o ª forma canónica). ( punto). b) Simplifique la función de salida mediante el Método de Karnaug. ( punto). c) Implemente el circuito con puertas lógicas NAND. (0.5 puntos). a) La tabla de verdad que corresponde al problema es: La función lógica vale: f = A B C + A BC + A BC b) Minimizamos por el método de Karnaug y la función simplificada es: f = A B + A C c) Para obtener la función a implementar con puertas NAND, negamos doblemente la función simplificada f = A B + A C = (A B) (A C) De forma que la implementación queda como:

5 Ejercicio OPCIÓN B a) En un ensayo de tracción a una probeta de 0 mm de sección, para 7 KN de carga axial, la probeta presenta un alargamiento unitario de.07x0-3.. Calcule el módulo de Young (E) en GPa. Si la carga máxima soportada en el límite de rotura es de 58 KN, calcule el esfuerzo que experimenta la pieza en el límite de rotura en MPa ( punto). b) En un ensayo de Carpy se deja caer una maza de 5 kg y sección cuadrada de 0 mm de lado, desde una altura de.0 m. Después de romper la probeta el péndulo asciende una altura de 50 cm. Calcule la energía empleada en la rotura de la pieza y la resiliencia del material, expresada en J/cm. Considere g=9.8 m/s ( punto) c) Calcule la dureza Vickers, expresada según la norma, teniendo en cuenta que una punta piramidal de diamante deja una uella de diagonal d = cm, al aplicarle una fuerza de 90.5 N durante 0 s (0.5 puntos). a) Calculamos el módulo de Young: E = F S ε = N m = Pa = 0.3 GP Cuando estamos en el límite de rotura Fe=58 kn, en este límite σ = F S = N m = Pa = 483 MPa b) La energía necesaria es la perdida de energía pontencial de la maza E = mg(h ) = 5kg 9.8 m (. 0.5)m =7.7 N m(= J) s La resilencia valdrá por tanto ρ = E S = 7.7 J cm c) La dureza Vickers vale =7.7 J cm d (0.45 mm) S = = = 0.09 mm sen(68º).854 F = 90.5 N = 90.5 kp = 9.74 kp 9.8 OTRO MODO: HV = F S = 9.74 kp = mm HV =.8544 F d Según la norma se expresará: 84 HV (el tiempo es opcional)

6 Ejercicio Un motor de combustión, que tiene un rendimiento del 30% y gira a 5000 rpm, desarrolla un par motor de 98 Nm. Utilizamos un combustible de densidad 0.7 kg/dm 3, siendo su calor de combustión 0500 kcal/kg. Calcule a) La potencia útil realizada por el motor. (0.5 puntos). b) La potencia consumida por el motor en kw. (0.5 puntos). c) En dos oras, cuántas Kcal se invierten en trabajo y cuantas se desaprovecan ( punto). d) Cuál es su consumo en litros/ora (0.5 puntos). SOLUCIÓN: a) Conocemos la velocidad de giro y el par desarrollado, con lo que podemos obtener la potencia útil que está desarrollando el motor: n = 5000 rpm ω = 5000 rev m P u = Mω = = 5.5 kw π rad rev m = 53 rad /s 60 s b) El rendimiento nos indica la relación entre potencia consumida y realizada. η = P generada / útil P consumida P c = P u η = 5.5 =70.8 kw 0.3 c) Como nos piden el trabajo útil en kcal, pasamos la potencia a kcal/ W = J s cal = 4.8 J P = 5.5 kw = 5.5 kj u s kcal 4.8 kj 3600s El trabajo que realizará en dos oras será por tanto: W = P u t = 4440 kcal = 8880 kcal 4440 kcal Y el trabajo que se pierde en esas dos oras será la diferencia entre el consumido y el utilizado. Q c =70.8 kw =70.8 kj s kcal 4.8 kj 3600 s 4700 kcal = 9400 kcal Q p = Q c W = kcal OTRO MODO: calculamos primero la potencia perdida y de ella deducimos el calor perdido. P p = P c P u = =9.55 kw = Q p = Q c W =03000 kcal = kcal kcal kcal d) Conocemos el consumo en kcal/ y tenemos que pasarlo a litros/ora, para lo que usamos el poder calorífico P c =70.8 kw 4700 kcal m Ý =4700 kcal litro 7350 kcal 0 l

7 Ejercicio 3 En un sistema de compensación de caudal de instalación industrial se extrae agua de un depósito mediante un sifón como el que se muestra en la figura adjunta. La tubería del sifón, de 50 mm de diámetro, termina en una boquilla, que forma un corro de salida de 5 mm de diámetro. El caudal en la boquilla de salida (punto 3) es m 3 /s. Determine: a) La velocidad del agua en los puntos y 3 (0.5 puntos). b) La presión manométrica en el punto ( punto). c) La altura indicada en la figura ( punto). Nota: Suponga que el agua se comporta como un fluido ideal, que son despreciables todas las pérdidas y tome ρ=00 kg/m 3 y g=9.8 m/s. Exprese los resultados en el Sistema Internacional. γ=9.8 00=0006. N/m 3 a) A partir del caudal podemos obtener la velocidad en cualquier punto del tubo Q 3 = v 3 S 3 v 3 = Q = cte v 3 = S = d v S 3 d = Q 3 π(d /) = m 3 /s π ( m) = m 3 /s m =.4m s = 4 v = v 3 4 =.85 m s b) Aplicamos Bernoulli entre el punto y la superficie del líquido (o entre los puntos y 3) P = (.85) 9.6 P 7950 Pa. c) Aplicamos Bernoulli entre el punto 3 y la superficie del líquido (o entre y 3 viendo que V =V ) = v 3 g = 6.64 m

8 d) Ejercicio 4. Para controlar el toldo de la terraza de una vivienda, tenemos cuatro sensores, que nos dan las siguientes señales: señal L (lluvia), señal V (viento), señal S, (sol), y señal F (frío en el interior de la casa). El toldo se extenderá (función de salida= ) siempre que ace calor en el interior (F=0) y no se extenderá cuando aga frío dentro de la casa (F=), con las siguientes excepciones: cuando ningún sensor está activado no se extenderá cuando sólo está activado el sensor de viento tampoco se extenderá. a) Calcule la tabla de verdad y la función lógica que extiende el toldo ( punto). b) Simplifique la función de salida mediante el Método de Karnaug. ( punto). c) Implemente el circuito con puertas lógicas universales. (0.5 puntos). Se aceptan MIN y MAX pero sólo se pueden usar puertas universales a) La tabla de verdad es Función lógica en forma de minterms: f = L V SF + L VSF + LV S F + LV SF + LVS F + LVSF b) Simplificación de la función lógica mediante el método de Karnaug la función simplificada es: f = SF + LF c) Implementación con puertas NAN f = SF + LF = (SF ) (LF ) L S B F C