Examen de Tecnología e Ingeniería II PAU Murcia 2024 · Extraordinaria

Cuestión 1. Materiales: propiedades, ensayos y tratamientos. [1,25 puntos]

Responder a las siguientes cuestiones sobre propiedades, ensayos mecánicos y tratamientos térmicos de materiales de Ingeniería.

a)

[0,25 p.] Definir de forma breve y concisa las siguientes propiedades mecánicas de los materiales: dureza y elasticidad.

b)

[0,5 p.] Indicar si existe algún tipo de ensayo para medir estas propiedades y explicar brevemente en qué consiste dicho ensayo.

c)

[0,5 p.] Explicar en qué consiste el tratamiento térmico de Recocido en aceros, qué factores influyen en dicho tratamiento, y cómo afecta este tratamiento a las propiedades indicadas en el apartado a).

Cuestión 2. Materiales. Diagrama del ensayo de tracción y cálculos básicos. [1,25 puntos]

Responder a las siguientes cuestiones sobre el diagrama del ensayo de tracción.

a)

[0,45 p., 0,15 por subapartado] En la figura adjunta se representa gráficamente un diagrama típico del ensayo de tracción de tres materiales de diferentes características mecánicas, denominados A, B y C. Se pide, razonar de forma justificada sobre:

b)

[0,8 p., 0,4 por subapartado] Una probeta de sección cuadrada de $20\text{ mm}$ de lado y $200\text{ mm}$ de longitud se somete a un ensayo de tracción y se obtienen deformaciones elásticas hasta una fuerza de $18\text{ kN}$, aunque la zona elástica proporcional solo llega hasta una fuerza máxima de $16\text{ kN}$, siendo el módulo de Young de $1\cdot 10^7\text{ kPa}$. Al seguir aumentando la fuerza de tracción aplicada, se mide una fuerza máxima de rotura de $30\text{ kN}$. Se pide, calcular:

Cuestión 3. (1,25 puntos) Máquinas y motores térmicos. Circuitos frigoríficos.

Responder de forma breve y concisa a las siguientes cuestiones sobre circuitos frigoríficos:

a)

[0,75 puntos] Explicar el funcionamiento de un motor térmico según un ciclo ideal de Carnot, y representarlo gráficamente en un diagrama $p-v$.

b)

[0,5 puntos] Definir el rendimiento en un motor térmico según el ciclo de trabajo del apartado anterior, y evaluarlo para un motor que opera entre $150^\circ\text{C}$ y $800^\circ\text{C}$.

Cuestión 4. Máquinas y motores térmicos. MCIA. [1,25 puntos]

Responder de forma breve y concisa a las siguientes cuestiones sobre motores térmicos:

a)

Explicar el funcionamiento de un motor de combustión interna alternativo (MCIA) de 2 tiempos (2T). [0,75 p.]

b)

Explicar las diferencias básicas entre un motor de combustión interna alternativo (MCIA) de 2 tiempos (2T) y de 4 tiempos (4T). [0,5 p.]

Ejercicio 1. Cálculo de cortantes y momentos flectores en vigas. [2,5 puntos]

Se quiere analizar la viga representada esquemáticamente en la figura adjunta, y que forma parte de una estructura metálica. Se pide, para los datos indicados en la figura:

a)

Las reacciones en los apoyos. [0,5 p.]

b)

Las ecuaciones de fuerzas cortantes y momentos flectores en cada tramo de la viga en función de la coordenada $x$ (según se indica en la figura). Indicar las unidades y explicar el criterio de signos utilizado. [1,5 p.]

c)

Representar gráficamente ambas ecuaciones para cada tramo, e indicar en qué sección o tramo intermedio de la viga se tiene momento flector nulo. [0,5 p.]

Ejercicio 2. Análisis de sistemas de potencia fluida neumáticos. [2,5 puntos]

Se quiere analizar un sistema neumático cuyo circuito se representa en la figura adjunta mediante simbología normalizada. Se pide, responder a las siguientes cuestiones:

a)

Identificar y describir los siguientes componentes: 1A1, 1V1, 1V2, 1V3, 1V4 y 1S1. [0,5 p.]

b)

Explicar el funcionamiento del circuito, indicando claramente cuál es la posición de reposo del cilindro y por qué, y las condiciones que deben cumplirse para que el cilindro realice la carrera de extensión. [1 p.]

c)

Razonar sobre si la carrera de retracción se produce de forma automática, una vez finalizada la carrera de extensión, o habría que actuar sobre alguna válvula de forma manual. [0,5 p.]

d)

Calcular la fuerza neta (o efectiva) que podría ejercer el vástago del cilindro durante la carrera de retracción en función del diámetro del émbolo, sabiendo que la presión de entrada al cilindro (en el lado del vástago, de diámetro 10 mm) es 8 bar(rel), la contrapresión en la cámara del émbolo es nula, y la fuerza de rozamiento representa un 15% de la fuerza neta de retracción. [0,5 p.]

Ejercicio 3. (2,5 puntos) Análisis de circuitos de corriente alterna.

Se quiere analizar un sistema eléctrico cuyo circuito simplificado es el representado en la figura adjunta. El sistema consta de dos condensadores, uno de capacidad fija $C_f$ y otro de capacidad regulable $C_r$. Se pide, para los datos indicados, y considerando inicialmente que $C_r = 0\ \mu\text{F}$:

a)

[1 p.] Calcular la impedancia total equivalente del circuito, razonar sobre si es un circuito inductivo o capacitivo, y obtener el ángulo de desfase y el factor de potencia.

b)

[0,5 p.] Calcular las intensidades: eficaz, máxima e instantánea.

c)

[0,25 p.] Calcular la tensión eficaz entre los extremos de la bobina.

d)

[0,5 p.] Calcular las potencias: aparente, activa, y reactiva. Representar el diagrama fasorial.

e)

[0,25 p.] ¿Se podía conseguir que el sistema se encuentre en "resonancia"? Justificar la respuesta. En caso de respuesta afirmativa, ¿Cuál debería ser la capacidad del condensador $C_r$?

Ejercicio 4. (2,5 puntos) Diseño e implementación de un sistema electrónico combinacional con puertas lógicas.

Se quiere diseñar un sistema electrónico mediante puertas lógicas para controlar la puesta en marcha de una cinta transportadora de productos terminados en una empresa. El sistema consta de cuatro variables de entrada; dos transductores $A_1$ y $A_2$, y dos pulsadores manuales $P_1$ y $P_2$. La señal de salida $F$ debe cumplir las siguientes condiciones:

$F = 0$ (salida desactivada) (cinta transportadora parada) cuando simultáneamente ambos pulsadores estén desactivados $P_1 = P_2 = 0$

$F = 1$ (salida activada) (puesta en marcha de la cinta transportadora) cuando simultáneamente ambos pulsadores estén activados $P_1 = P_2 = 1$

$F = A_1$ (la salida tendrá el mismo nivel lógico que el transductor $A_1$) cuando simultáneamente el pulsador $P_1$ esté activado ($P_1 = 1$) y el pulsador $P_2$ desactivado ($P_2 = 0$)

$F = \overline{A_1 + A_2}$ (la salida tendrá el nivel lógico correspondiente a la operación Booleana que se indica entre los niveles de ambos transductores) cuando simultáneamente el pulsador $P_1$ esté desactivado ($P_1 = 0$) y el pulsador $P_2$ activado ($P_2 = 1$)

a)

[0,5 p.] Construir la tabla de verdad completando el valor de la salida $F$ (0 o 1) para cada combinación:

Dec

Entradas

Salida

$A_1$

$A_2$

$P_1$

$P_2$

$F$

b)

[1 p.] Representar la tabla de verdad en un "mapa" de Karnaugh, y obtener la función lógica de salida simplificada en forma de "Maxterms" (producto de sumas).

Plantilla del mapa de Karnaugh para representar y agrupar los ceros:

$A_1 A_2 \backslash P_1 P_2$

00

01

11

10

00

0

1

1

0

01

0

0

1

0

11

0

0

1

1

10

0

0

1

1

c)

[1 p.] Diseñar el circuito lógico correspondiente utilizando el menor número posible de puertas lógicas NOR de dos entradas y simbología normalizada (preferentemente ANSI-IEEE).

Ejercicio 5. (2,5 puntos) Análisis de un sistema de control en lazo cerrado.

Se quiere analizar un sistema de control en lazo cerrado diseñado para mantener constante la temperatura en un depósito cerrado de un proceso industrial. En la figura se representa el diagrama de bloques simplificado de dicho sistema de control. Se pide:

a)

(0,75 puntos) Obtener la función de transferencia del segundo lazo de realimentación $C(s)/R_1(s)$.

b)

(0,75 puntos) Obtener la función de transferencia del sistema $C(s)/R(s)$.

c)

(0,5 puntos) Particularizar la función de transferencia del sistema sabiendo que en el proceso industrial estudiado:

- $G_1(s)$ y $G_2(s)$ son dos controladores, de ecuación $G_1(s) = 2$ y $G_2(s) = 1/(s + 2)$ (en el dominio de Laplace)

- $G_3(s) = 1/(s + 1)$ representa el proceso a controlar, y

- $H_1(s) = 1/s$ corresponde a la señal de respuesta del transductor de realimentación

d)

(0,5 puntos) Indicar de qué orden es el sistema, y determinar, aplicando el criterio de Routh, si tendrá una respuesta estable ante posibles fluctuaciones de la señal de entrada.