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Tecnología Industrial
I
a d a t p a d a n c u la r i i r r r ó i u c c n i Ed nac ió e d r o a v a n ue a l
Tecnología Industrial
I
a d a t p a d a n c u la r i i r r r ó i u c c n i Ed nac ió e d r o a v a n ue a l
TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I Orientaciones y propuestas de trabajo Primer curso de Bachillerato PROYECTO PRO YECTO Y EDICIÓN: grupo edebé DIRECCIÓN GENERAL: Antonio Garrido González DIRECCIÓN EDITORIAL: EDITORIAL: José Luis Gómez Cutillas DIRECCIÓN DE EDICIÓN DE EDUCACIÓN SECUNDARIA: SECUNDARIA: José Francisco Vílchez Román a DIRECCIÓN PEDAGÓGICA: Carlos M. Zamora Supervía DIRECCIÓN DE PRODUCCIÓN: PRODUCCIÓN: Juan López Navarro EQUIPO DE EDICIÓN DE EDEBÉ: Edición: Francisco Ortiz Ahulló Edición: Francisco Pedagogía: Juan Pedagogía: Juan Carlos Ledesma González Ilustración: Antonio Ilustración: Antonio Porqueras Llopis Corrección: Marcos Corrección: Marcos Fco. Fco. Po Poquet quet Martínez Cubierta: Luis Cubierta: Luis Vilardell Panicot COLABORADORES: Texto: Manuel Murgui Izquierdo y Juan José Vinagre Prieto Texto: Manuel Asesoría: José Asesoría: José Luis Díaz Domínguez y Vicente Mata Amela Preimpresión: BABER, Preimpresión: BABER, scp.
Este libro corresponde al primer curso de Bachillerato, materia de Tecnología Tecnología Industrial, y forma parte de los materiales curriculares del proyecto editorial edebé, que ha sido debidamente supervisado y autorizado.
Edición adaptada a la nu eva ordenación curricular de Bachillerato.
Queda prohibida, salvo excepción prevista en la Ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de la propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectuall (arts. 270 y ss. del Código Penal). lectua Penal). El Centro Español Español de Derechos Reprográficos (www.cedro.org) vela por el respeto de los citados derechos.
ES PROPIEDAD DE GRUPO EDEBÉ © grupo edebé, 2002 Paseo San Juan Bosco, 62 08017 Barcelona www.edebe.com ISBN 84-236-6193-8 Depósito Depó sito Legal. Legal. B. 25460 25460-2002 -2002 Impreso en España Printed in Spain EGS - Rosario, 2 - Barcelona
ÍNDICE GENERAL Orientaciones didácticas
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Solucionario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I Orientaciones y propuestas de trabajo Primer curso de Bachillerato PROYECTO Y EDICIÓN: guadiel-grupo edebé DIRECCIÓN GENERAL: Antonio Garrido González DIRECCIÓN EDITORIAL: José Luis Gómez Cutillas DIRECCIÓN EDICIÓN DE GUADIEL: José Moyano Guzmán DIRECCIÓN DE EDICIÓN DE EDUCACIÓN SECUNDARIA: José Francisco Vílchez Román DIRECCIÓN PEDAGÓGICA: Carlos M.a Zamora Supervía DIRECCIÓN DE PRODUCCIÓN: Juan López Navarro EQUIPO DE EDICIÓN DE GUADIEL: Edición: Francisco Ortiz Ahulló Pedagogía: Juan Carlos Ledesma González Ilustración: Antonio Porqueras Llopis Corrección: Marcos Fco. Poquet Martínez Cubierta: Luis Vilardell Panicot COLABORADORES: Texto: Manuel Murgui Izquierdo y Juan José Vinagre Prieto Asesoría: José Luis Díaz Domínguez y Vicente Mata Amela Preimpresión: BABER, scp. Material curricular para la etapa de Bachillerato, primer curso, materia de Tecnología Industrial, elaborado según el proyecto editorial guadiel-grupo edebé que ha sido presentado a autorización y supervisión de la Consejería de Educación y Ciencia.
Edición adaptada a la nu eva ordenación curricular de Bachillerato.
Queda prohibida, salvo excepción prevista en la Ley, cualquier forma de reproducción, distribución, comunicación pública y transformación de esta obra sin contar con autorización de los titulares de la propiedad intelectual. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (arts. 270 y ss. del Código Penal). El Centro Español de Derechos Reprográficos (www.cedro.org) vela por el respeto de los citados derechos.
ES PROPIEDAD DE GUADIEL-GRUPO EDEBÉ © guadiel-grupo edebé, 2002 Parque Industrial y de Servicios del Aljarafe (P.I.S.A.) Artesanía 3-5 41927 Mairena del Aljarafe (Sevilla) www.edebe.com ISBN 84-8117-712-1 Depósito Legal. B. 25461-2002 Impreso en España Printed in Spain EGS - Rosario, 2 - Barcelona
ORIENTACIONES DIDÁCTICAS Estructura del libro Los contenidos del libro Tecnología Industrial I se han distribuido en tres bloques: •
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El primero, denominado Materiales y fuentes de energía, está integrado por siete unidades didácticas en las que se recogen de manera sistemática los contenidos relacionados con los materiales de uso técnico y los recursos energéticos empleados a escalas doméstica e industrial. El segundo, Máquinas y sistemas técnicos, se desarrolla a lo largo de cinco unidades didácticas en las que se describen los elementos y los mecanismos característicos de los sistemas mecánicos de transmisión y transformación de movimientos, los circuitos eléctricos y los principios básicos de la neumática. El tercero, Procesos y productos de la tecnología, consta de seis unidades didácticas en las que se presentan los principales procesos de fabricación, las diversas técnicas de trabajo empleadas en ellos y la estructura y las funciones de las empresas industriales.
Introducciones de bloque Cada uno de los bloques se inicia con una doble página. En ésta, se incluyen aspectos generales relacionados con los contenidos que aparecen en él: la primera página presenta hitos históricos de la tecnología y la segunda, perspectivas de futuro del desarrollo tecnológico.
MÁQUINAS Y SISTEMAS TÉCNICOS Los lenguajes en tecnología
Arqueología industrial: la máquina de vapor La historia ha recogido algunos intentos del ser humano por conseguir un artilugio capaz de transformar la energía térmica en energía mecánica, tales como el aelópilo de Herón de Alejandría (siglo I d. C.), la máquina del inventor francés Denis Papin (1689) o la bomba de vapor del ingeniero inglés Thomas Savery (1689).
El control de la velocidad de la máquina se conseguía por medio de un regulador de bolas centrífugo que actuaba sobre las válvulas de admisión: si la máquina aumentaba su velocidad, el regulador reducía la entrada de vapor al cilindro y obligaba a la máquina a disminuir su velocidad.
Pero hasta 1705 no se construyó la primera máquina de vapor propiamente dicha. Fue obra de los ingleses Thomas Newcomen y John Cawley, aunque el rendimiento de esta máquina era tan sólo del 1%.
El vapor, después de salir del cilindro, pasaba por un condensador en el que se transformaba en líquido y volvía a la caldera para repetir el ciclo. Con ello se conseguía ahorrar hasta el 75% de la energía que se perdía en los modelos anteriores.
En 1768, el escocés James Watt perfeccionó la máquina de Newcomen y Cawley, mejorando su rendimiento y dotándola de una estructura que le permitiría ser la impulsora de la Revolución Industrial. La máquina de Watt disponía de una caldera en la que se generaba el vapor a partir del calor desarrollado por la combustión de carbón. El vapor circulaba hasta un cilindro, denominado de doble acción, ya que admitía vapor por ambos extremos. Así, el movimiento del émbolo era provocado por la presión que alternativamente ejercía el vapor. El émbolo del cilindro iba provisto de una biela y un engranaje planetario mediante el que se conseguía transformar un movimiento de vaivén en un movimiento rotatorio, más adecuado para accionar la maquinaria industrial.
•
•
El lenguaje simbólico La representación de esquemas de circuitos eléctricos, hidráulicos y neumáticos supone la utilización de símbolos normalizados que permitan la interpretación del esquema de manera inequívoca.
El lenguaje verbal La denominación de los elementos, los procesos, los dispositivos, las máquinas y las herramientas utilizadas en tecnología exige la utilización de un vocabulario específico que es necesario conocer y utilizar adecuadamente. Algunos términos, procedentes de otras lenguas, se utilizan del mismo modo en todos los lugares. Es el caso de las articulaciones cardan, término inglés que tiene su origen en el apellido de su inventor, el italiano Girolamo Cardano, o los términos informáticos software y hardware, prácticamente intraducibles.
En 1789, el tinerfeño Agustín de Bethencourt desarrolló una máquina de vapor de doble efecto que pronto entró en servicio en las minas de Almadén (Ciudad Real).
En otros casos, la palabra se ha castellanizado a partir de su original en otra lengua. Es el caso del términoclínquer, que procede del inglés clinker y que designa el producto granulado que se obtiene al fundir una mezcla de caliza y arcilla.
En 1799, William Murdock inventó la caja de distribución, que permitía regular automáticamente la entrada y la salida del vapor al cilindro, gracias al movimiento de vaivén de la corredera alojada en el interior de la caja.
La denominación de los compuestos químicos sigue las normas establecidas por la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Así, los óxidos de azufre, de fórmula SO2 y SO 3, se denominan, respectivamente, dióxido de azufre y trióxido de azufre.
El uso de las máquinas de vapor se generalizó en muchos ámbitos industriales, a pesar de que su velocidad no rebasaba las 50 rpm y su potencia era todavía escasa.
El lenguaje gráfico
La aparición en 1890 de las turbinas de vapor marcó el ocaso de las máquinas de vapor, que prácticamente desaparecieron de la industria a partir de 1910.
•
Así, entre otros, podemos distinguir el lenguajeverbal, el grá- fico, el simbólico, el icónico y el informático.
En 1775, Watt se asoció con el fabricante Mattew Boulton y ambos crearon la empresa Boulton & Watt, dedicada a la fabricación de máquinas de vapor. A partir de 1787, estas máquinas comenzaron a utilizarse de forma masiva en la industria textil.
En 1862, los británicos John F. Allen y Charles T. Porter presentaron una nueva máquina de alta velocidad capaz de alcanzar las 150 rpm y de desarrollar una potencia de 28 CV. Muy pronto se mejoró su diseño y, pocos años más tarde, el estadounidense G. H. Corliss construyó una máquina que alcanzaba los 700 CV de potencia. Este tipo de máquinas resultaba extraordinariamente útil para la producción de electricidad por medio de dinamos.
148
El desarrollo de sistemas tecnológicos muy diversos ha obligado a la creación de un lenguaje tecnológico que adopta diversas formas según su ámbito de aplicación.
La representación gráfica de planos y piezas exige el conocimiento de diferentes sistemas de representación, tales como el sistema diédrico o la perspectiva axonométrica. La utilización de diferentes tipos de líneas, su grosor y l a colocación de las cotas dentro del dibujo están normalizados según la norma ISO 128 (International Standard Organization), que concuerda con la norma española UNE 103282. 3 5 1
A
B 2
1,5
20 12
4 2 8 4
Ø2 Ø1
M
El respeto a las normas y convenciones de representación es fundamental para agilizar el proceso de confección y de i nterpretación de los esquemas. De este modo, un dispositivo construido en cualquier parte del mundo según un esquema normalizado puede ser modificado o reparado en cualquier país. El lenguaje icónico Las normas de seguridad y las precauciones en el uso y manejo de herramientas y máquinas deben poder ser interpretadas de manera rápida, sin necesidad de recurrir a una lectura pormenorizada. Así, se ha desarrollado un código internacional de señales, similar al utilizado para la circulación de automóviles, que permite adoptar las medidas preventivas apropiadas a cada situación.
Este código debe ser conocido antes de iniciar cualquier trabajo en el que se utilicen recursos tecnológicos. El lenguaje informático La incorporación de sistemas informáticos a los procesos tecnológicos exige el conocimiento del lenguaje empleado. El uso de los lenguajes de programación permite introducir en el ordenador las instrucciones de trabajo de una manera sencilla. Además del conocido como lenguaje máquina, algunos de los principales lenguajes de alto nivel son: el COBOL, el PASCAL, el BASIC y el LOGO.
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En el primer bloque, se presenta la Evolución histórica de los materiales y las relaciones entre Energía y desarrollo tecnológico. En el segundo, se muestra un ejemplo de arqueología industrial, como La máquina de vapor y la importancia de Los lenguajes en tecnología. En el tercero, se hace referencia a La tecnología de las civilizaciones agrarias y a La tecnología y la satisfacción de necesidades. 5
Introducciones de unidad Las unidades didácticas que componen cada bloque se inician siempre con una doble página que contiene:
13 CONFORMACIÓN SIN PÉRDIDA DE MATERIAL Esquema de la unidad 1. Tecnologías de fabricación
6. Forja 6.1. Calentamiento dela pieza 6.2. Proceso deforja 7. Estampación en caliente 8. Extrusión 9. Laminación 9.1. Proceso delaminación 10. Estampación en frío 11. Deformación por tracción Prácticas: Moldeo en arena
2. Conformación por fusión y moldeo 2.1. El proceso de moldeo 3. Moldeo por gravedad 3.1. Moldeo en arena 3.2. Moldeo en coquilla 3.3. Moldeo a la cera perdida 4. Moldeo por presión 4.1. Moldeo por fuerza centrífuga 4.2. Moldeo porinyección 5. Conformación por deformación
Preparación de la unidad Recuerda •
Objetivos
Material • • • • • • •
•
•
• •
• •
•
•
Identificar las diferentes tecnologías de fabricación y clasificarlas según el modo de conformar los materiales. Describir las características generales de un molde e identificar sus partes o componentes esenciales. Clasificar los moldes de uso industrial en función de su frecuencia de uso. Distinguir entre moldeo por gravedad y por presión. Describir, a grandes rasgos, los procesos de moldeo en arena y moldeo a la cera perdida. Estimar las ventajas y los inconvenientes del moldeo en coquilla frente a otras formas de moldeo. Enumerar aplicaciones concretas de las diferentes técnicas de moldeo por gravedad según las características de éstas y el tipo de objeto que se desea obtener. Comparar los procedimientos de moldeo por fuerza centrífuga y por inyección y señalar sus analogías y sus diferencias. Distinguir entre deformación elástica y deformación plástica y reconocer ésta como el fundamento de las técnicas de deformación por compresión y por tracción. Describir brevemente el proceso de forja manual e indicar las herramientas que se utilizan en cada operación. Comparar los procesos de estampación en frío y en caliente, señalar sus analogías y sus diferencias y justificar las ventajas del proceso en frío. Explicar en qué consiste un proceso de extrusión e indicar qué tipo de objetos se obtienen con él. Distinguir los diferentes tipos de trenes de laminación que se utilizan en la industria y los tipos de productos que se obtienen en cada uno. Justificar el fundamento de las técnicas de estirado y trefilado, compararlas y señalar sus analogías y sus diferencias. Señalar diferentes ámbitos industriales en los que se aplican los procesos de conformación estudiados.
Resuelve
Las propiedades que permiten utilizar los procesos de conformación en diferentes materiales son, entre otras, su dureza, su tenacidad, su maleabilidad, su ductilidad y su punto de fusión. La siguiente tabla recoge las características más significativas de algunos de los metales de uso técnico más habituales.
Hierro
Punto de fusión
Dureza
1 53 9 ° C
4 ,5
D úc ti l y ma el ab el .
•
Propiedades técnicas
Cobre
1 08 3° C
3
D úc til y m al ea ble .
Aluminio
659,8 °C
2
Muy dúctil y muy maleable.
Plomo
327,3 °C
1,5
Poco dúctil y muy maleable.
Estaño
231,9 °C
1,8
Poco dúctil y muy maleable.
Cinc
419,5 °C
2,5
Níquel
1 45 3° C
5
D úc til y m al ea ble .
Cromo
1 903 °C
9
Poco dúctil y poco maleable.
Volframio
3 380 °C
9
Muy dúctil y muy maleable.
•
•
Poco dúctil y poco maleable.
•
•
Busca en el diccionario o en un vocabulario técnico los términos siguientes: arcilla, colada, compresión, ductilidad, dureza, elastici- dad, fuerza centrífuga, fusión, hidráulica, maleabilidad, moldeo, neumática, presión, refractario, soldadura, solidificación,tenacidad y tracción . Escribe su significado en tu cuaderno e indica el ámbito técnico en el que se aplica. Ejemplo: la colada es el material en estado de fusión que se obtiene de los hornos altos o de los convertidores de acero. Ordena los metales de la tabla anterior por orden creciente de puntos de fusión. — Justifica por qué el plomo y el estaño son muy adecuados para procesos de moldeo y, en cambio, el hierro no lo es tanto. Ordena los materiales de la tabla anterior por orden creciente de dureza. — Justifica por qué el plomo y el estaño son poco apropiados para procesos de forja y, en cambio, el hierro sí lo es. Indica tres metales no férricos de los que se puedan obtener hilos con facilidad. — Indica qué propiedad de los metales permite este proceso de conformación. Indica tres metales no férricos de los que se puedan obtener planchas con facilidad.Procura que sean diferentes de los enumerados en la actividad anterior.
240
•
• •
•
241
Una imagen sugerente, relacionada con los contenidos que se van a desarrollar y que pretende despertar el interés de los alumnos. Una relación de los objetivos que se desean alcanzar. La estructura de la unidad, en la que se indican los contenidos que se van a trabajar para lograr los objetivos propuestos. Un conjunto de informaciones destinadas a conseguir la preparación de la unidad, que los alumnos han de conocer antes de iniciar el trabajo. En algunos casos, también se incluyen algunas actividades para afianzar la evocación de estos conocimientos previos.
La relación de transmisión y los momentos torsores Cuando un cuerpo gira por efecto de la acción de un momento torsor, el trabajo (T) desarrollado es igual al producto del momento (M) por el ángulo girado( ). M1 F1 R1 D 1
M2 F2 R2
1
D 2
2
Desarrollo de los contenidos
En un sistema de poleas, el trabajo motor debe ser igual al trabajo resistente.Por tanto:
La exposición de los contenidos se estructura en apartados y subapartados que reproducen la secuencia lógica de aprendizaje.
En consecuencia:
•
•
Cuando resulta necesario, se incluyen modelos de resolución de problemas tecnológicos. En los márgenes, se muestran explicaciones complementarias que ayudan a comprender mejor los contenidos, las ampliaciones de especial interés, las cronologías de la evolución histórica de la tecnología, etc.
M 1 1 M 2 2 M 2 1 —— —— M 1 2 Como el desplazamiento longitudinal ha de ser el mismo, el ángulo girado por una polea en un sistema es in- versamente proporcional a su diá- metro. Por lo tanto: 1 D 2 —— —— D 1 2
D 2 M 2 1 Pero como i —— y —— —— 2 D 1 M 1 D 2 1 —— —— D 1 2
⇒
M 2 i —— M 1
La relación de transmisión de un sistema es igual al cociente entre el momento torsor que se obtiene so- bre el árbol conducido ( M2 ) y el que actúa en el árbol motor ( M1 ).
5.2. Transmisión de momentos torsores
El momento torsor y la velocidad transmitidos por un sistema de poleas están estrechamente relacionados con el valor de la relación de transmisión del sistema. En efecto, si dicha relación i es igual al cociente de los momentos torsores, podemos calcular el valor del momento resultante a partir del valor del momento motor. M 2 M 2 i M 1 i —— ⇒ M 1 — Cuando i es menor que la unidad (i 1), el sistema se considera multiplicador del movimiento.En este caso, la velocidad de giro de la rueda conducida es mayor que la de la polea motriz, pero el mo- mento torsor resultante es menor. — Cuando i es igual a la unidad (i 1), el sistema actúa como simple transmisor del movimiento.Las dos poleas giran a la misma velocidad y los momentos torsores son iguales. — Cuando i es mayor que la unidad (i 1), el sistema se considera reductor del movimiento.La velocidad de giro de la rueda conducida es menor que la de la motriz y el momento resultante es mayor . Así, la decisión de utilizar un sistema multiplicador o reductor depende del resultado que esperemos: — Si deseamos mayor momento torsor, utilizaremos un sistema reductor. — Si queremos desarrollar mayor velocidad , utilizaremos un sistema multiplicador. Ejemplo 2
La polea motriz de un sistema de poleas tiene 45 mm de diámetro y la con- ducida, 120 mm.Calcula el momento resultante si sobre la primera actúa un momento de 225 N m. — Dato s:
D 1 45 mm
6
Al final de cada apartado, se proponen cuestiones y problemas, organizados de menor a mayor dificultad, para aplicar los contenidos estudiados en contextos diferentes.
M 1 225 N m
D 2 120 mm i —— ———— 2,667 D 1 45 mm — Multiplicamos ahora el momento motor por la relación obtenida: M 2 i M 1 2,667 225 N m 600 N m El momento resultante es de 600 newtons metro.
7. Una polea de 105 mm de diámetro que gira a una velocidad de 1 200 rpm tr ansmite su movimiento a otra de 35 mm de diámetro. Calcula el número de revoluciones a que girará. Sol.: 3600 rpm
•
D 2 120 mm
— Calculamos la relación de transmisión:
8. La relación de transmisión entre una polea de 120 mm de diámetro acoplada al árbol motor y otra acoplada al árbol resistente es i 0,2. Calcula el diámetro de esta última. Sol.: 24 mm
158
9. Un sistema de poleas está formado por una polea motriz de 150 mm de diámetro y una conducida de 60 mm. Calcula el momento resultante cuando se aplica sobre la motriz un momento de 100 N m. Sol.: 40 N m 10. En el sistema anterior, calcula el momento que hay que aplicar para obtener 275 N m. Sol.: 687,5 N m
Páginas de cierre Las unidades se cierran con una doble página formada por tres apartados: Síntesis de la unidad, Activi- dades de aplicación y Prácticas. Actividades de aplicación
Síntesis de la unidad En el cuadro siguiente se resumen las características, la simbología y la función de los elementos componentes de un circuito neumático. Circuito neumático Partes
Grupo compresor
Elementos
Simbología
Motor auxiliar
Refrigerador
Depósito
Unidad de mantenimiento
Función y características
Aumenta la presión del aire que se aspira de la atmósfera hasta 6 ó 7 bar.
Compresor
M
Comunica el movimiento de rotación al eje del compresor.Según el tipo de instalación, puede tratarse de un motor eléctrico o de combustión. Disminuye la temperatura del aire a la salida del compresor hasta 25 °C y elimina, de paso, hasta un 80 % del agua que contiene. Almacena el aire comprimido para ser utilizado cuando se necesite.Lleva incorporados dispositivos de seguridad: manómetros, termómetros y válvulas de escape. Prepara el aire mediante filtración, regulación y lubricación.Está formada por un filtro, un regulador de presión provisto de manó- metro y un lubricador.
23. Efectúa las transformaciones siguientes: — — — —
29. Calcula la fuerza efectiva en el avance y en el retroceso que desarrolla un cilindro de doble efecto sometido a una presión de 9 bar sabiendo que su rendimiento es del 55% y que los diámetros del émbolo y del vástago son, respectivamente, 20mm y 8 mm.
5,25 bar en atm 36 750 Pa en bar 67 L/min en m3 /h 4 8 m3 /h en L/s
Sol.: 155 N; 131 N
Sol.: 5,18 atm; 0,3675 bar; 4,02 m3 /h; 13,33 L/s
24. Enumera los elementos fundamentales de un circuito neumático y establece su relación con los de un circuito eléctrico.
30. Representa simbólicamente las válvulas siguientes: — 2/2 NC con mando por pulsador y retorno neumático.
25. Describe la función que desempeñan el filtro, el regulador y el lubricador en el conjunto FRL.
— 3/2 NA con mando y retorno neumáticos.
26. Confecciona un cuadro resumen en el que se recojan las analogías y las diferencias entre un cilindro de simple efecto y uno de doble efecto.
— 5/2 NA con mando por palanca y retorno por resorte.
— Indica también las ventajas y los inconvenientes de cada uno.
31. Elige una de las válvulas de la actividad anterior y describe su funcionamiento. Puedes ayudarte de dibujos o esquemas.
27. Averigua la presión de aire que hay que utilizar en un cilindro de simple efecto de 80 mm de diámetro y del 65% de rendimiento para obtener una fuerza efectiva de 1600 N si la resistencia del muelle interno se estima en 250 N.
32. Dibuja el esquema de un circuito que contenga el grupo compresor, una válvula antirretorno a la salida del depósito y un cilindro de doble efecto comandado por dos válvulas 3/2.
Sol.: 5,39 bar
Tuberías
Actuadores
Elementos dedistribución o válvulas
Conducciones
Distribuyen el aire comprimido entre todos los elementos de la instalación.
Cilindro de simple efecto
Transforma la energía neumática en energía mecánica.Este cilindro sólo efectúa trabajo en el sentido de la carrera de avance.
Cilindro de doble efecto
Transforma la energía neumática en energía mecánica.Efectúa trabajo tanto en la carrera de avance como en la de retroceso.
Prácticas
Válvula 2/2 NC
Dispone de dos vías y de dos posiciones de trabajo.Cuando se pulsa, permite el paso del aire y, al dejar de pulsarla, lo bloquea.
Diseño y montaje de circuitos neumáticos
Válvula 3/2 NC
Dispone de tres vías y de dos posiciones de trabajo.Al pulsarla, permite el paso del aire y, al cesar la pulsación, el aire sale en sentidocontrario.
Válvula 5/2 NA
Dispone de cinco vías y de dos posiciones de trabajo.Permite simultáneamente el paso del aire a un circuito y su salida de otro circuito distinto.
Válvula antirretorno
Permite el paso del aire por las conducciones en un sentido y la impide en el contrario.
Válvula de doble efecto
Se instala en las ramificaciones del circuito para seleccionar la fuente de alimentación.
28. Determina el rendimiento de un cilindro de simple efecto de 16 mm de diámetro que genera un empuje de 55 N al aplicarle una presión de 5 bar si la resistencia del muelle se estima en 8 N.
Regulador de caudal
— Explica también su utilidad en casode situarla a la entrada.
Sol.: 59%
Se propone a continuación una serie de prácticas de diseño y montaje de dispositivos alimentados por medio de energía neumática. 1. Diseño y montaje de un circuito neumático elemental capaz de colocar tampones sobre una hoja de papel y accionado por un solo botón. Elementos:
Elementos auxiliares
33. Explica qué utilidad puede tener una válvula reguladora de caudal a la salida de un cilindro de doble efecto.
•
•
Se instala a la salida de las cámaras de los cilindros para regular la velocidad de desplazamiento del émbolo en su movimiento de avance.
•
• •
3. Diseño y montaje de un circuito capaz de etiquetar cajas de modo que la acción de etiquetado sea más lenta que el retroceso. Elementos:
Válvula 3/2 NC con mando manual y retorno por resorte. Cilindro de simple efecto.
2. Diseño y montaje del mismo dispositivo anterior accionado por medio de dos botones. Elementos:
Se sugiere que éstas se lleven a cabo como trabajo de grupo.
Dos válvulas 3/2 NC con mando manual y retorno por resorte. Cilindro de simple efecto. Válvula de doble efecto.
• •
•
Cilindro de simple efecto. Válvula 3/2 NC con mando manual y retorno por resorte. Regulador de caudal.
4. Diseño y montaje de un circuito con un cilindro de doble efecto accionado por una sola válvula. Elementos:
• •
Cilindro de doble efecto. Válvula 5/2 con mando por palanca y retorno por resorte.
236
•
•
237
El apartado Síntesis de la unidad está constituido por un cuadro sinóptico que resume lo más significativo de la información presentada. Donde es necesario, se incluyen fórmulas para la resolución de problemas y la simbología normalizada utilizada para la representación de elementos y mecanismos. Las Actividades de aplicación presentan un conjunto de cuestiones teóricas y ejercicios prácticos que pretenden determinar si los alumnos han alcanzado los ob jetivos propuestos en el comienzo de la unidad. VOCA BULAR IO T ÉCNI CO
•
El apartado denominado Prácticas propone una serie de actividades de taller, relacionadas con los contenidos presentados, que permiten trabajar de forma efectiva los contenidos procedimentales y actitudinales.
Vocabulario técnico Al final del libro se incluye un glosario de los términos de uso técnico empleados en el desarrollo de las unidades. Con el fin de facilitar su localización, cada vocablo incorpora una indicación de las páginas en las que se hace referencia a él. Las páginas en negrita señalan el lugar del libro en el que el término en cuestión se trabaja de una manera significativa. De este modo, el vocabulario tiene una doble utilidad: — Por una parte, funciona como diccionario técnico , ya que explica el significado de las palabras que recoge. — Por otra, sirve como índice alfabético para localizar los términos en el libro.
A Abrasivo. Material capaz de desgastar o pulir a otro material por fricción (pp.289, 290). Acabado. Fase final del mecanizado o conformado de una pieza en la que se dan la forma y el aspecto definitivos (pp.272, 282, 284, 288, 292, 341). Acanaladura. Hueco de la polea sobre el que se adapta la correa de transmisión (p.156). Acero. Producto siderúrgico cuyo contenido en carbono oscila entre el 0,1% y el 1,76% (pp.73-74, 75-83, 88, 93, 98, 108, 115-116, 123, 125, 132, 185, 187, 192, 224, 243-247, 249250, 253, 255-257, 262, 264, 269, 286, 302, 304, 306, 308, 336). Acetileno. Hidrocarburo de fórmula C 2H2 que se utiliza como combustible en la soldadura oxiacetilénica por su elevado poder calorífico y como m ateria prima para la obtención de plásticos termoestables (pp.14, 15, 138-139, 307, 311). Achaflanar. Eliminar los cantos vivos del extremo de una pieza para facilitar el depósito de material de aportación en una soldadura (pp.308-309). Ácido. Sustancia química de acción corrosiva sobre los metales y sobre otros materiales (pp. 69, 121, 138, 141). Ácido acético (pp.95, 136) , clorhídrico (pp.90, 95, 100, 139, 341) , nítrico (pp.90, 95, 136) , sulfúrico (pp.89, 90, 95, 97). Actuador. Pieza del embrague encargada de presionar el plato de apriete sobre el disco conducido (p. 173). Actuador neu- mático (pp.222, 225-228, 230, 232). Acumulador. Dispositivo que puede almacenar o acumular una determinada cantidad de energía mecánica y devolverla en el momento necesario (pp. 184-187). Acumulador eléctrico (pp.184, 202). AENOR. Siglas de la Asociación Española de Normalización (pp.339, 341). Aerogenerador. Máquina utilizada para aprovechar la energía eólica y transformarla en energía eléctrica.También se denomina turbina eólica (p.36) . Afino. Denominación que recibe el proceso de eliminación de las impurezas que contiene un metal en bruto (pp.74-79, 90, 94). Afinoelectrolítico (pp.88, 90, 92, 96-99). Aglomerante. Sustancia que liga o mantiene unidos diversos componentes heterogéneos (pp. 112, 289, 290). Agramado y espadado. Fases del tratamiento del lino que consisten en golpear los tallos para separar las fibras de lino de las fibras leñosas (p.142). Aislante. Material que impide, en la práctica, el paso del sonido, la luz o la corriente eléctrica (pp.120, 121, 134, 139, 202, 206). Albúmina. Proteína de origen vegetal (p.141). Albura. Parte del tronco de un árbol c orrespondiente a su zona de crecimiento (p.122). Álcali. Sustancia química de acción corrosiva sobre ciertos materiales y de naturaleza contraria a la de los ácidos (pp.121, 138). Aleación. Material que resulta de la disolución de un sólido en otro sólido cuando ambos están en estado de fusión (pp. 69, 75, 77, 79, 81, 91, 93, 96, 98, 100-102, 125, 244-246, 248, 250, 253, 256-257, 294, 304, 306, 341).
Algodón. Fibra textil de origen vegetal (pp. 134, 141, 142, 156, 239). Algodonero. Planta herbácea de la que se extrae el algodón (p.142). Alimentador. Dispositivo que proporciona combustible al hogar de una central térmica (p.16). Almidón. Polisacárido insoluble que s e encuentra en las células vegetales (p.122). Alnico. Aleación de aluminio, níquel y cobalto, utilizada para fabricar imanes permanentes (p.93). Alpaca. Aleación de cobre, níquel, cinc y estaño (p.97). Alquitrán. Producto que se obtiene de la destilación seca de la hulla y del petróleo (pp.10, 138). Alternador. Generador de corriente alterna (pp. 29, 33, 153). Alúmina. Óxido de aluminio, Al 2O3, de color blanco y aspecto gelatinoso(pp. 92, 112). Aluminio. Metal ligero de tipo no férrico (pp. 70, 81, 88, 90-91, 92-93, 99, 103, 109, 125, 206, 241, 244-246, 250, 253, 256257, 304, 333, 341). Amalgama. Aleación del mercurio con otros metales (p. 101). Amianto. Mineral del que se obtiene la fibra textil del mismo nombre (p.141). Amortiguador. Dispositivo mecánico que permite reducir las oscilaciones de un muelle elástico (p.187). Amperímetro. Instrumento que mide la intensidad de corriente que circula por un circuito (p.203). Amperio (A). Unidad de intensidad eléctrica en el SI.Es la intensidad de corriente que produce la circulación de un culombio por segundo en un conductor (pp. 47, 60, 64, 203, 207-211, 214-215, 308). Microamperio , miliamperio (pp.59, 203). Anodizado. Procedimiento electrolítico por el cual se recubre el aluminio de una capa que le protege de la corrosión (p.93). Ánodo. Polo positivo de un proceso electrolítico (pp.90, 93, 94, 96, 98-99, 103). Apeo. Proceso de tala de los árboles (p.123). Árbol. Elemento de máquina, cilíndrico o no, sobre el que se montan diferentes piezas mecánicas y que gira solidariamente con ellas.Transmite momentos de giro (pp. 81, 154155, 156-165, 169-174, 185-189, 192, 277-291, 302). Árbol de levas (p. 178). Arcilla. Roca sedimentaria procedente de la descomposición del granito.Está constituida básicamente por silicato de aluminio (pp.107-109, 110-111, 112, 241, 243, 244). Arco de sierra. Dispositivo sobre el que se monta la hoja de sierra, tanto en la herramienta manual como en la máquina de serrar alternativa (pp.264, 267). Arcovoltaico. Descarga eléctrica que se produce al aproximar dos conductores cuando la tensión es baja y la intensidad es muy elevada.Genera gran cantidad de calor (pp.79, 308). Arenisca. Roca sedimentaria procedente de la cementación de la arena o sílice (pp.108-109). Armadura. Entramado de varillas y cables de acero, debidamente dimensionados, que constituyen el esqueleto del hormigón armado (p.115).
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7
SOLUCIONARIO Este solucionario permite al profesor/a la corrección de las actividades propuestas en el libro del alumno. Puede ser interesante que los alumnos/as lo utilicen como método de autoevaluación de las actividades de aplicación que se plantean al final de cada unidad. Con esta finalidad, el profesor/a puede fotocopiar las páginas correspondientes a dichas actividades y proporcionárselas a los alumnos/as.
ÍNDICE Bloque I. Materiales y fuentes de energía Unidad 1. Fuentes de energía convencionales . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
Unidad 2. Fuentes de energía no convencionales . . . . . . . . . . . . . . . .
14
Unidad 3. Usos y aplicaciones de la energía
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
Unidad 4. El hierro y sus derivados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
Unidad 5. Metales no férricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
Unidad 6. Materiales de construcción
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
31
Unidad 7. Otros materiales de uso técnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
Bloque II. Máquinas y sistemas técnicos Unidad 8. Transmisión de movimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
Unidad 9. Elementos de máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
Unidad 10. Elementos auxiliares de máquinas . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
Unidad 11. Circuitos eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
48
Unidad 12. Neumática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
56
Bloque III. Procesos y productos de la tecnología Unidad 13. Conformación sin pérdida de material . . . . . . . . . . . . . . . .
61
Unidad 14. Fabricación con pérdida de material (I) . . . . . . . . . . . . . . . .
65
Unidad 15. Fabricación con pérdida de material (II)
. . . . . . . . . . . . . .
67
Unidad 16. Unión de elementos mecánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
72
Unidad 17. La empresa industrial
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
Unidad 18. Diseño y calidad de los productos . . . . . . . . . . . . . . . . . .
77
9
1. Fuentes de energía convencionales 4. El carbón (pág. 11) 1.
Variedad
Antigüedad
Contenido en carbono
Poder calorífico
Aplicaciones
Turba
Época reciente
50 %
4 000 kcal/kg
Producción de abonos
Lignito
Eras Terciaria y Secundaria
70 %
5 000 kcal/kg
Destilación seca
Hulla
Era Primaria (Carbonífero)
75-90 %
7 000 kcal/kg
Combustible de uso industrial
Antracita
Anterior a la era Primaria
95 %
8 000 kcal/kg
Combustible
2. Lluvia ácida. Precipitación que contiene partículas de ácido nítrico y ácido sulfúrico en suspensión. Se produce como consecuencia de la acción del oxígeno del aire y del vapor de agua sobre los óxidos de azufre y nitrógeno.
cionan con el oxígeno para producir óxido de nitrógeno (V).
El dióxido de azufre reacciona con el oxígeno del aire y produce trióxido de azufre.
Esta sustancia, en presencia de vapor de agua, forma ácido nítrico, que igualmente queda disuelto en las gotas de lluvia.
2 SO2 O2
→
2 SO3
N2O5 H2O
El trióxido de azufre, en presencia de vapor de agua, forma ácido sulfúrico, que se disuelve en las gotas de lluvia. SO3 H2O
→
4 NO O2 → 2 N2O5 2 NO2 O2 → 2 N2O5
H2SO4
De modo similar, los óxidos de nitrógeno reac-
→
2 HNO3
Efecto invernadero. El dióxido de carbono
presente en la atmósfera produce una capa gaseosa que impide que los rayos infrarro jos procedentes de la radiación solar se escapen al espacio exterior, produciendo, de este modo, un recalentamiento de la atmósfera y un aumento de la temperatura media.
5. El petróleo (pág. 13) 3.
Temperatura de condensación
Composición
Residuos sólidos
Son sólidos.
Asfaltos, betunes y ceras
Aceites pesados
360 °C
—
Lubricación, obtención de parafina, vaselina y extractos aromáticos
Fuelóleo
360 °C
—
Combustible de uso industrial
Gasóleos
250-350 °C
—
Combustible, obtención de gasolina por craqueo
Queroseno
280 °C
—
Combustible de aviación
Gasolinas
20-160 °C
Producto
Productos gaseosos
No condensan.
Aplicaciones
Carreteras, recubrimientos
Hidrocarburos líquidos
Combustible de vehículos
Hidrógeno, metano, propano y butano
Combustibles domésticos
11
4. La gasolina sin plomo permite rendimientos de los motores similares a los que produce la gasolina convencional sin emisión de derivados de plomo a la atmósfera. De este modo,
se reduce la contaminación atmosférica debida a la combustión de gasolinas en los motores de los vehículos.
6. Los combustibles gaseosos (pág. 15) 5.
Tipo
Composición
Poder calorífico
Gas natural (húmedo)
Metano, etano, propano y butano
11500 kcal/m3
Combustible doméstico e industrial
Gas natural (seco)
Metano, etano, hidrógeno y nitrógeno
11500 kcal/m3
Combustible doméstico e industrial
Gas de hulla
Hidrógeno, metano y monóxido de carbono
4200 kcal/m3
Antiguamente, alumbrado urbano y combustible doméstico
Propano
Propano (C3 H8)
24000 kcal/m3
Combustible doméstico e industrial
Butano
Butano (C4 H10)
28500 kcal/m3
Combustible doméstico
Gas de carbón
Monóxido de carbono y otros gases combustibles
1500
kcal/m3
Combustible en acerías
Acetileno
Monóxido de carbono y otros gases combustibles
6. Tarifa de precios correspondientes a enero de 2002: Gas natural: 0,496 € /m 3 (en tarifa D1). Venta- jas: suministro continuo, menor precio por m 3. GLP: 9,18 € /botella de 12,5 kg. Ventajas: mayor poder calorífico, sin coste fijo de suministro.
7. Centrales térmicas (pág. 17) 7. Recalentadores primarios: la energía térmica de los humos procedentes del hogar es cedida al vapor que sale de la caldera y se obtiene vapor sobrecalentado. Recalentadores secundarios: la energía térmica de los humos que salen del hogar es cedida al vapor que procede de las turbinas de alta presión. El vapor obtenido se envía a las turbinas de media presión. Economizador: la energía térmica residual que aún contienen los humos procedentes de la caldera es cedida al agua que viene de los precalentadores antes de inyectarla a la caldera. 12
Aplicaciones
Soldadura oxiacetilénica, iluminación en espeleología
Condensador: el vapor procedente de las turbinas de baja presión se condensa y cede su energía térmica al agua del circuito de refrigeración. Turbinas de alta presión: la energía cinética del vapor sobrecalentado es transformada en energía mecánica de rotación. Turbinas de media presión: la energía cinética del vapor procedente de los recalentadores secundarios es transformada en energía mecánica de rotación. Turbinas de baja presión: la energía cinética residual del vapor procedente de las turbinas de media presión es transformada en energía mecánica de rotación. Turboalternador: la energía mecánica de rotación acumulada por las turbinas de alta, media y baja presión es transformada en energía eléctrica. 8. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre enclavado el centro. Ejemplo: central térmica de Andorra (Teruel).
Combustible utilizado: carbón. Potencia generada: 1 050 MW.
12.
Pozo de petróleo Pozo de gas
9. Centrales nucleares (pág. 21) 9. Moderador: líquido en el que se encuentra sumergida la vasija que contiene el combustible y que regula la emisión de neutrones. Barras de control: barras de grafito, de cadmio o de otro material capaz de absorber neutrones, que se introducen en el interior del reactor para regular su emisión. Circuito de refrigeración: circuito cerrado que absorbe la energía térmica producida durante la reacción nuclear. Puede accionar directamente los grupos turbina-alternador o transferir la energía térmica a otro circuito. Blindaje de hormigón: revestimiento externo del edificio que contiene el reactor. Es capaz de absorber todas las radiaciones que puedan emitirse hacia el exterior. Grupos turbina-alternador: dispositivos encargados de transformar, primero, la energía del vapor sobrecalentado en energía mecánica de rotación y posteriormente, en energía eléctrica. Parque de transformadores: dispositivos encargados de elevar la tensión de salida de los alternadores para evitar pérdidas de energía eléctrica durante el transporte. 10. La respuesta dependerá de la central nuclear seleccionada. La información puede obtenerse en la página web del Consejo de Seguridad Nuclear: http://www.csn.es/ Ejemplo: central nuclear de Cofrentes. Tipo BWR, con refrigeración en circuito cerrado y torres de refrigeración. Utiliza óxido de uranio enriquecido (U 235 ). Su construcción se inició en septiembre de 1975 y está operativa desde julio de 1984. Genera una potencia eléctrica de 994 MW y es propiedad de Iberdrola.
Actividades de aplicación (pág. 27) 11. La variedad de carbón mas usada es la hulla, por su abundancia, la ausencia de problemas de almacenaje, su buena combustión y su capacidad de obtención de subproductos por destilación seca. La de mayor poder calorífico es la antracita (8 000 kcal/kg), pero se utiliza poco por su dificultad de combustión.
Terrenos sedimentarios Arcillas impermeables Capa de gas Petróleo Capa de agua salada
Desde la superficie terrestre se practica un pozo hasta alcanzar la capa de petróleo. La presión de los gases que se encuentran sobre él obliga a que salga a la superficie. Por este procedimiento, sólo es posible obtener el 25 % del contenido del yacimiento, debido a su viscosidad. Si se inyecta agua en el interior de la bolsa de petróleo, se incrementa la presión sobre éste y puede aumentarse la cantidad que se recoge (hasta el 40%). 13. (P C V )gas natural (P C V )gas de alumbrado (P C V )gas de alumbrado V gas natural —————————— P C gas natural 4 200 kcal/m3 85 m3 —————————— V gas natural 31 m3 11 500 kcal/m3 14. Mediante poleas, ruedas de fricción o engranajes. El ser solidarios con el mismo eje elimina pérdidas de energía debidas al rozamiento y todos los problemas mecánicos derivados de la transmisión por medio de cualquier elemento móvil. 15. Los recalentadores permiten aprovechar la energía térmica de los humos del hogar para aumentar la temperatura del vapor generado y, en consecuencia, su presión. Los economizadores aprovechan la energía residual de los humos del hogar para precalentar el agua procedente del condensador, antes de inyectarla a la caldera. La principal ventaja radica en el ahorro del combustible necesario para estas operaciones. 13
16. Datos: m 1 g 10–3 kg c 300000 km/s 3 108 m/s 1 kWh 3600000 J 3,6 106 J Aplicamos la ecuación de Einstein y obtenemos la energía total en julios: E m c 2 10–3 kg (3 108 m/s)2 9 1013 J Expresamos ahora la energía total en kWh. 1 kWh 9 1013 J ————— 25000000 kWh 3,6 106 J 17. Datos: C 15 m3 /s 15000 L/s h 25 m 35% 0,35 1 CV 0,736 kW P útil P teórica C h P útil 15000 L/s 25 m 0,35 131250 kgm/s 9,8 W 1 kW 131 250 kgm/s –––––—– –––––—– 1 kgm/s 1 000 W 1 286,25 kW
1 CV 1 286,25 kW ––––––––– 1 747,62 CV 0,736 kW 18. Según la ley de Ohm: V I R Como la resistencia de la línea es constante,
si la tensión se triplica, la intensidad será la tercera parte del valor inicial: I 1 Si V 2 3 V 1 ⇒ I 2 ––– 3 Como la pérdida de potencia es proporcional al cuadrado de la intensidad, si ésta se reduce a un tercio, la pérdida de potencia se reducirá a un noveno de la inicial.
19. Datos:
0,017 mm2 /m L 20 km 20000 m S 10 mm2 I5A ρ
Calculamos, en primer lugar, la resistencia de la línea de cobre: L mm2 20000 m R ρ — 0,017 –––––––– –––––––– S m 10 mm2 34 A partir de este dato y el de la intensidad, calculamos la pérdida de potencia: P P I 2 R (5 A)2 34 850 W 20. La energía eléctrica generada en horario nocturno no es consumida ya que, en esta franja horaria, la demanda es menor. Para evitar su pérdida, puede aprovecharse para bombear agua hasta niveles superiores al embalse y, de este modo, transformarla en energía potencial, que puede ser utilizada para generar de nuevo energía eléctrica en horario diurno, cuando la demanda es mayor.
2. Fuentes de energía no convencionales 2. La energía solar (págs. 33 y 35) 1. Datos: D 1 000 W/m2 S 225 m2 η 60% 0,6 La potencia útil es igual a la potencia teórica multiplicada por el coeficiente de rendimiento: P útil P teórica η D S η W P útil 225 m2 1000 —— 0,6 135000 W m2 135 kW 14
2. Datos: Pútil 75 kW 75 000 W D 1 000 W/m2 η 50% 0,5 A partir de la expresión P útil D S η , despejamos S y averiguamos su valor: P útil 75000 W S ——— ———————— 150 m2 D η 1 000 W/m2 0,5 3. Datos: S 500000 km2 5 1011 m2 Insolación 2 200 h/año D 1 300 W/m2
Calculamos primero la potencia recibida: P D S 1 300 W/m2 5 1011 m2 6,5 1014 W A partir de este dato, determinamos la energía total recibida a lo largo del año: 3 600 s E P t 6,5 1014 W 2200 h ———— 1h 5,15 10 21 J
4. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre enclavado el centro. En todo caso, el procedimiento será similar al desarrollado en el ejercicio anterior. 5. Datos: E 525 kWh/mes Aprovechamiento solar 5 h/día D 1 250 W/m2 η 25% 0,25 Calculamos la potencia útil del panel: E 525 kWh P útil — ––––––––––– 3,5 kW 3 500 W t 5 h 30 días A partir de la expresión P útil D S η , despejamos S y averiguamos su valor: P útil 3 500 W S ——— –––––––––––––––– 11,2 m2 D η 1 250 W/m2 0,25
3. La energía eólica (pág. 37) 6. Datos: v 40 km/h 11,11 m/s d aire 1,293 kg/m3 P 1 1 — — d v 3 — 1,293 kg/m3 (11,1 m/s)3 S 2 2 886,6 W/m2
Un viento de esta velocidad sí es eficaz para mover un aerogenerador ya que supera el umbral de 41,376 W/m 2 de densidad de potencia. 7. Datos: D 20 m ⇒ R 10 m v 15 m/s d aire 1,293 kg/m3 η 0,35
Calculamos la densidad de potencia del viento: P 1 1 — — d v 3 — 1,293 kg/m3 (15 m/s)3 S 2 2 2 182 W/m2 Determinamos la superficie interceptada por la hélice al girar y la potencia teórica aprovechada: S R 2 3,1416 (10 m)2 314,16 m2 P W P teórica —— S 2182 —— 314,16 m2 S m2 685497 W La potencia útil se obtiene multiplicando la potencia teórica por el rendimiento de la instalación: P útil P teórica η 685497 W 0,35 240 kW 8. Las zonas más apropiadas para instalar centrales eólicas serán aquéllas en las que la fuerza del viento sea mayor. Así, dentro de la Península Ibérica las zonas más favorecidas son: el estrecho de Gibraltar (fuerzas 7 y 8), las costas de Galicia (fuerzas 7 y 8), la costa de Gerona (fuerzas 6 y 7), la depresión del Ebro (fuerzas 5 y 6) y, en menor medida, la cuenca media del Duero (fuerza 5) y la del Tajo (fuerza 5). 9. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre enclavado el centro. Ejemplo: Parques Eólicos de Tarifa. Inaugurada en septiembre de 1995. Dispone de 90 aerogeneradores con una potencia total de 30 MW.
7. La biomasa (pág. 43) 10. Datos: E 100 kWh P C hulla 7 000 kcal/kg Precio hulla 0,12 € /kg P C cáscara 4 800 kcal/kg Precio cáscara 20 € /t η 60% 0,6 Expresamos la energía en kcal: 3600 kJ 0,24 kcal 100 kWh ––––––––– ————— 86400 kcal 1 kWh 1 kJ 15
A partir de la expresión E m P C η, calculamos la masa de hulla necesaria, teniendo en cuenta el rendimiento del quemador:
A partir de este dato, determinamos la energía irradiada a lo largo de 3 horas:
E 86 400 kcal m hulla ––––—– –––––––––––––––– P C η 7 000 kcal/kg 0,6
32,4 kWh
20,57 kg
El coste económico del carbón será: C m hulla P 20,57 kg 0,12 € /kg
E P útil t 10 800 W 3 h 32 400 Wh
15. Datos: Potencia total: P 8 60 W t 4 horas diarias Insolación 9 horas diarias η 8 % 0,08
2,47 €
Calculamos la energía consumida diariamente:
Repetimos el proceso con la cáscara de almendra y obtenemos su masa y su coste:
E útil P t 8 60 W 4 h 1 920 Wh
E 86400 kcal m cáscara –––––– ––––––––––––––––– P C η 4 800 kcal/kg 0,6 30 kg
30 kg 0,03 t
Teniendo en cuenta el rendimiento del equipo, calculamos la energía que debe recibir el panel: E útil 1 920 Wh ––––––––– 24000 Wh E recibida ––––– η 0,08
C m cáscara P 0,03 t 20 € /kg 0,6 €
Como el panel está en funcionamiento durante 9 h, calculamos la potencia que debe desarrollar:
Conviene elegir la cáscara de almendra como combustible ya que, aunque se necesita una mayor cantidad, su coste económico es menor.
E recibida 24 000 Wh –––––––––– 2 666,7 W P –––––– t 9h
11. Ventajas: sencillez de manejo, escasa contaminación y aprovechamiento de los residuos.
Si consideramos un valor medio de la densidad de radiación de 1 000 W/m2, podemos calcular la superficie del panel:
Inconvenientes: dificultad de clasificación de residuos y escaso poder calorífico.
P 2 666,7 W 2,7 m2 S — ––––––––––– 2 D 1 000 W/m
12. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre el centro.
16. Datos: R 8 m v 45 km/h 12,5 m/s η1 0,4 η2 75% 0,75
13. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre el centro.
Calculamos la densidad de potencia del viento: P 1 — — d v 3 S 2
Actividades de aplicación (pág. 44) 14. Datos: t 3 h S 20 m2 D 1 200 W/m2 η 45% 0,45 Calculamos, en primer lugar, la potencia de la instalación: W P útil D S η 1200 —— 20 m2 0,45 2 m 10 800 W 16
1 — 1,293 kg/m3 (12,5 m/s)3 1263 W/m2 2
Determinamos la superficie interceptada por la hélice al girar y la potencia teórica aprovechada: S R 2 3,1416 (8 m)2 201,06 m2 P W P teórica ––– S 1263 –––– 201,06 m2 2 S m 253939 W
La potencia útil se obtiene multiplicando la potencia teórica por el coeficiente de aprovechamiento y por el rendimiento del grupo. P útil P teór η1 η2 253939 W 0,4 0,75
Aplicamos la expresión: E m P C
76,18 kW
17. Bomba aspirante
kcal E m P C 2000 kg 5000 ––––– kg 10000000 kcal
Red de calefacción Bomba
Expresamos la energía en kWh: Bomba de inyección
Agua caliente
19. Datos: PC madera 5 000 kcal/kg m 2 t 2 000 kg η 55% 0,55
Capa impermeable Terrenos Agua fría permeables
1 kJ 1 kWh 10000000 kcal ––––––––– –––––––– 0,24 kcal 3 600 kJ 11574 kWh
Aplicamos el factor rendimiento y obtenemos la energía eléctrica aprovechable:
Rocas cristalinas Fuente de calor
E eléctrica 11574 kWh 0,55 6 366 kWh Intercambiador Alternador de calor Turbina Bomba aspirante
20. Energía solar Torre de refrigeración
Ciclo de freón Bomba
Condensador
Bomba de inyección Agua fría
Elementos comunes: dispositivo de inyección de agua fría, dispositivo de extracción de agua caliente e intercambiador de calor. Yacimientos de baja energía: el agua caliente se utiliza directamente o bien cede su calor al fluido que circulará por las conducciones de calefacción. Yacimientos de alta energía: el agua caliente cede calor a un líquido denominado freón, que acciona los grupos turbina-alternador para que éstos generen electricidad. 18. El sobrellenado y el sobrevaciado producen una mayor diferencia de altura entre el agua del mar a ambos lados del dique. De este modo, se provoca una mayor acumulación de energía potencial que posteriormente puede ser convertida en energía eléctrica.
Ventajas: nula contaminación, escasa dependencia de factores meteorológicos y escaso o nulo mantenimiento de los equipos. Inconvenientes: excesivo tamaño de las instalaciones, bajo rendimiento de los equipos, pérdidas térmicas durante el recorrido y elevado coste de las células y paneles fotovoltaicos. Energía eólica
Ventajas: razonable coeficiente de aprovechamiento, nula contaminación ambiental y equipos poco sofisticados. Inconvenientes: dependencia de la fuerza del viento y contaminación paisajística y sonora. Energía geotérmica
Ventajas: nula contaminación. Inconvenientes: instalaciones muy costosas, alteraciones del subsuelo, corrosión de las instalaciones y limitaciones de ubicación en función de la temperatura interna de la Tierra. Energía maremotriz
Ventajas: aprovechamiento de fenómenos naturales cíclicos y regulares (mareas). Inconvenientes: instalaciones extraordinariamente costosas, problemas técnicos con las turbinas y alteración paisajística de la costa. 17
Inconvenientes: escasa diferencia de temperatura entre las capas marinas, necesidad de emplear energía para el bombeo y corrosión de las instalaciones.
Energía olamotriz
Ventajas: aprovechamiento del potencial energético de las olas y nula contaminación. Inconvenientes: instalaciones muy sofisticadas y problemas de conversión de fenómenos aleatorios (olas) en fenómenos sistemáticos (energía eléctrica continua).
Biomasa
Ventajas: sencillez de manejo, escasa contaminación y aprovechamiento de los residuos.
Energía hidrotérmica
Inconvenientes: problemas de almacenamiento de los residuos antes de su tratamiento y clasificación, y escaso rendimiento energético.
Ventajas: aprovechamiento de la diferencia de temperatura en el mar y nula contaminación.
3. Usos y aplicaciones de la energía 3. El gas (págs. 51, 53, 55 y 57) 1. Datos: Contador: 4 m 3 /h PCS gas metanado 5 000 kcal/m3 Multiplicamos ambas cantidades y obtenemos la potencia en kcal/h: kcal m3 P 5000 ——— 4 —— 20000 kcal/h m3 h Aplicamos los factores de conversión adecuados y expresamos la potencia en kW: kcal 1 kJ 1h 20000 ——— ———— ———— h 0,24 kcal 3 600 s
Aplicamos los factores de conversión adecuados en cada una de las tarifas: € 1 termia kcal 0,0468 ——— ————— 10600 ——— termia 1 000 kcal m3
0,496 € /m3 € 1 termia kcal 0,0391 –––––– ––––––––– 10600 —— termia 1 000 kcal m3
0,414 € /m3 € 1 termia kcal 0,0262 ——— ————— 10600 —— termia 1 000 kcal m3
0,277 € /m3
23,15 kW
2. Datos:
t 10 min 600 s P 17,4 kW η 80% 0,8
Calculamos la energía consumida teniendo en cuenta el rendimiento de la instalación: E P t η 17,4 kW 600 s 0,8 8 352 kJ 0,24 kcal 8352 kJ ———— 2 004,5 kcal 1 kJ 3. Datos: Tarifa D1: 0,0468 € /termia Tarifa D2: 0,0391 € /termia Tarifa D3: 0,0262 € /termia PCS gas natural 10600 kcal/m3 18
4. Datos: Término fijo: 68,96 € /año Consumo: 286 m3 Tarifa D2: 0,414 € /m 3 Alquiler contador: 1,02 € /mes IVA: 16% En primer lugar, calculamos la cuota bimensual correspondiente al término fijo: 1 año € 68,96 —— ————— 2 meses año 12 meses 11,49
�
Ahora calculamos el coste del gas consumido: €
1,014 120,06 € 286 m3 0,414 —— m3
Calculamos el coste del alquiler del contador: €
1,02 —— 2 meses 2,04 € mes Sumamos las tres cantidades y determinamos la base imponible: 11,49 € 120,06 € 2,04 € 133,59 € Aplicamos el 16 % de IVA y obtenemos la cantidad total que hay que abonar: 133,59 € (1 0,16) 154,96 € 5. Datos: Consumo: 100 m3 /bimestre PCS gas natural 10 600 kcal/m3 Expresamos el consumo anual de gas (600 m 3) en termias: kcal 1 termia 600 m3 10600 —— ————— m3 1000 kcal 6 360 termias
Como el consumo anual excede de 5000 termias, procede aplicarle la tarifa D2. 6. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre enclavado el centro. En todo caso, procederá comprobar los datos siguiendo el mismo proceso que el utilizado en el ejercicio 4. 7. Datos: Costecomercialización: 0,65 € /kg Botella butano: 12,5 kg Botella propano: 35 kg Multiplicamos el coste de comercialización por la masa de gas que contiene cada botella: Butano: 0,65 € /kg 12,5 kg 8,13 € Propano: 0,65 € /kg 35 kg 22,75 € 8. Datos: PCS butano 11 100 kcal/kg Precio botella: 9,18 € m gas envasado 12,5 kg Utilizando los factores de conversión ade-
cuados, determinamos el precio unitario en € /termia: 9,18 € 1 kg 1 000 kcal —————— ————— 12,5 kg 11 100 kcal 1 termia
————
0,07 € / termia
9. Datos: Consumo: 500 termias/mes a) Butano envasado: termias 1 000 kcal 1 kg 500 ———— ————— ————— mes 1 termia 11 100 kcal 45,04 kg/mes kg 1 botella € 45,04 —— ————— 9,18 ———— mes 12,5 kg botella 33,08 € /mes
b) Propano a granel: Término fijo: 1,29 € /mes € kg Consumo: 45,04 ——— 0,66 —— mes kg 29,73 € /mes Alquiler del contador: 1,02 € /mes Base: (1,29 29,73 1,02) € /mes 32,04 € /mes Total IVA 32,04 € /mes (1 0,16) 37,17 € /mes
c) Gas natural: Término fijo: 1 año € 68,96 —— ––––––––– año 12 meses 5,75 € /mes Consumo: termias 1 000 kcal 1 m3 ––––––––– ––––––– –––––––––– 500 mes 1 termia 10 600 kcal 47,17 m3 /mes € m3 1,014 47,17 0,414 —— mes m3 19,80 € /mes
———
Alquiler del contador: 1,02 € /mes Base: (5,75 19,80 1,02) € /mes 26,57 € /mes Total IVA 26,57 € /mes (1 0,16) 30,82 € /mes 19
10. Datos: S 45 m2 t 16 h Aporte: 75 kcal/h m2 η 85% 0,85 PCS gas natural 10600 kcal/m 3 Preciogas natural 0,496 € /m 3 La energía consumida para la climatización del local es: kcal 75 ——— 45 m2 16 h 54 000 kcal 2 hm Teniendo en cuenta el rendimiento de la instalación, la energía suministrada por el gas será: E cons 54000 kcal E sum ——— —————— 63 529 kcal η 0,85 Calculamos ahora el volumen de gas natural necesario y su coste económico: 1 m3 € 63 529 kcal —————— 0,496 —— 10 600 kcal m3 2,97 €
11. Datos: magua 5 kg 5 000 g c e 1 cal/g °C t 0 25 °C t eb 100 °C P 2,5 kW η 60% 0,6 PCS butano 11100 kcal/kg Precio botella 9,18 €
20
Expresamos la energía en kJ y calculamos el tiempo necesario para suministrarla a partir de la expresión E P t: 1 kJ 625 kcal ————— 2 604,17 kJ 0,24 kcal E 2 604,17 kJ t — ————— 1 042 s 17 min 22 s P 2,5 kW Calculamos ahora la masa de butano necesaria para obtener esta energía, teniendo en cuenta su poder calorífico: 1 kg 625 kcal —————— 0,056 kg 11 100 kcal El coste del butano se obtiene a partir del contenido de una botella y de su precio: 1 botella 9,18 € 0,056 kg ———— ———— 0,04 € 12,5 kg 1 botella 12. Datos: PCS b utano 11 100 kcal/kg Masa botella 12,5 kg Precio botella 9,18 € Determinamos, en primer lugar, el coste unitario del gas butano, en € /termia: 9,18 € 1 botella
1 botella 12,5 kg
1 kg 11 100 kcal
———— ————— —————
1000 kcal 1 termia
———— 0,0662
/termia
€
Calculamos la energía consumida para llevar el agua hasta ebullición:
Este coste es superior al del gas natural en cualquiera de las tarifas para uso domésti- co (tarifa D1 0,0468 € /termia IVA; tarifa D2 0,0391 € /termia IVA; tarifa D3 0,0262 € /termia IVA). En principio, supondremos que el consumo ha de ser inferior a 5000 termias/ año para efectuar los cálculos.
cal E cons m c e t 5 000 g 1 ——— 75 °C g °C 375000 cal
Tarifa D1: Término fijo: 29,76 € /año Consumo: 0,0468 € /termia Contador: 1,02 € /mes
Teniendo en cuenta el rendimiento del quemador, la energía suministrada por el gas será:
Llamamos x al consumo anual en termias cuyo coste es el mismo para ambos combustibles.
E cons 375000 cal E sum ——— —————— 625000 cal η 0,6 625 kcal
En el caso del butano, basta multiplicar por su precio unitario en € /termia. 0,0662 x
En el caso del gas natural, hay que tener en cuenta el término fijo, el término de energía, el alquiler del contador y el IVA. La expresión resultante será: (29,76 0,0468x 1,02 12) (1 0,16) Igualamos ambas expresiones y resolvemos la ecuación que resulta:
Las posibles combinaciones de aparatos que funcionen simultáneamente son las siguientes: •
Lavadora y calentador (2 700 W 1 500 W).
•
Horno y calentador (2 500 W 1 500 W).
•
Aire acondicionado y calentador (3 000 W 1 500 W).
0,0662 x (29,76 0,0468 x 1,02 12) (1 0,16)
17. La frase se refiere no al coste total de la electricidad sino a su precio unitario.
0,0662 x (29,76 0,0468 x 12,24) 1,16
Es cierta en la mayoría de los casos excepto en los de muy bajo consumo.
0,0662 x (42,00 0,05 x ) 1,16 0,0662 x 48,72 0,0542 x 0,0662 x 0,0542 x 48,72 0,012 x 48,72 48,72 x ——— 4060 0,012 A partir de 4 000 termias/año, resulta más rentable el consumo de gas natural. 13. La respuesta dependerá de la norma seleccionada.
4. La energía eléctrica (pág. 65) 14. Datos: P 5,5 kW 5 500 W V 220 V A partir de la expresión de la potencia, determinamos el valor de la intensidad: P 5 500 W P V I ⇒ I —— ———— 25 A V 220 V
En efecto, hasta 770 W de potencia demandada, la tarifa que se aplica es la 1,0, con un precio unitario de 0,059 € /kWh. Es la más baja de todas. A partir de 770 W, las tarifas que se aplican reducen progresivamente el precio unitario a medida que se incrementa la demanda de potencia: 0,079 € /kWh (en las tarifas 2,0 y 3,0) y 0,072 € /kWh (en la tarifa 4,0). 18. Datos: P 2 800 W 2,8 kW t 45 min 0,75 h Precio unitario: 0,079 € /kWh Calculamos la energía consumida y su coste: 2,8 kW 0,75 h 0,079 € /kWh 0,17 € 19. Datos: Consumo: 875 kWh Potencia: 5,5 kW Tarifa: 0,079 € /kWh Determinamos primero el término de potencia: €
15. Datos: I 45 A V 220 V A partir de la expresión de la potencia, determinamos su valor: P V I 220 V 45 A 9 900 W 9,9 kW 16. Una vivienda con grado de electrificación medio admite una demanda de potencia de hasta 5 000 W. Como ninguno de los aparatos indicados supera esta potencia, se deduce que to- dos pueden instalarse en dicha vivienda, aun- que no podrán funcionar simultáneamente.
5,5 kW 1,39 ————— 2 meses kW mes 15,29 € Ahora calculamos el coste de la energía eléctrica consumida: €
875 kWh 0,079 —— 69,13 € kWh Determinamos el impuesto sobre la electricidad, según la fórmula establecida: 4,864% [1,05113 (15,29 69,13) €] 4,32 € 21
Calculamos el coste del alquiler del contador: €
0,6 –––– 2 meses 1,20 € mes
4,18 kJ 664 kcal ––––––– 2 775 kJ 1 kcal
Sumamos las cuatro cantidades y determinamos la base imponible: (15,29 69,13 4,32 1,20) € 89,94 € Aplicamos el 16 % de IVA y obtenemos la cantidad total que hay que abonar: 89,94 € (1 0,16) 104,33 € 20. Datos: Consumo: 800 kWh diurnos 400 kWh nocturnos
En la tarifa general 2,0, resulta: 1200 kWh 0,079
kWh
94,80
€
En la tarifa nocturna 2,0 N, resulta: €
800 kWh 0,081 ——— kWh 400 kWh 0,037
€
––––– 79,60 € kWh
Resulta más rentable la tarifa nocturna 2,0 N. 21. La respuesta dependerá de las características del cuadro general de distribución de la vivienda del alumno o alumna.
Actividades de aplicación (pág. 67) 22. Datos: Consumo: 7,5 L/100 km d gasolina 0,78 kg/L PCS gasolina 11350 kcal/kg Calculamos, primero, la energía consumida en kcal por cada km recorrido: 7,5 L kg kcal ———— 0,78 ––– 11350 ––––– 100 km L kg 664 kcal 22
23. Datos: V 100 L PCS coque 7000 kcal/kg η 50% 0,5 t 0 15 °C t f 75 °C d agua 1 kg/L c e 1 cal/g °C 1 kcal/kg °C Determinamos la masa de agua contenida en la caldera:
El término de potencia es el mismo en las tarifas 2,0 y 2,0 N. Lo que varía es el término de energía. € ———
Determinamos el valor de la energía en kJ utilizando el factor de conversión:
m V d 100 L 1 kg/L 100 kg Calculamos la energía consumida para calentar el agua desde 15 °C hasta 75 °C: kcal E cons m c e t 100 kg 1 ——— 60 °C kg °C 6000 kcal Teniendo en cuenta el rendimiento del sistema, la energía suministrada por el coque será: E cons 6000 kcal E sum ——— ––––––––– 12 000 kcal 0,5 Calculamos la masa de coque capaz de suministrar esta energía, teniendo en cuenta su poder calorífico: 1 kg 12000 kcal –––––––––– 1,71 kg 7000 kcal 24. Datos: mgarbanzos 1 kg c e garbanzos 0,6 cal/g °C 0,6 kcal/kg °C V agua 2 L c e agua 1 cal/g °C 1 kcal/kg °C d agua 1 kg/L t 0 20 °C t eb 100 °C t 80 °C t 10 min 600 s 0,55
Determinamos la masa de agua contenida en el recipiente: m V d 2 L 1 kg/L 2 kg Calculamos la energía consumida para llevar a ebullición el agua y los garbanzos: E cons (m c e t )agua (m c e t )garbanzos kcal kcal 2 kg 1 ——— 80 °C 1 kg 0,6 ——— kg °C kg °C 80 °C 160 kcal 48 kcal 208 kcal Teniendo en cuenta el rendimiento de transferencia de calor, la energía suministrada por el gas natural, expresada en kJ, será: E cons 208 kcal 4,18 kJ E sum ——— –––––––– ––––––– 0,55 1 kcal 1580,8 kJ A partir de la expresión E P t, calculamos la potencia del quemador: E 1580,8 kJ P ––– ————— 2,63 kW t 600 s 25. a) Para comprobar la exactitud de las equivalencias de potencia, basta aplicar los factores de conversión adecuados: kJ 0,24 kcal 60 s 8,3 kW 8,3 ––– ————— –––––– s 1 kJ 1 min 119,52 kcal/min
27,9 kW kJ 0,24 kcal 60 s 27,9 ––– ––––––––– –––––– s 1 kJ 1 min 401,76 kcal/min
b) Multiplicamos el caudal por el consumo: L kJ 0,24 kcal 6 –––– 120 ––– –––––––– min L 1 kJ 172,8 kcal/min
c) Calculamos la energía consumida y aplicamos la tarifa D2: kJ 0,24 kcal 1 termia 20 L 120 ––– ––––––––– ––––––––– L 1 kJ 1000 kcal 0,576 termias €
0,576 termias 0,04 –––––– 0,02 € termia
26. Datos: Consumo: 4 botellas 12,5 kg PCS butano 11100 kcal/kg PCS gas natural 10600 kcal/m3 a) El consumo medio anual de gas butano, en kg, es: botellas kg 4 –––––––– 12 meses 12,5 –––––––– mes botellas 600 kg El poder calorífico de esta masa de gas, expresado en termias, es: kcal 1 termia 600 kg 11100 ––––– –––––––––– kg 1 000 kcal 6 660 termias
Como el consumo excede de 5 000 termias anuales, procede aplicarle la tarifa D2. b) Calculamos primero el consumo mensual en termias: 6 660 termias –––––––––––– 555 termias/mes 12 meses El volumen de gas natural necesario se obtiene a partir del dato de su poder calorífico: 1 000 kcal 1 m3 555 termias –––––––––– –––––––––– 1 termia 10 600 kcal 52,36 m3
c) El coste del butano consumido cada dos meses asciende a: 8 botellas 9,18 € /botella 73,44 € Para calcular el coste de gas natural, determinamos todos los términos de la factura. Término fijo: € 1 año 68,96 —— ————— 2 meses año 12 meses 11,49 €
Coste del gas consumido: €
1,014 2 52,36 m3 0,414 –––– m3 43,96 € 23
Alquiler del contador:
Impuesto sobre la electricidad:
€
1,02 ——— 2 meses 2,04 € mes Base imponible:
Alquiler del contador: €
(11,49 43,96 2,04) € 57,49 €
0,60 ——— 2 meses 1,20 € mes Base imponible:
Total IVA: 57,49 € (1 0,16) 66,69 € 27. Datos: t 9 meses 3 horas diarias P 1 60 W P 2 25 W Precio: 0,079 € /kWh Determinamos las horas que está encendido el flexo: días horas 9 meses 30 –––––– 3 ––––––– 810 h mes día A partir de la expresión E P t, calculamos la energía consumida en cada caso: E 1 P 1 t 60 W 810 h 48 600 Wh 48,6 kWh E 2 P 2 t 25 W 810 h 20 250 Wh 20,25 kWh El coste en cada caso se obtiene aplicando la tarifa eléctrica: 48,6 kWh 0,079 € /kWh 3,84 € 20,25 kWh 0,079 € /kWh 1,60 € 28. Datos: P 3,3 kW Consumo: 500 kWh Precio: 0,079 € /kWh Contador: 0,60 € /mes Calculamos todos los términos que aparecen en la factura de consumo eléctrico. Término de potencia: €
3,3 kW 1,39 ————— 2 meses 9,17 € kW mes Coste de la energía eléctrica consumida: €
500 kWh 0,079 ——— 39,50 € kWh 24
4,864% [1,05113 (9,17 39,50) €] 2,49 €
(9,17 39,50 2,49 1,20) € 52,36 € Aplicamos el 16 % de IVA y obtenemos la cantidad total que hay que abonar: 52,36 € (1 0,16) 60,74 € 29. Datos: P 1 500 W t 3 h Tarifa 2,0: 0,079 € /kWh Tarifa 2,0 N: 0,037 € /kWh A partir de la expresión E P t, calculamos la energía consumida: E P t 1 500 W 3 h 4 500 Wh 4,5 kWh El coste, según cada tipo de tarifa, será: €
4,5 kWh 0,079 ——— 0,36 € kWh €
4,5 kWh 0,037 ——— 0,17 € kWh 30. Datos: S 15 m2 Aportación: 50 kcal/h m2 4 h P 1 500 W 0,85 La energía consumida para la climatización del local es: kcal E cons 50 ——— 15 m2 4 h 3000 kcal h m2 Teniendo en cuenta el rendimiento del acumulador, la energía suministrada, expresada en J, debe ser: E cons 3000 kcal E sum ——— ————— 3529,4 kcal 0,85 4,18 kJ 3 529,4 kcal ———— 14753 kJ 1 kcal 14753 000 J
A partir de la expresión E P t, calculamos el tiempo necesario para suministrar esta energía, teniendo en cuenta la potencia del acumulador: E 14753 000 J t — —————— 9 835 s 2 h 44 min P 1 500 W m2
31. Datos: S 20 Aportación: 60 kcal/h m2 4 horas 90% 0,9 Tarifa: 0,079 € /kWh La energía consumida para climatizar el local es: kcal E cons 60 ———— 20 m2 4 h 4800 kcal h m2 Teniendo en cuenta el rendimiento del sistema, la energía suministrada, expresada en kWh, debe ser: E cons 4 800 kcal E sum ––––– ————— 5 333,3 kcal 0,9 1 kWh 5 333,3 kcal ––––––––– 6,17 kWh 864 kcal El coste del consumo eléctrico será: 6,17 kWh 0,079 € /kWh 0,49 €
1 kg 1 botella 7 500 kcal —————— ————— 11 100 kcal 12,5 kg 9,18
€
———— 0,50 € botella
b) Climatización con gas natural: Teniendo en cuenta el rendimiento del sistema, la energía suministrada debe ser: E cons 5250 kcal E sum ——— ————— 6562,5 kcal 0,8 El coste del gas natural necesario para obtener esta energía será, según tarifa D1: € 1 m3 6 562,5 kcal ————— 0,496 —— 10 600 kcal m3
0,31 €
33. Datos: E c ons 5250 kcal 0,85 Tarifa: 0,079 € /kWh Teniendo en cuenta el rendimiento del sistema eléctrico, la energía suministrada debe ser: E cons 5 250 kcal 1 kWh E sum ——— ————— ————— 0,85 864 kcal 7,15 kWh El coste del consumo eléctrico será:
m2
32. Datos: S 25 Aportación: 70 kcal/h m2 3 h PCS butano 11100 kcal/kg butano 0,7 PCS gas natural 10600 kcal/m3 gas natural 0,8
7,15 kWh 0,079 € /kWh 0,56 € 34. Datos: P 4 000 W V 220 V A partir de la expresión de la potencia, determinamos el valor de la intensidad:
La energía consumida para la climatización del local es:
P 4 000 W P V I ⇒ I — ———— 18,18 A V 220 V
kcal E cons 70 ——— 25 m2 3 h 5250 kcal 2 hm
El valor mínimo normalizado de ICP será de
a) Climatización con gas butano: Teniendo en cuenta el rendimiento del sistema, la energía suministrada debe ser: E cons 5250 kcal E sum ——— ————— 7500 kcal 0,7 El coste del gas butano necesario para obtener esta energía será:
20 A.
35. Magnetotérmicos: su misión es detectar cortocircuitos y sobrecargas, y abrir el circuito automáticamente en caso de que se produzcan. Diferencial: su misión consiste en detectar fugas o derivaciones de corriente desde la red a algún lugar ajeno a la instalación y cortar el suministro de energía en caso de que se produzcan. 25
4. El hierro y sus derivados 1. Los materiales: origen y clasificación (pág. 70)
lápidas, encimeras de cocinas y baños, pavimentos, esculturas... A partir del carbón: electrodos, minas para lápices, filtros para depuración de agua, catalizadores... A partir de la arena: cemento, hormigón, vidrio, abrasivos...
1. Materias primas: madera, granito, carbón y arena. Materiales elaborados: tornillo, bronce, vidrio y fibra. A partir de la madera: muebles, mangos de herramientas, embarcaciones, viviendas, ob jetos de decoración, esculturas...
2. Lámpara de salón: bronce (metal no férrico), cobre (metal no férrico), volframio (metal no férrico), plástico (sintético), vidrio (sintético) y seda (natural).
A partir del granito: sillares para construcción,
2. Los materiales férricos (pág. 71) 3.
Mineral
Composición
Aspecto
Contenido en hierro
Mezcla de óxidos de hierro
Color oscuro, casi negro
60-70 %
Óxido de hierro (III)
Masas de color rojo
40-60 %
Siderita
Carbonato de hierro (II)
Color amarillento
30-40 %
Limonita
Hidróxido de hierro (III)
Masas de color pardo-negruzco
Bajo
Sulfuro de hierro y cobre
Amarillo con brillo metálico
Bajo
Magnetita Hematites roja
Pirita
4. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre el centro.
3. Obtención de hierro: el horno alto (pág. 73) 5. Véase el dibujo siguiente. Horno alto Tolvas
Gas del tragante
Tragante Cuba Capas de material
Chimenea
Gas del tragante
Recuperadores de calor Aire caliente (800 a 1 350 °C)
Toberas
Vientre Etalaje Piquera
Al horno alto Bigotera Aire para la combustión
4. Productos siderúrgicos (pág. 74) 6. El hierro puro funde a 1 535 °C. A medida que aumenta su contenido en car26
bono entre 0 y 4,7 %, la temperatura de fusión disminuye gradualmente hasta alcanzar los 1 145 °C. A partir de este porcentaje, y hasta el 6,67%, la
temperatura de fusión vuelve a aumentar gradualmente hasta alcanzar de nuevo los 1535 °C.
•
La temperatura alcanzada en el proceso de combustión permite mantener la masa de acero en estado de fusión.
•
Entre 1145 °C y 1535 °C, y dependiendo de su contenido en carbono, el hierro coexiste en estado sólido y en estado líquido.
La carga y la descarga de ambos convertidores se producen por la parte superior.
•
En ambos se añaden fundentes para formar y arrastrar la escoria.
Por encima de 1 535 °C, el hierro permanece en estado líquido, independientemente de su contenido en carbono.
Diferencias:
Por debajo de 1 145 °C, el hierro siempre es sólido.
•
En el convertidor de Bessemer y Thomas, el aire se inyectaba por la parte inferior. En el LD, el oxígeno se inyecta por medio de una lanza que se introduce por la parte superior.
•
En el convertidor de Bessemer y Thomas, los aleantes estaban presentes desde el principio del proceso, mientras que en el LD, se añaden al final en la proporción adecuada.
•
La duración del proceso en un convertidor Bessemer y Thomas oscila entre 15 y 20 minutos, mientras que el del LD dura alrededor de una hora.
7. Ejemplo: los radiadores de calefacción central.
5. Aceros (pág. 75) 8. Las herramientas de corte necesitan ser muy duras y resistentes para soportar las temperaturas elevadas que pueden originarse sobre ellas como consecuencia del rozamiento con los materiales que deben cortar. Tanto el cro- mo como el vanadio son agentes aleantes que confieren al acero mayor dureza y resistencia al desgaste mecánico en caliente. Por eso se utilizan para fabricar este tipo de herramientas.
Los gases procedentes de la combustión salen a través de unas cámaras que contienen ladrillos refractarios y transfieren a éstos el calor.
6. Procesos de fabricación de aceros (págs. 77 y 79) 9. Analogías: •
•
10. Ciclo térmico del combustible:
El proceso de afino en ambos convertidores consta de tres fases: llenado, soplado o afi- no y vaciado. En ambos casos se inyecta aire u oxígeno para provocar la combustión de los componentes que se desea eliminar.
A continuación, se invierte el ciclo y se hace pasar el aire a través de estas cámaras para que se precaliente. El combustible arde en presencia del aire precalentado y de este modo se llegan a alcanzar temperaturas de hasta 1 800 °C. Véase la siguiente figura.
Techo abovedado Gases de la combustión
Dispositivo de carga
Baño fundido
Cargadoras
Soplete
Cámara de ladrillos refractarios
Quemador Aire caliente
Recipiente de la colada
Aire frío Salida de gases
Cámara de ladrillos refractarios
27
Actividades de aplicación (pág. 85)
11. Analogías: •
Ambos hornos están formados por un recipiente cilíndrico de acero provisto de circuito de refrigeración y recubierto interiormente por ladrillo refractario.
•
En ambos hornos se alcanzan temperaturas extraordinariamente elevadas.
Diferencias: •
•
En el horno de arco, la temperatura se obtiene como consecuencia del efecto Joule aplicado a los arcos voltaicos que saltan entre los electrodos y la masa de acero, mientras que en el horno de inducción, el aumento de la temperatura es consecuencia de la acción de las corrientes inducidas de Foucault. El horno eléctrico de arco tiene una capacidad de carga mayor que el horno de inducción.
12. Datos: P 100 kW t 3 h 45 min 3,75 h Tarifa: 0,11 € /kWh La energía consumida es igual al producto de la potencia por el tiempo: E cons P t 100 kW 3,75 h 375 kWh
3600000 J 375 kWh —————— 1 350 000 000 J 1 kWh El coste del consumo eléctrico será: €
375 kWh 0,11 ——— 41,25 € kWh
8. Tipos de aceros comerciales (pág. 81) 13. Ejemplo: Acero F 3504: la presencia del cromo (19 %) aumenta su dureza y le confiere resistencia al calor y al rozamiento, a la vez que lo hace inoxidable. El níquel (9,50%) aumenta su tenacidad y su resistencia a la tracción y a la corrosión. Por eso se emplea para la fabricación de válvulas, ejes y cuerpos de bomba, especialmente en las industrias química, textil y de alimentación. 28
14. Datos: m m ineral 200 t Riqueza: 20% Consumo coque: 500 kg/t A partir de los datos de la masa de mineral y de su riqueza, podemos calcular el arrabio producido: 20 % (200 t) 40 t 40 000 kg arrabio El consumo de carbón de coque será: 500 kg coque ———————— 40 000 kg arrabio 1000 kg arrabio 20 000 kg coque
15. Datos: Ahorro coque: 11 kg/100 °C t 0 25 °C t f 1350 °C Multiplicamos el ahorro de coque por la diferencia de temperatura que producimos: 11 kg coque —————— (1350 25) °C 100°C 145,75 kg coque
16. Carbono: dureza, resistencia al desgaste. Silicio: conductividad magnética. Manganeso: dureza, resistencia al desgaste. Cromo: dureza, resistencia al calor, resistencia al rozamiento, inoxidabilidad. Níquel: tenacidad, resistencia a la corrosión. Molibdeno: dureza, resistencia al desgaste. Vanadio: dureza, resistencia al desgaste. Volframio: tenacidad, resistencia a la corrosión, resistencia al calor. 17. Analogías: ambas presentan un contenido en carbono que oscila entre 1,76 % y 6,67 %. Diferencias: •
La fundición gris se obtiene cuando el contenido en silicio es alto, mientras que la fun- dición blanca presenta un elevado contenido en manganeso.
•
En la fundición gris, el carbono cristaliza en forma de grafito, mientras que en la fundi- ción blanca forma carburo de hierro.
•
El aspecto de la superficie de fractura presenta, respectivamente, color gris o blanco.
La fundición gris se emplea casi exclusivamente para piezas moldeadas. La fundición blanca se utiliza como materia prima para la obtención de los aceros. 18. Al inyectar oxígeno a presión sobre la masa fundida de arrabio, el fósforo, el azufre y el silicio se oxidan y forman respectivamente óxidos de fósforo, de azufre y de silicio. Los óxidos de azufre son volátiles y se escapan con los humos, mientras que los de fósforo y silicio se mezclan para formar la escoria. 19. Aceros no aleados: — F 1140, F 1150 (aceros al carbono). — F 1510, F 1522, F 1560 (aceros de cementación). Aceros de baja aleación: — F 122, F 123, F 1252 (aceros aleados de temple y revenido). — F 1310 (aceros de rodamientos). — F 1430 (aceros para muelles).
— F 2113 (aceros de fácil mecanización). — F 5220, F 5318 (aceros de herramientas). Aceros de alta aleación: — F 3504, F 3534 (aceros inoxidables). 20. El acero que presenta menor resistencia a la tracción es el F 1510 (acero de cementación). Su contenido en carbono es relativamente bajo (0,1 %). En general, se observa una relación entre los aceros poco resistentes a la tracción y aquellos que presentan un bajo contenido en carbono. 21. Fundamentalmente el cromo y el níquel. 22. El acero F 1150 presenta una mayor proporción de carbono y manganeso que el F 1140. Por eso, es más duro. 23. Los aceros de fácil mecanización presentarán una dureza relativamente baja ya que la proporción de aleantes que contienen también lo es. De este modo se facilita el trabajo de mecanizado sobre ellos.
5. Metales no férricos 1. Clasificación de los metales no férricos (pág. 88)
3. Analogías: ambas son aleaciones de aluminio y bronce.
1. Ejemplo: Los cables eléctricos son de cobre ya que este material es mucho más dúctil que el hierro o el acero y presenta una conductividad eléctrica notablemente superior.
Diferencias: en el duraluminio predomina el aluminio (95,5 % Al y 4,5% Cu) y en el bronce de aluminio sucede exactamente al revés (90% Cu y 10% Al).
Actividades de aplicación (pág. 105) 2. Datos: Energía: 12500 kWh/t Tarifa: 0,11 € /kWh Coste energético: 80 % Calculamos el coste energético y el coste total: 12500 kWh € ——————— 1 kg cobre 0,11 ––––– 1 000 kg cobre kWh 1,38 € 1,38 € ———— 0,8
1,73 €
El duraluminio se utiliza en la construcción y para la fabricación de marcos y molduras de puertas y ventanas. El bronce de aluminio se emplea en la industria para la fabricación de equipos que estén expuestos a líquidos corrosivos. 4. Aluminio: bauxita (óxido). Cinc: blenda (sulfuro), calamina smithsonita (carbonato) y calamina willemita (silicato). Cobre: cuprita (óxido), calcopirita (sulfuro) y malaquita (carbonato e hidróxido). Cromo: cromita (otro compuesto). Estaño: casiterita (óxido). Mag- nesio: asbesto, olivino, sepiolita, serpentina y talco (cloruros). Mercurio: cinabrio (sulfuro). 29
Níquel: garnierita (silicato) y niquelina (sulfuro). Plomo: galena (sulfuro). Titanio: ilmenita (otro compuesto) y rutilo (óxido). Volframio: scheelita y wolframita (otros compuestos). 5. Los latones son menos resistentes que el cobre a los agentes atmosféricos, pero soportan mejor el agua y el vapor. A más contenido en cobre son más moldeables. Si se añade algo de plomo, mejoran su capacidad de mecanizado. Los bronces son aleaciones de elevada resistencia mecánica y buena resistencia a la corrosión, superior a los latones y al cobre puro. Existen bronces de fácil fusión que se emplean en la producción de lámparas y objetos artísticos. 6. De menor a mayor resistividad: cobre aluminio volframio cinc níquel estaño cromo plomo magnesio titanio mercurio. Para fabricar filamentos de lámparas de incandescencia se emplea el volframio y no el cobre porque, a pesar de que presenta una mayor resistividad, tiene un punto de fusión (3380 °C) extraordinariamente más elevado que el del cobre (1083 °C), que lo hace mucho más resistente a los efectos del calor generado por la incandescencia. 7. El ánodo de la cuba electrolítica está formado por planchas de plomo bruto mientras que el cátodo está formado por láminas de plomo puro. Al pasar la corriente, el plomo bruto se disuelve y va colocándose sobre las planchas del cátodo. En el fondo de la cuba se depositan barros electrolíticos que contienen pequeñas cantidades de otros metales, que pueden ser recuperados. 8. Estructura de gran altura. Acero, ya que presenta mayor resistencia a los esfuerzos de tracción, compresión y flexión. Cable eléctrico de gran longitud. Aluminio, ya que, aunque tiene una mayor resistividad que el cobre, su menor peso evita fracturas. Herramienta de corte. Aleaciones de volframio (widia y estelita), por su extraordinaria dureza. 30
Cubierta sometida a la intemperie. Chapa galvanizada (cinc) porque el recubrimiento de cinc protege la chapa de acero de la agresión de los agentes atmosféricos. Envase alimentario. Aluminio u hojalata (estaño) por su gran estabilidad frente a los agresivos químicos. Fuselaje de un avión. Aluminio o titanio, por su ligereza y su gran resistencia a los esfuerzos. 9. De menor a mayor dureza: mercurio plomo magnesio estaño cinc aluminio cobre níquel titanio cromo volframio. Los más apropiados para fabricar herramientas de corte son el volframio y el cromo. 10. El níquel y el cromo, por su elevada resistencia a la oxidación y la corrosión. 11. El recubrimiento de estaño que posee la hojalata hace que la chapa de acero esté protegida de la acción de agentes agresivos que puedan contener los alimentos, siempre que no se trate de ácidos o álcalis fuertes. El mismo argumento puede aplicarse al aluminio anodizado. 12. El recubrimiento de cinc hace que éste se oxide en lugar del acero. Por otra parte, la capa de óxido que se forma lo protege de posteriores oxidaciones. Además, se trata de un material con un punto de fusión relativamente bajo (419,5 °C) por lo que el consumo energético para fundirlo es menor que en el caso de otros metales de características similares como el aluminio, el níquel o el cromo. 13. Latón fundido: aleación de cobre y cinc. Se emplea para fabricar casquillos de ajuste de piezas mecánicas. Alnico: aleación de aluminio, níquel y cobalto. Se utiliza para fabricar imanes permanentes. Soldadura blanda: aleación de estaño y plomo. Se utiliza como material de aportación en procesos de soldadura de componentes eléctricos. Alpaca: aleación de cobre, níquel, cinc y estaño. Se usa para la fabricación de cubiertos y piezas ornamentales. Nicrom: aleación de níquel y cromo. Se utiliza
para fabricar resistencias eléctricas por su alta resistividad. Acero inoxidable: aleación de acero, níquel y cromo. Se emplea en la fabricación de piezas mecánicas que han de estar sometidas a la acción de agresivos químicos o de agentes atmosféricos. Carburo de volframio: compuesto a base de
carbono y volframio. Se utiliza para la fabricación de herramientas de corte y matrices para trabajos en caliente. Amalgama de níquel: aleación de mercurio y níquel, usada en odontología. Aleación magnam: aleación de magnesio y manganeso. Se utiliza para fabricar piezas ligeras mediante forja.
6. Materiales de construcción 2. Materiales cerámicos (pág. 111) 1. Granito: piedras sillares de antiguas murallas, de iglesias o de edificios antiguos. Su función es constituir el basamento sobre el que descansa la estructura fundamental del edificio. Pizarra: tejados de viviendas. Constituyen la cobertura del edificio y aíslan del calor y del frío. Mármol: recubrimiento de fachadas. Tiene carácter ornamental. 2. Datos: D 15 cm ⇒ r 7,5 cm Resistencia máxima: 2 700 kg/cm2 Calculamos la superficie de la columna y la multiplicamos por la resistencia unitaria máxima: S r 2 3,14 (7,5 cm)2 176,625 cm2 176,625
cm2
kg 2700 —— 476 887,5 kg cm2
3. Por su gran resistencia al calor y su resistividad tan elevada que los convierte en materiales aislantes. 4. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre enclavado el centro.
3. Cementos (págs. 113 y 116) 5. Datos: m c emento 1 t 1 000 kg PCS gas natural 10600 kcal/m3 Precio gas natural 0,5 € /m 3 80% 0,80 Consumo térmico: 800 kcal/kg Consumo eléctrico: 100 kWh/t Tarifa eléctrica: 0,11 € /kWh
Calculamos primero la energía térmica consumida: kcal E cons 1000 kg 800 ––––– 800000 kcal kg Teniendo en cuenta el rendimiento de la instalación, la energía suministrada debe ser: E cons 800000 kcal E sum ——— ––––––––––– 1 000 000 kcal 0,80 A partir de este dato, determinamos el coste del gas natural necesario: € 1 m3 1000000 kcal –––––––––– 0,5 –––3 10600 kcal m 47,17 €
Calculamos ahora el coste de energía eléctrica empleada: kWh € 1 t 100 ——— 0,11 ——— 11,00 € t kWh Sumamos ambas cantidades y obtenemos el coste total de la fase térmica: 47,17 € 11,00 € 58,17 € 6. Cemento Portland: mezcla de calizas y arcillas a las que se añade una pequeña cantidad de yeso para regular el tiempo de fraguado. Se emplea como componente fundamental de los hormigones. Cemento Portland con adhesivos activos: cemento Portland al que se añaden pequeñas cantidades de óxido de hierro y otras sustancias. Se emplea como cemento hidráulico por su elevada resistencia al agua de mar y las aguas pantanosas. 31
Cemento siderúrgico: se obtiene añadiendo al clínquer cantidades variables de escoria de horno alto, que puede llegar a representar hasta el 65% del total. Se obtiene así un cemento con menor calor de hidratación y elevada resistencia a la acción de aguas agresivas. Cemento puzolánico: mezcla de cemento Portland y puzolanas (materiales de origen volcánico con alto contenido en arcilla), el contenido de las cuales puede oscilar entre el 40 % y el 60 %. Se utiliza en la construcción de presas y de estructuras sometidas a la acción del agua del mar. Cemento aluminoso: mezcla de materiales aluminosos (aluminato monocálcico) y pequeñas cantidades de caliza. Fragua con mucha rapidez y presenta una elevada resistencia a las 24 horas. Cemento natural: el que se obtiene directamente por cocción y molienda de rocas que contienen calizas y arcillas en las que éstas están presentes en proporción superior al 30 %. Tiene una resistencia inferior a la del cemento Portland. 7. La respuesta dependerá de la comunidad autónoma en la que se encuentre enclavado el centro. 8. Datos: D 30 cm ⇒ r 15 cm 0,15 m h 4,5 m Proporción: 1:4:6 Calculamos primero el volumen de la columna: V r 2 h 3,14 (0,15 m)2 4,5 m 0,3179 m3
9. Datos: R 65 MN/m2 6,5 107 N/m2 1 kg-peso 9,8 N Calculamos, primero, la sección de la columna a partir de los datos del ejercicio anterior: S r 2 3,14 (0,15 m)2 0,07065 m 2 Multiplicaremos la resistencia unitaria por la superficie de la columna y expresaremos el resultado en toneladas-peso: N 1 kg 6,5 107 ——2 0,07065 m2 ——— m 9,8 N 468597 kg 469 t 10. La armadura se encuentra en la parte inferior porque, si se situara en la parte superior, los esfuerzos de flexión a que se ve sometida podrían provocar la aparición de grietas en la masa de cemento. Al situarse en la parte inferior, la masa sólo se ve sometida a esfuerzos de compresión, por lo que no se agrietará. 11. El cemento, al fraguar, se contrae mientras que la arena, por el contrario, se dilata. Si la proporción de cemento es excesiva, la contracción provocada durante el fraguado puede dar origen a la formación de grietas. Las fracturas por acción de los esfuerzos se originan en las superficies de unión entre el cemento y la arena. Si la presencia de ésta es excesiva, la superficie de contacto entre ambos materiales es menor y el hormigón resulta menos resistente.
5. El vidrio (pág. 121) 12. Ejemplo: método de estirado vertical. Cebo
Rodillos laminadores
Determinamos ahora la cantidad de cada componente a partir de los datos de la tabla que aparece en el texto: kg Cemento 170 ——3 0,3179 m3 54 kg m L Arena 560 ——3 0,3179 m3 178 L m L Grava 840 ——3 0,3179 m3 267 L m 32
Banda de vidrio
Boquilla
o f u n d i d V i d r io
La cubeta que contiene el vidrio fundido dispone de una boquilla a la que se aproxima una lámina metálica denominada cebo. Una vez que el vidrio se ha adherido a la lámina, se procede a levantarla y se hace pasar el vidrio a través de unos rodillos laminadores que conforman una lámina de vidrio. 13. El moreno de la piel es consecuencia de la secreción de melanina por parte de ésta para protegerse de la acción de los rayos ultravioleta procedentes del Sol. Como estos rayos son filtrados por el vidrio, es imposible ponerse moreno tomando el Sol a través de una ventana. 14. Ejemplo: fabricación de vidrios de ventana para las puertas de los ascensores. Su rotura evita que los fragmentos se dispersen y, además, protege del fuego en caso de incendio. 15. Vidrio pyrex. Se trata de un vidrio de silicato de boro con un coeficiente de dilatación extraordinariamente bajo que le hace capaz de resistir cambios bruscos de temperatura sin romperse. Fue desarrollado en 1890 por el químico alemán Otto Schott en las factorías de vidrio de Jena (Alemania).
1 cm2 S máx 15 000 kg ——— 333,33 cm2 45 kg A partir de la expresión del área del cuadrado, determinamos su arista:
a mín √ S √ 214,28 14,63 cm
S mín (a mín) 2
⇒
S máx (a máx)2
⇒
a máx √ S √ 333,33 18,25 cm
Redondeando el resultado, la arista oscilará entre 15 y 18 cm. 19. Hormigón armado: estructuras resistentes, muros de carga. Acero: estructuras resistentes. Materiales cerámicos: saneamiento, revestimiento de suelos, paredes de cocinas y baños. Yeso: enlucido y revoco de paredes. Escayola: techos interiores. Ladrillos: tabiquería interior. Tejas: cubiertas y tejados. Madera: marcos de puertas, recubrimiento de paredes y suelos. Tejidos: recubrimiento de paredes. Plástico: desagües, embellecedores de elementos eléctricos. Vidrio: ventanas y puertas. Aluminio: carpintería exterior. Cobre: conducciones eléctricas y canalizaciones de gas. Otros materiales: elementos complementarios, como cerraduras, herrajes, etc.
6. La madera (pág. 125) 16. Las fibras longitudinales que constituyen la madera presentan una mayor resistencia a los esfuerzos que el material que las aglutina. Si se efectúa el corte de la madera en sentido transversal a las fibras, hay que provocar su rotura, mientras que si se corta en sentido longitudinal, no. Por eso, la madera presenta mayor resistencia a la cortadura en el primer caso que en el segundo. 17. Las maderas naturales que presentan mayor resistencia a la flexión son: haya, fresno, olmo, nogal y roble. 18. Datos: P 15 t 15000 kg R pino: de 45 a 70 kg/cm2 Calculamos primero la superficie de la base de la columna: 1 cm2 ——— 214,28 cm2 S mín 15 000 kg 70 kg
Actividades de aplicación (pág. 127) 20. Los materiales empleados en las construcciones antiguas presentaban una resistencia a la flexión muy baja, por lo que era necesario disponer las columnas muy juntas para evitar roturas de vigas. En cambio, los materiales actuales tienen unas resistencias a la flexión muy elevadas, por lo que la luz (distancia entre columna y columna) puede ser mayor. 21. La paja constituye un entramado que aumenta la resistencia del barro seco a los esfuerzos de tracción y flexión. En los países desarrollados se utiliza el hormigón armado: las varillas de hierro en el interior del hormigón actúan de la misma manera que la paja en el interior del barro sólo que consiguen resistencias extraordinariamente mayores. 33
22. Datos: P 25 t 25000 kg R madera: 100 kg/cm2 R granito: 2 700 kg/cm2 R hormigón: 650 kg/cm2 Calculamos primero la superficie de la base de la columna en cada caso: cm2
1 S madera 25000 kg ––––––– 250 cm2 100 kg 1 cm2 S granito 25000 kg –––––––– 9,26 cm2 2 700 kg 1 cm2 S hormigón 25 000 kg ––––––– 38,46 cm2 650 kg A partir de la expresión del área del círculo, determinamos su radio en cada caso:
S r 2 ⇒ r madera S 250 cm2 ––– –––––––– 8,92 cm 3,14
√
√
S r 2
√
⇒
r granito
√
9,26 cm2 ––– ———— 1,72 cm 3,14 S
S r 2 ⇒ r hormigón S 38,46 cm2 — ————— 3,5 cm 3,14
√
√
Los radios de las columnas serán: 8,92 cm (madera de roble), 1,72 cm (granito) y 3,5 cm (hormigón). 23. Datos: m c línquer 1 t 1 000 kg PCS gasóleo 11120 kcal/kg Precio gasóleo 0,31 € /kg
75% 0,75
Consumo térmico: 800 kcal/kg Calculamos primero la energía térmica consumida: kcal E cons 1000 kg 800 ——— 800000 kcal kg 34
Teniendo en cuenta el rendimiento de la instalación, la energía suministrada debe ser: E cons 800000 kcal E sum ——— —————— 1 066667 kcal 0,75 A partir de este dato, determinamos el coste del gas natural necesario: 1 kg € 1066667 kcal ————— 0,31 —— 11 120 kcal kg 29,74 €
24. Porque es muy higroscópico, es decir, presenta una gran avidez por el agua. En consecuencia, oxidaría rápidamente los materiales metálicos en contacto con él. 25. El hormigón pretensado es particularmente resistente a los grandes esfuerzos de tracción, como los que aparecen en estructuras con una gran luz. La tensión a que son sometidas las armaduras compensa la dilatación que éstas pueden sufrir como consecuencia de los esfuerzos de tracción. De este modo, el hormigón resiste mejor y no se agrieta. 26. El tablero aglomerado se obtiene a partir de virutas de madera mezcladas con resinas adhesivas resistentes al agua que solidifican en caliente por efecto de la presión. El proceso seguido pasa por las etapas siguientes: descortezado de la madera, triturado hasta obtener virutas, secado hasta un grado de humedad inferior al 5%, mezclado de las virutas con las resinas o colas, prensado de la mezcla en caliente, entre 160 °C y 200 °C, y acabado de los tableros, una vez obtenidos. Ventajas: eliminan nudos y grietas, pueden obtenerse superficies de cualquier tamaño sin problemas de alabeo y resultan más baratos. Inconvenientes: soportan peor los esfuerzos de flexión y tienen menor apariencia estética. 27. Ventajas: mayor resistencia a los esfuerzos de flexión. Inconvenientes: elevado coste por unidad de volumen (sustitución por otros materiales cuando sea posible), formas predeterminadas (normalización) y oxidabilidad (galvanización en caliente).
7. Otros materiales de uso técnico Actividades de aplicación (pág. 147) 1. Analogías: en todos los procesos se trocea y desmenuza la madera para extraer de ella la celulosa.En la parte final se añaden blanqueadores, se extrae el agua y se procede al secado del papel. Diferencias: radican en el tratamiento de la madera desmenuzada. — En el proceso mecánico, no se añade ninguna sustancia química, por lo que no se consigue eliminar la lignina. — En el proceso semiquímico se cuece la madera en presencia de sosa cáustica y sulfato de sodio, con lo que se elimina gran parte de la lignina. La pasta resulta de mejor calidad, aunque el rendimiento es menor.
Rodillo marcador
Proceso de afino
Tamizado
Prensado
4. El gramaje es la densidad del papel, expresada en g/m2. Según su valor, distinguimos: — Cartones (superior a 400 g/m 2). — Cartulinas (entre 150 y
400 g/m 2).
— Papel (inferior a 150 g/m 2). 5. Marca de agua: dibujo o logotipo que posee el papel y que identifica al fabricante. Se obtiene por compresión del papel todavía húmedo y es generalmente invisible a simple vista. Sólo se aprecia cuando se observa el papel a con-
— En el proceso químico se utilizan diferentes sustancias para eliminar totalmente la lignina: bisulfitos de calcio, sodio o magne- sio (método al licor ácido), sulfito neutro de sodio (método al licor alcalino) o sosa cáustica (método a la sosa). La pasta es de excelente calidad pero el rendimiento es muy bajo. 2. Desprendimiento de olores desagradables: filtrado de gases y vapores antes de lanzarlos a la atmósfera y ubicación de las fábricas en zonas despobladas. Eliminación de los residuos: reciclado de residuos para otros usos, depuración de aguas antes de su vertido. Deforesta- ción: regeneración de los árboles talados en mayor proporción. 3. Véase la figura siguiente.
Rodillos escurridores
Secado
Calandria
Horno de aire caliente
Satinado
Bobina de papel
traluz. Se utiliza para papeles de dibujo de calidad y en los billetes de curso legal. 6. La longitud del formato DIN A4 (841 mm) coincide con la anchura del formato DIN A3, mientras que la longitud de éste (1189 mm) es el doble que la del formato DIN A4 (594 mm). Si doblamos por la mitad en sentido transversal una hoja formato DIN A4, obtenemos dos hojas formato DIN A5. Si dividimos en cuatro partes una hoja formato DIN A4 efectuando un doblado longitudinal y 35
otro transversal, obtenemos cuatro hojas formato DIN A6. 7. Ventajas económicas: ahorro de energía. Ventajas ecológicas: disminución de la pérdida de masa forestal, disminución de la cantidad de productos químicos necesarios para el deslignificado de la madera y ligera reducción de la contaminación. 8. Material plástico: el que es capaz de ser modelado mediante pequeños esfuerzos a temperaturas relativamente bajas. Las propiedades físicas y químicas de los plásticos actuales son muy diversas, dependiendo del tipo de plástico considerado. 9. Polimerización directa: las moléculas del monómero reaccionan entre sí por acción del calor o la presión. Las moléculas tienen dos grupos reactivos y se forman largas cadenas sin eliminación de material sobrante. Policondensación: las moléculas tienen más de dos grupos activos y se forman cadenas y redes con eliminación de productos de reacción. Poliadición: las moléculas tienen más de dos grupos activos pero no se eliminan productos de reacción. 10. Por acción del calor, la presión o la presencia de un catalizador, se produce la ruptura del doble enlace de los monómeros CH 2 CH2 y se forman grupos —CH 2—CH2—. Estos radicales se unen entre sí y forman largas cadenas de polietileno: — CH2— CH2— CH2— CH2— CH2— CH2— CH2—
Se trata de un proceso de polimerización directa. 11. Los plásticos termoplásticos se reblandecen cuando se calientan y vuelven a endurecerse cuando se enfrían. Se obtienen por polimerización directa. Los plásticos termoestables, una vez endurecidos, no pueden volver a fundirse sin que se alteren sus propiedades fisicoquímicas. Se obtienen por policondensación. 36
12.
Tipos de plásticos por su origen De origen natural
Sintéticos
Termoestables
Termoestables
Derivados de la celulosa Derivados de la caseína Derivados del caucho
Resinas de urea Resinas de melamina Resinas fenólicas Resinas epoxídicas Resinas de poliéster Poliuretanos
Termoplásticos
PVC Poliestireno Polietileno Polimetacrilatos Poliamidas Siliconas
Derivados de la celulosa: papel celofán. Deri- vados de la caseína: botones. Derivados del caucho: gomas blandas, neumáticos de automóvil. Resinas de urea: portalámparas. Mela- mina: láminas para revestimiento de muebles de cocina. Resinas fenólicas: mangos de utensilios de cocina (baquelita). Resinas epoxídi- cas: pegamentos rápidos. Poliéster: casco integral de motorista. Poliuretanos: colchón de espuma. PVC: desagüe de vivienda. Polies- tireno: útiles de dibujo. Polietileno: envases para líquidos alimentarios. Polimetacrilato: muebles auxiliares. Poliamidas: cuerda de nailon. Siliconas: junta de aislamiento. 13. Celofán: de origen natural, termoestable. Poli- estireno: sintético, termoplástico. Poliuretano: sintético, termoestable. Baquelita: sintético, termoestable. Caucho sintético: sintético, termoestable. Celuloide: de origen natural, termoestable. Polimetacrilato: sintético, termoplástico. PVC: sintético, termoplástico. Poliamida: sintético, termoplástico. Galalita: de origen natural, termoestable. Resina epoxi: sintético, termoestable. 14. Pegamento: resinas epoxi y poliuretanos. Go- maespuma: poliuretanos. Botones: galalita. Tejidos: resinas de poliéster y poliamidas. Mangos de herramientas: resinas epoxídicas y polietileno. Bolígrafos: poliestireno. Platos: resinas de urea y resinas de melamina. Man- gos de utensilios de cocina: resinas fenólicas. Mangueras: caucho sintético, PVC y siliconas.
Cubiertos: resinas de melamina y resinas fenólicas. Barnices: resinas de urea, resinas fenólicas, resinas epoxídicas, resinas de poliéster y poliuretanos. Tuberías: PVC. Válvu- las: PVC. Cojinetes: poliamidas y polietileno duro.Interruptores: resinas de urea, PVC y poliestireno. Neumáticos: caucho natural y caucho sintético. Vasos: resinas de urea y resinas de melamina. Intermitentes: polimetacrilato. Correas de transmisión: caucho natural, caucho sintético y poliamidas.
do pastoso en moldes calientes de acero para que funda. — A continuación, se comprime la resina hasta que se adapta a la forma del molde.
15. Ejemplo: moldeo por compresión. Se aplica cuando la materia prima es una re- sina termoestable. — Se introduce en forma de granos o en esta-
16. Fibras naturales: lana, seda, algodón, lino, cáñamo, esparto, pita. Fibras artificiales: rayón. Fibras sintéticas: poliéster, nailon, perlón.
— Finalmente, se separan las dos partes del molde y se obtiene la pieza, todavía caliente. Se utiliza para fabricar objetos huecos de gran tamaño y poco espesor, como los utensilios de cocina.
17. Véase el cuadro siguiente.
Algodón
Lino
Lana
Seda
Proceso de obtención
Recolección mediante cosechadoras. Separación de las fibras en las desmontadoras. Selección de las fibras por longitud. Limpieza, cardado, estirado, torcido, hilado y confección de tejidos.
Recolección manual o mediante cosechadoras. Enriado. Agramado y espadado. Rastrillado. Limpieza, cardado, estirado, torcido, hilado y confección de tejidos.
Baño y esquileo de los animales. Clasificación de la lana por su longitud, uniformidad, espesor y finura. Lavado para eliminar la suarda. Limpieza, cardado, estirado, torcido, hilado y confección de tejidos.
Cría de los gusanos hasta la fase de capullo. Cocción y batido de los capullos. Disolución de la sericina. Arrollamiento de hilos hasta conseguir el espesor deseado. Bobinado. Confección de tejidos.
Aplicaciones
Industria textil, productos cosméticos y asépticos, obtención de plásticos derivados de la celulosa.
Tejidos finos y de lencería. Industria textil en general.
Fabricación de prendas de abrigo. Industria textil en general.
Tejidos finos y de lencería. Industria textil en general.
18. Fieltro: las fibras se entrelazan en todas direcciones, sin orientación previa. Mallas: entrelazado de hilos, anudados y retorcidos para formar diferentes figuras. Género de punto: hilo continuo que se entrelaza consigo mismo formando bucles. Tejido clásico plano: entrecruzado de dos hilos perpendiculares entre sí, denominados trama y urdimbre. 19. Tricotadora. Se trata de una máquina tejedora de géneros de punto formada por cuatro elementos básicos: las agujas, los guiahilos, las platinas y la prensa.
— Las agujas pueden ser de lengüeta y de ganchillo. Tienen un movimiento alternativo de vaivén y su misión consiste en formar los bucles con el hilo para configurar la malla. — Los guiahilos se encargan de graduar la tensión de los hilos a fin de que la lazada tenga las dimensiones adecuadas. — Las platinas son láminas de acero encargadas de retener el tejido en el momento del ascenso de la aguja. — La prensa es la pieza que comprime el pico de las agujas cuando deben cerrarse para introducirse en las ranuras de que dispone la máquina. 37
Existen diversos modelos de tricotadoras entre los que destacan las rectilíneas y las circu- lares. — Las tricotadoras rectilíneas tienen todas las agujas dispuestas en línea recta y producen piezas rectangulares que han de ser cosidas posteriormente para confeccionar las prendas. — Las tricotadoras circulares llevan las agu jas montadas sobre un cilindro y producen tejidos en forma tubular sin costuras, apropiados para confección de prendas como calcetines, medias, camisetas, etc.
20. Mordientes. Se denominan así las sustancias inorgánicas capaces de unirse con ciertos colorantes solubles para formar compuestos coloreados insolubles. Los más habituales en la industria textil son los mordientes metálicos, que provocan la formación de un complejo químico entre el catión metálico y la fibra, capaz de fijar los colorantes solubles y transformarlos en permanentes. 21. La respuesta dependerá de la industria de confección visitada.
8. Transmisión de movimientos 1. Introducción histórica (pág. 152) 1. Cadena: comunicador. Ejes: soportes. Rueda trasera: operador. Pedal: receptor. Biela del pedal: modificador. Juego de piñones: regulador. 2. La respuesta dependerá del juguete mecánico elegido. En todo caso, los alumnos habrán de clasificar sus elementos siguiendo el modelo del ejercicio anterior.
2. Concepto y clases de máquinas (pág. 153) 3. Motrices: motor eléctrico y motor de resorte. Transportadoras: montacargas y escalera mecánica. Modificadoras de formas: lijadora orbital y sierra de cinta. Otras clases: ventilador y fotocopiadora. 4. Motrices: compresor, turboalternador y motor de gasolina.
5. 1: Árbol que transmite la rotación del motor eléctrico a la polea motriz. Se trata de un ár- bol, ya que soporta esfuerzos de flexión y transmite momentos torsores. 2: Árbol que transmite el giro a las ruedas traseras. Se trata de un árbol, ya que soporta esfuerzos de flexión y transmite momentos torsores. 3: Eje delantero. Se trata de un eje, ya que sólo soporta elementos que giran. 6. Árbol de transmisión de un vehículo, eje de salida de la caja de cambios, cigüeñal de un motor de explosión, etc.
5. Poleas y correas (pág. 158) 7. Datos: D 1 105 mm n 1 1 200 rpm D 2 35 mm Aplicamos la relación que existe entre velocidades y diámetros, y despejamos el valor de n 2:
Transportadoras: ascensor, autobús y bomba hidráulica.
n 1 D 1 1200 rpm 105 mm n 2 ———— —————————— D 2 35 mm
Modificadoras de formas: torno, fresadora y rectificadora.
3 600 rpm
Otras clases: teléfono, calculadora y ordenador. 38
4. Árboles y ejes (pág. 155)
8. Datos: D 1 120 mm i 0,2
Aplicamos la expresión que da la relación de transmisión y despejamos el valor de D 2: D i —2 D 1
⇒
D 2 i D 1 0,2 120 rpm 24 mm
9. Datos: D 1 150 mm M 1 100 N m D 2 60 mm
La distancia entre los ejes de dos ruedas de fricción es igual a la suma de sus radios: d R 1 R 2 . Por tanto: R 2 d R 1 (120 80) mm 40 mm ⇒ D 2 80 mm
A partir de los diámetros, calculamos la relación de transmisión: D 2 80 mm i —— ———— 0,5 D 1 160 mm
Calculamos primero la relación de transmisión: D 2 60 mm ———— 0,4 i —— D 1 150 mm Expresamos la relación de transmisión como cociente de momentos y despejamos M 2: M 2 ⇒ M 2 i M 1 i —— M 1 0,4 100 Nm 40 Nm 10. Datos: i 0,4 (del ejercicio anterior) Expresamos la relación de transmisión como cociente de momentos y despejamos M 1: M 2 i —— M 1
⇒
⇒
M 2 275 Nm M 1 —— ————— i 0,4
7. Engranajes (pág. 163) 13. Datos: m 5 mm d p 400 mm El módulo es el cociente entre el diámetro primitivo y el número de dientes. Por tanto: d p m— z
11. Datos: D 1 120 mm n 1 2 400 rpm D 2 150 mm
d p 400 mm z — ———— 80 (dientes) m 5 mm
14. Datos: z 28 (dientes) d p 140 mm El módulo es el cociente entre el diámetro primitivo y el número de dientes. Por tanto: d p 140 mm m — ———— 5 mm z 28
687,5 Nm
6. Ruedas de fricción (pág. 159)
⇒
El paso circular viene dado por la expresión p m. Por tanto: p m 3,14 5 mm 15,70 mm
Aplicamos la relación que existe entre velocidades y diámetros, y despejamos el valor de n 2: n 1 D 1 2400 rpm 120 mm —————————— n 2 ———— D 2 150 mm
15. Datos: d p 80 mm p 7,85 mm A partir del paso, determinamos el módulo:
1 920 rpm
p 7,85 mm p m ⇒ m — ————— 2,5 mm 3,14
A partir de los diámetros, calculamos la relación de transmisión:
Conocidos el módulo y el diámetro primitivo, calculamos el número de dientes:
D 2 150 mm i —— ———— 1,25 D 1 120 mm 12. Datos: d 120 mm D 1 160 mm
⇒
R 1 80 mm
d p m— z
⇒
d p 80 mm z — ––––––– 32 (dientes) m 2,5 mm
16. Datos: m 1,5 mm z 60 (dientes) 39
Calculamos, en primer lugar, el paso circular a partir del módulo p m 3,14 1,5 mm 4,71 mm Conocidos el módulo y el número de dientes, calculamos el diámetro primitivo: d p m — ⇒ d p m z 1,5 mm 60 90 mm z 17. Datos: z 1 60 (dientes) z 2 48 (dientes) Calculamos la relación de transmisión como cociente del número de dientes: z 48 dientes i —2 ————— 0,8 z 1 60 dientes Como i 1
⇒
Sistema multiplicador.
18. Datos: d p 1 30 mm n 1 3 600 rpm d p 2 80 mm Calculamos la relación de transmisión como cociente de los diámetros primitivos: d p 2 80 mm i —— ———— 2,667 d p 1 30 mm Conocido el valor de i, calculamos la velocidad de giro de la rueda conducida: n n 3 600 rpm i —1 ⇒ n 2 —1 ————— 1350 rpm n 2 i 2,667 19. Datos: d p 1 60 mm m 1,25 mm z 2 60 (dientes) n 2 1 000 rpm El módulo es el cociente entre el diámetro primitivo y el número de dientes. Por tanto: d p 1 d p 1 60 mm m —— ⇒ z 1 —— ————— z 1 m 1,25 mm 48 (dientes) Igualamos las expresiones de la relación de transmisión en función del número de dientes y de la velocidad, y despejamos n 1: z z 1
n n 2
2 1 —— —— ⇒
40
z 2 n 2 n 1 ———— z 1
60 dientes 1 000 rpm ——————————— 1 250 rpm 48 dientes
8. Tren compuesto de engranajes (pág. 165) 20. Datos: n 1 1 200 rpm z 1 18 dientes z 2 28 dientes z 3 21 dientes z 4 14 dientes z 5 36 dientes z 6 27 dientes La primera velocidad supone establecer el tren compuesto con los engranajes 1-2 y 4-5. Calculamos las respectivas relaciones de transmisión, las multiplicamos y obtenemos la relación total: z 2 z 5 28 d. 36 d. i T 1 i 1–2 i 4–5 —— —— ————— 4 z 1 z 4 18 d. 14 d. A partir de este dato y de la velocidad del árbol motor, calculamos la velocidad de salida: n 1 i T 1 —— n 2
⇒
n 1 1 200 rpm n 2 —— ————— 300 rpm i T 1 4
La segunda velocidad supone establecer el tren compuesto con los engranajes 1-2 y 3-6. Repetimos el proceso seguido en el caso anterior: z 2 z 6 28 d. 27 d. i T 1 i 1–2 i 3– 6 —— —— —————— 2 z 1 z 3 18 d. 21 d. A partir de este dato y de la velocidad del árbol motor, calculamos la velocidad de salida: n 1 i T 2 —— n 2
⇒
n 1 1 200 rpm n 2 —— ————— 600 rpm i T 2 2
Actividades de aplicación (pág. 166) 21. Datos: D 1 60 mm n 1 1 500 rpm D 2 240 mm Calculamos la relación de transmisión como cociente de los diámetros de las poleas: D 240 mm i ——2 ————— 4 D 1 60 mm
A partir de este dato y de la velocidad de giro del motor, calculamos la velocidad de la bomba: n 1 i —— n 2
⇒
n 1 1 500 rpm ————— 375 rpm n 2 —— i 4
22. Datos: D 1 60 mm n 1 1 500 rpm n 2 500 rpm Igualamos las expresiones de la relación de transmisión en función del diámetro y de la velocidad, y despejamos D 2 : n 1 D 2 ––– ––– n 2 D 1
⇒
n 1 D 1 D 2 ––––––– n 2
1500 rpm 60 mm ————————— 180 mm 500 rpm
23. Datos: d p 1 60 mm z 1 30 dientes d p 2 40 mm z 2 32 dientes Calculamos el paso circular de ambas ruedas: d p 1 60 mm p 1 m 1 —— 3,14 ———— z 1 30 (d.) 6,28 mm
d p 2 40 mm p 2 m 2 —— 3,14 ———— z 2 32 (d.) 3,925 mm
Como la condición para que dos ruedas engranen es que tengan el mismo paso circular, estas ruedas no pueden engranar.
24. Datos: z 50 dientes d p 100 mm El módulo es el cociente entre el diámetro primitivo y el número de dientes. Por tanto: d p 100 mm m —— ———— 2 mm z 50 (d.) El paso circular viene dado por la expresión p m. Por tanto: p m 3,14 2 mm 6,28 mm La longitud de la circunferencia primitiva es: L p d p 3,14 100 mm 314 mm 25. Datos: z 1 50 dientes n 1 1 200 rpm z 2 36 dientes Igualamos las expresiones de la relación de transmisión en función del número de dientes y de la velocidad, y despejamos n 2: z z 1
n n 2
2 1 —— —— ⇒
z 1 n 1 n 2 ———— z 2
50 dientes 1 200 rpm ——————————— 1 667 rpm 36 dientes
Como ambas ruedas engranan, su módulo y su paso serán el mismo. Por tanto: m 2 m 1 2 mm
p 2 p 1 6,28 mm
Conocidos el módulo y el número de dientes, calculamos el diámetro primitivo: d p m —— z
⇒
d p m z 2 mm 36 (d.) 72 mm
9. Elementos de máquinas 2. Cardan o articulación universal (pág. 171) 1. Las irregularidades del terreno no podrían ser absorbidas por el sistema de transmisión y el árbol rígido acabaría rompiéndose por efecto de los esfuerzos de flexión. El cardan permite flexibilizar la transmisión y
absorber buena parte de los esfuerzos de flexión que ha de soportar. Podrían utilizarse otros sistemas de transmisión por medio de correas o cadenas, como se hace en el caso de las bicicletas. 2. Habría que utilizar, como mínimo, un árbol intermedio provisto de juntas cardan en sus 41
extremos. De este modo, el ángulo entre los árboles sería de 45° (valor límite para un cardan).
3. Embrague (pág. 173) 3. La respuesta dependerá de la máquina herramienta seleccionada por cada alumno o alumna.
5. Mecanismo piñón-cremallera (pág. 175) 4. Datos: z 36 (dientes) d p 54 mm Calculamos primero el módulo del piñón y, a partir de él, su paso circular: d p 54 mm m ––– ––––––– 1,5 mm z 36
La columna del trípode está provista de una cremallera que engrana con un piñón provisto de una manivela. Al accionar ésta, el movimiento del piñón provoca el desplazamiento de la cremallera y la cámara fotográfica asciende o desciende.
6. Mecanismo tornillo sin fin-corona (pág. 176) 8. Datos: z f 2 filetes z 2 60 dientes n 2 12 rpm
p m 3,14 1,5 mm 4,71 mm
Calculamos la relación de transmisión del mecanismo y, a partir de ella, la velocidad del tornillo sin fin:
Como el piñón y la cremallera han de tener el mismo paso circular, el de ésta será 4,71
z 2 60 dientes i —— ————— 30 z f 2 filetes
mm.
5. Datos: z 24 (dientes) m 1,5 mm Como el módulo de la cremallera es el mismo que el del piñón, calculamos su paso circular: p m 3,14 1,5 mm 4,71 mm Por cada vuelta que dé el piñón, la cremallera engranará 24 dientes y su desplazamiento será: 4,71 mm 24 dientes 113 mm 6. Datos: p 6,28 mm Como el piñón ha de tener el mismo paso que la cremallera, calculamos su módulo: p 6,28 mm m — ––––––––– 2 mm 3,14 7. Ejemplo de mecanismo biela-manivela: grupo compresor. El motor auxiliar del grupo genera un movimiento de rotación. El mecanismo biela-manivela se encarga de transformar este movimiento en uno de vaivén del émbolo del cilindro que produce la compresión del aire. 42
Ejemplo de mecanismo piñón-cremallera: el trípode de una cámara fotográfica.
n 1 i —— n 2
⇒
n 1 i n 2 30 12 rpm 360 rpm
9. Datos: n 1 600 rpm n 2 18 rpm z f 3 filetes Calculamos la relación de transmisión y, a partir de ella, el número de dientes de la corona: n 1 600 rpm i —— ———— 33,33 n 2 18 rpm z 2 i ––– z f
⇒
z 2 i z f 33,33 3 filetes 100 dientes
8. Manivela con tornillo y tuerca (pág. 179) 10. Datos: r 0,35 n.o de vueltas: 4 El avance del tornillo es igual al producto del número de vueltas por el paso de rosca. Por tanto: l v r 4 0,35 mm 1,4 mm
11. Datos: n.o de vueltas: 6 l 1,8 mm Determinamos el paso de rosca como cociente entre el avance y el número de vueltas: l 1,8 mm l v r ⇒ r — ———— 0,3 mm v 6 12. Datos: F 1 5 kg F 2 1 500 kg r 0,2 mm Aplicamos la ley general de las máquinas simples y determinamos el valor de R: F 2 r F 1 R F 2 r ⇒ R ——— F 1 1500 kg 0,2 mm ————————— 60 mm 5 kg
— Al imprimir al disco un movimiento circular por medio de la manivela, la cremallera acciona el piñón y provoca el giro del eje de la taladradora. Se trata de un sistema multiplicador del movimiento. — Datos: z 1 90 dientes z 2 20 dientes La relación de transmisión del sistema es: z 20 dientes i —2 ————— 0,22 z 1 90 dientes A partir de ella podemos determinar el número de vueltas del piñón por cada vuelta de la corona: n 1 i —— n 2
⇒
n 1 1 vuelta n 2 —— ———— i 0,22 4,5 vueltas
13. La respuesta dependerá de las máquinas analizadas.
16. Caso 1. La rueda motriz A engrana con la rueda B y ésta con las ruedas C y D .
En todo caso, será necesario explicar el funcionamiento de los mecanismos identificados en ellas.
Al girar la rueda A, transmite su movimiento a la B invirtiendo el sentido de giro. Ésta, a su vez, transmite el movimiento a la D invirtiendo nuevamente el sentido. Al final, la rueda con- ducida D gira en el mismo sentido que la rue- da motriz A (marcha normal).
Actividades de aplicación (págs. 180 y 181) 14. — Manivela con tornillo y tuerca. — Consta de una escuadra metálica fija por uno de cuyos lados se desplaza una pieza móvil, provista en su otro extremo de un tornillo. — La parte fija de la escuadra se pone en contacto con el material que se pretende sujetar. Se desplaza la parte móvil hasta que su extremo toma contacto con la otra cara del material. A continuación, se gira la manivela provocando el desplazamiento del tornillo y ejerciendo así una fuerza de apriete sobre el material. 15. — Mecanismo piñón-cremallera. — La cremallera va montada sobre el extremo de un disco circular que se acciona mediante una manivela. El eje de la taladradora lleva un piñón cónico que engrana con la cremallera.
La relación de transmisión total es igual al producto de las relaciones de transmisión A-B y B-D: z B z D z D 50 d. i T 1 i A- B i B- D —— —— —— —— z A z B z A 60 d. 0,833 A partir de este dato y de la velocidad de la rueda A, calculamos la velocidad de la rueda D: n A i T 1 —— n D
⇒
n A 1 000 rpm n D —— ————— i T 1 0,833 1 200 rpm
Caso 2. La rueda motriz A no engrana con ninguna rueda. Al girar la rueda A, no se produce transmisión de movimiento y la rueda conducida D perma- nece en reposo (punto muerto). Por lo tanto, independientemente de la velocidad de la rueda motriz, v D 0. 43
Caso 3 . La rueda motriz A engrana con la rueda C. Ésta lo hace con la B y, finalmente, la rueda B engrana con la rueda D . Al girar la rueda A, transmite su movimiento a la C invirtiendo el sentido de giro. Ésta, a su vez, transmite el movimiento a la B, invirtiendo nuevamente el sentido. Por último, la rueda B transmite el movimiento a la D invirtiendo otra vez el sentido. Al final, la rueda conducida D gira en sentido contrario al de la rueda motriz A (inversión de marcha). La relación de transmisión total es igual al producto de las relaciones de transmisión A-C, C-B y B-D: z C z B z D z D i T 1 i A-C i C- B i B- D —— —— —— —— z A z C z B z A 50 d. ——— 0,833 60 d. A partir de este dato y de la velocidad de la rueda A, calculamos la velocidad de la rueda D: n A i T 3 —— n D
⇒
n A 1 000 rpm n D —— ————— i T 3 0,833 1 200 rpm
17. 1: manivela con tornillo y tuerca. Dispone de una manivela solidaria con un tornillo que puede girar en el interior de una tuerca fija. 2: sistema de poleas. Tiene dos poleas y una correa de transmisión. La polea motriz está situada en la parte inferior y la polea conducida, en el cabezal del torno.
3: biela-manivela. Dispone de dos elementos básicos: la manivela (que en este caso es el cigüeñal que soporta la polea motriz) y la biela (que une el cigüeñal con el pedal del torno). Al accionar el pedal del torno con el pie, la biela provoca un movimiento de rotación sobre el cigüeñal. La polea motriz, solidaria con éste, gira y transmite el movimiento a la polea conducida por medio de una correa de transmisión. Este movimiento se comunica al eje principal del torno, sobre el que se sitúa la pieza que se desea tornear, provocando su giro. 18. Poleas: transmiten el movimiento de rotación desde el motor hasta el eje intermedio. Engranajes: transmiten el movimiento de rotación desde el eje intermedio hasta el plato. Plato: efectúa un movimiento de rotación que transmite a la cabeza de biela. Pasador: permite la sujeción de la cabeza de biela al plato sin impedir su giro libre. Biela: convierte el movimiento de rotación del plato en rectilíneo alternativo. Arco de sierra: como es solidario con el pie de biela, efectúa un movimiento rectilíneo alternativo o de vaivén. Los movimientos se transmiten por medio de un sistema de poleas y un juego de engrana- jes simples. La transformación del movimiento circular en uno rectilíneo alternativo se lleva a cabo por medio de un mecanismo biela-manivela.
10. Elementos auxiliares de máquinas 2. Acumuladores de energía mecánica (pág. 187) 1. La respuesta dependerá del tipo de volantes de inercia, muelles y ballestas que los alumnos puedan localizar. En todo caso, será necesario que describan su forma y expliquen la función que desempeñan en el mecanismo en el que se encuentren. 2. Datos: m 1,5 kg D 40 cm ⇒ R 20 cm 0,2 m v 1 600 rpm 44
Primero calcularemos el momento de inercia, , del volante, a partir de su expresión: 1 1 m R 2 — 1,5 kg (0,2 m)2 2 2 0,03 kg m2
—
Ahora expresamos la velocidad angular en rad/s: 2 rad/vuelta 1600 rpm ——————— 167,47 rad/s 60 s/min Con los valores obtenidos, calcularemos la
energía cinética de rotación a partir de su expresión: 1 1 E c rot — 2 — 0,03 kg m2 2 2 (167,47 rad/s)2 420,7 J
3. Datos: 0,03 kg m2 (del ejercicio anterior) E c rot 600 J Calculamos la velocidad de rotación a partir de la energía que debe acumular: 1 E c rot — 2 2
√
√
⇒
2 E c rot ———— Ι
2 600 J —————— 200 rad/s 0,03 kg m2
Ahora expresamos esta velocidad en rpm: 60 s/min. 200 rad/s –——————— 1 910 rpm 2 rad/vuelta
3. Disipadores de energía mecánica (pág. 191) 4.
Cuando cesa la acción sobre el pedal, el resor- te separa de nuevo las zapatas y el líquido retrocede. Accionamiento neumático
Elementos: Zapatas, tambor, cilindro émbolo, válvula de admisión, depósito, manómetro, válvula de escape, compresor, filtro, pedal.
pulsa los pistones. Éstos vencen la resistencia del resorte y hacen que las zapatas friccionen sobre el tambor.
Accionamiento mecánico
Funcionamiento: El aire procedente del exterior es aspirado por el compresor a través del filtro. Una vez comprimido, se envía a un depósito, donde se almacena a una determinada presión, medida por medio de un manómetro. Cuando la presión es excesiva, se abre la válvula de escape. Al pisar el pedal de freno, se abre la válvula de admisión y el aire comprimido pasa del depó- sito al cilindro. Este aire empuja el émbolo y éste actúa sobre las zapatas para que friccionen contra el tambor. Al dejar de pisar el pedal, la válvula de admi- sión corta el paso del aire y las zapatas regresan a su posición inicial.
Elementos: Zapatas, eje, leva, resorte, tambor. Funcionamiento: Las zapatas se articulan en un eje. En la acción de frenado, la leva, al girar, vence la resistencia del resorte y las zapatas friccionan sobre la cara interna del tambor. Cuando cesa la acción sobre la leva, ésta vuelve a su posición inicial y las zapatas quedan separadas de la cara del tambor por la acción del resorte que actúa sobre ellas. Accionamiento hidráulico
Elementos: Zapatas, resorte, pistones, cuerpo de bomba, tambor, tuberías, cilindro de mando, émbolo, pedal. Funcionamiento: Al pisar el pedal de freno, el émbolo del cilindro de mando empuja el líquido a través de las tu- berías. Cuando llega al cuerpo de bomba, im-
5. El accionamiento de los frenos ha de estar proporcionado al trabajo que deben realizar y a la fuerza de aplicación necesaria para desarrollarlo. Por ello, las bicicletas, que exigen un trabajo pequeño y, por tanto, una pequeña fuerza de accionamiento, llevan dispositivo de accionamiento mecánico. Los automóviles, cuyo trabajo de frenado es medio, utilizan accionamiento hidráulico. Los vehículos pesados, que requieren un gran trabajo de frenado, emplean dispositivos hidráulicos. 6. La respuesta dependerá del dispositivo localizado. En todo caso, los alumnos deberán identificar sus partes y describir su funcionamiento. 7. Datos: d 1 2 cm ⇒ r 1 1 cm F 2 15 F 1 45
Calculamos primero la superficie del émbolo del pedal de freno: S 1 r 1 2 3,14 (1 cm)2 3,14 cm2 Aplicamos el principio de Pascal y obtenemos la superficie del émbolo que actúa sobre las zapatas: F F S 1 F 2 S 2 ———— S 1 S 2 F 1 3,14 cm2 15 F 1 ———————— 47,1 cm2 F 1 1 2 —— —— ⇒
8. Datos: m 600 kg v 60 km/h 16,667 m/s F frenado 1 600 N 0,02 Calculamos la energía cinética del vehículo: 1 1 E c — m v 2 — 600 kg (16,667 m/s)2 2 2 83337 J Determinamos la fuerza de rozamiento: F R N m g 0,02 600 kg 9,8 m/s2 117,6 N El trabajo desarrollado por los frenos más el trabajo de rozamiento ha de ser igual a la energía cinética que poseía el vehículo. Por lo tanto: (F frenado F R ) e E c ⇒ E c ⇒ e —————— F frenado F R 83 337 J 83 337 J ————————— ————— 48,5 m 1600 N 117,6 N 1 717,6 N
4. Elementos de fricción (pág. 194) 9. El material de los discos y las pastillas de freno tienen elevado coeficiente de rozamiento para que la fuerza de rozamiento ejercida sea lo más grande posible y se facilite su función: la disminución del movimiento o su parada total. Por el contrario, el material de recubrimiento de los cojinetes tiene bajo coeficiente de rozamiento para que el trabajo de rozamiento sea mínimo y la energía disipada por este concepto también sea mínima. 46
10. La respuesta dependerá del elemento de fricción analizado. En todo caso, los alumnos deberán describir su forma, explicar su función y justificar el material de construcción en función de los esfuerzos que tiene que soportar. 11. Ejemplo: rodamientos de las ruedas de un monopatín. Facilitan la rodadura sobre el terreno y disminuyen el rozamiento con los ejes. 12. El rozamiento continuo del cigüeñal sobre el bloque motor provocaría el desgaste de uno de los dos elementos. Como los cigüeñales suelen estar construidos en acero y los bloques motor suelen ser de aleaciones ligeras, es previsible que el desgaste se produjera en el bloque. La consecuencia inmediata sería la aparición de holguras en los apoyos del cigüeñal y, por lo tanto, un menor aprovechamiento de la energía de rotación, que se disiparía en parte en forma de vibraciones. Si la holgura llegara a ser muy grande, las vibraciones del cigüeñal afectarían a las bielas y a los cilindros, con riesgo grave de rotura de alguna de las piezas del motor. La reparación sería muy costosa, ya que habría que sustituir todo el bloque motor para subsanar las holguras.
Actividades de aplicación (pág. 196) 13. El volante de inercia de un motor de explosión acumula la energía recibida durante la fase de explosión y la cede al cigüeñal para facilitar las fases de escape de gases, admisión y compresión, hasta que se produzca una nueva explosión y se repita el ciclo. 14. Los cochecitos de juguete provistos de volante de inercia llegan más lejos que los que carecen de él porque la energía cinética que los impulsa inicialmente es acumulada en el volante y cedida poco a poco, por lo que el desplazamiento es mayor. 15. Datos: m 1,2 kg R 20 cm 0,2 m v 600 rpm
Primero calcularemos el momento de inercia, , del volante, a partir de su expresión: 1 1 m R 2 — 1,2 kg (0,2 m)2 2 2 0,024 kg m2
—
Ahora expresamos la velocidad angular en rad/s: 2 rad/vuelta 600 rpm ——————— 62,8 rad/s 60 s/min Con los valores obtenidos, calcularemos la energía cinética de rotación a partir de su expresión: 1 1 E c rot — Ι 2 — 0,024 kg m2 2 2 (62,8 rad/s)2 47,3 J 16. Datos: m 500 g 0,5 kg d 24 cm ⇒ R 12 cm 0,12 m E c rot 7 J Primero calcularemos el momento de inercia, , del volante, a partir de su expresión: 1 1 m R 2 — 0,5 kg (0,12 m)2 2 2 0,0036 kg m2
—
Ahora calculamos la velocidad de rotación a partir de la energía que debe acumular: 1 E c rot — 2 2
√
√
⇒
2 E c rot ————
27J ——————— 62,36 rad/s 0,0036 kg m2
Muelles planos. Soportan esfuerzos de fle- xión . Se utilizan como grapas o elementos de expulsión en diversos mecanismos. 18. Los amortiguadores son dispositivos que reducen o amortiguan las oscilaciones de un muelle cuando éste tiende a recuperar su posición inicial. Son particularmente útiles para eliminar los fenómenos de resonancia, que se producen cuando un muelle es sometido a una serie de impulsos cuya frecuencia coincide con la frecuencia del muelle. 19. Los frenos son elementos disipadores de energía mecánica porque transforman la energía mecánica de un elemento en energía calorífica por efecto del rozamiento de unas partes con otras. Esta energía se disipa y ya no puede volver a aprovecharse como energía mecánica. 20. El material de fricción de un freno posee un elevado coeficiente de rozamiento para que la energía disipada sea máxima. El material antifricción de un cojinete, por el contrario, posee un coeficiente de rozamiento muy bajo para evitar pérdidas de energía mecánica por efecto del rozamiento. 21. Es falsa. La fuerza de rozamiento depende exclusivamente de la componente normal de la fuerza ejercida —la perpendicular a las superficies en contacto— y no del tamaño de dichas superficies. 22. El más conocido es el freno de una bicicleta. 23.
Cuerpo de bomba
Tuberías
Pistones Tambor
Expresamos esta velocidad en rpm: 60 s/min 62,36 rad/s ——————— 596 rpm 2 rad/vuelta 17. Muelles de compresión. Soportan esfuerzos de compresión. Se emplean en los chasis de automóviles o en los topes de ferrocarriles. Muelles de extensión. Soportan esfuerzos de tracción. Se utilizan en las zapatas de frenos. Muelles de torsión. Soportan esfuerzos de torsión. Se usan mucho en los mecanismos de relojería.
Resorte
Cilindro de mando
Émbolo Pedal
Zapatas
Al pisar el pedal de freno, el émbolo del cilin- dro de mando empuja el líquido a través de las tuberías. Cuando llega al cuerpo de bomba, impulsa los pistones. Éstos vencen la resistencia del resorte y hacen que las zapatas friccionen sobre el tambor. 47
Cuando cesa la acción sobre el pedal, el re- sorte separa de nuevo las zapatas y el líquido retrocede. 24. El sistema de accionamiento neumático permite ejercer una gran fuerza sobre las zapatas de los frenos a partir de una pequeña fuerza inicial: la necesaria para abrir la válvula de admisión y permitir que el aire comprimido actúe sobre el émbolo del cilindro. En los sistemas de accionamiento hidráulico y mecánico, la fuerza ejercida ha de ser proporcional, en mayor o menor medida, al trabajo que se desea efectuar.
— El cojinete sufre un desgaste mayor que el rodamiento. — Los cojinetes se fabrican con materiales blandos; en cambio, los rodamientos son de acero. 26. La lubricación consiste en interponer una capa o película de un líquido, denominado lubricante, entre dos superficies que se deslizan entre sí, o entre órganos activos de cualquier máquina que trabajen moviéndose uno respecto al otro. Puede provocarse de tres modos: por aportación externa, por barboteo y por presión. — La aportación externa permite regular manualmente la cantidad de lubricante, pero sólo puede efectuarse en lugares accesibles.
25. Analogías: — Ambos facilitan la rodadura del eje o árbol sobre el que se instalan.
— La lubricación por barboteo aprovecha el movimiento de una pieza para proyectar el lubricante sobre otras. Exige una importante cantidad de este líquido.
Diferencias: — El cojinete es un elemento estático mientras que en el rodamiento existen cuerpos rodantes que se mueven.
— La lubricación por presión permite distribuir el lubricante mediante un sistema oleohidráulico. Requiere un complejo dispositivo para llevarse a efecto.
— En el cojinete se produce deslizamiento, mientras que en el rodamiento hay rodadura.
11. Circuitos eléctricos Preparación de la unidad (pág. 199) •
En un circuito abierto, el paso de la corriente está interrumpido en algún punto. En un circuito cerrado, por el contrario, la circulación de corriente es posible. El elemento que permite abrir y cerrar un circuito se denomina interruptor.
•
Pilas, baterías y acumuladores.
•
Ejemplos: lámpara (energía luminosa), calentador eléctrico (energía térmica), ventilador (energía mecánica), frigorífico (energía térmica).
•
375000 C 3,75 105 C 0,0007 V 7 104 V 14500 000 J 1,45 107 J
•
9,6 103 A 0,0096 A 2,86 104 W 28600 W 5,8 108 0,000000058
•
48
1. Estructura atómica (pág. 200) 1. Datos: m p rotón 1,673 1027 kg m electrón 9,108 1031 kg Dividimos la masa del protón entre la del electrón y determinamos a cuántos electrones equivale un protón. m protón 1,673 1027 kg ———— ———————— 1837 m electrón 9,108 1031 kg 2. Cuando un átomo neutro captura un electrón se carga negativamente porque el número de cargas negativas (electrones) es mayor que el de cargas positivas (protones). Por el contrario, cuando cede un electrón, se carga positivamente, porque el número de cargas negativas (electrones) es menor que el de cargas positivas (protones).
2. Carga eléctrica. Ley de Coulomb (pág. 201) 3. Datos: Q 1 4 104 C d 1 m F 1,8 103 N K 9 109 N m2 C2 Aplicamos la ley de Coulomb y despejamos Q 2: Q 1 Q 2 F d 2 ⇒ Q 2 ——— F K ———— d 2 K Q 1 1,8 103 N 12 m2 ———————————— Q 2 5104 C 9 109 N m2 C2 4 104 C Como la fuerza es atractiva, la carga ha de tener signo contrario a la otra: 5 104 C. 4. Datos: Q 1 4 104 C Q 2 2 104 C F 20 N K 9 109 N m2 C2 Aplicamos la ley de Coulomb y despejamos d: Q 1 Q 2 F K ———— d 2
√
⇒
d
Q Q
√
1 2 K ———— F
d
N m2 4 104 C 2 104 C ——————————— 9 109 ——— C2 20 N 6m
4. Magnitudes eléctricas básicas (págs. 203, 204 y 206) 103 A 5. 27 mA ———— 2,7 102 A 1 mA 106 A ———— 39,5 A 3,95 105 A 1 A 103 mA 6. 0,05 A ———— 50 mA 1A 106 A 0,05 A ———— 5 104 A 1A 7. Datos: Q 2 105 C t 16 s I 4 A 4 106 A a) La intensidad de corriente es igual al cociente entre la carga que circula y el tiempo empleado: Q 2 105 C I — ————— 1,25 106 A t 16 s 1,25 A
b) El tiempo de desplazamiento es igual al cociente entre la carga y la intensidad. Por tanto: Q I— t
⇒
Q 2 105 C t — ————— 5 s I 4 106 A
8. La frase es verdadera. La fuerza electromotriz de un generador es siempre superior a la diferencia de potencial entre sus polos ya que una parte de la energía se consume en vencer la resistencia interna del generador. 9. — Si duplicamos la longitud de un conductor manteniendo constante su sección, la resistencia se duplica. — Si duplicamos la sección de un conductor manteniendo constante su longitud, la resistencia se reduce a la mitad. 10. Si sustituimos una línea de cobre por otra de aluminio, su resistencia aumentará, ya que la resistividad del aluminio es superior a la del cobre. 49
5. Ley de Ohm (pág. 207)
11. Datos: 60 cm 0,6 m S 3 mm2 hierro 0,13 mm2 /m
15. Datos: R 20 I 7,5 A
Aplicamos la fórmula que da la resistencia de un conductor en función de su longitud y su sección: mm2 0,6 m R — 0,13 ———— ——— S m 3 mm2 0,026
12. Datos: 500 m R5 aluminio 0,028 mm2 /m A partir de la fórmula que da la resistencia de un conductor, determinamos su sección:
R— ⇒ S— S R mm2 500 m ———— S 0,028 ———— 2,8 mm2 m 5 13. Datos: S 2,5 mm2 R 21 cobre 0,017 mm2 /m A partir de la fórmula que da la resistencia de un conductor, determinamos su longitud: R S R — ⇒ ——— S 21 2,5 mm2 ———————— 3 088 m 0,017 mm2 /m
14. Datos: 30 m S 0,5 mm2 R 12 A partir de la fórmula que da la resistencia de un conductor, determinamos la resistividad:
R— S
⇒
12 0,5 mm2 ——— ——————— 30 m R S
0,2 mm2 /m
El valor de la resistividad obtenido corresponde al plomo. 50
Aplicamos la ley de Ohm y despejamos V: V R— I
⇒
V I R 7,5 A 20 150 V
16. Datos: V 220 V I 10 A Aplicamos la ley de Ohm directamente: V 220 V R — ——— 22 I 10 A 17. Datos: 50 m S 1,5 mm2 cobre 0,017 mm2 /m V 15 V Calculamos primero la resistencia del conductor: mm2 50 m R — 0,017 ———— ————2 S m 1,5 mm 0,567 Conocido el valor de R, aplicamos la ley de Ohm y despejamos I: V R— I
⇒
V 15 V I — ———— 26,45 A R 0,567
18. Datos: S 2 mm2 aluminio 0,028 mm2 /m V7V I 2,5 A Aplicamos la ley de Ohm y determinamos la resistencia del conductor: V 7V R — ——— 2,8 I 2,5 A Conocido este dato, calculamos la longitud del conductor a partir de la fórmula correspondiente: R S R — ⇒ ——— S 2,8 2 mm2 ———————— 200 m 0,028 mm2 /m
6. Energía eléctrica. Efecto Joule (pág. 209) 19. Datos: V 220 V I 0,2 A t 3 h 3 3 600 s 10800 s Aplicamos directamente la expresión de la energía eléctrica consumida en función del voltaje y la intensidad: E I t V 0,2 A 10800 s 220 V 475200 J 475,2 kJ 20. Datos: E 500 kJ 500000 J V 220 V t 2 h 2 3 600 s 7 200 s A partir de la expresión de la energía eléctrica, despejamos I: E I t V ⇒ E 500000 J ⇒ I —— ——————— t V 7 200 s 220 V 0,32 A
21. Datos: R 400 I 0,5 A t 10 h 10 3 600 s 36000 s Aplicamos directamente la expresión de la energía consumida según el efecto Joule: E I 2 R t (0,5 A)2 400 36000 s 3600000 J 3600 kJ 22. El cobre tiene una resistividad menor que el aluminio. Por lo tanto, un conductor de cobre de una sección determinada presentará menor resistencia al paso de la corriente que uno de aluminio de la misma sección. Según la ley de Ohm, la intensidad de corriente es inversamente proporcional a la resistencia. Luego, a igualdad de sección, el conductor de cobre permitirá una mayor intensidad que el de aluminio y, en consecuencia, una mayor densidad de corriente . 23. Datos: S 10 mm2 cobre 8,75 A/mm2
A partir de la expresión que da la densidad de corriente, determinamos el valor de la intensidad: I — ⇒ I S S A 8,75 ——— 10 mm2 87,5 A mm2
7. Potencia eléctrica (pág. 211) 24. Datos: V 25 V R 10 Aplicamos la expresión que da la potencia en función del voltaje y la resistencia: V2 (25 V)2 P —— ———— 62,5 W R 10 25. Datos: R 300 I2A Aplicamos la expresión que da la potencia en función de la intensidad y la resistencia: P I 2 R (2 A) 2 300 1 200 W 1,2 kW
Aplicamos el factor de conversión adecuado para expresar la potencia en CV: 1 CV 1 200 W ———— 1,63 CV 736 W 26. Datos: P 0,5 CV V 220 V Expresamos la potencia en vatios: 736 W 0,5 CV ———— 368 W 1 CV Determinamos la intensidad a partir de la expresión de la potencia: P 368 W P V I ⇒ I — ——— 1,67 A V 220 V Aplicamos la ley de Ohm y obtenemos el valor de la resistencia: V 220 V R — ———— 131,7 I 1,67 A 51
b) Para determinar la energía disipada en 30 min, expresamos el tiempo en segundos y aplicamos la ecuación del efecto Joule:
27. Datos: V 220 V P 2 200 W
60 s t 30 min ——— 1 800 s 1 min
a) Aplicamos la expresión de la potencia y despejamos I: P 2 200 W P V I ⇒ I — ———— 10 A V 220 V b) Aplicamos la ley de Ohm y obtenemos el valor de la resistencia: V 220 V R — ——— 22 I 10 A
E I 2 R t (0,5 A)2 25 1 800 s 11250 J
9. Tipos de circuitos (pág. 215) 31. R 1 8
R 2 10
R 3 12
c) Calculamos la energía consumida, en kWh, durante 3 horas y determinamos su coste: E P t 2,2 kW 3 h 6,6 kWh
V 60 V
€
6,6 kWh 0,11 —— 0,73 € kWh
R eq R 1 R 2 R 3 8 10 12 30
28. 1 kWh 1 000 W 3 600 s 3600000 J
V R— I
8. Tipos de resistencias (pág. 213)
V 60 V I — ——— 2 A R 30
Para calcular la tensión que soporta cada resistencia, basta multiplicar su valor óhmico por la intensidad que circula por ellas:
29. Datos: 1 500 m S 2,5 mm2 nicrom 1 mm2 /m Aplicamos la fórmula que da la resistencia de un conductor en función de su longitud y su sección:
⇒
V 1 I R 1 2 A 8 16 V V 2 I R 2 2 A 10 20 V V 3 I R 3 2 A 12 24 V 32.
R 1 6
mm2 1 500 m R — 1 ———— ———— 600 S m 2,5 mm2
R 2 3
30. 1.a cifra (color rojo): 2 2.a cifra (color verde): 5 Factor multiplicador (color negro): 1 Tolerancia (color marrón): 1 % El código de colores indica que la resistencia tiene un valor de 25 . a) Para averiguar la intensidad, aplicamos la ley de Ohm: V R— I 52
⇒
V 12,5 V I — ——— 0,5 A R 25
V 12 V
1 1 1 —— —— R eq R 1 R 2
——
⇒
R 1 R 2 R eq ———— R 1 R 2
63 18 2 R eq ————— ——— 2 63 9 V R eq — I
⇒
V 12 V I —— ——— 6 A R eq 2
Para calcular la intensidad que circula por
cada resistencia, basta dividir la tensión por el valor óhmico de cada una de ellas: V 12 V I 1 — —— 2 A R 1 6 33.
34. R 1 6
V 12 V I 2 — —— 4 A R 2 3
R 2 6
R 3 6
V 18 V R 1 60
R eq R 1 R 2 R 3 6 6 6 18
R 3 26 R 2 40
R 1 6 R 2 6 R 3 6
V 50 V
Calculamos primero la resistencia equivalente a las dos que están conectadas en paralelo: R 1 R 2 60 40 —————— R eq1 ———— R 1 R 2 60 40 2400 2 ————— 24 100
V 18 V
1 1 1 1 1 1 —— —— —— —— —— —— R eq R 1 R 2 R 3 6 6 1
Ahora calculamos la resistencia equivalente total:
1 3 6 —— —— ⇒ R eq —— 2 R eq 6 3
R eq T R eq1 R 3 24 26 50 Para averiguar la intensidad, aplicamos la ley de Ohm: V V 50 V R eq T — ⇒ I —— ——— 1 A I R eqT 50 La tensión que soportan R 1 y R 2 es igual al producto de la intensidad por su resistencia equivalente: V 1-2 I R eq1 1 A 24 24 V Para calcular la intensidad que circula por cada resistencia, basta dividir la tensión por el valor óhmico de cada una de ellas: V 1-2 24 V I 1 ——— ——— 0,4 A R 1 60 V 1-2 24 V I 2 ——— ——— 0,6 A R 2 40 La intensidad que circula por R 3 es la intensidad total, es decir, 1 A.
3
—— —— 6 6
R 1 6 R 3 6
R 2 6
V 18 V
1 R eq1
———
1 1 1 1 2 —— —— —— —— R 1 R 2 6 6 6
——
⇒
⇒
R eq1 3
R eqT R eq1 R 3 3 6 9
Actividades de aplicación (pág. 216) 35. Datos: P 1 60 W P 2 100 W V 125 V
La tensión que soporta R 3 es igual al producto de su valor óhmico por la intensidad:
Calculamos la potencia total que desarrollan las dos lámparas:
V 3 I R 3 1 A 26 26 V
P T P 1 P 2 60 W 100 W 160 W 53
Determinamos la intensidad de corriente que recorre el circuito: P T 160 W I T —— ——— 1,28 A V 125 V Establecemos la tensión entre los bornes de cada una de las lámparas: P 1 60 W V 1 —— ——— 46,88 V I 1,28 A P 100 W V 2 ——2 ——— 78,12 V I 1,28 A Determinamos la resistencia de cada lámpara: V 46,88 V R 1 —1 ———— 36,63 I 1,28 A V 78,12 V R 2 —2 ———— 61,03 I 1,28 A Establecemos la resistencia equivalente: R eq R 1 R 2 36,63 61,03 97,66
36. Determinamos la intensidad de corriente que recorre cada lámpara: P 1 60 W ——— 0,48 A I 1 —— V 125 V P 2 100 W I 2 —— ——— 0,80 A V 125 V
1 1 1 —— —— —— R eq R 2 R 3
⇒
R 2 R 3 R eq ———— R 2 R 3
46 R eq ————— 2,4 46 Con este dato, determinamos la resistencia equivalente del circuito: R T R 1 R eq 7,6 2,4 10 Establecemos la tensión total suministrada por las dos baterías: V T V 1 V 2 25 V 5 V 30 V Determinamos la intensidad de corriente que recorre el circuito: V T 30 V ——— 3 A I T —— R T 10 Con este dato, ya podemos calcular la potencia suministrada por cada batería: P 1 V 1 I 25 V 3 A 75 W P 2 V 2 I 5 V 3 A 15 W 38. Datos: V 220 V t3h R 484
Calculamos la intensidad de corriente suministrada por la fuente de alimentación:
Calculamos primero la potencia del receptor y la expresamos en kW:
I T I 1 I 2 0,48 A 0,80 A 1,28 A
V 2 (220 V) 2 P —— ———— 100 W 0,1 kW R 484
Como ya conocemos el valor de las resistencias (R 1 36,63 ; R 2 61,03 ), establecemos la resistencia equivalente: 1 1 1 —— — — R eq R 1 R 2
⇒
R 1 R 2 R eq ———— R 1 R 2
36,63 61,03 R eq ————————— 22,89 36,63 61,03 37. Datos: R 1 7,6 R 2 4 R 3 6 V 1 25 V V 2 5 V 54
Calculamos primero la resistencia equivalente a R 2 y R 3:
Con este valor, determinamos la energía consumida a lo largo de 3 horas: E P t 0,1 kW 3 h 0,3 kWh 39. Datos: R 1 5 R 2 20 V 50 V P 1 20 W Determinamos la tensión entre los bornes de las resistencias en paralelo:
V par √ P 1 R 1 √ 20 W 5 10 V
Con este dato, calculamos la intensidad que circula por cada una de estas resistencias:
Determinamos ahora la intensidad que circula por la resistencia R 3:
V 10 V I 1 —— ——— 2 A R 1 5
V 12 V I 5 —— ——— 1 A R 5 12
V 10 V I 2 —— ——— 0,5 A R 2 20
I 1 -2-3-4 I T I 5 3 A 1 A 2 A
Por tanto, la intensidad que circulará por la resistencia R es:
V 1 -2-3 V T V 4 12 V 8 V 4 V
V 4 I 1 -2-3-4 R 4 2 A 4 8 V
I R I 1 I 2 2 A 0,5 A 2,5 A
V 1 -2-3 4V I 3 ———— —— 1,33 A R 3 3
Establecemos también la tensión entre los bornes de la resistencia R.
Con este dato, calculamos la energía consumida por la resistencia R 3 :
V R V V par 50 V 10 V 40 V
E I 2 R t
Con los datos anteriores, ya podemos calcular la potencia consumida por la resistencia R.
E (1,33 A)2 3 1 800 s 9 600 J 9,6 kJ
P R V R I R 40 V 2,5 A 100 W 40. Datos: R 1 2 R 2 4 R 3 3 R 4 4 R 5 12 V 12 V Calculamos primero la resistencia equivalente del circuito: R 1-2 R 1 R 2 2 4 6 1
———
R 1 -2-3
1 R 1-2
1 R 3
—— —— ⇒
R 1-2 R 3 R 1 -2-3 ————— R 1-2 R 3
63 R 1 -2-3 ————— 2 63 R 1 -2-3-4 R 1 -2-3 R 4 2 4 6 1 R T
1
1 R 5
—— ———— —— ⇒
R 1 -2-3-4
R 1 -2-3-4 R 5 R T —————— R 1 -2-3-4 R 5
41. Datos: R 1 8 R 2 10 R 3 9 R 4 3 R 5 18 R 6 6 V 24 V Calculamos primero la resistencia equivalente del circuito: R 1-2 R 1 R 2 8 10 18 1 1 1 ——— —— R 1-3 R 1-2 R 3
———
⇒
R 1-2 R 3 R 1-3 ————— R 1-2 R 3
18 9 R 1-3 —————— 6 18 9 R 1-4 R 1-3 R 4 6 3 9 1 R 1-5
1 R 1-4
——— ———
1 ––– R 5
⇒
R 1-4 R 5 R 1-5 ––––––––– R 1-4 R 5
9 18 R 1-5 ––––––––––– 6 9 18
6 12 R T —————— 4 6 12
R T R 1-5 R 6 6 6 12
Calculamos la intensidad de corriente que circula por el circuito:
Calculamos la intensidad de corriente que circula por el circuito:
V 12 V I T —— ——— 3 A R T 4
V 24 V I T ––– ——— 2 A R T 12 55
Determinamos ahora la intensidad que circula por la resistencia R 3 y la tensión entre los bornes de la R 4:
V 4 I 1-4 R 4 1,33 A 3 4 V (Ésta es la tensión entre los bornes de la resistencia R 4.)
V 6 I T R 6 2 A 6 12 V
V 1-3 V 1-5 V 4 12 V 4 V 8 V
V 1-5 V T V 6 24 V 12 V 12 V
V 1-3 8V I 3 ——— —— 0,89 A R 3 9
V 1-5 12 V I 5 —— ——— 0,66 A R 5 18
(Ésta es la intensidad de corriente que circula por la resistencia R 3.)
I 1-4 I T I 5 2 A 0,66 A 1,33 A
12. Neumática 1. La energía neumática (pág. 221) 1. Ejemplo: el dispositivo de apertura y cierre de las puertas de un autobús. El accionamiento mecánico supone un esfuerzo físico. Podría sustituirse por el accionamiento eléctrico, aunque éste requiere una fuente de alimentación diferente.
2,4 m3 1 000 L 80 L/min 4. ———— ———— 30 min 1 m3
2. Circuito neumático (pág. 222) 5. M
1,013 bar 2. 4,75 atm ————— 4,81 bar 1 atm Generador ⇒ grupo compresor. Fusible ⇒ válvula antirretorno. Interruptor ⇒ válvula. Motor eléctrico ⇒ cilindro.
101300 Pa 3. 3 atm —————— 303 900 Pa 1 atm 105 Pa 6,75 bar ———— 6,75 · 105 Pa 1 bar
5. Actuadores neumáticos (pág. 228) 6.
Compresor A la red de distribución
Aire atmosférico Filtro previo
M
Refrigerador
Depósito
Unidad de mantenimiento
Motor auxiliar
56
Filtro previo: elimina las impurezas del aire que se aspira.
Refrigerador: disminuye la temperatura del aire que sale del compresor.
Compresor: aumenta la presión del aire aspirado.
Depósito: almacena el aire comprimido hasta su utilización.
Motor auxiliar: comunica el movimiento de rotación al eje del compresor.
Unidad de mantenimiento: filtra, regula la presión y lubrica el aire comprimido.
7.
10. Datos: D 100 mm 0,1 m 60% 0,6 F 1 500 N E 350 N
M
A partir de la expresión que da la fuerza efectiva de un cilindro, despejamos el valor de P:
8. Datos: D 20 cm P 4 bar
Expresamos los datos en unidades del SI: 1m D 20 cm ———— 0,2 m 100 cm 105 Pa P 4 bar ———— 4 105 Pa 1 bar Aplicamos la expresión de la fuerza ejercida por el cilindro y resulta: D 2 F P ——— 4 3,14 (0,2 m)2 4 105 Pa ———————— 12560 N 4
Sustituimos los datos en la fórmula y obtenemos el valor de la presión que hay que utilizar: (1500 N/0,6 350 N) 4 P ————————————— 363057 Pa 3,14 (0,1 m)2 Expresamos el resultado en bar: 1 bar P 363057 Pa ———— 3,63 bar 105 Pa 11. Datos: D 12 mm 0,012 m P 10 bar 106 Pa E 66 N A partir de la expresión de la fuerza de empu je de un cilindro de doble efecto, despejamos el valor de :
9. Datos: D 50 mm P 5 atm E 100 N 70% 0,7
D 2 E P —— 4
Expresamos los datos en unidades del SI: 1m D 50 mm ————— 0,05 m 1000 mm 101300 Pa P 5 atm —————— 506500 Pa 1 atm La fuerza ejercida por un cilindro de simple efecto viene dada por la expresión:
D 2 (F / E ) 4 —— E ⇒ P —————— F P 4 D 2
D 2 F P ——— E 4
Sustituimos los datos en la fórmula y obtenemos el valor de la fuerza ejercida: 3,14 (0,05 m)2 F 0,7 [506 500 Pa ———————— 4 100 N] 625,8 N
4 E
⇒ ———— P D 2
Sustituimos los datos en la fórmula y obtenemos el valor del rendimiento: 4 E
———— P D 2
4 66 N Pa 3,14 (0,012 m)2
————————————
106
0,58 58 %
12. Datos: P 9,5 bar 9,5 105 Pa 60% 0,6 D 16 mm 0,016 m d 5 mm 0,005 m Aplicamos las fórmulas que dan la fuerza de empuje en el avance y el retroceso de un cilindro de doble efecto: D 2 ––––– F ea P 4 (D 2 d 2) F er P ––––––––––– 4 57
Sustituimos los datos en las fórmulas y obtenemos los valores que se nos pide: F ea 0,6 9,5
105
Al accionar el rodillo, se conectan los orificios 1 y 2, por lo que el aire a presión puede circular a través de la válvula. Al cesar la acción del rodillo, el resorte obliga a ascender el vástago y la válvula queda cerrada.
3,14 (0,016 m)2 4
Pa ––––––––––––––
114,5 N
F er 0,6 9,5 105 Pa 3,14 [(0,016 m)2 (0,005 m)2] ——————————————— 103,4 N 4 13. Datos: E 18,8 daN 188 N e 120 mm 0,12 m
18. Se trata de una válvula 3/2 NC (tres orificios o vías para el aire y dos posiciones de trabajo, normalmente cerrada) con accionamiento manual por pulsador y retorno neumático. 19.
Como la fuerza de empuje se realiza en la misma dirección y sentido que el desplazamiento del vástago, el trabajo efectuado es:
2
1
3
T E e 188 N 0,12 m 22,56 J 20. 14. Transferencia: desplazamiento de objetos en una cadena de montaje. Apriete: sujeción de la puerta de un autobús, una vez cerrada. Pa- rada: detención de un objeto en movimiento en una cadena de montaje. Expulsión: extracción de piezas troqueladas. Ensamblado: fijación de casquillos o cojinetes en un bloque motor. Marcado: señalamiento del número de serie de un elemento mecánico. Conformado: estampación en frío o en caliente mediante prensas neumáticas. Pivotamiento: accionamiento de interruptores o palancas de puesta en marcha de dispositivos eléctricos o mecánicos.
6. Elementos de distribución o válvulas (págs. 230, 231 y 232) 15. Se trata de una válvula 2/2 NC (dos orificios o vías para el aire y dos posiciones de trabajo, normalmente cerrada) con accionamiento neumático y retorno por resorte. 16.
2
1
17. En la posición de reposo o inicial, la entrada del aire por el orificio 1 está bloqueada. La válvula impide el paso del aire. 58
8. Acciones conjuntas de válvulas y cilindros (pág. 235) 21. En la posición inicial, los orificios 1 y 2 están comunicados y el aire comprimido pasa a través de ellos hasta una de las cámaras del cilindro, provocando su avance. Los orificios 4 y 5, también comunicados, permiten la salida del aire almacenado en la otra cámara. Al accionar la válvula, se invierte el proceso: los orificios 1 y 4 permiten el paso del aire comprimido hasta la otra cámara del cilindro y provocan su retroceso. Los orificios 2 y 3, también comunicados, permiten la salida del aire de la primera cámara.
22. Se trata del accionamiento de un cilindro de simple efecto mediante dos válvulas 3/2 NC. El circuito dispone además de una válvula selectora de circuito. En posición de reposo o inicial, ninguna de las válvulas permite el paso del aire, por lo que el cilindro no efectúa ningún movimiento. Cuando se pulsa la válvula A, los orificios 1 y 2 quedan comunicados. El aire comprimido desplaza el pistón de la válvula selectora hacia la derecha y penetra en la cámara del cilindro, lo que ocasiona su avance. Al dejar de actuar sobre la válvula A, el resorte que posee la cierra de nuevo. El muelle de retorno fuerza la salida del aire por la válvula B, cuyos orificios 2 y 3 están conectados. Si, por el contrario, se pulsa la válvula B, los orificios 1 y 2 de ésta quedan conectados. El aire comprimido desplaza ahora el pistón de la válvula selectora hacia la izquierda y penetra en la cámara del cilindro, lo cual da lugar también a su avance. Al dejar de actuar sobre la válvula B, el resorte que posee la cierra de nuevo. El muelle de retorno fuerza la salida del aire, esta vez por la válvula A, cuyos orificios 2 y 3 están conectados.
Actividades de aplicación (pág. 237) 1 atm 23. 5,25 bar ————— 5,18 atm 1,013 bar 1 bar 36750 Pa ———— 0,3675 bar 105 Pa L 1 m3 60 min 67 —— ———— ———— 4,02 m3 /h min 1 000 L 1h m3 1 000 L 1h ———— 13,33 L/s 48 —— ———— h 1 m3 3 600 s 24. Grupo compresor, tuberías, actuadores neumáticos o cilindros, elementos de distribución o válvulas y elementos auxiliares. El grupo compresor equivale al generador eléctrico; las tuberías, a los conductores; los actuadores neumáticos o cilindros, a los re- ceptores (motores, lámparas, resistencias, etc.); los elementos de distribución o válvulas, a los elementos de control (interruptores, con-
mutadores y pulsadores); y los elementos auxiliares, a los elementos de protección (fusibles, magnetotérmicos y diferenciales). 25. El filtro elimina, mediante centrifugado, las impurezas que contiene el aire comprimido. El regulador asegura una presión estable de aire en el circuito neumático. El lubricador añade aceite nebulizado al aire comprimido para evitar la oxidación de los componentes del circuito y asegurar el buen deslizamiento de las partes móviles. 26. Analogías: ambos consisten en un recipiente cilíndrico por cuyo interior se desliza un émbolo provisto de un vástago, encargado de efectuar el trabajo. Diferencias: — El cilindro de simple efecto dispone de un muelle para el retorno mientras que el de doble efecto retrocede por acción del aire comprimido. — El cilindro de simple efecto sólo tiene una cámara conectada al circuito mientras que el de doble efecto tiene las dos cámaras conectadas. — El cilindro de simple efecto únicamente realiza trabajo en un sentido mientras que el de doble efecto puede efectuar trabajo en los dos sentidos. — A igualdad de superficie del émbolo, el cilindro de simple efecto ejerce una fuerza de empuje menor que el de doble efecto, ya que tiene que vencer la resistencia del muelle de retorno. Ventajas e inconvenientes de cada uno: — El cilindro de simple efecto es de manejo más sencillo que el de doble efecto pero sólo puede efectuar trabajo en un único sentido y con menor fuerza de empuje. — El cilindro de doble efecto puede desempeñar trabajos de mayor envergadura pero requiere una instalación más compleja. 27. Datos: D 80 mm 0,08 m 65% 0,65 F 1 600 N E 250 N 59
A partir de la expresión que da la fuerza efectiva de un cilindro, despejamos el valor de P:
D 2 ——— F P E ⇒
4
F er 0,55 9 105 Pa 3,14 [(0,02 m)2 (0,008 m)2] ——————————————— 4 130,56 N 131 N
(F / E ) 4 P —————— D 2
Sustituimos los datos en la fórmula y obtenemos el valor de la presión que hay que utilizar:
30.
2
(1600 N/0,65 250 N) 4 P ———————————— 539717 Pa 3,14 (0,08 m)2 Expresamos el resultado en bar:
1
1 bar P 539 717 Pa ———— 5,39 bar 105 Pa
2
28. Datos: D 16 mm 0,016 m P 5 bar 5 105 Pa F 55 N E8N
1
4
Calculamos el empuje teórico. Para ello, suponemos un rendimiento del 100 %: D 2 E teór P ——— E 4
3,14 (0,016 m)2 E teór 5 105 Pa ———————— 8 N 4 92,48 N El rendimiento será el cociente entre el empu je real y el teórico: E real 55 N ——— ———— 0,5947 59 % E teór 92,48 N
3 2
3 5 1
31. La respuesta dependerá de la válvula seleccionada. En todo caso, se procederá como en los ejercicios 15 y 18 (pág. 51). 32.
29. Datos: P 9 bar 9 105 Pa 55% 0,55 D 20 mm 0,02 m d 8 mm 0,008 m Aplicamos las fórmulas que dan la fuerza de empuje en el avance y el retroceso de un cilindro de doble efecto: D 2 (D 2 d 2) F ea P ——— F er P —————— 4 4
Sustituimos los datos en las fórmulas y obtenemos los valores pedidos: 3,14 (0,02 m)2
F ea 0,55 9 105 Pa ———————— 4 155 N 60
33. Si la válvula reguladora se sitúa a la salida de un cilindro de doble efecto, se puede controlar la velocidad de desplazamiento del émbolo en su movimiento de avance. Si, por el contrario, se sitúa a la entrada, puede controlarse de modo semejante la velocidad de desplazamiento del émbolo en su movimiento de retroceso.
13. Conformación sin pérdida de material Preparación de la unidad (pág. 241) •
presión y sus efectos mecánicos. Constituye una parte específica de la tecnología.
Arcilla: roca sedimentaria procedente de la descomposición del granito y constituida básicamente por silicato de aluminio. Se utiliza como material de construcción.
Presión: fuerza ejercida por unidad de superficie. Se utiliza en muchos ámbitos técnicos, como la mecánica, la hidráulica y la neumática. Refractario: material resistente al calor y estable incluso a altas temperaturas. Se aplica al análisis de las propiedades de los materiales y también en metalurgia y siderurgia.
Colada: material en estado de fusión que se obtiene de los hornos altos o de los convertidores de acero. Se aplica en siderurgia. Compresión: reducción del volumen de un material por efecto de la presión. Se emplea para identificar un tipo concreto de esfuerzo en mecánica y también en neumática.
Soldadura: unión estable de dos piezas o de dos partes de una misma pieza que se obtiene por aplicación de calor, con o sin material de aportación. Se utiliza en los procesos de conformación sin pérdida de material.
Ductilidad: capacidad de un material para deformarse por la acción de esfuerzos de tracción sin romperse. Se emplea para analizar la resistencia de los materiales.
Solidificación: cambio de estado líquido a estado sólido de un material cuando pierde o se le extrae la cantidad de calor necesaria. Se aplica en metalurgia y siderurgia.
Dureza: resistencia de un material a ser penetrado por otro.También se emplea en resistencia de materiales.
Tenacidad: resistencia que presenta un material a ser deformado por efecto de una fuerza de gran intensidad y corta duración. Se emplea para analizar la resistencia de los materiales.
Elasticidad: capacidad de un sólido de recuperar su forma inicial al cesar la causa que provoca su deformación. Se utiliza en resistencia de materiales y en mecánica.
Tracción: tipo de esfuerzo a que se ve sometido un material cuando sobre él actúa una fuerza que tiene a estirarlo longitudinalmente. Se aplica al análisis de esfuerzos en mecánica.
Fuerza centrífuga: fuerza radial originada en todo cuerpo que gira y que tiende a alejarlo de su eje de rotación. Se aplica en mecánica. Fusión: cambio de estado sólido a estado líquido de un material cuando se le aplica la cantidad de calor necesaria. Se aplica en metalurgia y siderurgia.
•
Hidráulica: parte de la física que se encarga del estudio del comportamiento de los fluidos, particularmente del agua. Como adjetivo, se aplica a la energía potencial del agua embalsada.
— El plomo y el estaño son muy adecuados para procesos de moldeo debido a su bajo punto de fusión, que permite obtenerlos en estado líquido con relativa facilidad.
Maleabilidad: capacidad de un material para deformarse por la acción de esfuerzos de compresión sin romperse. Se emplea para analizar la resistencia de los materiales. Moldeo: proceso de conformación que consiste en verter material fundido en el interior de un molde. Se aplica a los procedimientos de fabricación sin pérdida de material. Neumática: parte de la física que estudia el comportamiento del aire comprimido mediante
Orden creciente de puntos de fusión: estaño (231,9 °C) plomo (327,3 °C) cinc (419,5 °C) aluminio (659,8 °C) cobre (1083 °C) níquel (1453 °C) hierro (1539 °C) cromo (1 903 °C) volframio (3 380 °C).
En cambio, el hierro necesita un gran aporte energético para fundir. •
Orden creciente de dureza: plomo (1,5) estaño (1,8) aluminio (2) cinc (2,5) cobre (3) hierro (4,5) níquel (5) cromo (9) volframio (9). — El plomo y el estaño son poco adecuados para procesos de forja porque su escasa du61
reza los hace muy deformables y su bajo punto de fusión no permite la aplicación de calor, ya que pasan con facilidad al estado líquido. En cambio, el hierro presenta una dureza media que, unida a su tenacidad, lo hacen apto para procesos de forja. •
El cobre, el aluminio y el volframio. La propiedad que permite obtener hilos a partir de estos materiales se denomina ductilidad.
•
El plomo, el estaño y el magnesio son materiales maleables.
3. Moldeo por gravedad (pág. 247) 1. Analogías: — En los tres casos, la masa fundida se desplaza en el interior del molde por acción de su propio peso. Diferencias: — El moldeo en arena utiliza moldes perdidos, de fabricación relativamente sencilla. — El moldeo en coquilla emplea moldes permanentes que deben ser confeccionados mediante mecanizado. — El moldeo a la cera perdida combina un molde permanente con otro perdido. Ventajas e inconvenientes: — El moldeo en arena requiere moldes poco costosos pero las piezas han de ser grandes y sencillas. Además, se pierde bastante material fundido. — El moldeo en coquilla se usa para piezas de buen acabado superficial y medidas muy ajustadas, pero el coste de fabricación del molde es muy elevado. — El moldeo a la cera perdida se utiliza para pequeñas piezas de precisión y su coste es superior al de los otros dos métodos. Ámbito de aplicación industrial: — El moldeo en arena se emplea en construcción y para piezas grandes que sean únicas. — El moldeo en coquilla se utiliza para construir piezas mecánicas, de acero o aleaciones, que han de ser fabricadas en serie. 62
— El moldeo a la cera perdida se usa para fabricar piezas de precisión y en joyería y orfebrería. 2. Las campanas suelen ser objetos de producción única y no compensaría utilizar un molde permanente. 3. La respuesta dependerá de los productos industriales enumerados y de las técnicas empleadas.
4. Moldeo por presión (pág. 248) 4. En el moldeo por fuerza centrífuga , ésta provoca la emigración de las partículas de material fundido hasta los lugares más recónditos del molde y elimina las oquedades que puedan producirse. En el moldeo por inyección , la presión ejercida provoca el mismo efecto. 5. Las aleaciones son disoluciones de un metal en otro cuando ambos están en estado de fusión. La fuerza centrífuga puede provocar la emigración de las partículas más pesadas hacia el exterior del molde y, en consecuencia, modificar la composición de la pieza, que resultaría no homogénea.
6. Forja (pág. 252) 6. Yunques: sirven para apoyar las piezas durante el proceso de forja. Martillos: se utilizan para golpear las piezas, con lo que se consigue aplanarlas o alargarlas a voluntad. Tenazas: sirven para sostener la pieza en caliente sobre el yunque. Plana: se emplea para disminuir la sección de una pieza en una zona determinada. Tajadera: se utiliza para seccionar piezas. Asentador: se coloca en la parte inferior de la pieza que se forja para disminuir su sección. Estampa: se emplea para dotar la pieza de una forma determinada en una zona concreta. Punzón: se usa para practicar agujeros en la pieza que se forja.
7. El recalcado consiste en aumentar la sección de la pieza en una zona determinada. Con ello se consigue que, al doblarla, no se produzca una reducción de la sección y, en consecuencia, de su resistencia.
do para reducir el endurecimiento que provocan. Diferencias: — El estirado se emplea con barras de diámetro superior a 10 mm, mientras que el trefilado se aplica a materiales con diámetros entre 5 y 8 mm.
7. Estampación en caliente (pág. 253) 8. Se trata de una forma particular de forja mecánica porque la pieza que se conforma está caliente y se emplea un útil auxiliar denominado estampa, similar a los que se usan en la forma manual. La diferencia radica en que en la forja mecánica se utiliza un martinete o martillo pilón y en la estampación en caliente se emplean prensas.
— El arrastre en el estirado se produce a través de un carro desplazable provisto de una mordaza, mientras que en el trefilado se dispone de una bobina de arrastre. — En el estirado, el material pasa una sola vez por la hilera, mientras que en el trefila- do el material pasa sucesivamente por agujeros de diámetro cada vez menor hasta alcanzar el adecuado.
8. Extrusión (pág. 253) 9. La extrusión sólo podría llevarse a cabo en frío con materiales muy blandos o de elevada ductilidad. Los metales, en general, fluyen mejor cuanto más calientes están.
13. La respuesta dependerá de la información obtenida por los alumnos.
Actividades de aplicación (pág. 259) 14. Las tecnologías de fabricación son un conjunto ordenado de los diferentes procesos de transformación que sufre un material a lo largo de su elaboración.
9. Laminación (pág. 255) 10. Chapa
Las conocidas como conformación sin pérdida de material son las de fusión y moldeo, y las de deformación. Reciben este nombre porque a lo largo del proceso no se desperdicia parte alguna del material con el que se trabaja.
Perfil en U
15. 11. La respuesta dependerá de la información buscada por los alumnos.
Parte superior
Orificio de colada
Bebedero
Mazarota
Cavidad
11. Deformación por tracción (pág. 257) 12. Analogías: — En ambos casos, se utiliza un banco de trabajo provisto de una hilera. — Hay que afilar el extremo del redondo o de la barra para que comience a pasar por la hilera. También conviene someter al material a un proceso de decapado. — En ambos procedimientos, el producto obtenido es sometido a un proceso de recoci-
Junta
Canal de alimentación
Macho Parte inferior
16. Moldeo en arena, moldeo en coquilla y moldeo a la cera perdida. 63
Analogías: — En los tres casos, la masa fundida se desplaza en el interior del molde por acción de su propio peso. Diferencias: — El moldeo en arena utiliza moldes perdidos, de fabricación relativamente sencilla. — El moldeo en coquilla emplea moldes permanentes que deben ser confeccionados mediante mecanizado. — El moldeo a la cera perdida combina un molde permanente con otro perdido. 17. En el moldeo por gravedad, la masa metálica fundida se desplaza por el interior del molde como consecuencia de su propio peso. En el moldeo por presión, la masa metálica fundida se introduce en el interior del molde y ejerce una fuerza sobre ella, bien por centrifugación, bien por inyección. Para moldear una pieza de aristas vivas resulta mejor el moldeo por presión, ya que se garantiza que la masa fundida no dejará oquedades en los extremos de la pieza. 18. Fundamentalmente debido a su mayor espesor, ya que tienen que soportar presiones mucho más elevadas. 19.
Esfuerzo
Técnica de conformación
Compresión en caliente
Forja Estampación en caliente
Compresión con fluencia
Extrusión
Compresión rectilínea
Estampación en frío
Compresión rotativa
Perfilado
Compresión entre cilindros
Laminación
Tracción
Estirado Trefilado
20. Forja mecánica o estampación en caliente. 21. Estirado: martillo y yunque. Degüello: martillo, yunque, tajadera y plana. Recalcado: martillo 64
y tenazas. Punzonado: martillo, yunque y punzón. Corte: martillo, tajadera y yunque. Dobla- do: martillo, yunque y tenazas. 22. La estampación en caliente consiste en situar el metal entre dos moldes denominados estampas y someterlo a un esfuerzo de compresión por medio de una prensa. Las estampas utilizadas son una especie de moldes formados por dos partes denominadas, respectivamente, estampa superior y estampa inferior . La estampa superior es accionada por el émbolo de la prensa mientras que la estampa inferior está fija a la mesa de prensa. El proceso se lleva a cabo en tres fases: pre- paración, estampación y acabado . — En la preparación, se da a la pieza una forma aproximada a la definitiva por medio de forja mecánica. — En la estampación propiamente dicha, la pieza se coloca en caliente entre las estampas. La presión hace que el metal ocupe los huecos de la estampa y la pieza adopta la forma definitiva. — En la fase de acabado, se procede a cortar las rebabas o material sobrante. 23. Los procesos de extrusión se aplican a materiales relativamente blandos porque son los únicos que pueden fluir a través de las boquillas por efecto de la presión que se ejerce sobre ellos. Los más habituales son el plomo, el estaño, el cinc, el cobre, el aluminio y, en ocasiones, el acero dulce. Pueden obtenerse perfiles, redondos y lingotes de diferentes formas y grosores. 24. Las operaciones o trabajos de laminación pueden resumirse en tres fases: laminación de desbaste, laminación de palanquilla y laminación de acabado . — La laminación de desbaste se produce en trenes de laminación en los que se eliminan las rugosidades y las irregularidades de la superficie de los lingotes en caliente obtenidos por fundición. Al final, se obtienen lingotes de sección cuadrada, denominados tochos, o de sección rectangular, llamados petacas.
— La laminación de palanquilla se lleva a cabo en trenes que reciben el material procedente de los trenes de desbaste. En ellos se produce una reducción de la sección y se obtienen productos semiacabados de sección cuadrada, denominados ahora palanquillas, o de sección rectangular, que reciben el nombre de llantones. — La laminación de acabado puede partir de los productos semiacabados anteriores o directamente de los obtenidos en la fase de desbaste. Al finalizar el proceso, se obtienen los productos finales, que son diferentes según el tipo de cilindros empleados en esta fase. Con cilindros acanalados, se obtienen: ba- rras, perfiles, carriles, etc. Con cilindros lisos, se obtienen: chapas de diverso grosor, pletinas, flejes, etc. 25. Las principales aplicaciones de la laminación en frío se encuentran en la fabricación de chapas de todo tipo, especialmente en la industria automovilística y de electrodomésticos. Presenta dos ventajas fundamentales respecto a la estampación en caliente: — Por una parte, reduce los costes de fabri-
cación al no tener que calentar previamente el material. — Por otra, las piezas presentan un excelente acabado , de modo que no necesitan ninguna operación posterior, salvo pintura o recubrimiento superficial contra la oxidación. 26. Las principales diferencias entre el estirado y el trefilado son las siguientes: — El estirado se emplea con barras de diámetro superior a 10 mm, mientras que el trefilado se aplica a materiales con diámetros entre 5 y 8 mm. — El arrastre en el estirado es provocado por medio de un carro desplazable provisto de una mordaza, mientras que en el trefilado se dispone de una bobina de arrastre. — En el estirado, el material pasa una sola vez por la hilera, mientras que en el trefila- do el material pasa sucesivamente por agujeros de diámetro cada vez menor hasta alcanzar el adecuado. Mediante estirado se obtienen barras de cobre, latón, aluminio y aleaciones de este material. Mediante trefilado pueden obtenerse hilos finos de acero, cobre, bronce, aluminio y aleaciones de este material.
14. Fabricación con pérdida de material (I) 4. Generalidades sobre máquinas herramientas (pág. 265)
Magnitudes cinemáticas: Velocidad de giro (rpm): depende del diámetro de la broca y del material de trabajo.
1. La respuesta dependerá del tipo y de la variedad de herramientas que se puedan localizar en el aula taller.
Velocidad de corte (m/min ): existen tablas que recomiendan la velocidad de corte adecuada en función del material.
En todo caso, se ofrece un modelo de ficha como ejemplo.
Avance (mm): depende del tipo de broca y de la dureza del material sobre el que se trabaja.
Nombre de la máquina:
Taladradora de columna
Fuente de energía:
Eléctrica
Material desprendido:
Virutas metálicas
Tipo de movimiento:
Movimiento del útil (broca)
5. Cizallado (pág. 266) 2. Datos: N 1 000 rpm i 1 2,5 i 2 5 El número de oscilaciones de la hoja de sierra es igual al número de vueltas del plato. Para 65
calcularlas, basta dividir la velocidad de giro del motor entre el producto de las relaciones de transmisión: N i T i 1 i 2 — n
⇒
N 1 000 rpm n ——— ————— i 1 i 2 2,5 5
80 rpm
Para calcular el número de vueltas del motor, basta multiplicar la velocidad del plato por el producto de las relaciones de transmisión: N i T i 1 i 2 — n
⇒
N n i 1 i 2
N 150 rpm 2,5 5 1 875 rpm 4. El mayor esfuerzo se realiza al final, ya que la distancia del punto de corte a la charnela es cada vez mayor y, en consecuencia, el trabajo resistente es también mayor.
7. Taladrado (pág. 272) 5. Datos: N 1 200 rpm D 133 mm d 192 mm Aplicamos la expresión de la relación de transmisión y despejamos la velocidad del árbol resistente: ⇒
N D n ——— d
1200 rpm 133 mm n —————————— 831 rpm 192 mm 6. Datos: d 15 mm v 35 m/min A partir de la fórmula que relaciona la velocidad de corte con la velocidad de giro, despejamos esta última: n d 1000 v v ——— ⇒ n ———— 1000 d 1000 35 m/min ––––———–––––– 743 rpm 3,14 15 mm 66
7. En los procesos de conformación no hay pérdida de material mientras que en las técnicas de fabricación con pérdida de material, sí se produce ésta. Entre los procesos de conformación destacan: el moldeo, la estampación, la forja, la laminación, el estirado y el trefilado.
3. Datos: n 150 rpm i 1 2,5 i 2 5
N d i—— n D
Actividades de aplicación (pág. 275)
Entre las técnicas de fabricación con pérdida de material pueden citarse: el limado, el aserrado, el taladrado, el torneado, el fresado y el rectificado. 8. El limado es una operación mecánica manual mediante la que se da forma a una pieza metálica desprendiendo de ella la parte sobrante en forma de limaduras. Para ello, se emplean herramientas manuales denominadas limas. El aserrado es una operación mecánica, manual o a través de máquina herramienta, que tiene por objeto cortar el material de forma parcial o total, para adecuarlo a unas formas y unas dimensiones determinadas. Los materiales sobrantes se denominan recortes; la herramienta manual se llama sierra y las máquinas herramientas más habituales son: las máquinas de serrar circulares, las de cinta sin fin y las alternativas. 9. Velocidad de corte: se mide en m/min si se trata de velocidad lineal, o en rpm si se trata de velocidad angular. Avance: se mide en mm/min si se trata de avance lineal o en mm/vuelta si se trata de un movimiento de giro. Profundidad de corte: en todos los casos se mide en mm. 10. Analogías: en ambos casos, se trata de efectuar un corte rectilíneo sobre una chapa de material más o menos grueso. Diferencias: en el cizallado manual se emplean cizallas manuales o tijeras, que constituyen una palanca de primer género, mientras que en el cizallado mecánico se utilizan cizallas mecánicas o guillotinas, que constituyen una palanca de segundo género.
11. Datos: N 2 000 rpm i T 8 El número de oscilaciones de la hoja de sierra es igual al número de vueltas del plato. Para calcularlas, basta dividir la velocidad de giro del motor entre la relación total de transmisión: N i T — n
⇒
N 2 000 rpm n — ————— 250 rpm i T 8
12. Datos: n 150 rpm i T 8 Para calcular el número de vueltas del motor, basta multiplicar la velocidad del plato por la relación total de transmisión: N i T — n
⇒
N n i T 150 rpm 8
misión y despejamos la velocidad del árbol motor: N i — n
⇒
N i n 2,5 600 rpm 1 500 rpm
15. Datos: d 18 mm v 30 m/min A partir de la fórmula que relaciona la velocidad de corte con la velocidad de giro, despejamos esta última: n d v ——— 1000
⇒
1000 v n ———— d
1000 30 m/min n ———————— 530 rpm 3,14 18 mm 16. Datos: e 40 mm n 500 rpm Avance 0,24 mm/vuelta
1 200 rpm
13. Datos: N 2 000 rpm i4 Aplicamos la expresión de la relación de transmisión y despejamos la velocidad del árbol resistente: N i— n
⇒
N 2 000 rpm n — ————— i 4 500 rpm
14. Datos: n 600 rpm i 2,5 Aplicamos la expresión de la relación de trans-
Expresamos, en primer lugar, la velocidad de giro de la broca en vueltas por segundo: vueltas 1 min v 500 rpm 500 ———— ——— min 60 s 8,33 vueltas/s A partir de este dato, calculamos el avance de la broca en mm/s: vueltas mm Avance 8,33 ———— 0,24 ——— 2 mm/s s vuelta Finalmente, determinamos el tiempo que tarda la broca en perforar la plancha: e 40 mm e v t ⇒ t — ———— 20 s v 2 mm/s
15. Fabricación con pérdida de material (II) 1. Torneado (pág. 282) 1. Datos: N 1 000 rpm i C 2 i C 0,8 D P 200 mm D P 260 mm
Primero, calculamos la relación de transmisión del sistema de poleas: D P 260 mm ———— 1,3 i P —— D P 200 mm Con este dato, determinamos la de todo el sistema: i T i C i P i C 2 1,3 0,8 2,08 67
Aplicamos la expresión de la relación de transmisión y despejamos la velocidad del árbol resistente: N i T — n
⇒
5. Datos: n 550 rpm d 22 mm
N 1 000 rpm n — ————— 481 rpm i T 2,08
2. Datos: n 648 rpm i C 1,25 i C 1,33 D P 180 mm D P 200 mm Primero, calculamos la relación de transmisión del sistema de poleas:
Aplicamos la fórmula que relaciona la velocidad de giro con la de corte y obtenemos esta última: n d 550 rpm 3,14 22 mm v ——— ——————————— 1 000 1 000 38 m/min
2. Fresado (pág. 285) 6.
Eje portaherramientas
Soporte o puente
D P 200 mm i P —— ———— 1,11 D P 180 mm Con este dato, determinamos la de todo el sistema:
Carro portamesa
i T i C i P i C 1,25 1,11 1,33 1,85 Aplicamos la expresión de la relación de transmisión y despejamos la velocidad del árbol motor: N i T — n
⇒
Mesa Guía de la ménsula
N i T n 1,85 648 rpm
1 200 rpm
Ménsula
3. Datos: L 18 cm 180 mm n 600 rpm t 30 s 0,5 min
Cuerpo Guías del cuerpo
Dividimos la longitud de la pieza entre el número de vueltas que da durante el torneado y obtenemos el avance: L 180 mm a —— ———————— n t 600 rpm 0,5 min 0,6 mm/vuelta
4. Datos: L 15 cm 150 mm a 0,4 mm/vuelta n 500 rpm
68
Base
La base es el elemento rígido que se encarga de sustentar el resto de componentes de la fresadora. El cuerpo es la parte en la que se encuentra el motor de accionamiento y los mecanismos que originan el giro de la fresa y el avance de la pieza que se trabaja.
Dividimos la longitud de la pieza entre el producto del avance por la velocidad de giro:
El soporte o puente está situado en la parte superior del cuerpo y sirve como elemento de apoyo del eje portaherramientas .
L 150 mm t —— ———————————— a n 0,4 mm/vuelta 500 rpm 0,75 min 45 s
El eje portaherramientas es el elemento que al girar origina el movimiento de rotación de la fresa.
La ménsula es un bastidor que puede deslizarse verticalmente sobre las guías que lleva el cuerpo en su parte anterior.
A partir de la fórmula que relaciona ambas velocidades, despejamos la velocidad de giro: n d v ——— 1000
El carro portamesa puede deslizarse horizontalmente sobre unas guías que lleva la mén- sula. La mesa está situada sobre el carro portamesa y soporta la pieza que se va a trabajar. Su movimiento es transversal al del carro, hacia la izquierda o la derecha. Este movimiento es el que permite el avance de la pieza.
11. Datos: n 530 rpm v 50 m/min A partir de la fórmula que relaciona ambas velocidades, despejamos el diámetro de la fresa: n d v ——— 1000
Aplicamos la expresión de la relación de transmisión y despejamos la velocidad del eje motor: ⇒
N n i 850 rpm 1,47
1 250 rpm
1000 v n ———— d
1000 40 m/min ———————— 637 rpm 3,14 20 mm
7. Datos: n 850 rpm i 1,47
N i — n
⇒
⇒
1000 v d ———— n
1000 50 m/min ———————— 30 mm 530 rpm 3,14
3. Rectificado (pág. 293) 12.
Tope T1
8. Datos: L 20 cm 200 mm a 0,5 mm/vuelta n 800 rpm
Tope T2
Palanca
Émbolo Cilindro
Dividimos la longitud de la pieza entre el producto del avance por la velocidad de giro: t
L a n
——
200 mm ———————————— 0,5 mm/vuelta 800 rpm 0,5 min 30 s
Canal C2 Distribuidor
Canal C1
Válvula V2 Bomba
Válvula V1
9. Datos: n 120 rpm d 75 mm Aplicamos la fórmula que relaciona la velocidad de giro con la de corte y obtenemos esta última: n d v ——— 1000 120 rpm 3,14 75 mm ——————————— 28,3 m/min 1000
10. Datos: v 40 m/min d 20 mm
Depósito
El aceite contenido en el depósito es impulsado por la bomba hacia el distribuidor . De aquí, pasa al cilindro a través del canal C 1 y empuja el émbolo hacia la derecha, lo que provoca el desplazamiento de la mesa, y por lo tanto de la pieza, en esa dirección. En el desplazamiento de la mesa hacia la derecha, llega un momento en que el tope T 1 69
choca con la palanca y el movimiento de ésta origina el bloqueo del canal C 1 y la apertura del canal C 2 , con lo que el émbolo es empu jado hacia la izquierda y el desplazamiento de la mesa se produce en sentido contrario al anterior. Este desplazamiento hacia la izquierda continúa hasta que el tope T 2 haga presión de nuevo con la palanca para invertir el sentido del movimiento. La velocidad de la mesa y, por lo tanto, el avance, se regulan por medio de la válvula V 1 que actúa de reguladora de paso del fluido. Mediante la válvula V 2 podemos inmovilizar la mesa, ya que ésta permite devolver el aceite al depósito con lo que se impide que llegue al cilindro. 13. Datos: n 2200 rpm d 280 mm
n d 2200 rpm 3,14 280 mm v ———— ———————————— 60 000 60 000 32,2 m/s
14. Datos: v 18 m/s d 150 mm
60000 v n ———— d
60000 18 m/s ———————— 2 293 rpm 3,14 150 mm 15. Datos: n 2500 rpm v 20 m/s A partir de la fórmula que relaciona ambas velocidades, despejamos el diámetro de la muela: n d v ———— 60000
⇒
60000 v d ———— n
60000 20 m/s ———————— 153 mm 2500 rpm 3,14 70
n d 200 rpm 3,14 30 mm v ——— ——————————— 1 000 1 000 19 m/min 17. Datos: v 28 m/min d 24 mm A partir de la fórmula anterior, despejamos el valor de la velocidad de rotación: n d v ——— 1000
⇒
1000 v n ———— d
18. Datos: n 150 rpm v 14 m/min A partir de la fórmula anterior, despejamos el valor del diámetro de la pieza: n d v ——— 1000
⇒
1000 v d ———— n
1000 14 m/min d ———————— 29,7 mm 30 mm 150 rpm 3,14
A partir de la fórmula que relaciona ambas velocidades, despejamos la velocidad de giro: ⇒
Aplicamos directamente la fórmula que da la velocidad tangencial de rotación a partir de la velocidad de giro y del diámetro de la pieza:
1000 28 m/min n ———————— 371 rpm 3,14 24 mm
Aplicamos la fórmula que relaciona la velocidad de giro con la de trabajo y obtenemos esta última:
n d v ———— 60000
16. Datos: n 200 rpm d 30 mm
Actividades de aplicación (pág. 297) 19. Datos: N 1 500 rpm i C 2,5 i C 1,25 D P 250 mm D P 300 mm Primero calculamos la relación de transmisión del sistema de poleas: D P 300 mm ————— 1,2 i P —— D P 250 mm Con este dato, determinamos la de todo el sistema: i T i C i P i C 2,5 1,2 1,25 3,75
Aplicamos la expresión de la relación de transmisión y despejamos la velocidad del eje del torno: N N 1 500 rpm i T — ⇒ n —— ————— n i T 3,75 400 rpm
20. Datos: n 500 rpm i T 3,75 (del ejercicio anterior) Aplicamos la expresión de la relación de transmisión y despejamos la velocidad del árbol motor: N i T — n
⇒
N i T n 3,75 500 rpm 1 875 rpm
21. Datos: L 25 cm 250 mm n 500 rpm t 1 min Dividimos la longitud de la pieza entre el número de vueltas que da durante el torneado y obtenemos el avance: L 250 mm a —— ——————— n t 500 rpm 1 min 0,5 mm/vuelta
22. Datos: L 28,5 cm 285 mm a 0,6 mm/vuelta n 475 rpm Dividimos la longitud de la pieza entre el producto del avance por la velocidad de giro: L 285 mm t —— ——————————— a n 0,6 mm/vuelta 475 rpm 1 min
23. Datos: n 475 rpm d 25 mm Aplicamos la fórmula que relaciona la velocidad de giro con la de corte y obtenemos esta última: n d 475 rpm 3,14 25 mm v ——— ——————————— 1 000 1 000 37,3 m/min
24. Datos: L 24 cm 240 mm a 0,4 mm/vuelta n 975 rpm Dividimos la longitud de la pieza entre el producto del avance por la velocidad de giro: L 240 mm t —— ———————————— a n 0,4 mm/vuelta 975 rpm 0,615 min 37 s 25. Datos: n 600 rpm d 15 mm Aplicamos la fórmula que relaciona la velocidad de giro con la de corte y obtenemos esta última: n d 600 rpm 3,14 15 mm v ——— ——————————— 1 000 1 000 28,3 m/min
26. Datos: v 35 m/min d 35 mm A partir de la fórmula que relaciona ambas velocidades, despejamos la velocidad de giro: n d v ——— 1000
⇒
1000 v n ———— d
1000 35 m/min n ———————— 318 rpm 3,14 35 mm 27. Datos: n 1 800 rpm v 25 m/s A partir de la fórmula que relaciona ambas velocidades, despejamos el diámetro de la muela: n d 60000 v v ———— ⇒ d ————— 60000 n 60000 25 m/s d ———————— 265 mm 1800 rpm 3,14 28. Datos: n 350 rpm d 25 mm Aplicamos directamente la fórmula que da la 71
velocidad tangencial de rotación a partir de la velocidad de giro y del diámetro de la pieza:
A partir de la fórmula anterior, despejamos el valor del diámetro de la pieza:
n d 350 rpm 3,14 25 mm v ——— ——————————— 1 000 1 000 27,5 m/min
n d v ——— 1000
⇒
1000 v d ———— n
1000 18 m/min d ———————— 22,93 mm 250 rpm 3,14 23 mm
29. Datos: n 250 rpm v 18 m/min
16. Unión de elementos mecánicos 2. Roscas (pág. 301)
6.
1. Se trata de una actividad de tipo práctico. 2. La respuesta dependerá de las uniones desmontables que los alumnos hayan localizado en las máquinas, las herramientas y los útiles del taller.
Boquillas Conducción de oxígeno Conducción de acetileno Soplete
Desoxidantes
Manómetros
4. Pasadores (pág. 303) 3. La respuesta dependerá de la máquina herramienta seleccionada y de los elementos de unión localizados en ella.
Válvula de cierre
Lanza Boquilla
8. Normas de seguridad (pág. 311) 4. Analogías: — En ambos casos, el objetivo que se persigue es la unión fija de dos piezas mediante otra auxiliar denominada roblón o remache. — Ambos procesos son manuales. Diferencias: — El roblón suele ser una pieza maciza, mientras que el remache suele ser tubular. — Las herramientas empleadas nado son: martillo de bola, sufridera y buterola, mientras remachado tubular se utilizan de remachar.
en el robloasentador, que para el las tenazas
5. En la soldadura heterogénea se usa material de aportación distinto del material base que se pretende unir, mientras que la soldadura homogénea no utiliza material de aportación o, si lo hace, es del mismo tipo que el material que se pretende unir. 72
Válvula de seguridad Mesa de trabajo
Botella de oxígeno
Generador de acetileno
El generador de acetileno proporciona el combustible básico para el soplete. Va provisto de válvula de cierre, manómetro y válvula de se- guridad. Esta última evita que el oxígeno pueda circular hasta el interior del generador y provocar una explosión. La botella de oxígeno aporta el comburente necesario. También va provista de válvula de cierre y manómetro de presión. Las conducciones permiten transportar el oxígeno y el acetileno hasta el soplete. Suelen ser de goma. En el soplete se produce la mezcla de gases y su combustión. Dispone de dos válvulas que permiten ajustar la mezcla a las proporciones adecuadas.
El material de protección permite efectuar el trabajo en condiciones de seguridad: gafas, guantes, mandil, etc. 7. El equipo de soldadura eléctrica por arco dispone de un transformador que reduce el volta- je de alimentación (220 V) hasta un valor que oscila entre 20 V y 100 V. De este modo, se consigue que la intensidad llegue a un valor en torno a 250 A, con lo que la temperatura que se alcanza en el arco voltaico puede superar los 3000 °C. El circuito eléctrico se establece entre una varilla de material de aportación denominada electrodo y las piezas que se van a unir. Si el electrodo y las piezas que se sueldan no están en contacto, el circuito está abierto y no hay circulación de corriente. Cuando ambos elementos se aproximan lo suficiente, salta entre ellos una chispa —el arco eléctrico — que cierra el circuito y establece la circulación de la corriente. El electrodo empleado está formado por un núcleo de acero protegido por un revestimien- to. El calor generado en el arco funde el núcleo y el material fundido rellena las aristas y los huecos de las piezas que se sueldan. El revestimiento protege la soldadura contra la oxidación. Antes de soldar es necesario limpiar las piezas y achaflanar adecuadamente los bordes para facilitar el depósito del material de aportación. 8. Quemaduras: utilizar los elementos de protección adecuados (gafas, guantes, botas, gorra, etc.).
Actividades de aplicación (pág. 312) 10. Acetileno: gas combustible que produce un elevado calor durante la combustión. Se utiliza en la soldadura oxiacetilénica. Aleación: disolución de un sólido en otro sólido. Algunas aleaciones se emplean como material de aportación en la soldadura heterogénea. Arco: descarga eléctrica que se produce entre dos electrodos. Es el fundamento de la soldadura eléctrica. Asentador: útil auxiliar que se emplea en el roblonado manual. Sirve para fijar y asentar correctamente el roblón entre las piezas que se unen. Buterola: útil auxiliar que se usa también en el roblonado manual. Sirve para conformar definitivamente la cabeza del roblón. Cabeza: cada uno de los extremos del roblón o el remache, una vez conformado. Dardo: llama de color blanco brillante y de contorno limpio producida por la correcta combustión del acetileno. Se utiliza para la soldadura oxiacetilénica. Desoxidante: sustancia que evita la formación de óxidos y garantiza una buena soldadura. Electrodo: cada uno de los extremos entre los que salta el arco eléctrico en la soldadura eléctrica. Entrada: cada uno de los canales que queda entre los filetes de una rosca.
Ceguera: usar mascarilla o gafas ahumadas.
Filete: hilo que, al arrollarse helicoidalmente sobre un cilindro, da origen a una rosca.
Descarga eléctrica: verificar el aislamiento de los componentes eléctricos y permanecer aislado del suelo llevando puesto calzado con suela de goma.
Mandil: elemento de protección que se utiliza en los trabajos de soldadura y cubre la parte anterior del cuerpo del que trabaja.
Explosión: mantener las botellas de oxígeno y acetileno suficientemente alejadas del lugar de trabajo.
Manómetro: instrumento de medida de la presión de un gas. Las botellas de oxígeno y acetileno que se emplean en soldadura oxiacetilénica van provistas de él.
9. La respuesta dependerá de la norma de seguridad o la recomendación seleccionada por los alumnos.
Perno: tornillo de forma cilíndrica provisto de cabeza y capaz de enroscarse sobre una tuerca o acoplarse a un orificio roscado. 73
Plasma: corriente gaseosa ionizada que se emplea en trabajos especiales de soldadura. Remache: pieza cilíndrica, generalmente hueca, provista de cabeza y capaz de deformarse por compresión. compresión. Se utiliza como como pieza de de unión en el remachado tubular. Soplete: dispositivo en el que se produce la mezcla de gases gases y su combustión. combustión. Se usa en trabajos de soldadura. Sufridera: útil auxiliar que se emplea en el roblonado blonado manual. manual. Sirve para mantener mantener fija la cabeza del roblón mientras se conforma la cabeza de cierre. Tenaza: herramienta que se emplea para su jetar o fijar una pieza mientras se trabaja t rabaja con ella. En el remachado remachado tubular se usan usan tenazas de remachar. Tirafondo: tornillo largo, generalmente de cuerpo troncocónico que se utiliza en trabajos sobre madera y carece de tuerca. Transformador: elemento de un circuito eléctrico encargado de aumentar o disminuir la tensión. En soldadura soldadura eléctrica, eléctrica, se emplea emplea para disminuir la tensión y aumentar la intensidad de la corriente. Válvula: elemento de control de un circuito hidráulico o neumático. neumático. En la soldadura oxiacetilénica, las botellas de oxígeno y de acetileno van provistas de válvulas de apertura y cierre, y de válvula antirretorno. Vástago: pieza cilíndrica y estrecha que pasa a través del remache tubular tubular y permite per mite su fijación a las tenazas de remachar. 11. a) Una unión fija no permite la separación posterior de las piezas piezas unidas. unidas. Una unión desmontable sí desmontable sí lo permite. b) Los tornillos tienen la hélice exterior al cilindro lindro.. Las Las tuercas la tienen en el interior.
74
e) En las roscas a derecha, el avance se produce cuando la rosca gira en el sentido de las agujas del reloj. En las roscas a izquier- da sucede al contrario. f) Las chavetas son de forma cónica y realizan el ajuste por sus caras superior e inferior. rior. Las lengüetas tienen sección recta y el ajuste se produce por las caras laterales. g) Un tornillo se acopla a un agujero a través de una rosca. rosca. Un pasador se fija en el agu jero mediante mediante presión. h) El roblón suele suele ser macizo. macizo. El remache tu- bular es bular es hueco. i) En la soldadura heterogénea, se utiliza material de aportación distinto del material base que que se pretende pretende unir. unir. La soldadura homogénea no homogénea no emplea material de aportación o, si lo hace, es del mismo tipo que el material que se pretende unir. 12. La función función del desoxidante desoxidante es evitar la formación de óxidos durante el proceso de soldadura y garantizar una buena unión. a) En la soldadura blanda, suele utilizarse una resina que se comercializa en recipientes aparte. b) En la soldadura oxiacetilénica, el desoxidante depende de la naturaleza de los materiales que se sueldan. sueldan. Suele presentarse presentarse en forma de polvo que recubre las varillas del material de aportación. c) En la soldadura eléctrica por arco, el revestimiento del electrodo actúa como agente desoxidante. 13. a) Las masas de los aparatos de soldadura eléctrica deben estar conectadas a tierra para evitar derivaciones de corriente que pueden resultar peligrosas para el traba- jador. jador.
c) El perno es un tornillo de forma cilíndrica provisto de cabeza. cabeza. El espárrago carece de ella.
b) Los equipos deben desconectarse de la red antes de transportarlos de un lugar a otro y cuando haya que limpiarlos o repararlos para evitar que quienes los manipu- lan sufran cualquier descarga eléctrica.
d) El perno es perno es un tornillo de forma cilíndrica con tuerca. tuerca. El tirafondo tiene el cuerpo troncocónico y carece de tuerca.
c) Todas las botellas, tanto de oxígeno como de acetileno, deben estar alejadas de cualquier foco de calor y protegidas del Sol
para evitar sobrecalentamientos que podrí- an provocar una explosión. d) Para realizar cualquier trabajo de soldadura hay que llevar puesta la indumentaria
adecuada para evitar accidentes como quemaduras, proyecciones de chispas, descargas eléctricas o lesiones oculares.
17.. La empr 17 empres esa a indus industr tria iall 4. Organiza Organización ción de la empresa empresa (pág. (pág. 320) 320) 1. Se trat trataa de una una mediana empresa (más empresa (más de 51 trabajadores y menos de 260, con un volumen superior a 2,5 millones de euros e inferior a 11,5) de titularidad privada (socios que son personas físicas).
io s a r i o O p e r a a s e n t a e d e V J e f e
s o i r a r e p O
n ó i c r a t f e i s e n D J i i m r e d c t A o r e F d i n
2. Es un una pequeña empresa (menos de 50 trabajadores y con un volumen de negocio inferior a 2,5 millones de euros) de titularidad pri- vada (cuatro vada (cuatro socios que son personas físicas) y probablemente se trata de una sociedad de responsabilidad limitada. 3. (Véase (Véase ilustra ilustració ción.) n.)
O p e er r a r a r i io s o s J e e f fe d e e e C o m mp r ra s a s C J e
A o f e c n Director Comercial a t r d b o l a d e d e o n r i ó Gerente t o s c c c e u d e t r o r d i s e D r o f i a n i n P J e m c i e e r u d o
J C o e f e d n t a e ab i l i d a d
O p e r a r i o s
(pág. 325) 325) 6. La empre empresa sa y el el entorn entorno o (pág. 4. a) La demora en la firma del convenio colectivo del sector puede derivar en un conflicto laboral y repercutir negativamente en el funcionamiento de la empresa. b) La sustitución de la maquinaria tradicional por máquinas de control numérico mejorará los procesos productivos, pero obligará a la empresa a incorporar personal especializado y a modificar su infraestructura. c) La reducción de los tipos de interés bancario en medio punto es un hecho positivo que puede animar a los responsables de la empresa a solicitar créditos para financiar sus inversiones.
S
e d e J e f e ó n ic a c i ó c F a b r i
O p e r a r i o s
s i r o a r p e O
o s i o O p e r a r
d) Una campaña de prensa en contra de la instalación de un determinado tipo de empresa en el término municipal puede obligar a la empresa a replantear su proceso productivo para evitar conflictos sociales o a buscar nuevos emplazamientos menos problemáticos. e) La concesión de ayudas oficiales a la producción de los bienes que fabrica la empresa permite reducir los costes de producción y aumentar los beneficios. f) La firma de tratados de cooperación económica con países de Oriente Medio abre nuevos nuevos mercados y nuevas posibilidades de expansión para las empresas implicadas. 75
5. La respuesta respuesta dependerá dependerá de la comunidad comunidad autónoma y del tejido industrial y artesanal que exista en ella. 6. La respuesta respuesta dependerá dependerá de la empresa seleccionada.
Actividades de aplicación (pág (pág.. 329) 329) 7. Las caracterí característica sticass de las sociedades de res- ponsabilidad limitada son las siguientes: — El capita capitall mínimo mínimo es es de 3000 € . Ha de estar dividido en participaciones iguales, indivisibles y acumulables. — El capital capital social está integra integrado do por las aportacione aportac ioness de los socios. Cuan Cuantas tas más participaciones posea un socio, mayor será su influencia en las decisiones que se tomen en la sociedad. sociedad. Por otra parte, parte, el capital que aporta cada socio fija el límite de su responsabilidad: responsab ilidad: si fracasa la empresa, empresa, el socio no pierde más que el capital que ha aportado. — El número número de socios socios es ilimitado ilimitado y la sociedad puede constituirse con un único socio. — La transmisión de participaciones es libre entre los socios. socios. Pero si pasan a terceras personas, dicha transmisión se someterá a las limitaciones que fijen los estatutos de la empresa o la ley. — El nombre de la empresa debe ir acompañado de una indicación que señale el tipo de sociedad, para lo que suelen emplearse las abreviaturas S.L. o S.R.L. Las características de la sociedad anónima son las siguientes: — El capital mínimo para constituir una Sociedad Anónima es de 60000 € y está dividido en partes par tes alícuotas denominadas accio- nes. — Las aportac aportacion iones es de los los accionistas se pueden realizar en dinero, en derechos so- bre otras entidades (acciones de otras empresas) o en especie (edificios, máquinas, etc.). No se puede aportar trabajo. — Los accionistas accionistas confían confían la gestión gestión a unos unos administradores que son nombrados en la Junta General de Accionistas. 76
— La responsabilidad de los accionistas frente a las deudas de la empresa también está determinada por su aportación. — El nombre de este tipo de sociedad ha de ir acompañado de una indicación que exprese el tipo de sociedad de que se trata, que se puede abreviar con las iniciales S.A. 8. La respuesta respuesta dependerá dependerá del tipo de instituto o centro escolar y de su estructura organizativ organizativa. a. 9. Boletín informativ informativo: o: canal canal horizontal. Carta de despido: canal despido: canal descendente. Solicitud de per- miso: canal miso: canal ascendente. 10. El entorno inmediato es inmediato es el que afecta de manera particular a una empresa determinada, mientras que el entorno general lo hace al conjunto de empresas de un país. 11. a) Una huelga de transporte imposibilita la recepción de materias primas y la distribución de productos elaborados, y perjudica muy seriamente los intereses de las empresas. b) La aparición de nuevos productos en la competencia que cubren con ventaja el mismo segmento de mercado obliga a las empresas a investigar nuevos productos y a reducir costes para competir en mejores condiciones. c) La detección de un defecto de fabricación en una serie determinada de productos obliga a detener la producción y a subsanar el defecto, e incluso la empresa puede retirar el producto del mercado con el consiguiente quebranto económico y pérdida de imagen y de competitividad. 12. Los avances avances tecnológicos tecnológicos influyen de manera manera general sobre todas las empresas. — Las que los incorporan se obligan obligan a modifimodificar sus instalaciones y a remodelar sus plantillas de trabajadores. — Las que no los incorporan incorporan pierden pierden progreprogresivamente sivamen te competitividad y corren el riesgo de desaparecer del mercado. 13. Un proyecto proyecto técnico técnico es un plan plan trazado trazado por la empresa en el que se detalla el problema que se pretende resolver y los medios necesarios para llevarlo a cabo.
Consta de diferentes etapas: estudio inicial, información, elaboración del proyecto y legali- zación. — En el estudio inicial, se formulan los objeti- vos que se pretenden alcanzar. — En la fase de información, se recopila la documentación necesaria para definir el proyecto. — Durante la elaboración del proyecto, se confeccionan, entre otros, la memoria, los
cálculos técnicos, el pliego de condiciones, los planos y el presupuesto. — En la fase de legalización, se elaboran los documentos oficiales necesarios: solicitu- des, permisos, licencias, etc. 14. Las oficinas técnicas suelen organizarse de forma funcional porque en ellas se llevan a cabo multitud de tareas diferentes y se gestionan diversos proyectos que corresponden a diferentes áreas de la producción.
18. Diseño y calidad de los productos 1. Los sectores de la producción (pág. 332) 1. La respuesta dependerá de las empresas enumeradas por los alumnos. En cualquier caso, sería deseable que en la lista apareciesen empresas del sector primario, del secundario y del terciario. 2. Datos relativos a los sectores de la producción en España (1995): Valor añadido bruto (millones de euros)
Cojinete de fricción: dependiendo de los esfuerzos que han de soportar, puede emplearse plástico, bronce o acero recubierto de material antifricción. En todos los casos, se buscan materiales de bajo coeficiente de rozamiento para reducir las pérdidas de energía debidas a este fenómeno. Herramienta de corte: carburo de volframio o aleaciones de volframio con otros metales, como el titanio o el tantalio. Por su extraordinaria dureza y resistencia a las altas temperaturas.
Sector primario
Sector secundario
Sector terciario
Revestimiento interno de un horno: ladrillo refractario. Por su resistencia al calor y su bajo coeficiente de dilatación.
9238 (4,25%)
70540 (32,48%)
137419 (63,27%)
Campana: bronce. Por su capacidad de resonancia frente a fenómenos vibratorios.
Los datos relativos a la propia comunidad autónoma dependerán de las características de ésta.
2. La estrategia empresarial (pág. 333) 3. Plata, cobre, aluminio, acero, volframio. El más adecuado es el cobre por su elevada conductividad eléctrica (el segundo, después de la plata) y su precio relativamente bajo. 4. Correa de transmisión: caucho. Por su elasticidad y elevada resistencia a la tracción. Engranaje: acero para engranajes. Por su dureza, tenacidad y resistencia a la tracción.
Fuselaje de un avión: aluminio, titanio y sus aleaciones. Por su baja densidad y su elevada resistencia mecánica. Tejado de una casa: tejas de cerámica o pizarra. Por su resistencia a los agentes atmosféricos y su escasa permeabilidad térmica.
3. El diseño (pág. 334) 5. Los diseños atractivos reclaman la atención del usuario para que éste se acerque y compruebe las características técnicas del objeto. 6. La frase es falsa. La apariencia estética de un objeto no garantiza su calidad. Por el contrario, en ocasiones 77
se disfrazan algunas deficiencias de tipo técnico bajo un aspecto atractivo. 7. La respuesta dependerá de los objetos seleccionados por los alumnos. 8. Se sugieren algunos ejemplos: danone en lugar de yogur, rimmel por máscara de ojos, uralita en lugar de fibrocemento, formica o rai- lite por revestimiento plástico, schweppes en lugar de agua tónica, colacao por cacao soluble, etc.
4. El control de calidad (pág. 337) 9. Las galgas de espesores están constituidas por una serie de láminas delgadas de acero flexible que llevan grabada su dimensión. Generalmente forman un grupo de diferentes medidas, fijadas todas ellas por un extremo y desplegables en abanico. Se utilizan para verificar con rapidez la dimensión de pequeños juegos, holguras o ranuras. 10. Deberá aplicar un control por muestreo. Para ello, seleccionará algunos fregaderos y efectuará sobre ellos los ensayos de resistencia. Las piezas analizadas quedarán inservibles porque se trata de ensayos destructivos. 11. El control a pie de máquina facilita la detección de defectos de fabricación y la identificación de la máquina que los ha producido. De este modo, las restantes máquinas pueden seguir produciendo mientras se subsana el defecto detectado. 12. Debería efectuarse un control al 100% de los zapatos producidos, ya que se trata de un análisis visual cuya realización no destruye las piezas analizadas. De este modo, se garantiza que la totalidad de la producción cumple las condiciones establecidas.
5. Normalización (pág. 339) 13. La especificación de la composición y las características técnicas de los aceros facilitan el trabajo al fabricante, que no tiene más que cumplirlas al pie de la letra. Por otra parte, los usuarios pueden conocer de antemano las prestaciones del acero que desean utilizar. 78
14. En muchos países, sobre todo los no desarrollados o en vías de desarrollo, los productos industriales no están normalizados, aunque no por ello tengan que ser necesariamente de peor calidad. La exigencia de normalización puede impedir la entrada de estos productos en otras naciones y limitar así su mercado potencial. 15. La norma UNE 17 701 establece los parámetros normalizados de los diferentes tipos de roscas triangulares, tales como diámetro nominal, paso, diámetro del núcleo, altura del filete, radio del fondo y sección. Todas las roscas fabricadas en España deben ajustarse a la citada norma.
Actividades de aplicación (pág. 343) 16. Explotación agrícola: maquinaria agrícola (sembradoras, cosechadoras, clasificadoras de productos, envasadoras, molinos), herramientas y útiles manuales (azada, pala, pico, rastrillo, tijeras de podar), fertilizantes, insecticidas, pesticidas, invernaderos, sistemas de riego (por goteo, por aspersión). Empresa de fabricación de rodamientos: maquinaria industrial (tornos, fresadoras, rectificadoras, taladradoras, máquinas de serrar), cintas transportadoras, grúas, vehículos auxiliares, almacenes, etc. Agencia de viajes: ordenador, teléfono, fax, máquina de escribir, calculadora, cámara fotográfica, vídeo, proyector de diapositivas, proyector cinematográfico, vehículos, establecimientos hoteleros, líneas regulares de transporte (terrestre, marítimo o aéreo), etc. En todos los casos, el uso racional de los diferentes recursos tecnológicos mejora la productividad e incrementa los beneficios empresariales. 17. Acero rápido: herramientas. Latón: casquillos para circuitos eléctricos. Cerámica refractaria: revestimiento de hornos y dispositivos sometidos a intenso calor. Poliestireno: aislante eléctrico, película aislante para envoltorios, objetos de escritorio. Nailon: tejidos, cuerdas, cables, cojinetes, engranajes, ruedas dentadas y correas de transmisión.
