Examen de Tecnología e Ingeniería II PAU Murcia 2024 · Ordinaria

Cuestión 1. (1,25 puntos) Materiales: propiedades, ensayos y tratamientos.

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 tenacidad.

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 Temple en aceros, qué factores influyen en dicho tratamiento, y cómo afecta este tratamiento a las propiedades indicadas en el apartado a).

Cuestión 2. (1,25 puntos) Materiales: Diagrama del ensayo de tracción y cálculos básicos.

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

a)

[0,5 p.] En la figura adjunta se representa gráficamente un diagrama típico del ensayo de tracción de un acero. Explicar qué magnitud se representa en cada eje, y cuáles son las zonas y puntos característicos del diagrama.

b)

[0,75 p., 0,25 por subapartado] Una probeta de sección circular, de $25\text{ mm}$ de diámetro y $250\text{ mm}$ de longitud, se somete a un ensayo de tracción y se obtienen deformaciones elásticas hasta una fuerza de $15\text{ kN}$, aunque la zona elástica proporcional solo llega hasta una fuerza máxima de $13\text{ kN}$, observándose una deformación máxima en esta zona proporcional del $0{,}2\%$. Al seguir aumentando la fuerza de tracción aplicada, se mide una fuerza máxima de rotura de $25\text{ kN}$. Se pide, calcular:

b.1)

b.2)

b.3)

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)

[0,5 p.] Explicar el funcionamiento de una máquina frigorífica que funciona según un ciclo ideal de Carnot y representarlo gráficamente en un diagrama $p - v$.

b)

[0,75 p.] Enumerar los componentes básicos de una instalación frigorífica real, explicar la función de cada uno, y relacionarlos con las transformaciones termodinámicas del ciclo ideal de Carnot descrito en el apartado a).

Cuestión 4. (1,25 puntos) Máquinas y motores térmicos. MCIA.

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

a)

[0,75 p.] Explicar el funcionamiento y cuáles son los elementos principales de un motor de combustión interna alternativo (MCIA) de 4 tiempos (4T).

b)

[0,5 p.] Explicar las diferencias básicas entre los motores de combustión interna alternativos (MCIA) de encendido provocado (MEP) y los de encendido por compresión (MEC).

Ejercicio 1. (2,5 puntos) Cálculo de cortantes y momentos flectores en vigas.

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, calcular:

a)

(0,5 p.) Las reacciones en los apoyos.

b)

(1,5 p.) 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.

Tramo 1 ($0 \le x < 2\text{ m}$):

Tramo 2 ($2\text{ m} < x < 4\text{ m}$):

Tramo 3 ($4\text{ m} < x \le 6\text{ m}$):

c)

(0,5 p.) Representar gráficamente ambas ecuaciones para cada tramo, e indicar en qué sección o tramo de la viga se tiene momento flector máximo.

Ejercicio 2. (2,5 puntos) Análisis de sistemas de potencia fluida neumáticos.

Se quiere analizar un sistema neumático cuyo circuito se representa en la figura adjunta mediante simbología normalizada. Se pide:

a)

[0,5 p.] Identificar y describir los siguientes componentes: 1A1, 1B1, 1V1, 1V2, 1V3 y 1S1.

b)

[1 p.] Explicar el funcionamiento del circuito, y qué condiciones deben cumplirse para que el cilindro realice las carreras de extensión y retracción. Considerar que la posición de reposo del cilindro es la representada en la figura.

c)

[0,25 p.] Explicar el funcionamiento de las válvulas 1V3 y 1V4 y justificar la posición de los antirretornos en dichas válvulas.

d)

[0,75 p.] Calcular la fuerza neta (o efectiva) que podría ejercer el vástago del cilindro durante la carrera de extensión, sabiendo que la presión de entrada al cilindro (en el lado del émbolo, cuyo diámetro es 20 mm) es 7 bar(rel), la contrapresión en la cámara del vástago es nula, y la fuerza de rozamiento representa un 10% de la fuerza neta de extensión.

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. Se pide, para los datos indicados:

a)

(1 punto) 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.

Inductivo ($X_L > X_C$)

Capacitivo ($X_C > X_L$)

b)

(0,5 puntos) Calcular las intensidades: eficaz, máxima e instantánea.

c)

(0,5 puntos) Calcular la tensión eficaz entre los extremos del condensador y de la bobina.

d)

(0,5 puntos) Calcular las potencias: aparente, activa, y reactiva. Representar el diagrama fasorial.

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 un elevador de piezas pesadas 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) (elevador parado) cuando simultáneamente ambos pulsadores estén desactivados $P_1 = P_2 = 0$.

• $F = 1$ (salida activada) (puesta en marcha del elevador) cuando simultáneamente ambos pulsadores estén activados $P_1 = P_2 = 1$.

• $F = A_2$ (la salida tendrá el mismo nivel lógico que el transductor $A_2$) cuando simultáneamente el pulsador $P_1$ esté desactivado ($P_1 = 0$) y el pulsador $P_2$ activado ($P_2 = 1$).

• $F = \overline{A_1} \cdot A_2$ (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 activado ($P_1 = 1$) y el pulsador $P_2$ desactivado ($P_2 = 0$).

a)

(0,5 puntos) Construir la tabla de verdad completando el valor de la salida $F$:

Dec

Entradas

Salida

$A_1$

$A_2$

$P_1$

$P_2$

$F$

b)

(1 punto) Representar la tabla de verdad en un "mapa" de Karnaugh, y obtener la función lógica de salida simplificada en forma de "Minterms" (suma de productos).

$A_1A_2 \backslash P_1P_2$

00

01

11

10

c)

(1 punto) Diseñar el circuito lógico correspondiente utilizando el menor número posible de puertas lógicas NAND de dos entradas, y su simbología normalizada (preferentemente ANSI-IEEE).

Ejercicio 5 [2,5 puntos]

Se quiere analizar un sistema de control en lazo cerrado diseñado para mantener constante el régimen de giro de una bomba centrífuga. 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 $G_1(s) = 4$ 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.

Información para el apartado d):