Solucionario Tecnologia Industrial I Ed Mcgraw Hill PDF

S O L U C I O N A R I O TECNOLOGÍA INDUSTRIAL

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Tecnología Industrial 1.º Bachillerato · Solucionario No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisión de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. Derechos reservados

© 2008, respecto a la presente edición en español, por:

McGraw-Hill/Interamericana de España, S.A.U. Edificio Valrealty, 1.ª planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid)

ISBN: 978-84-481-6428-7 Depósito legal: Autor: Francisco Silva Rodríguez Revisor técnico: Miguel Ángel Torres Allen Equipo Editorial: Ariadna Allés, Ignacio Martínez, Marta Hijosa Equipo Preimpresión: Eduardo Márquez, Javier Aranda, María Ángeles Ramírez, Luis Hernández Diseño de cubierta: Quin Team Diseño interior: Equipo preimpresión de McGraw-Hill Maquetación: Lumimar, S.L. Ilustraciones: Pablo Vázquez, Guillermo Pérez Mogorrón Fotografías: Colaboradores McGraw-Hill Impreso en: IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN

ÍNDICE



3

Proyecto McGraw-Hill....................................

5

17. Conformación de piezas sin arranque de viruta. 28

Programación curricular...............................

6

18. Fabricación de piezas por arranque de viruta y otros procedimientos . ............................... 29

Programación de aula . .................................

9

Solucionario ................................................ 31

1. El mercado y la actividad productiva............... 11

Unidad 1............................................................... 33



2. Diseño y mejora de los productos................... 12

Unidad 2............................................................... 39



3. Fabricación y comercialización de productos.......... 13

Unidad 3............................................................... 44



4. La energía y su transformación....................... 14

Unidad 4............................................................... 50



5. Energías no renovables.................................. 15

Unidad 5............................................................... 56



6. Energías renovables...................................... 16

Unidad 6............................................................... 63



7. La energía en nuestro entorno....................... 18

Unidad 7............................................................... 69



8. Los materiales: tipos y propiedades................. 19

Unidad 8............................................................... 73



9. Metales ferrosos........................................... 20

Unidad 9............................................................... 77

10. Metales no ferrosos...................................... 21

Unidad 10.............................................................. 81

11. Plásticos, fibras textiles y otros materiales...... 22

Unidad 11.............................................................. 85

12. Elementos mecánicos transmisores del movimiento................................................. 23

Unidad 12.............................................................. 89 Unidad 13.............................................................. 95

13. Elementos mecánicos transformadores del movimiento y de unión............................ 24

Unidad 14.............................................................. 100

14. Elementos mecánicos auxiliares...................... 25

Unidad 16.............................................................. 112

15. Circuitos eléctricos de corriente continua........ 26

Unidad 17.............................................................. 119

16. El circuito neumático y oleohidráulico............. 27

Unidad 18.............................................................. 123

Unidad 15.............................................................. 106

PROYECTO McGRAW-HILL

5

j Proyecto McGraw-Hill

ción de los tres siguientes: clásico, innovador e investigador, y de proyectos.

El currículo de Tecnología Industrial

Dependiendo de la unidad que se vaya a estudiar, y más concretamente del bloque de contenidos objeto de estudio, la proporción en la que interviene cada uno de ellos es distinta.

La selección, distribución y secuenciación de contenidos desarrollados a lo largo de las dieciocho unidades didácticas de que consta el libro de texto del alumnado se han llevado a cabo siguiendo los contenidos mínimos indicados en el Real Decreto 1467/2007, de 2 de noviembre de 2007 (BOE 6 de noviembre de 2007). Asimismo, se han tenido en cuenta las diferentes normativas correspondientes a cada una de las comunidades autónomas con competencias educativas. A partir de esos contenidos mínimos, se han elaborado las concreciones que se indican a continuación, referentes a metodología, organización de contenidos, secuenciación, actividades complementarias y de refuerzo, recursos didácticos, etcétera. La totalidad de los bloques temáticos de que consta el currículo de Tecnología Industrial se ha desglosado en dieciocho unidades temáticas. Éstas son:

Así, por ejemplo, en el estudio de los contenidos referentes a recursos energéticos (bloque 2), se propone la realización de varias actividades en grupo, consistentes en el estudio, experimentación y análisis de los distintos elementos conversores de energías. Todas estas actividades van a potenciar las relaciones intergrupales. Independientemente del proceso metodológico que se emplee en el aula con los alumnos/as, el libro de texto se adapta perfectamente a las exigencias del profesor y alumnado. En muchos casos, puede resultar aconsejable un enfoque o metodología interdisciplinar y constructivista, en la que se potencien los siguientes elementos:

1. Enfoque interdisciplinar, que anime a nuestros alumnos/as a interrelacionar contenidos procedentes de otras fuentes de conocimiento, tales como:



• Otras asignaturas: matemáticas, física, química, etcétera.



• Temas científico-tecnológicos de actualidad, como pueden ser nuevos descubrimientos, materiales, técnicas, etc., relacionadas con la unidad objeto de estudio.



• Temas transversales: educación para la salud, educación ambiental, etcétera.



2. Enfoque constructivista, que conlleve un mayor protagonismo del alumnado en el proceso de aprendizaje. Para ello, se puede establecer un esquema de trabajo que nos conduzca a:



• Averiguar los conocimientos previos que tiene el alumnado antes de abordar una unidad determinada.



• Descubrir los intereses del alumnado en relación con un determinado bloque de contenidos.



• Contribuir a la aparición de «conflictos cognitivos», que contribuyan al desarrollo de la madurez personal, social y moral del alumnado.



• Animar a nuestros alumnos a que opinen sobre diferentes actividades tecnológicas actuales, tales como:



a) Bloque 1. El proceso y los productos de la tecnología



• Unidad 1. El mercado y la actividad productiva.



• Unidad 2. Diseño y mejora de los productos.



• Unidad 3. Fabricación y comercialización de productos.



b) Bloque 2. Recursos energéticos



• Unidad 4. La energía y su transformación.



• Unidad 5. Energías no renovables.



• Unidad 6. Energías renovables.



• Unidad 7. La energía en nuestro entorno.



c) Bloque 3. Materiales



• Unidad 8. Los materiales: tipos y propiedades.



• Unidad 9. Metales ferrosos.



• Unidad 10. Metales no ferrosos.



• Unidad 11. Plásticos, fibras textiles y otros materiales.



d) Bloque 4. Elementos de máquinas



• Unidad 12. Elementos mecánicos transmisores del movimiento.



• Unidad 13. Elementos mecánicos transformadores del movimiento y de unión.

— Avance industrial e impacto ambiental.



• Unidad 14. Elementos mecánicos auxiliares.

— Etcétera.



• Unidad 15. Circuitos eléctricos de corriente continua.





• Unidad 16. El circuito neumático y oleohidráulico.



e) Bloque 5. Procesos de fabricación

Se trata, en todo momento, de mantener una actitud activa del alumnado en su proceso de aprendizaje, mediante:



• Unidad 17. Conformación de piezas sin arranque de viruta.





• Unidad 18. Fabricación de piezas por arranque de viruta y otros procedimientos.

1. Actividades individuales en las que tendrá que reflexionar, estudiar y realizar diferentes ejercicios.



2. Participación en coloquios dentro del aula, a través de ponencias, sugerencias y puntos de vista o pareceres, contribuyendo a crear climas de trabajo y aprendizaje agradables.

El modelo metodológico que se ha tenido en cuenta a la hora de elaborar cada uno de los temas es el resultado de una yuxtaposi-

— Consumo energético y contaminación del medio ambiente. — Desarrollo sostenible y bienestar social.

• Potenciar actividades de grupo, realizando proyectos y construyendo maquetas y prototipos.

6



PROGRAMACIÓN CURRICULAR

3. Participación en grupos de trabajo donde tendrán que consensuar y ponerse de acuerdo para llevar a cabo la distribución de tareas dentro del grupo, en lo referente a lectura y selección de material bibliográfico, puesta en común y aplicación de esa información a la ejecución de un proyecto (diseño, distribución y fabricación de prototipos).

Asimismo, habrá actividades en las que el objetivo final no sea la fabricación de ningún prototipo, sino la elaboración de material sobre un tema tecnológico concreto.

Organización del texto La presentación de conceptos y procedimientos en el libro de texto se lleva a cabo de manera secuencial y ordenada, partiendo de un nivel inicial básico y siguiendo un orden de dificultad creciente. A lo largo de la unidad se presenta gran cantidad de actividades que el alumnado puede ir realizando día a día, dentro o fuera del aula. Al final de cada unidad hay multitud de actividades, clasificadas en tres grupos o grados de dificultad:

• Para repasar (nivel básico). Tienen como objetivo principal reforzar el aprendizaje de contenidos sencillos. Para ello, el alumnado deberá buscar la respuesta adecuada a lo largo de la unidad objeto de estudio.



• Para afianzar (nivel medio). Se trata de actividades de indagación en las que la respuesta exige, además, una reflexión o búsqueda de información en otras fuentes distintas al libro de texto.



• Para profundizar (nivel avanzado). Aquí la resolución de las actividades exige un alto grado de conocimientos y capacidades. En algunos casos, se trata de búsqueda, selección y adopción de la información más adecuada, de acuerdo con unas exigencias requeridas.

Esta forma de organizar las actividades complementarias puede contribuir a una mejor adaptación a los diferentes niveles de capacidades de los distintos alumnos, facilitando la atención a la diversidad. Con objeto de que el alumnado tenga información acerca del grado de conocimientos adquiridos, después de haber estudiado una unidad determinada, al final de cada unidad didáctica, se presentan diez ejercicios de autoevaluación, tipo test, cuya respuesta correcta aparece al final del libro de texto.

j Programación curricular Objetivos generales Esta asignatura va a contribuir a que los alumnos/as que la cursen desarrollen las siguientes capacidades:

• Adquirir los conocimientos necesarios y emplear éstos y los adquiridos en otras áreas para la comprensión y análisis de máquinas y sistemas técnicos.



• Comprender el papel de la energía en los procesos tecnológicos, sus distintas transformaciones y aplicaciones y adoptar actitudes de ahorro y valoración de la eficiencia energética.



• Comprender y explicar cómo se organizan y desarrollan procesos tecnológicos concretos, identificar y describir las técnicas y los factores económicos y sociales que concurren en cada caso.



• Analizar de forma sistemática aparatos y productos de la actividad técnica para explicar su funcionamiento, utilización y forma de control, y evaluar su calidad.



• Valorar críticamente y aplicar los conocimientos adquiridos, las repercusiones de la actividad tecnológica en la vida cotidiana y la calidad de vida, manifestando y argumentando sus ideas y opiniones.



• Expresar con precisión sus ideas y opiniones sobre procesos o productos tecnológicos concretos, y utilizar vocabulario, símbolos y formas de expresión apropiadas.



• Participar en la planificación y desarrollo de proyectos técnicos en equipo, aportando ideas y opiniones, responsabilizándose de tareas y cumpliendo sus compromisos.



• Actuar con autonomía y confianza al inspeccionar, manipular e intervenir en máquinas, sistemas y procesos técnicos para comprender su funcionamiento.

Distribución de contenidos La organización de los contenidos se estructura en torno a unidades didácticas que cubren objetivos distintos del currículo, dependiendo del bloque a que pertenezcan.

En la mayoría de las unidades didácticas se ha incluido, al final de cada unidad, una actividad que consiste en localizar a lo largo de la misma el significado de los términos o vocablos técnicos más importantes, referentes a ese bloque de contenidos. Para finalizar cada unidad, se muestra una o varias actividades susceptibles de ser desarrolladas en el taller, la mayoría de las veces trabajando en grupo, denominadas «Actividades para el taller».

En cada una de las unidades se muestran los contenidos propios, sin que ello exija, para la comprensión de un tema concreto del bloque, el conocimiento o la lectura de la que precede.

La enorme cantidad de actividades propuestas a lo largo del libro (más de 1 000), de carácter individual y en grupo, en las que se analizan y experimentan auténticas situaciones de investigación y diseño industrial, van a contribuir a una mejor adaptación al grado de capacidad de cada alumno (adaptación curricular).

De igual manera, se pretende que este curso pueda servir de trampolín para entender en profundidad los contenidos de Tecnología Industrial II. El currículo se halla estructurado en cinco bloques de contenidos que se han desglosado en 18 unidades didácticas. Estos contenidos son:

Esto favorece el tratamiento de la diversidad e integración de alumnos/as con diferente formación inicial, como es el caso de aquel alumnado que no cursó la Tecnología de tercero o cuarto curso de la ESO.

a) Conceptos

En todas las unidades se pretende que el alumnado pueda entender los distintos enfoques que la tecnología puede adquirir, desde ópticas diversas, dentro y fuera del entorno escolar en el que se mueven los alumnos.

• Bloque 1. El proceso y los productos de la tecnología. — Proceso cíclico de diseño y mejora de productos.

PROGRAMACIÓN CURRICULAR

7

— Normalización de productos.



• Proceso de distribución y comercialización de productos.

— Distribución y comercialización de productos.



• Pasos a la hora de presentar una reclamación como consecuencia de la compra de un producto.



• Normas a la hora de realizar un control de calidad de un proceso y un producto.



• Procedimiento empleado para la identificación de materiales industriales.



• Pautas a la hora de elegir un material para una aplicación concreta.



• Proceso seguido a la hora de la obtención de un material, dependiendo de que la materia prima sea de origen mineral o material de reciclado.

— Propiedades de los materiales.



— Aplicaciones, presentación comercial y selección adecuada para una aplicación concreta.

• Pasos a seguir a la hora de la elección de mecanismos de máquinas para transmitir o transformar un movimiento.



• Representación esquemática de circuitos eléctricos, neumáticos y oleohidráulicos.



• Montaje y experimentación de circuitos reales sencillos.



• Realización de los pasos para fabricar una pieza determinada utilizando diferentes procesos de fabricación.



• Determinación de las medidas máximas y mínimas de una pieza en función de la tolerancia admisible y del tipo de pieza.



• Normas de seguridad a seguir a la hora de utilizar determinadas máquinas en el taller.



• Determinación de la energía producida (transformada) o gastada por una máquina determinada.



• Proceso seguido para la determinación de la energía idónea para una zona determinada.



• Determinación del impacto medioambiental ocasionado en la producción o transformación de una energía determinada.

— El mercado y sus leyes básicas. — Consumidores y usuarios. — Control de calidad. — Planificación y desarrollo de un proyecto de diseño. — Comercialización de productos.

• Bloque 2. Materiales.

— Estado natural, obtención y transformación. — Materiales compuestos.



• Bloque 3. Elementos de máquinas y sistemas.

— Máquinas y sistemas mecánicos: elemento motriz, transformación y transmisión del movimiento, soportes, elementos de unión, acumuladores y disipadores de energía. — Elementos de circuitos: generadores, conductores, reguladores y receptores. Transformación y acumulación de energía. — Representación esquemática de circuitos. Simbología eléctrica, neumática y oleohidráulica. — Interpretación de planos y esquemas.

• Bloque 4. Procedimientos de fabricación.

— Clasificación de las técnicas de fabricación. Máquinas y herramientas empleadas. — Criterios de uso y mantenimiento de máquinas. — Normas de seguridad y salud en centros de trabajo.

c) Actitudes

— Planificación de la seguridad: activa y pasiva.



— Impacto medioambiental de los procesos de fabricación. Criterios de reducción.

• Reconocimiento de la importancia de la normalización en el mundo industrial.



• Valoración de la importancia de la calidad en determinados productos como sistema para aumentar las ventas.



• Importancia de la incorporación de los medios informáticos a los sistemas de producción, venta y distribución de productos.

— Montaje y experimentación de instalaciones de transformación de energía.



• Importancia de la aparición de nuevos materiales en el mercado que contribuyan a nuestro bienestar personal y social.

— Consumo energético. Técnicas de ahorro.



— Importancia de las energías alternativas. Tratamiento de residuos.

• Reconocimiento de la labor investigadora para el descubrimiento e invención de nuevos materiales.



• Curiosidad por conocer las propiedades, formas y aplicaciones de los materiales conocidos hasta el momento.



• Curiosidad por conocer el funcionamiento de las máquinas que nos rodean.



• Interés por averiguar los mecanismos empleados en la transmisión y transformación del movimiento en máquinas y sistemas de nuestro entorno.



• Bloque 5. Recursos energéticos.

— Obtención, transformación y transporte de las energías primarias.

b) Procedimientos

• Análisis de las ventajas de la incorporación de las nuevas tecnologías en el diseño y fabricación de productos.



• Planificación, en grupo, de un sistema económico de una empresa determinada.

8

PROGRAMACIÓN CURRICULAR



• Seguimiento estricto de las normas de seguridad a la hora de usar máquinas.



• Reconocimiento de la importancia de los sistemas CAD-CAM-CAE en el diseño, simulación y fabricación mediante ordenador.



• Concienciación de la necesidad de un mantenimiento adecuado de las máquinas para un rendimiento óptimo y una durabilidad prolongada.



• Sensibilización en relación con el impacto producido en los procedimientos de fabricación.



• Valoración de la importancia del empleo de energías para nuestro desarrollo económico y bienestar personal.



• Reconocimiento de la importancia del ahorro de energía.



• Apreciación de la importancia de utilizar energías renovables frente a las no renovables.



El tiempo dedicado a cada una de las 18 unidades didácticas va a depender de varias circunstancias, entre las que cabe resaltar: zona en la que se va a impartir la asignatura, grado de motivación del alumnado, orientación universitaria o profesional del alumnado que la estudia, entorno industrial y social en el que se desarrolla el currículo, etcétera. Esta temporalización debe establecerla el profesorado que va a impartir la asignatura, pero, a nivel general, se podría establecer la reflejada en el cuadro. El número total de sesiones al año suele ser aproximadamente de 130, que podrían quedar repartidas de la siguiente manera: Unidad

Sesiones

Unidad

Sesiones

1

4

10

6

2

4

11

8

3

5

12

9

• Calcular, a partir de información adecuada, el coste energético del funcionamiento ordinario del centro docente o de su vivienda y sugerir posibles alternativas de ahorro.

4

8

13

7

5

6

14

9

• Describir los materiales más habituales en su uso técnico e identificar sus propiedades y aplicaciones más características.

6

6

15

9

7

4

16

10

• Describir el probable proceso de fabricación de un producto y valorar las razones económicas y las repercusiones ambientales de su producción, uso y desecho.

8

5

17

6

9

7

18

7

Criterios de evaluación

Temporalización



• Identificar los elementos funcionales que componen un producto técnico de uso conocido y señalar el papel que desempeña cada uno de ellos en el funcionamiento del conjunto.



• Identificar los mecanismos más característicos, explicar su funcionamiento y abordar un proceso de montaje ordenado de los mismos.



• Evaluar las repercusiones que tienen la producción y utilización de un producto o servicio técnico cotidiano sobre la calidad de vida y sugerir posibles alternativas de mejora, tanto técnicas como de otro orden.



• Emplear un vocabulario adecuado para describir los útiles y técnicas empleadas en un proceso de producción o la composición de un artefacto o instalación técnica común.



• Montar un circuito eléctrico o neumático a partir del plano o esquema de una aplicación característica.



• Aportar y argumentar ideas y opiniones propias al equipo de trabajo, valorando y adoptando, en su caso, ideas ajenas.

Suman un total de 121 sesiones para completar el aprendizaje de los contenidos. El resto de las sesiones, hasta completar las 130, quedaría para exámenes, recuperaciones e imprevistos, tales como actividades extraescolares, fiestas locales, huelgas, etcétera.

P R O G R A M A C I Ó N D E A U L A

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 1. El mercado y la actividad productiva 1.1  Objetivos

01

11

B.  Procedimientos

• Determinación del precio de mercado de un producto a partir de datos que determinen la curva de oferta y de demanda.



• Búsqueda de información para el establecimiento de una empresa que satisfaga unas necesidades comerciales previamente establecidas.



• Representación, mediante diagramas conceptuales, del organigrama de funcionamiento de una empresa sencilla, así como del instituto. • Secuenciación lógica del ciclo de vida de cada tecnología.



• Entender el funcionamiento de los mercados socialista, capitalista y mixto.



• Saber qué es la oferta y la demanda, y qué importancia tiene el sistema capitalista.



• Conocer qué es el precio de mercado de un producto y quién lo establece.





• Comprender la importancia de la empresa como entidad de producción de bienes y servicios.

C.  Actitudes



• Valorar la importancia de la tecnología como medio competitivo de las empresas.





• Reconocer el desarrollo industrial y de bienestar social que conlleva el empleo de nuevas tecnologías en el mundo industrial y empresarial.

• Reconocimiento de la importancia de que se cumplan las leyes básicas en cualquier mercado capitalista para su adecuado funcionamiento.



• Valoración de la empresa como institución de generación de riqueza (puestos de trabajo, bienes y servicios) dentro de un país.



• Admiración por el descubrimiento e implantación de nuevas tecnologías que contribuyen a un mayor bienestar del ser humano.



• Actitud abierta y crítica en relación con el sistema económico de un país determinado.

1.2  Contenidos A.  Conceptos

• Sistemas económicos. Características.



• El mercado. Leyes. Tipos de mercado.



• La oferta y la demanda.



• El precio de coste y el precio de mercado de un producto.

1.3  Criterios de evaluación



• Sectores productivos.





• Participación de la mujer en los sectores productivos.

• Conocer los sistemas económicos existentes, analizando las ventajas e inconvenientes de cada uno.



• Clasificación de las empresas.



• Comprender las leyes básicas de un mercado capitalista, así como los tipos de mercado existentes.



• Estructura interna de una empresa.





• Tecnología en la empresa. Parques tecnológicos. Proyectos I+D+I.

• Entender qué es la oferta y la demanda, y qué relación tienen con el precio de un producto o servicio prestado.



• Saber por qué es tan importante que las empresas empleen tecnologías clave frente a otras tecnologías.



• Nuevas tecnologías en el desarrollo industrial.

12

02

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 2. Diseño y mejora de los productos 2.1  Objetivos

B.  Procedimientos

• Representación, mediante diagramas conceptuales, de las distintas fases que conlleva el proceso productivo de cualquier producto.



• Pasos a seguir a la hora de llevar a cabo un estudio de mercado.



• Conocer las fases del sistema productivo.



• Saber cuáles son los diferentes títulos de propiedad industrial en relación con la invención y su reconocimiento público.



• Proceso seguido para el reconocimiento público de un invento (patente).



• Distinguir entre maquetas, prototipos y productos en serie.



• Desarrollo de un proyecto técnico.



• Reconocer la importancia de la normalización como elemento potenciador de intercambio de productos.



• Secuenciación de pasos en la realización de un listado de fases y de un diagrama de flujo.



• Identificar las diferentes marcas de certificación AENOR.



• Realizar proyectos técnicos sencillos, sabiendo cuáles son sus fases.



• Representar gráficamente el listado de fases y el diagrama de flujo del proceso de fabricación de objetos sencillos.

2.2  Contenidos A.  Conceptos

C.  Actitudes

• Reconocimiento de la importancia de la investigación e imitación de objetos de la naturaleza para la fabricación de productos que satisfagan nuestras necesidades.



• Valoración de la importancia de conocer el número de productos que se deben vender a un precio determinado para comenzar a obtener beneficio.



• Admiración por ciertos inventos españoles y extranjeros, gracias al esfuerzo de los cuales nuestra calidad de vida es mucho mejor que la de nuestros antepasados.



• Curiosidad por conocer cuáles han sido las distintas fases de fabricación de objetos sencillos de nuestro entorno.



• Fases del proceso productivo.



• Estudio de mercado (fase 1):



—  Fuentes de información.



—  Investigación.



—  Análisis de mercado.



—  Títulos de propiedad industrial.

2.3  Criterios de evaluación



• Desarrollo (fase 2):



• Aprender cuáles son las fases del proceso productivo.



—  Diseño.





—  Fabricación de maquetas.

• Determinar el umbral de rentabilidad de un producto determinado.



—  Fabricación de prototipos.





—  Normalización.

• Saber cuáles son los títulos de propiedad industrial más importantes.



—  Proyecto técnico.



• Diferenciar entre maqueta y prototipo.



• Planificación de producción (fase 3):





—  Listado de fases.

• Conocer las fases en la fabricación de un proyecto técnico, así como los documentos o partes de que consta.



—  Diagramas de flujo.





—  Ejemplificaciones.

• Entender las fases de fabricación de un producto y el funcionamiento de un diagrama de flujo de fabricación y montaje.

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 3.  Fabricación y comercialización de productos 3.1  Objetivos

• Conocer los diferentes programas informáticos empleados en el diseño, fabricación y análisis (simulación y organización de un centro de producción o fábrica).



• Reconocer la importancia de un plan de prevención de accidentes en cualquier empresa.



• Analizar las posibles repercusiones medioambientales que puede acarrear un sistema productivo determinado, aportando soluciones para evitarlo o reducirlo.



• Valorar la importancia del control de calidad de los productos y procesos industriales.



• Analizar qué procesos sufren los productos después de ser fabricados, hasta que llegan a los consumidores.



• Entender la importancia de la publicidad como medio para dar a conocer los productos fabricados.



A.  Conceptos

• Fabricación de productos (fase 4):



—  Aprovisionamiento de materiales.



—  Procesos de fabricación.



• Prevención de riesgos laborales.



• Repercusiones medioambientales de los sistemas productivos.



• Gestión de la calidad:



—  Control de calidad.



—  Herramientas empleadas.



—  Control de calidad a la producción.



—  Defectos típicos.



• Empaquetado y almacenamiento de productos.



• Comercialización y reciclado de productos (fase 5):



—  Marketing.



—  Publicidad: estrategias y medios.



—  Venta. Distribución.



—  Derechos y deberes de los consumidores.



—  Reciclado de productos.

13

B.  Procedimientos

• Elaboración de un plan de prevención de accidentes de una empresa sencilla o de un instituto.



• Representación mediante diagramas conceptuales de las fases de producción y comercialización de productos.



• Análisis de las repercusiones medioambientales a la hora de la producción o fabricación de objetos, aportando soluciones para reducir esos impactos.



• Pasos para contribuir en la mejora del control de calidad en la fabricación de productos sencillos.



• Pautas a seguir a la hora de realizar una compra para tener derecho a reclamar.

C.  Actitudes

• Reconocimiento de la importancia del empleo de programas informáticos para reducir costes, incrementar la producción, mejorar la calidad y ser más competitivos en el mercado.



• Voluntad para contribuir a la prevención de accidentes.



• Admiración por aquellas empresas que están muy sensibilizadas para no provocar impactos medioambientales.



• V aloración, por parte del alumnado, de aquellas empresas que utilizan rigurosos controles de calidad para sacar al mercado sus productos en óptimas condiciones.



• Concienciación del impacto de la publicidad sobre el consumidor.



• Necesidad de reciclado de productos como sistema de reducción de impacto al medio ambiente y para evitar el agotamiento prematuro de recursos.

• Saber cuáles son los derechos y deberes de los consumidores.

3.2  Contenidos

03

3.3  Criterios de evaluación

• Entender las fases de producción y comercialización de productos.



• Comprender las causas que pueden provocar accidentes, algunas normas para evitarlos y la señalización adecuada.



• Entender qué repercusiones medioambientales pueden suponer los diferentes impactos producidos por las empresas como consecuencia de la fabricación de productos.



• Distinguir los distintos controles de calidad, así como los defectos típicos de productos.



• Conocer los medios de publicidad y las estrategias que emplean para llegar al consumidor.



• Saber qué pasos se deben seguir a la hora de realizar una reclamación motivada por la compra de un producto.

14

04

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 4.  La energía y su transformación 4.1  Objetivos



• Determinación del rendimiento de una máquina.



• Pautas para conseguir un ahorro energético.



• Representación y relación, mediante organigramas, de las distintas máquinas empleadas para transformar una energía en otra.



• Saber cuál es la relación entre ciencia, tecnología y técnica, así como la procedencia de la terminología científica y tecnológica.

C.  Actitudes



• Conocer las unidades derivadas y fundamentales, así como su equivalencia, en los sistemas CGS, SI y sistema técnico.





• Entender las diferentes formas de manifestarse la energía y las leyes que las rigen.

• Admiración por todos aquellos científicos y tecnólogos que han contribuido al entendimiento del comportamiento de los distintos tipos de energías.



• Comprender cómo se puede transformar un tipo de energía en otra, determinando la máquina empleada y el rendimiento obtenido.



• V oluntad para incorporar nuevos términos científicos, tecnológicos y técnicos al lenguaje habitual.



• Interés por aprender cómo se pueden transformar las energías, unas en otras, mediante máquinas, averiguando su rendimiento.



• Sensibilización del ahorro energético como medio que evita un deterioro del medio ambiente y solución para no provocar un agotamiento prematuro de las diversas fuentes de energía.



• Reconocimiento del empleo de máquinas con nivel de eficiencia energética alta para reducir el consumo de energía.



• Reconocer la importancia de un uso racional de la energía.



• Valorar el empleo de máquinas con una alta eficiencia energética.

4.2  Contenidos A.  Conceptos

• Relación entre ciencia, tecnología y técnica.



• Terminología de tipo científico y tecnológico.



• Sistemas de unidades.



4.3  Criterios de evaluación

• Conocer las unidades fundamentales y derivadas en cada uno de los tres sistemas, así como su equivalencia.

• Concepto de energía. Unidades.



• Entender las cinco maneras de manifestarse la energía.



• Formas de manifestarse la energía.





• Transformaciones energéticas: consumo y rendimiento.

• Saber resolver problemas sencillos relacionados con las energías.



• Ahorro energético.



• Comprender el primer principio de Termodinámica y saberlo aplicar en la resolución de problemas sencillos relacionados con el rendimiento de máquinas.

B. Procedimientos



• Analizar un sistema (vivienda, transporte, empresa, instituto, etcétera) con objeto de detectar posibles pérdidas de energía y adoptar soluciones que permitan un ahorro energético significativo.



• Reflexionar sobre la importancia del ahorro energético y emplear, en la medida de lo posible, aparatos con elevada eficiencia energética.



• Conversión de una unidad, magnitud derivada o fundamental, en otro sistema de unidades distinto.



• Resolución de problemas de conversión de energías.



• Cálculo de energías aportadas o gastadas en función del tipo de energía estudiada.

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 5. Energías no renovables • Distinguir las energías renovables de las no renovables, sabiendo qué ventajas e inconvenientes tiene cada una.



• Conocer, de manera aproximada, qué tipo de energías primarias y secundarias se utilizan más en nuestro país.



• Valorar la importancia del uso de las energías no renovables, a pesar de los inconvenientes que supone su empleo.



• Analizar el funcionamiento de una central térmica clásica.



• Evaluar el impacto medioambiental provocado por el uso de combustibles fósiles.



• Entender el funcionamiento de una refinería.



• Conocer cuáles son los productos que se obtienen a partir del petróleo o crudo.



• Aprender a distinguir entre «fusión» y «fisión».

• Proceso seguido en una central térmica para transformar un combustible fósil (generalmente carbón) en energía eléctrica.



• Representación gráfica del proceso seguido por el petróleo o crudo hasta convertirse en un hidrocarburo que constituye una fuente de energía secundaria.



• Descripción del funcionamiento de una central nuclear de fusión y fisión.

C. Actitudes

• Valoración de la importancia de los combustibles fósiles como fuentes de energía primaria.



• Sensibilización ante el aumento del CO2 y lluvia ácida como consecuencia del uso abusivo de combustibles de origen fósil.



• Interés por incorporar al vocabulario usual términos tecnológicos y técnicos.



• Curiosidad por el funcionamiento de una central nuclear.



• Concienciación de un uso racional de las energías derivadas del petróleo.



• Admiración por todos aquellos científicos, investigadores y tecnólogos que han contribuido a un desarrollo de máquinas y tecnología que permite un aprovechamiento óptimo de la energía y respeto por el medio ambiente.

5.2 Contenidos A. Conceptos

• Fuentes de energía primarias y secundarias.



• Combustibles fósiles:



— Carbón: tipos. Aplicaciones. Productos derivados. Funcionamiento de una central térmica. Sectorización. Carbón y medio ambiente. Tratamiento de residuos.

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5.1 Objetivos

05

5.3 Criterios de evaluación

• Distinguir entre energías primarias y secundarias.



• Conocer cuáles son los tipos de carbón más empleados para la obtención de energía primaria.



— Petróleo: origen. Pozos. Refinerías. Productos obtenidos. Petróleo y medio ambiente. Tratamiento de residuos.





— Energía nuclear: fisión. Componentes de una central. Fusión. Impacto medioambiental. Tratamiento de residuos.

• Saber qué subproductos se obtienen del carbón y para qué se emplean.



• Entender el funcionamiento de una central térmica clásica.



• Comprender el origen, extracción, refinado y craqueado del petróleo para obtener hidrocarburos que se van a emplear como fuente de energía secundaria.



• Analizar el funcionamiento de una central nuclear de fusión y fisión.

B. Procedimientos

• Resolución de problemas relacionados con las energías no renovables.

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06

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 6. Energías renovables



• Energía geotérmica. Tipos de yacimientos.



• Energía maremotriz.

6.1  Objetivos



• Residuos sólidos urbanos.





• Energía de las olas.



• Energías alternativas y medio ambiente.

• Conocer en qué consiste la energía hidráulica, así como las diferentes máquinas empleadas para transformar la energía hidráulica en mecánica de rotación.



• Determinar la energía y potencia teóricas de una central hidroeléctrica.



• Saber cuáles son los tipos de centrales hidroeléctricas más utilizadas.





• Reconocer la importancia de las energías alternativas como fuentes de energía secundaria.

• Proceso de obtención de energía eléctrica en una central hidroeléctrica.





• Concienciar al alumnado de la importancia de emplear colectores para la obtención de energía térmica.

• Resolución de problemas relacionados con la energía hidráulica, solar, eólica y biomasa.





• Diferenciar los distintos sistemas para la obtención de energía a partir del sol.

• Representación gráfica del funcionamiento de una central de bombeo puro y bombeo mixto.





• Valorar la implantación de máquinas eólicas para la obtención de energía.

• Explicación del funcionamiento de un colector plano y de un colector cilíndrico-parabólico. Transformación de energías.



• Análisis del funcionamiento de un campo de helióstatos.



• Entender cómo se puede obtener energía a partir de la biomasa.





• Admitir la importancia del empleo de máquinas que permitan obtener energía de las olas, maremotriz y de los residuos sólidos urbanos.

• Pasos a seguir a la hora de instalar un equipo que permita el aprovechamiento de la energía geotérmica.



• Descripción, mediante diagramas conceptuales, del funcionamiento de los dispositivos empleados para obtener energía eléctrica a partir de la energía de las olas.

B. Procedimentos

6.2  Contenidos A.  Conceptos

• Energía hidráulica:



— Componentes de un centro hidroeléctrico.



— Potencia y energía obtenida en una central hidráulica.



— Tipos de centrales.



— Energía hidráulica y medio ambiente.



• Energía solar:



— Aprovechamiento: colectores planos, aprovechamiento pasivo, campo de helióstatos, colectores cilíndrico-parabólicos, horno solar y placas fotovoltaicas.



• Energía eólica:



— Clasificación de las máquinas eólicas.



— Cálculo de la energía generada en una aeroturbina.



• Biomasa:



— Extracción directa.



— Procesos termoquímicos.



— Procesos bioquímicos.

C. Actitudes

• Actitud de reflexión crítica, en plan constructivo, en relación con el aprovechamiento hídrico.



• Admiración por los dispositivos empleados por el ser humano, a lo largo de la historia, para el aprovechamiento de la energía hidráulica y energías alternativas.



• Admiración por las técnicas de acumulación de energía, en forma de energía potencial del agua, cuando se produce un sobrante de energía eléctrica que, de otra forma, habría que desperdiciar.



• Reconocimiento de la importancia de la energía solar y eólica como fuentes de energía, gratuitas, no contaminantes y renovables.



• Interés por el empleo de colectores solares para el aprovechamiento térmico de la energía solar.



• Curiosidad por conocer las distintas formas de obtención de energía a partir de la biomasa.



• Actitud abierta ante el empleo de diferentes sistemas para la obtención de energía a partir de fuentes renovables.

PROGRAMACIÓN DE AULA

6.3  Criterios de evaluación

06

17



• Comprender la diferencia entre un colector plano, uno cilíndrico-parabólico, un campo de helióstatos, un horno solar y una placa fotovoltaica.



• Reconocer la importancia del empleo de aeroturbinas para el aprovechamiento de una energía gratuita (el viento) y renovable.



• Saber clasificar las centrales hidroeléctricas, así como distinguir los distintos elementos que se encargan de aprovechar la energía.



• Ser capaz de explicar el funcionamiento de una central hidroeléctrica.



• Analizar las ventajas e inconvenientes de las aeroturbinas de eje horizontal y vertical.



• Calcular la potencia y energía de centrales hidroeléctricas, paneles solares y máquinas eólicas.



• Establecer en qué consiste la biomasa, RSU, la energía geotérmica, la energía maremotriz y la energía de las olas.

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07

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 7. La energía en nuestro entorno



• Proceso seguido en la modelización de máquinas sencillas.



• Detección de las necesidades energéticas mínimas de una vivienda utilizando energías alternativas.

7.1 Objetivos



• Diseño de instalaciones energéticas sencillas.



• Evaluación de la fuente de energía más idónea para ser empleada en el centro docente o vivienda.



• Alternativas de ahorro energético, manteniendo la misma calidad de vida.



• Saber cuáles serán las posibles energías del futuro.



• Comprender el funcionamiento de la fusión fría y de la pila de hidrógeno.



• Evaluar la generación, transporte y distribución de energía.



• Conocer en qué consiste la cogeneración, así como sus ventajas e inconvenientes.



• Analizar el funcionamiento de máquinas sencillas que transformen un tipo de energía en otro, determinando el rendimiento de la instalación.



• Diseñar modelos optimizados de equipos que transformen un tipo de energía en otro.



C. Actitudes

• Admiración por aquellos científicos y tecnólogos que investigan nuevas formas de energía más baratas, más respetuosas con el medio ambiente e inagotables.



• Actitud abierta y de colaboración a la hora de abordar proyectos reales de análisis de máquinas transformadoras de energía.

• Reconocer la importancia del empleo de energías alternativas en la vivienda y de apoyo en la industria.



• Curiosidad por averiguar el funcionamiento de máquinas de nuestro entorno.



• Aprender a relacionar la forma de energía alternativa más adecuada según el lugar donde se desee colocar la instalación.



• Admiración a la hora de abordar el estudio de la cogeneración.



• Determinar el coste energético en una vivienda o centro docente.



• Voluntad para incorporar términos técnicos en el vocabulario usual.



• Reconocimiento de la importancia de las energías alternativas en la vivienda y de apoyo a la industria.



• Actitud positiva y crítica constructiva a la hora de analizar proyectos reales sencillos, en los que se aborde la posibilidad de sustituir energías procedentes de combustibles fósiles por energías renovables.

7.2  Contenidos A. Conceptos

• Energías del futuro: fusión fría y pila de combustible.



• Generación, transporte y distribución de energía eléctrica.



• Cogeneración. Definición. Sistemas.

7.3 Criterios de evaluación



• Análisis de una instalación sencilla de transformación de energía: calentador. Modelización.





• Energías alternativas en la vivienda y de apoyo a la industria:

• Entender en qué consiste la fusión fría y el funcionamiento de la pila de hidrógeno.



—  Necesidades mínimas.





—  Diseño de la instalación.

• Comprender la importancia de transportar la energía eléctrica a altos voltajes para disminuir las pérdidas de energía en el transporte.



—  Selección de la energía más adecuada.





• Coste energético en la vivienda y el centro docente.

• Entender en qué consiste la cogeneración, así como los sistemas más importantes.



• Ahorro energético.



• Aprender a determinar el rendimiento de una instalación (calentador de gas).



• Analizar el funcionamiento de máquinas transformadoras de energía.



• Saber crear modelos de instalaciones sencillas.



• Realizar proyectos sencillos en los que se analicen las necesidades mínimas de una vivienda y se diseñen los elementos generadores de energía alternativa que sean necesarios.



• Investigar la fuente de energía secundaria más adecuada para uso en el centro docente o vivienda.

B. Procedimientos

• Descripción del proceso de funcionamiento de una pila de hidrógeno o pila de combustible.



• Representación gráfica del sistema de generación, transporte y distribución de energía eléctrica, indicando las diferentes tensiones o voltajes a lo largo del recorrido.



• Explicación del funcionamiento de una caldera de gas natural.

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 8. Los materiales: tipos y propiedades 8.1 Objetivos

• Reconocer la importancia del empleo de materiales por el ser humano a lo largo de la historia.



• Aprender a clasificar los materiales que se emplean en la actualidad, dependiendo de la materia prima de la que proceden.



• Conocer las propiedades más importantes de los materiales.



• Averiguar a qué tipo de esfuerzo físico se encuentra sometida una parte de un objeto dependiendo de las fuerzas que actúen sobre él.



• Saber cómo se pueden averiguar algunas propiedades mecánicas de los materiales, tales como dureza, fatiga, tracción, compresión y resiliencia.



• Aprender a elegir un material dependiendo de la forma que tenga el objeto, esfuerzos a los que va a estar sometido, condiciones externas, etcétera.



• Valorar la importancia de un uso racional de los materiales para evitar un deterioro del medio ambiente y un agotamiento prematuro de recursos.



• Reflexionar sobre la importancia de reducir, reciclar o tratar los residuos industriales para evitar una contaminación del medio ambiente.

8.2 Contenidos

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19



• Proceso seguido a la hora de realizar un ensayo mecánico determinado sobre un material cualquiera.



• Criterios para la elección adecuada de un material que debe cumplir unos requisitos determinados.



• Adopción de posibles soluciones para evitar un agotamiento prematuro de todos aquellos materiales no renovables.



• Normas a seguir para evitar la contaminación del medio ambiente cuando se generan residuos inertes, tóxicos y peligrosos.

C. Actitudes

• Admiración por las soluciones adoptadas por el ser humano en relación con el empleo de diferentes materiales a lo largo de la historia.



• Curiosidad por conocer cuáles son las propiedades más importantes de un material determinado.



• Actitud abierta a la hora de analizar a qué tipo de esfuerzo se puede encontrar sometido un cuerpo o parte de un objeto.



• Contribución a la hora de adoptar criterios que faciliten una elección adecuada de los materiales.



• Sensibilización ante el problema de agotamiento prematuro de materiales y el excesivo deterioro del medio ambiente, debido a un abuso en su utilización y poca voluntad para reciclarlos y reutilizarlos.



• Colaboración a la hora de dar soluciones técnicas en relación con la reducción y tratamiento de residuos industriales tóxicos.

A. Conceptos

• Necesidad de materiales para fabricar objetos.



• Clasificación de los materiales.



• Propiedades más importantes de los materiales.



• Esfuerzos físicos a los que pueden estar sometidos los materiales.



• Introducción a los ensayos de materiales.



• Uso racional de materiales.



• Residuos industriales: inertes, tóxicos y peligrosos.

B. Procedimientos

8.3 Criterios de evaluación

• Saber cómo se clasifican los materiales atendiendo a la materia prima de la que proceden.



• Conocer las propiedades mecánicas que puede tener cualquier material.



• Reconocer el tipo de esfuerzo a que puede estar sometida una pieza u objeto dependiendo de las fuerzas que actúen sobre él.



• Explicar en qué consisten los ensayos de tracción, fatiga, dureza y resiliencia.



• Clasificación de los distintos materiales que podemos encontrar en nuestro entorno.



• Establecer los criterios mínimos a la hora de elegir un material para una aplicación concreta.



• Determinación de las propiedades mecánicas más importantes de un material.



• Definir qué soluciones se pueden adoptar para evitar un agotamiento prematuro de los materiales.



• Análisis del tipo de esfuerzo a que puede estar sometida una pieza de un objeto en función del número y dirección de las fuerzas que actúen sobre él.



• Determinar soluciones sencillas que permitan reducir, tratar y controlar residuos inertes y tóxicos que surjan en la vivienda o centro educativo.

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09

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 9. Metales ferrosos 9.1 Objetivos

• Concienciar al alumnado de la importancia industrial que tienen los metales ferrosos, debido a sus propiedades técnicas y cantidad de aplicaciones.



• Conocer los minerales de hierro más empleados en la actualidad.



• Saber cómo se pueden obtener productos ferrosos dependiendo de que la materia prima sea mineral de hierro o chatarra reciclada.



• Comprender el funcionamiento del horno alto, del convertidor LD y del horno eléctrico.



• Diferenciar los tipos de colada más importantes.



• Entender la utilidad de los trenes de laminación.



• Clasificar los productos ferrosos atendiendo al tanto por ciento de carbono y al hecho de que lleven o no elementos de aleación.



• Reconocer las formas comerciales de los productos ferrosos.



• Aprender cómo se fabrican las fundiciones ferrosas más importantes.



• Analizar el impacto medioambiental originado en la transformación del mineral de hierro y la chatarra en productos ferrosos acabados.

9.2 Contenidos



• Confección de diagramas conceptuales que muestren el proceso seguido por el acero, desde la mina (mena) hasta su comercialización.



• Representación gráfica de aleaciones de hierro-carbono en función de la temperatura a la que se encuentren sometidas y del tanto por ciento de carbono.



• Identificación del tipo de acero con el que pueden estar fabricados distintos elementos de nuestro entorno, según la aplicación a la que se destinen.



• Descripción de los pasos seguidos para la obtención de las fundiciones más importantes.

C. Actitudes

• Curiosidad por entender el funcionamiento del horno alto.



• Reconocimiento de la importancia de reciclar la chatarra con objeto de no agotar los minerales de hierro y de contribuir en la mejora del medio ambiente.



• Admiración por el empleo de hornos modernos, que contaminan menos el medio ambiente y permiten la obtención de aceros de gran calidad.



• Concienciación clara de un uso racional de los productos ferrosos.



• Sensibilización ante el impacto medioambiental producido durante la fabricación de productos ferrosos frente a los beneficios que se obtienen al disponer de estos productos.



• Contribución al reciclado de productos ferrosos, llevándolos a los contenedores correspondientes.



• Voluntad de incorporar los nuevos términos técnicos que van surgiendo al vocabulario habitual.



• Respeto, sensibilización y valoración de las soluciones y opiniones que puedan adoptar otros compañeros.

A. Conceptos

• Metales ferrosos o férricos: yacimientos y tipos de mineral.



• Proceso de obtención del acero y otros productos ferrosos: materia prima, horno alto, convertidor y horno eléctrico.



• Colada del acero.



• Trenes de laminación.



• Productos ferrosos: clasificación y diagrama de hierro-carbono.



• Tipos de acero: no aleados y aleados.



• Presentaciones comerciales del acero.



• Fundiciones: tipos y propiedades.



• Impacto medioambiental producido por los productos ferrosos.

B. Procedimientos

• Presentación de informes orales y escritos sobre un tema determinado, siguiendo unas pautas que simplifiquen y ayuden a entender el mismo.

9.3 Criterios de evaluación

• Saber cuáles son los minerales de hierro más empleados para la fabricación de productos ferrosos.



• Conocer detallada y secuencialmente la forma de obtención del acero desde que entra en el horno alto hasta que se transforma en productos industriales.



• Clasificar los productos ferrosos dependiendo de su tanto por ciento de carbono y de que lleven elementos de aleación incorporados o no.



• Reconocer las diferentes presentaciones comerciales del acero.



• Comprender la forma de obtención de las fundiciones más empleadas.



• Saber elegir un acero determinado para una aplicación concreta.



• Evaluar las ventajas e inconvenientes que supone para una zona determinada la instalación de una siderurgia.

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 10. Metales no ferrosos 10.1 Objetivos

• Reconocer y distinguir los metales no ferrosos más importantes.



• Adquirir los conocimientos que sean necesarios para saber qué materiales no ferrosos pueden resultar más adecuados para una aplicación determinada.

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21



• Representación mediante diagramas de bloques conceptuales, relacionados entre sí, del proceso de obtención de los metales ferrosos más usuales.



• Como consumidor, pautas para reducir el impacto medioambiental en la utilización y reciclado de productos no ferrosos.

C. Actitudes

• Valoración de la importancia del uso de un vocabulario técnico para expresar conceptos tecnológicos.



• Admiración por nuestros antepasados que hicieron un gran esfuerzo por conocer tecnologías nuevas que les permitiesen transformar el mineral de diferentes metales no ferrosos en metales aptos para ser utilizados en aplicaciones prácticas.



• Voluntad para aprender qué aplicaciones exigen la utilización de metales no ferrosos frente a ferrosos porque se adaptan mejor a las exigencias demandadas.



• Curiosidad por conocer los diferentes métodos utilizados para la obtención de productos no ferrosos a partir de sus minerales naturales.

10.2 Contenidos



• Sensibilización ante el agudizante problema de agotamiento de minerales no ferrosos y la necesidad de reciclarlos.

A. Conceptos



• Colaboración activa a la hora de encontrar soluciones sencillas que permitan reciclar metales no ferrosos.



• Clasificación de los metales no ferrosos.





• Características, obtención, aleaciones y aplicaciones más importantes de los siguientes metales no ferrosos:

• Colaboración en el momento de realizar actividades consistentes en la localización de piezas de máquinas construidas de materiales no ferrosos.



—  Pesados: estaño, cobre, cinc y plomo.



—  Ligeros: aluminio y titanio.

10.3 Criterios de evaluación



—  Ultraligeros: magnesio.





• Impacto medioambiental durante la extracción, obtención y reciclado de productos no ferrosos.

• Distinguir entre metales ferrosos pesados, ligeros y ultraligeros, indicando las aplicaciones más usuales de cada uno.





• Presentaciones comerciales.

• Conocer las propiedades más importantes de los metales no ferrosos más usuales.



• Saber distinguir cada uno de los metales no ferrosos más utilizados por su aspecto, aplicación o averiguando su peso específico.



• Comprender el proceso de obtención de los metales no ferrosos más utilizados.



• Valorar la importancia de las aleaciones de metales no ferrosos, para mejorar el aspecto, propiedades y durabilidad del producto final.



• Reconocer la importancia del empleo del galvanizado, metalizado y sherardización en los recubrimientos de piezas ferrosas, para protegerlos contra la oxidación y la corrosión.



• Conocer la forma de obtención de los metales no ferrosos más utilizados para una aplicación concreta.



• Establecer las propiedades más importantes de cada uno de los metales no ferrosos.



• Valorar el impacto medioambiental provocado por la obtención, transformación, utilización y desecho de diferentes metales no ferrosos.



• Conocer las presentaciones comerciales de los metales no ferrosos más empleados.

B. Procedimientos

• Pasos que son necesarios seguir para identificar los metales ferrosos por su aspecto, aplicación y peso específico.



• Elaboración de métodos que simplifiquen el proceso de aprendizaje de las propiedades y características de los metales ferrosos.



• Proceso de obtención de los siguientes metales no ferrosos: estaño, cobre, cinc, plomo, aluminio, titanio y magnesio.

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22

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 11. Plásticos, fibras textiles y otros materiales 11.1 Objetivos



• Proceso de conformación de un plástico para una aplicación determinada siguiendo ciertas pautas, tales como durabilidad, económica, propiedades mecánicas, etcétera.



• Identificación de fibras textiles y productos plásticos, según las etiquetas y símbolos normalizados escritos sobre ellos.



• Conocer la procedencia de la materia prima de los plásticos a través de la historia.



• Descripción del proceso de obtención de productos derivados de la madera.



• Saber cómo se fabrican los plásticos.





• Aprender los tipos de plásticos más habituales, así como sus características y aplicaciones.

• Representación, mediante diagramas conceptuales, del proceso de fabricación del papel.





• Entender cómo se conforman los productos plásticos que se venden en la actualidad.

• Pasos a seguir para la obtención de productos de corcho a partir de la materia prima.





• Identificar objetos fabricados de plásticos compuestos.

• Procesos de fabricación del vidrio, yeso, cemento y hormigón pretensado.



• Identificar la composición de una fibra textil, señalando las ventajas e inconvenientes que tiene.





• Reconocer la importancia de la madera y sus derivados para la fabricación de productos industriales.

• Búsqueda y selección de información relacionada con el impacto medioambiental originado por diferentes materiales de uso industrial, buscando posibles soluciones para disminuir o eliminar ese impacto.



• Aprender a identificar los distintos tipos de materiales cerámicos existentes.



• Valorar el empleo de hormigones armados y pretensados en la fabricación de estructuras.

C. Actitudes

• Actitud crítica y positiva frente al uso y reciclado de materiales plásticos.

11.2 Contenidos



• Valoración de la importancia del reciclado de plásticos para evitar el deterioro del medio ambiente.

A. Conceptos



• Reconocimiento de la labor de multitud de científicos y tecnólogos que han contribuido en la invención y producción de diferentes materiales industriales.



• Interés por conocer las propiedades y posibles aplicaciones de los nuevos materiales.



• Respeto por las opiniones que puedan aportar otros compañeros, incluso en el supuesto de que no coincidan con las nuestras.



• Plásticos o polímeros: materia prima, componentes aditivos, tipos, conformación de plásticos y plásticos compuestos.



• Fibras textiles: origen (mineral, vegetal, animal, artificial y sintético).



• Elastómeros.



• La madera:



—  Transformación en productos industriales.



—  Derivados de la madera.



• El papel: obtención y clases.



• El corcho: obtención y productos obtenidos.



• El vidrio.



• Materiales cerámicos: porosos e impermeables.



11.3 Criterios de evaluación

• Conocer cuáles son los componentes principales de los plásticos y los tipos más importantes.



• Saber cómo se obtiene un producto fabricado de plástico, dependiendo de su forma y tamaño.

• Yeso.



• Identificar objetos fabricados con plásticos compuestos.



• Cemento y sus derivados.





• Nuevos materiales.



• Impacto medioambiental.

• Reconocer la importancia de los distintos materiales empleados en la fabricación de fibras textiles para aplicaciones distintas.



• Distinguir los distintos tipos de derivados de la madera.



• Entender el proceso de fabricación del papel.



• Diferenciar los distintos tipos de materiales cerámicos, según su proceso de fabricación.



• Determinar de qué manera se puede mejorar un hormigón.

B. Procedimientos

• Recogida de información relacionada con los plásticos, seguida de una posterior selección de acuerdo con unas pautas establecidas con anterioridad.

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 12. Elementos mecánicos transmisores del movimiento • Conocer, de manera breve, la evolución del estudio de los mecanismos a lo largo de la historia.



• Descubrir algunos de los elementos empleados en la industria para transmitir el movimiento entre ejes que son paralelos, perpendiculares, que se cruzan o que se cortan, formando un ángulo cualquiera.



• Comprender la importancia que supone la elección adecuada del elemento transmisor, si se espera una gran fiabilidad del sistema.



• Saber determinar el número de revoluciones por minuto con que girará una rueda o engranaje, en función de su tamaño y relación de transmisión.



• Entender el funcionamiento de las cadenas cinemáticas, determinando, mediante las fórmulas adecuadas, las incógnitas que se desconocen.



• Valorar la importancia de la transmisión mediante cadena o engranajes, frente a otra, por su fiabilidad en el mantenimiento de la relación de transmisión.



• Determinar la energía y potencia perdidas (rendimiento) en la transmisión de movimiento mediante engranajes, así como debido al rozamiento.

12.2 Contenidos



• Pasos a seguir a la hora de montar y desmontar diferentes elementos transmisores del movimiento.



• Cálculo del número de revoluciones por minuto con que girará el eje conducido si se han empleado en la transmisión ruedas, engranajes, cadenas, correas, etcétera.



• Representación gráfica, mediante el símbolo mecánico correspondiente, de una transmisión desde el elemento motriz hasta el árbol final.



• Determinación de las causas que pueden reducir considerablemente el rendimiento de una máquina, en relación con la transmisión del movimiento.



• Establecimiento de las normas de seguridad y uso de máquinas sencillas próximas al entorno del alumnado.



• Averiguación de la potencia o energía perdida al transmitirla desde el árbol motriz al lugar en que se necesita.

C. Actitudes

• Valoración del vocabulario técnico.



• Interés por conocer las características y aplicaciones de cada uno de los elementos transmisores del movimiento estudiados.



• Voluntad para abordar la resolución de problemas tecnológicos relacionados con la transmisión del movimiento.



• Reconocimiento de la importancia de diferentes tecnólogos que inventaron, estudiaron y simplificaron el estudio y aplicación de mecanismos y máquinas.



• Actitud abierta a la hora de localizar mecanismos en máquinas reales que se puedan identificar con los estudiados en esta unidad.

A. Conceptos

• Elementos motrices.



• Elementos de máquinas.



• Elementos transmisores de movimiento.



• Acoplamiento entre árboles.



• Transmisión por fricción: exterior, interior y cónica. Cálculos.



• Transmisión mediante poleas y correas.



• Transmisión por engranajes. Cálculos.



• Transmisión del movimiento entre ejes que se cruzan.



• Cadenas cinemáticas. Representación. Cálculos.



• Relación entre potencia y par.



• Articulaciones.



• Elementos de cuerda o alambre.



• Elementos transmisores por cadena y correa dentada.



• Rendimiento de máquinas.



• Normas de seguridad y uso de elementos mecánicos.

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B. Procedimientos

12.1 Objetivos

12

12.3 Criterios de evaluación

• Reconocer la importancia de los acoplamientos entre árboles para la transmisión del movimiento.



• Ser capaz de resolver problemas sencillos relacionados con la transmisión del movimiento entre árboles, con ruedas de fricción, poleas y correas, engranajes y cadenas cinemáticas.



• Saber calcular el par transmitido a partir de la potencia y el número de revoluciones con que gire el árbol final e inicial.



• Averiguar la potencia y energía perdida en una transmisión, debido a rozamientos, deslizamientos y diseño en los engranajes.



• Conocer todos y cada uno de los sistemas de transmisión de movimientos, sabiendo elegir el más adecuado para una actividad determinada.

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13

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 13. Elementos mecánicos transformadores del movimiento y de unión 13.1 Objetivos



• Elaboración de croquis en los que se representen los distintos elementos transformadores del movimiento que constituyen una máquina, indicando el proceso de montaje y desmontaje.



• Realización de problemas sencillos en los que se pide determinar la potencia, par o fuerza transmitida a través de un elemento roscado.



• Elaboración del proceso seguido a la hora de realizar una soldadura, eligiendo aquel tipo que resulte más adecuado de acuerdo con los materiales a unir y la función que se va a realizar.



• Pasos a seguir a la hora de unir dos piezas mediante un elemento de unión fijo o desmontable.



• Comprender la funcionalidad y utilidad de los elementos transformadores de movimiento más usuales.



• Saber identificar objetos reales, del entorno o de una máquina cualquiera, que se basen en principios de funcionamiento análogos a los que se estudian en esta unidad.



• Conocer el nombre correcto de los elementos transformadores del movimiento.



• Entender la forma de trabajo de los elementos transformadores del movimiento.





• Resolver problemas tecnológicos relacionados con fuerzas y potencias a transmitir.

• Curiosidad por el funcionamiento de los elementos transformadores del movimiento que forman parte de una máquina.





• Conocer la mayoría de los elementos de unión fijos y desmontables, sabiendo para qué se emplea cada uno.

• Interés por descubrir la funcionalidad de mecanismos transformadores del movimiento en el interior de máquinas.





• Emplear un vocabulario técnico acorde con los contenidos que se van adquiriendo.

• Actitud positiva y abierta a la hora de abordar problemas relacionados con la transmisión de potencia y par en tornillos.





• Utilizar las normas de seguridad pertinentes cuando se manipulan elementos de máquinas.

• Admiración por los inventores y descubridores de mecanismos y elementos mecánicos de unión.



• Respeto y reconocimiento hacia los diseñadores y técnicos que han utilizado distintos elementos de unión, tales como soldaduras, remachado, etcétera.



• Valoración del descubrimiento y empleo de los diferentes sistemas de soldadura.

13.2 Contenidos

C. Actitudes

A. Conceptos

• Elementos transformadores del movimiento:

13.3 Criterios de evaluación



– Piñón-cremallera.





– Tornillo-tuerca.



– Leva y excéntrica.

• Conocer el funcionamiento y utilidad de al menos el 60 % de los dispositivos estudiados en este tema que se emplean para la transmisión del movimiento.



– Biela-manivela-émbolo.



• Saber en qué se diferencia una leva de una excéntrica y conocer los tipos de levas más importantes.



– Trinquete y rueda libre.





• Elementos mecánicos de unión:

• Distinguir una rueda libre de un trinquete, señalando las características y aplicaciones de cada uno.



– Unión desmontable: bulones, tornillos de unión, prisioneros, espárragos, pernos, tornillos de rosca cortante y tirafondos, pasadores, chavetas, lengüetas, etcétera.



• Reconocer los elementos roscados de unión más importantes, sabiendo qué nombre recibe cada uno.



• Diferenciar entre chaveta y lengüeta y saberlas usar en una aplicación concreta.



• Aprender a unir piezas mediante unión forzada.



• Saber qué tipo de soldadura se debe utilizar cuando se quieren unir dos piezas de un material y unas dimensiones conocidas.



– Unión fija: remaches, roblones, adhesivo, soldadura y unión forzada.

B. Procedimientos

• Realización de montaje y desmontaje de elementos transformadores del movimiento, tales como rueda libre de una bicicleta, trinquete de un reloj de cuerda, etcétera.

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 14. Elementos mecánicos auxiliares 14.1 Objetivos

14

25



• Establecimiento de criterios lógicos y racionales que permitan desmontar y montar mecanismos de máquinas siguiendo una serie de pautas concretas.



• Empleo de símiles para explicar el funcionamiento de determinados mecanismos o máquinas.



• Entender la importancia de los volantes de inercia para que un árbol gire con una velocidad uniforme cuando se produzcan variaciones en el par o momento.



• Utilización y realización de fichas de mantenimiento de máquinas en las que se muestren los pasos a llevar a cabo, así como la periodicidad con la que se tienen que realizar.



• Reconocer las ventajas que aporta el empleo de cojinetes y rodamientos para evitar desgastes y pérdidas de potencia en las transmisiones.



• Seguimiento lógico para la selección de mecanismos para una tarea concreta.



• Comprender el funcionamiento de los distintos frenos empleados en máquinas.



• Valorar el empleo de elementos elásticos como medio de acumulación de energía.



• Conocer la misión y funcionamiento de los sistemas de embrague más empleados en la actualidad.



• Valorar la importancia del uso de una lubricación adecuada para alargar la vida útil de los elementos de máquinas y disminuir el rozamiento que origina pérdidas de energía y potencia, así como desgastes prematuros.

C. Actitudes

• Reconocimiento de la importancia que tiene la investigación y la tecnología en nuestro bienestar económico, social y personal.



• Admiración por el empleo en máquinas de volantes de inercia que mejoran la funcionalidad general.



• Disponibilidad para llevar a cabo las normas de seguridad cuando se emplean máquinas o mecanismos.



• Actitud positiva y abierta a la hora de abordar problemas tecnológicos relacionados con los acumuladores o disipadores de energía.



• Reconocer la importancia del mantenimiento de los elementos mecánicos de una máquina para evitar accidentes y deterioros prematuros.



• Saber interpretar planos de montaje de máquinas sencillas.



• Interés por conocer el funcionamiento de embragues y frenos.



• Aprender a identificar mecanismos reales de máquinas, sabiendo la función que realiza cada uno.



• Curiosidad por el empleo de cojinetes de fricción y rodamientos para optimizar el rendimiento general de máquinas.



• Concienciación de la importancia de un mantenimiento constante de elementos de máquinas para optimizar su rendimiento y evitar posibles averías.



• Entusiasmo a la hora de identificar mecanismos en máquinas reales y de interpretar planos de montajes.

14.2 Contenidos A. Concepto

• Acumuladores de energía: volantes de inercia y elementos elásticos.



• Elementos disipadores de energía (frenos) de zapata, disco, tambor y eléctricos. Sistemas de accionamiento.



• Embragues de dientes, disco, cónicos e hidráulicos.



• Otros elementos mecánicos: soportes, cojinetes de fricción y rodamientos.



• Saber resolver problemas relacionados con acumuladores y disipadores de energía.



• Lubricación de máquinas: manual, a presión y por borboteo.





• Mantenimiento de elementos mecánicos.

• Comprender la misión y funcionamiento de los embragues más usuales.



• Interpretación de planos de montaje de máquinas sencillas.



• Reconocer la importancia de los cojinetes y rodamientos.



• Identificación de mecanismos en máquinas reales.





• Selección de mecanismos mecánicos para una tarea concreta.

• Valorar la importancia del mantenimiento de mecanismos y máquinas, incluida la lubricación, para asegurar una larga vida de la máquinas.



• Normas de seguridad y uso de elementos mecánicos.



• Ser capaz de interpretar planos de montaje y desmontaje de máquinas sencillas.

B. Procedimientos



• Identificar mecanismos en máquinas reales de nuestro entorno.





• Aprender a emplear las normas de seguridad cuando se manejan máquinas y mecanismos.

• Realización de problemas sencillos relacionados con la acumulación o disipación de energía.

14.3 Criterios de evaluación

26

15

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 15. Circuitos eléctricos de corriente continua



• Resolución de problemas relacionados con la corriente eléctrica.



• Realización de esquemas eléctricos, utilizando la simbología normalizada.

15.1 Objetivos



• Determinación experimental, utilizando el instrumento de medida adecuado, de diferentes magnitudes eléctricas, dentro de un circuito.



• Pasos a seguir a la hora de determinar las diferentes incógnitas de un circuito empleando las leyes de Kirchhoff.



• Montaje y experimentación con circuitos eléctricos sencillos típicos de corriente continua.



• Uso adecuado de normas de seguridad en instalaciones eléctricas.



• Comprender el funcionamiento de un circuito eléctrico y diferenciar claramente sus elementos: generador, receptor, elementos de control, elementos de protección y acumuladores de energía.



• Conocer la utilidad de cada uno de los elementos de un circuito eléctrico.



• Ser capaz de resolver problemas sencillos relacionados con la corriente continua.



• Entender los conceptos de intensidad, voltaje, resistencia, potencia, energía eléctrica, ddp y fem.



• Saber cómo se pueden acoplar distintos receptores y generadores en un circuito, así como las ventajas e inconvenientes.



• Interés por descubrir el comportamiento de la electricidad en circuitos diversos.



• Aprender a resolver problemas en los que intervienen acumuladores (condensadores o pilas), así como otros receptores.



• Reconocimiento de la importancia social e industrial que supone el empleo de la electricidad como fuente de energía.



• Reconocer y saber cómo funcionan los interruptores magnetotérmicos y diferenciales.



• Actitud emprendedora y abierta a la hora de montar, experimentar y desmontar dispositivos eléctricos.



• Conocer las leyes de Kirchhoff aplicadas a una o varias mallas de un circuito de corriente continua (cc).



• Admiración por los descubrimientos y avances realizados en este campo.



• Curiosidad por descubrir el funcionamiento de dispositivos eléctricos.



• Voluntad a la hora de abordar problemas relacionados con la electricidad.

15.2 Contenidos

C. Actitudes

A. Conceptos

• El circuito eléctrico. Características.



• Magnitudes eléctricas: intensidad, voltaje y resistencia eléctrica. Ley de Ohm. Energía y potencia eléctrica.

15.3 Criterios de evaluación



• Elementos de un circuito. Acoplamiento de generadores y receptores. Elementos de control. Elementos de protección.





• Leyes de Kirchhoff aplicadas a una malla y a varias mallas.

• Saber representar gráficamente, mediante diagramas de bloques conceptuales, el principio de funcionamiento de cualquier circuito eléctrico, abierto o cerrado.



• Distribución de la energía eléctrica.



• Entender el funcionamiento de un circuito eléctrico de corriente continua.



• Simbología y esquemas eléctricos. Interpretación de planos.





• Circuitos eléctricos domésticos.



• Montaje y experimentación de circuitos eléctricos de corriente continua.

• Resolver problemas tecnológicos relacionados con la electricidad, en los que intervengan intensidad, voltaje, fem, resistencia, potencia y energía, independientemente de cómo se encuentren acoplados los generadores y receptores.



• Normas de seguridad en instalaciones eléctricas.



• Distinguir claramente todos los elementos de un circuito eléctrico, sabiendo la función que realiza cada uno.



• Entender qué funciones realizan los interruptores magnetotérmicos y diferenciales en un circuito.



• Representar esquemas eléctricos, mediante la simbología eléctrica adecuada.



• Montar circuitos sencillos y experimentar que se cumplan las leyes de Ohm y de Kirchhoff.

B. Procedimientos

• Representación, mediante diagramas conceptuales, de los distintos elementos que componen un circuito eléctrico, indicando la interrelación entre ellos, así como los símiles correspondientes.

PROGRAMACIÓN DE AULA

16

27

j Unidad 16. El circuito neumático y oleohidráulico



16.1 Objetivos

• Proceso de análisis y descubrimiento del funcionamiento interno de distintas válvulas neumáticas y oleohidráulicas.



• Conocer las unidades de presión y magnitudes fundamentales de neumática.

• Explicación del funcionamiento de circuitos neumáticos y oleohidráulicos.



• Saber cuáles son los elementos más importantes de un circuito neumático.

• Resolución de problemas sencillos relacionados con neumática e hidráulica.



• Interpretación del funcionamiento de circuitos neumáticos e hidráulicos sencillos a partir de su representación simbólica.



• Reconocer las válvulas y distribuidores de un circuito neumático por su simbología.



• Entender cómo funcionan interiormente algunos distribuidores neumáticos.



• Representar gráficamente, mediante la simbología normalizada, instalaciones sencillas neumáticas.



tos neumáticos y oleohidráulicos utilizando simbología normalizada.

C. Actitudes

• Reconocimiento de la importancia industrial del empleo del aire a presión en muchos de los procesos de fabricación y manipulación de piezas.

• Calcular magnitudes de caudal, presión, potencia hidráulica, resistencia hidráulica y caída de presión en circuitos hidráulicos sencillos.



• Curiosidad por el funcionamiento y manipulación para montar elementos neumáticos e hidráulicos reales, formando circuitos funcionales.



• Reconocer los elementos más importantes de un circuito oleohidráulico, identificando las distintas válvulas empleadas.



• Interés por conocer el funcionamiento interno de válvulas y distribuidores.



• Entender el funcionamiento de algunos circuitos oleohidráulicos básicos.



• Voluntad para incorporar términos técnicos al vocabulario ordinario.



• Colaboración a la hora de montar y desmontar circuitos neumáticos e hidráulicos, mediante diferentes elementos, en el aula-taller.



• Interés por el análisis del funcionamiento de diferentes circuitos neumáticos e hidráulicos representados sobre el papel.

16.2 Contenidos A. Conceptos

• El circuito neumático:



— Magnitudes y unidades.



— Elementos de un circuito. Producción y tratamiento del aire, redes de distribución, reguladores y elementos de accionamiento final (cilindros y motores).



— Simbología neumática.



— Montaje y experimentación con circuitos neumáticos.



• Circuitos oleohidráulicos:



— Elementos principales.



— Magnitudes: fuerza hidráulica, caudal, potencia, resistencia hidráulica, caída de presión y acoplamiento de elementos hidráulicos.



— Elementos de un circuito hidráulico.



— Circuitos oleohidráulicos básicos.

B. Procedimientos

• Montaje y experimentación de distintos circuitos neumáticos y oleohidráulicos sencillos.



• Representación secuencial y lógica a la hora de dibujar circui-

16.3 Criterios de evaluación

• Conocer las unidades fundamentales de presión y sus equivalencias.



• Ser capaz de abordar problemas sencillos relacionados con la neumática y la hidráulica.



• Reconocer los distintos elementos de un circuito neumático e hidráulico.



• Saber cómo se puede producir y tratar el aire comprimido para poder utilizarlo en equipos de neumática.



• Representar diferentes válvulas y distribuidores de manera simbólica.



• Entender el funcionamiento de un circuito neumático e hidráulico viendo su esquema correspondiente.



• Comprender cómo funciona una válvula o distribuidor interiormente.



• Experimentar diferentes circuitos neumáticos y oleohidráulicos, montando los diferentes elementos que los componen y comprobando que los resultados se corresponden con lo esperado.

28

17

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 17. Conformación de piezas sin arranque de viruta



• Descripción de los pasos seguidos para la obtención de piezas mediante los siguientes procedimientos de colada o moldeo por gravedad, en moldes permanentes, a la cera perdida, en molde que gira y por inyección.

17.1 Objetivos



• Método seguido para la obtención de piezas mediante forja, según el tipo de pieza a obtener.



• Medición de piezas utilizando los instrumentos de medida convencionales, tales como calibrador o palmer.



• Análisis descriptivo de los impactos medioambientales producidos por los distintos procesos de fabricación y búsqueda de medidas correctoras que reduzcan ese impacto o lo eviten.



• Conocer los distintos métodos de fabricación por unión.



• Saber cómo se puede obtener una pieza mediante moldeo.



• Reconocer piezas obtenidas mediante colada.



• Entender en qué consiste la laminación y qué ventajas e inconvenientes tiene este método de fabricación.



• Valorar las diferentes técnicas empleadas en el forjado de piezas.



• Reflexionar sobre la importancia de obtener piezas sin arranque de viruta, ya que contribuyen al ahorro de material y abaratamiento de costes.





• Comprender la importancia de las tolerancias en los ajustes de piezas.

• Concienciación de las ventajas e inconvenientes que supone la instalación de una fábrica para la obtención de piezas por corte o separación en zonas próximas a núcleos urbanos.





• Aprender a usar instrumentos de medida y verificación básicos en el taller.

• Valoración del desarrollo social e industrial que supone la aplicación de tecnologías como las estudiadas en esta unidad en el proceso de obtención de piezas.



• Analizar el impacto medioambiental que puede acarrear la instalación de talleres y fundiciones para la obtención de piezas sin arranque de viruta.



• Voluntad por incorporar nuevos términos técnicos aprendidos al lenguaje habitual.



• Admiración por el descubrimiento de las técnicas de colada o moldeo para la fabricación de piezas con forma compleja.



• Participación activa en los grupos de trabajo para la fabricación de un pequeño proyecto o en la realización de determinadas prácticas en el aula-taller.

17.2 Contenidos

C. Actitudes

A. Conceptos

• Fabricación de piezas por unión: ensamblado y tejidos.



• Conformación por fusión: colada por gravedad, sobre moldes de arena, a la cera perdida, en molde que gira y colada continua.

17.3 Criterios de evaluación

• Conocer en qué consiste el sinterizado y qué tipo de piezas se obtienen.



• Saber cómo se pueden obtener los tejidos, así como conocer las clases de tejidos básicos.



• Laminación en caliente y en frío.



• Forja en caliente y en frío.



• Fabricación mediante corte: corte, cizalladura y troquelado.





• Control del proceso de fabricación y calidad de la obra: concepto de tolerancia, posición de la tolerancia, indicación de la posición, tipos de ajustes e instrumentos de medida.

• Aprender a diseñar y, en algunos casos, realizar moldes para la obtención de piezas por colada.



• Diferenciar el proceso de laminación de la forja, señalando las técnicas propias de cada una.



• Impacto medioambiental de los procedimientos de fabricación.



• Entender las ventajas e inconvenientes del empleo del corte, la cizalladura y el troquelado.



• Conocer el concepto de tolerancia y saber indicar su posición.



• Manejar adecuadamente instrumentos de medida básicos (calibrador y palmer), así como instrumentos de comparación (reloj comparador).



• Valorar el impacto medioambiental producido por los distintos procesos de fabricación estudiados.

B. Procedimientos

• Proceso seguido para la conformación de piezas mediante sinterizado o metalurgia de polvos.



• Pasos a seguir a la hora de elaborar un tejido.

PROGRAMACIÓN DE AULA

j Unidad 18. Fabricación de piezas por arranque de viruta y otros procedimientos 18.1 Objetivos

18

29



• Normas de seguridad y salud en centros de trabajo.



• Impacto medioambiental de los procedimientos de fabricación.

B. Procedimientos

• Descripción de cada una de las operaciones necesarias para elaborar una pieza utilizando el método de fabricación por arranque de viruta.



• Representación gráfica de la pieza que se desea obtener, indicando sus cotas, así como la posición de la tolerancia.



• Conocer los distintos procedimientos de fabricación de piezas por arranque de viruta.



• Aprender a elegir el proceso de fabricación más adecuado a la hora de obtener una pieza.



• Utilizar adecuadamente, siguiendo las normas de seguridad pertinentes, las herramientas más usuales.



• Normas a seguir para un uso correcto de sierras, limas, machos y cojinetes (terrajas) de roscar.



• Saber qué herramienta podría resultar más adecuada para la fabricación de una pieza, dependiendo de la precisión requerida, la forma de la pieza, el material a trabajar, etcétera.



• Determinación del número de revoluciones con que debe girar la herramienta o pieza cuando se está utilizando una máquinaherramienta.



• Identificar el sistema de rosca correspondiente a un tornillo o tuerca, así como su diámetro nominal y paso.





• Aprender a realizar una rosca mediante machos de roscar y terrajas.

• Establecimiento de las normas a seguir a la hora de utilizar una determinada herramienta, durante la fabricación de una pieza, con objeto de evitar accidentes.



• Determinar qué tipo de piezas se pueden realizar en cada una de las máquinas herramientas tradicionales.



• Saber, de manera básica, en qué consiste la fabricación automatizada mediante CNC y qué ventajas aporta.



• Entender las nuevas técnicas de acabados de piezas.

C. Actitudes

• Reconocimiento de las técnicas de fabricación empleadas por nuestros antepasados en la fabricación de dispositivos y máquinas, que tanto han contribuido al desarrollo tecnológico actual y a la emancipación del ser humano.



• Concienciación de la importancia de la elección del procedimiento de fabricación más adecuado para la obtención de productos competitivos y de gran calidad.



• Visualización de la tendencia futura de fabricación de productos por arranque de viruta.



• Curiosidad por conocer las diferentes máquinas y técnicas de fabricación de piezas por arranque de viruta.



• Reconocimiento de la importancia de utilizar normas de seguridad adecuadas en el centro de trabajo.

18.2 Contenidos A. Conceptos

• Aserrado. Características y técnicas.



• Limado.



• Concepto de rosca. Características de una rosca. Sistema de roscas e identificación. Fabricación de tornillos y tuercas.



• Mecanizado de piezas mediante máquinas-herramienta:



— Taladradora: fijación de la pieza, cálculo del número de revoluciones (rpm).



— Torno. Principio de funcionamiento. Formas de las piezas a obtener.



— Cepilladora y lijadora. Características.



— Fresadora.



— Limadora y rectificadora.



• Fabricación de piezas mediante separación por calor:



— Oxicorte.



— Hilo caliente.



— Plasma y láser.



• Fabricación totalmente automatizada mediante CNC.



• Mejoras técnicas de productos acabados.



• Desarrollo de productos.

18.3 Criterios de evaluación

• Conocer, de manera general, cada uno de los procedimientos de fabricación estudiados a lo largo de la unidad.



• Saber utilizar adecuadamente las herramientas manuales empleando las normas de seguridad pertinentes.



• Identificar roscas mediante alguno de los procedimientos estudiados.



• Determinar qué herramienta o máquina sería más apropiada para fabricar una pieza con una forma determinada.



• Averiguar el número de revoluciones con que deberá girar la herramienta o pieza que queremos fabricar.



• Saber en qué consiste el CNC.



• Señalar qué técnicas modernas se emplean para el acabado de piezas.

S O L U C I O N A R I O L I B R O

01

EL MERCADO Y LA ACTIVIDAD PRODUCTIVA

j Actividades propuestas Página 9

33

• Una curva de oferta horizontal refleja que el precio es igual, independientemente de la cantidad de productos ofertados en el mercado.

Página 12

2. No corresponde a ninguno de los estudiados, ya que no se cumplen los tres principios de cada uno. a) Capitalista: no era un trabajo asalariado ni los factores de producción eran privados. b) Socialista: no había un trabajo asalariado (eran esclavos y no cobraban). c) Mixto: no había un trabajo asalariado ni los factores de producción eran mixtos (estatales y de particulares), sino del Estado. 3. Estaríamos en el caso de competencia desleal o monopolio. Esto es muy peligroso, ya que los precios los establecería la empresa dueña de los supermercados y no el mercado, con lo que los precios de los productos serían muy altos. 4. Algunos de los muchos sectores de oligopolio, a nivel mundial, pueden ser: •  Energía en Rusia. •  Cadenas de televisión en España. •  Productos transgénicos en EE.UU. •  Bebidas refrescantes en Perú. •  Distribución farmacéutica en México.

Página 11

9. a) b) c) d) e)

Secundario. Primario (producción) y terciario (venta). Terciario. Secundario. Primario (extracción), secundario (transformación) y terciario (venta). f) Primario. g) Terciario. h) Terciario. 13. El punto de equilibrio se encuentra donde la cantidad ofertada es igual a la cantidad demandada. Corresponde al punto 1 525 unidades al precio de 8,80 €. Precio

1. a) Capitalista: EE.UU., Gran Bretaña. b) Socialista: Corea del Norte y Cuba. c) Mixto: España, Francia y Alemania.

9 8,80 8,35

Oferta

Demanda

1 325

1 525 1 400

2 100

Cantidad

Página 13

5. • Sistema capitalista: los precios los establece la oferta y la demanda, es decir, los consumidores y productores de bienes o servicios. • Sistema socialista: los precios los establece el Estado. • Sistema mixto: algunos precios pueden ser fijados por el Estado. Sobre todo los de productos básicos, como la gasolina, el pan, el azúcar, etcétera. 6. Ganancia por unidad = 4,99 – 3,50 = 1,49 €. Ganancia total = 15 000 · 1,49 = 22 350 €. 7. No se producen ni pérdidas ni beneficios, ya que en el precio de coste (Pc) se incluyen todos los gastos de producción, así como los impuestos.

Precio

8. • Una curva de demanda vertical indica que la cantidad de productos demandados no varía aunque se produzca una bajada en los precios.

Demanda

Oferta

Cantidad

15. Estos puestos exigen una dedicación plena que no se pueden permitir muchas mujeres con hijos pequeños. El periodo de ascenso para ocupar estos puestos coincide, en general, con la etapa de procreación, con la que no suele ser compatible. Socialmente, todavía no está bien visto que el gabinete de un determinado gobierno esté compuesto en su mayoría por mujeres.

Página 15 17. a) S on partes alícuotas en las que se divide el capital de una empresa. Tienen un valor nominal que da derecho a la participación proporcional en el capital de la empresa. b) Sirven para crear o financiar inicialmente una empresa. c) S e compran y venden en el mercado de valores (mercado primario y mercado secundario). En el mercado primario o de emisión, se emiten y se venden por primera vez y se realiza a través del sistema financiero que actúa como intermediario. En el mercado secundario o de negociación o compraventa, se venden después de la emisión (segunda mano) y se efectúa en la bolsa, que hace de intermediario. d) P ara que una empresa pueda emitir acciones debe poseer capital social, es decir, debe estar constituida como uno de los siguientes tipos de empresa: comanditaria por acciones,

34

01

EL MERCADO Y LA ACTIVIDAD PRODUCTIVA

sociedad anónima o sociedad anónima laboral. Cada tipo de empresa posee un capital social mínimo determinado; las acciones que pueda emitir serán proporcionales a dicho capital.

Página 18 8. a) 1

Empresa artesanal: •  Baja productividad. •  Mayor compañerismo (contacto personal). • Está formada por artesanos que utilizan y conocen muchas técnicas manuales. b) Empresa de producción en serie: •  Cada trabajador se especializa en una tarea concreta. •  El contacto personal entre los trabajadores es menor. 19. Tecnología clave: es aquella tecnología que se ha comprobado que funciona adecuadamente en sectores específicos y a la que se le augura un futuro prometedor. La empresa que adopte este tipo de tecnología será competitiva en el mercado. Tecnología básica: está al alcance de todos, por lo que una empresa que la tenga nunca va a ser tan competitiva como otras del mismo sector que hayan adoptado tecnologías clave. 20. La investigación es extraordinariamente cara. Para invertir en investigación hay que disponer de enormes recursos económicos. Las pequeñas y medianas empresas (pymes) no se lo pueden permitir normalmente. Lo que hacen es comprar esa tecnología, pero es necesario que alguien las oriente sobre qué tecnología emergente o clave es la más adecuada para su actividad, y son los llamados «Parques Tecnológicos» los que, junto con las universidades y empresas especialistas privadas, se encargan de realizar esta labor.

3. La cadena de montaje normal crea los puestos directamente. 2 Las cadenas de montaje automatizadas necesitan: — Personal que diseñe la maquinaria que se va a utilizar. — Trabajadores que fabriquen las máquinas que se van a emplear. — Personal que se ocupe de la instalación de la maquinaria. — Programadores que las hagan funcionar. — Personal que controle el buen funcionamiento de esas máquinas.

j Problemas propuestos Página 20 2. Que las dos personas siempre salen ganando: • No pagan impuestos por la transacción (que generalmente es del 16 %). • Las dos personas adquieren un producto o servicio que deseaban adquirir y se desprenden de otro que valoran menos. • Hay menos despilfarro de productos. Lo que ya no vale para mí, puede tener un gran valor para otro y, a cambio, puedo conseguir algo que necesito o deseo. • En España hay poca tradición cultural de vender o cambiar productos, y si se hace a través de un intermediario, será éste el que se lleve la mayor parte de las ganancias. 3.

Características • Mercado de libre empresa.

Capitalista

• Factores de producción privados. • Trabajo asalariado.

21. •  Cuadro (lienzo). •  Armario empotrado. •  Botijo. •  Rejas de una casa. •  Casa y todos los elementos que contiene.

• No hay mercado libre. Socialista

• Los factores de producción son estatales. • El trabajo es asalariado.

22. a)

Análisis de: •  Número de empleados de que dispone y número ideal. •  Grado de formación y profesionalidad de los empleados. •  Grado de eficiencia de los empleados. • Productos de que dispone y productos que demandan los clientes. •  Colocación idónea de productos. •  Grado de información suministrada. •  Calidad de los productos exigidos y demanda requerida. •  Etcétera. b) Estudio comparativo de otros supermercados de la zona: •  Proximidad. •  Productos que ofertan (variedad y calidad). •  Atención que ofrecen al cliente. •  Precios de los productos. c) Posibles mejoras: • Mayor número de cajas abiertas o su automatización para evitar colas. •  Pago mediante tarjetas. • Reorganización del supermercado, agrupando y separando productos de primera necesidad, según interese su venta o agilice las compras. •  Etcétera.

Sistema

• Mercado de libre empresa. Mixto

• Los factores de producción son mixtos. • El trabajo es asalariado.

4. Los factores de producción son: •  Tierra (solares, edificios, fábricas, etcétera). •  Capital (dinero, acciones, bonos, etcétera). •  Trabajo (mano de obra de trabajadores especializados). 5. Las leyes básicas son las siguientes: a) Cualquier individuo mayor de edad puede vender o comprar libremente bienes y servicios. Solamente es necesaria una serie de acciones burocráticas para legalizar la actividad. b) A nivel estatal, regional o local, tiene que haber más de una empresa o individuo que ofrezca los mismos servicios o productos. A veces, en localidades muy pequeñas, no se puede cumplir esta ley básica por falta de actividad o de personas o empresas interesadas en ello.

c) M  ovilidad de los factores productivos. No puede haber restricciones para que una empresa o individuo ofrezcan productos o servicios o para que dejen de hacerlo («cierre de empresa»).

EL MERCADO Y LA ACTIVIDAD PRODUCTIVA

6. a) Mercado de competencia perfecta: hay muchos compradores y vendedores de productos y servicios que compiten entre ellos. b) Monopolio: solamente hay un vendedor, individuo o empresa del producto o servicio. Ejemplo: la red ferroviaria en España, autobuses interurbanos (que hacen el trayecto entre dos o más pueblos o ciudades). c) Oligopolio: cuando hay muchos compradores y pocos individuos o empresas que suministren el producto o servicio que demandan. Ejemplo: petroleras, empresas de electricidad, cadenas de televisión, operadoras de telefonía móvil, etcétera. 7. Oferta: es la cantidad de un mismo producto o servicio que pueden suministrar las personas o empresas al mercado en un momento determinado. Demanda: es la cantidad de bienes o servicios que están dispuestos a adquirir los compradores en un momento determinado. 8. Es la facilidad que tiene un individuo o empresa para ofertar productos o servicios más baratos que otros de la competencia, obteniendo un beneficio aceptable. 9. Los individuos o consumidores demandan de las empresas bienes (productos o servicios). Las empresas demandan de los individuos (trabajadores y también consumidores) mano de obra (asalariados), mediante un pago a cambio del trabajo o servicio. 10. Las empresas ofertan a los individuos (consumidores) productos y servicios (bienes). Los individuos (trabajadores) ofertan a las empresas mano de obra especializada. 11. Al precio que cuesta fabricar un producto u ofrecer un servicio concreto. En este precio estarían incluidos el precio de los materiales, la mano de obra, la reposición de maquinaria y herramientas, el alquiler de locales, los impuestos directos e indirectos, etcétera. 12. Lo establece la oferta y la demanda, es decir, las empresas o individuos que lo ofertan y los consumidores que lo demandan. 13. • Cuando hay poca oferta en el mercado de un producto, el precio aumenta hasta que el número de personas interesadas disminuye, encontrándose un punto de equilibrio. • Le ocurriría exactamente lo mismo. Los precios subirían. Un ejemplo típico de mucha demanda de productos ocurre en Navidad, con los pescados y mariscos. Aunque las empresas aumentan mucho la oferta, generalmente la demanda es mucho mayor (interés de los consumidores por adquirir esos productos), con lo que el precio de mercado se eleva. 14. Sectores: a) Primario (agropecuario): agricultura, caza, silvicultura, pesca, minería, pozos de petróleo y gas natural. b) Secundario (industrial): todas aquellas actividades económicas en las que hay una transformación de la materia prima. c) Terciario (servicios): satisfacen necesidades no tangibles (educación, deportes, salud, jardinería...).

01

35

5. • Incompatibilidad de las tareas familiares con las laborales. 1 •  Discriminación debida al género. •  Reminiscencia de ciertos patrones culturales o sociales. 16. Se muestra en la Tabla 1.3 de la página 14 del libro de texto. 17. Tiene cuatro fases: a) Tecnologías emergentes: son aquellas tecnologías de muy reciente aparición. Se cree que pueden tener un gran futuro, pero todavía no se han experimentado. Para una empresa puede ser una apuesta fuerte, con un alto riesgo. De no salir bien, puede hundir la empresa, ya que su implantación es muy cara. b) Tecnologías clave: se conocen ya resultados satisfactorios de aplicación de esta tecnología, pues ya han sido experimentadas. Son muy competitivas en el mercado, y aunque su implantación resulta cara, compensa. c) Tecnologías básicas: son tecnologías muy extendidas y baratas. Son las que utilizan la mayoría de los individuos y empresas. Su adopción no tiene ningún riesgo, pero son poco competitivas. d) Tecnologías auxiliares: son tecnologías obsoletas. Se suelen emplear para complementar a las demás. Un ejemplo podría ser el empleo de una mula para labrar la tierra y sembrar pimientos que se van a comercializar. 18. Es una organización de individuos, técnicos y científicos altamente cualificados que colaboran con universidades y centros de investigación, transmitiendo tecnologías nuevas a las empresas para fomentar su innovación y competitividad. Las grandes beneficiadas son las pymes. 19. Es un proyecto de investigación, desarrollo e innovación. Para llevar a cabo estos proyectos de I+D+I se debe: 1.º Hacer un análisis profundo de la tecnología que está empleando la empresa. 2.º Ver qué tecnología están utilizando las empresas de la competencia. 3.º Desarrollar estrategias posibles de aplicación de una determinada tecnología. 4.º Valorar qué mejoras se van a conseguir y cómo se van a llevar a cabo para ser más competitivas (innovación). 0. a) 2 b) c) d)

Aumento de la competitividad. Mejorar la calidad y la seguridad. Mayor productividad. Reducción de costes.

1. a) Fabricación artesanal. 2 b) Fabricación en serie (cadena manual). c) Producción automatizada (cadena automatizada). 22. Dejaría de ingresar grandes cantidades de dinero, que tendría que recaudar de otra manera (impuestos directos). En muchos casos, cuando las compraventas se hacen entre particulares y no se trata de cantidades importantes, no se paga el IVA. Este es el caso de artículos de segunda mano que se suelen comprar y vender en los rastros.

EL MERCADO Y LA ACTIVIDAD PRODUCTIVA

ducto al ser mayor el beneficio unitario, con lo que habrá en el mercado una cantidad mayor de producto. Si el precio de venta es P1, las empresas ofrecen una cantidad C1 del producto. Si el precio es mayor (P2), el beneficio unitario es mayor, con lo que las empresas ofrecerán una mayor cantidad del producto, y habrá además más empresas interesadas en ofrecer ese producto.

P1

C1

28. Si la demanda por parte de los consumidores es escasa, la em-

presa vende poco, con lo que obtiene poco beneficio. Tiene varias opciones, pero una de las más idóneas consistiría en disminuir el precio del servicio o producto que ofrece. Si está vendiendo C1 productos a P1 euros y quiere vender más, baja los precios a P2 euros, con lo que las ventas aumentarán (promociones, ofertas 3×2, etcétera).



De esta manera, aunque se gane menos por unidad vendida, se obtendrá un mayor beneficio al vender más unidades. Demanda

P1

P2

25. a) Monopolio: Canal Digital, la red ferroviaria y servicios aé-

26. Elevando el precio. A medida que el precio sube, ciertos consu-

midores optan por otro alimento, de características semejantes, y que le solucione su problema o necesidad, con lo que la demanda disminuye y el mercado puede equilibrarse de nuevo. El gran problema puede surgir cuando se trate de un producto básico e insustituible.

Página 21 27. Esta curva tiene pendiente positiva, es decir, que cuanto mayor

es el precio de venta de un determinado producto, mayor es el interés que tienen las empresas en fabricar y vender dicho pro-

C1

C2 Cantidad

29. El punto donde se corta la curva de oferta y demanda dará el precio de equilibrio. Precio

reos entre ciudades pequeñas. b) Oligopolio: compañías aéreas, compañías de telefonía móvil y grandes centros comerciales. c) Mercado perfecto: restaurantes, cafeterías, tiendas de ropa, etcétera.

Cantidad

C2

6 5,55 5 4

Oferta

Demanda

3

Cantidad

700

Sistema capitalista Sistema socialista • Cualquier individuo • El precio de los productos y puede comprar servicios es muy o vender lo que estable. quiera. • Los bienes básicos • Incentiva la tienen precios muy productividad, bajos para que por lo que los Ventajas toda la población trabajadores se tenga acceso a sentirán más ellos (educación, estimulados, ya sanidad, que, si trabajan alimentación, más, cobrarán más. vivienda, etcétera). • Hay muchísimos • Los productos productos que son básicos pueden muy difíciles de tener precios altos, adquirir. fuera del alcance • Los trabajadores de un sector de Inconvenientes no se sienten la población (de estimulados, ya bajos ingresos). que cobrarán lo Esto puede originar mismo rindiendo pobreza y miseria. más o menos.

Oferta

P2

Precio

24. 

Precio

b) La empresa de fontanería que se encuentra en un país capitalista será propiedad de uno o varios individuos. El precio de los servicios ofrecidos dependerá del mercado (se puede pedir presupuesto, y si es mucho lo que piden, se recurre a otra empresa de fontanería). Lo que cobra el trabajador es fruto de un acuerdo entre la empresa y el trabajador (convenios).

300 343 400 450 500

23. a) Si el sistema socialista es puro, esta empresa de fontanería será de propiedad estatal, por lo que los precios de los servicios ofrecidos los establece el Estado y las ganancias son para el Estado. Los trabajadores asalariados (fontaneros) recibirán un sueldo, que también lo decide el Estado (la huelga no se considera un derecho para reivindicar la subida de salarios).

150 200

01

36

EL MERCADO Y LA ACTIVIDAD PRODUCTIVA

— Precio de equilibrio: 5,00 €. — Unidades vendidas en ese punto de equilibrio: 343.

30. a) Presentador de televisión: terciario. b) Policía: terciario. c) Reparador de televisores: terciario. d) Sastre: secundario. e) Banquero: terciario. f) Pescador: primario. g) Minero: primario. h) Podador: primario. i) Administrativo de una compañía de gas natural: terciario. j) Profesor: terciario. 31. Cuando se vende por debajo del precio de coste.

32. Los diferentes estadios o ciclos de las tecnologías no tienen

un tiempo de vida medio; el tiempo de duración de cada una de ellas dependerá de que aparezcan o no nuevas tecnologías. En general, en la actualidad, evolucionan con gran rapidez, porque día a día se están realizando nuevos descubrimientos, pero no se puede establecer el tiempo de duración de cada una de ellas.

33. Actualmente, la mayoría de las empresas todavía no recurre nor-

malmente a los servicios de los Parques Tecnológicos, pero cada vez la competencia es mayor, los precios de los productos y servicios son menores y los sueldos más altos. Muchas de ellas, si quieren sobrevivir, tendrán que adoptar tecnologías nuevas y buscar asesoramiento sobre la solución más idónea para su caso.

01

37

acciones como pueda y el resto lo pueden ofrecer a otras personas. Los beneficios obtenidos se pagan a los accionistas por cada acción que tengan. b) Tres personas que quieren montar una fábrica de bicicletas. Pueden optar por una sociedad limitada (SL), una sociedad civil o sociedad colectiva. c) Una familia que desea abrir una cafetería. Si tienen varios hijos mayores de edad y en total son cinco o más personas, pueden montar cualquier tipo de empresa. Normalmente, este tipo de empresas suele ser de carácter individual, en las que el cabeza de familia figura como titular. d) Treinta compañeros de clase... Con grupos tan numerosos, la mejor solución puede ser montar una empresa SA, SL, sociedad cooperativa (los trabajadores son los propios dueños) o sociedad comanditaria.

j Actividades de ampliación 1. Acude a un mercado durante varios días y observa los precios.

•  ¿Qué observas? •  ¿Se mantienen los precios? •  ¿Por qué crees que ocurre esto?

2. Define oferta y demanda con tus propias palabras.

34. — Bolígrafo. — Móvil. — Ordenador. — Televisión. — Coche (algunas partes).

j Evaluación 1. Imagina que un producto cuesta 4 € y que por cuestiones comerciales se baja su precio a 2,5 €. Suponiendo que el precio de coste es de 1 €, ¿cuántos hay que vender al nuevo precio para obtener el mismo beneficio que cuando antes se vendían 1 000 unidades?

35. No. Eso constituye una competencia desleal, ya que el objetivo

no es bajar los precios para ser más competitivo, sino para romper una de las leyes básicas del sistema capitalista. Desgraciadamente, hace unos años, en España hubo varias denuncias a una determinada panadería desleal de una capital de provincia por vender las barras de pan a un precio inferior al de su coste.

36. El punto de equilibrio es muy poco estable. Constantemente

está fluctuando. Hay productos, tales como pan, butano, etc., cuyo precio suele estar estable durante más tiempo; sin embargo, otros productos, tales como frutas, verduras, pescado, etc., varían constantemente de precio.

38. a) Ocho amigos que desean abrir una discoteca. Legalmente podrían montar cualquier tipo de empresa o sociedad, excepto la individual.

• Sociedad anónima: el dinero necesario lo aportan entre los ocho amigos. Cada uno colaborará según sus capacidades. Por ejemplo, si necesitan 500 000 €, pueden hacer 500 000 acciones de 1 € cada una. Cada uno de los amigos comprará tantas

2. Di a qué sector productivo pertenecen las siguientes empresas,

razonando la respuesta: a) Renfe. b) Peluquería. c) Pastelería.

3. Realiza un posible organigrama de una empresa que se dedique a la venta telefónica de productos.

4. ¿Cuál es el número mínimo de empleados de una gran empresa? a) 200. b) 250. c) 300.

5. Cuando un mercado no permite el capital privado se llama... a) Capitalista. b) Socialista. c) Mixto.

38

01

EL MERCADO Y LA ACTIVIDAD PRODUCTIVA

j Soluciones actividades de ampliación 1. Los precios de cualquier producto (especialmente los produc-

tos frescos, como verduras, carne, etc.) varían casi diariamente. Esto ocurre por las leyes que marca el mercado, que hacen que para ajustar los artículos a la oferta y demanda haya que modificar también los precios.

2. Oferta: número de unidades de un producto o servicio que hay

en el mercado en un momento determinado. Demanda: cantidad de bienes o servicios que quieren o están dispuestos a adquirir los consumidores en un momento determinado.

j Soluciones evaluación 1. Con el precio inicial el beneficio es:

Beneficio = (4 − 1) · 1 000 = 3 000 € (2,5 − 1) · N = 3 000, luego N = 2 000 unidades

2. a) Terciario.

b) Terciario. c) Secundario.

3. Un posible organigrama de la empresa podría ser:



• Producción: personas que fabrican y seleccionan los productos. • Director o gerente comercial: personas que dirigen y coordinan la producción. • Administración: encargados de la contabilidad, compras, etcétera.

4. b) 250. 5. b) Socialista.

02

DISEÑO Y MEJORA DE LOS PRODUCTOS

j Actividades propuestas

39

€

Página 28 1. •  Carretilla de madera. Ahora existen carretillas de plástico o metal. •  Ropa (fibras artificiales que mejoran la resistencia, tacto, durabilidad). •  Tuberías o cañerías (plomo y madera, cobre y polietileno). •  Estufas. Con los mismos materiales se han mejorado los rendimientos. •  Bombillas. Han aparecido en el mercado lámparas de bajo consumo que ahorran hasta el 80 % de energía. 2. •  Submarino. Imita a los peces, especialmente a los delfines. •  Aviones de combate. Imitan el vuelo de ataque de los halcones. •  Panales de avispas y abejas. Son imitados en la fabricación de estructuras resistentes (interior de puertas de interior no macizas). 3.

Tormenta de ideas

2 000

Cantidad

7. a) La demanda se puede determinar mediante:

•  Consulta de datos del Ministerio de Educación y Consejerías referente al número de alumnos que están matriculados en primero de bachillerato en España.



•  Ir a cada uno de los centros y enterarse de cuántos alumnos hay en cada curso de Tecnología Industrial.

b) La oferta se puede determinar:

Pensamiento crítico

•  Cada miembro de un grupo aporta ideas o soluciones sin razonarlas.

•  Cada idea aportada es previamente analizada y razonada.

•  Solamente se admiten •  Todas las ideas aportadas, ideas lógicas y racionales. por absurdas que parezcan, son admitidas. •  Se analiza y critica en profundidad cada una de •  Al final se analizan todas las ideas aportadas. las propuestas y se critican en profundidad todas las ideas, pudiendo surgir otras nuevas.

4. El alumno realizará los pasos siguiendo las indicaciones que se dan en la página 26 del libro de texto.

•  Detectando cuántas editoriales venden libros de texto en el mercado español.

Página 31 8. •  Bocetos: dibujos hechos a mano alzada. •  Croquis: dibujos delineados en los que se representan las vistas del objeto que se va a fabricar, perfectamente acotado. •  Perspectiva: dibujo en tres dimensiones (caballera, axonométrica o cónica) que permite visualizar los objetos de forma completa. Modernamente se emplean, casi exclusivamente, programas de CAD.

5. El punto de umbral se encuentra en el centro de las coordenadas.

•  Simulación de ensayos: programas informáticos que capturan los datos procedentes de un programa CAD y son capaces de determinar su comportamiento real, como si la pieza u objeto ya estuviese construido.

Los beneficios se empiezan a obtener a partir de la primera unidad vendida.

9.

os

es gr In

s

cio efi n e

B

Gastos

6. (N · 1,5) + 2 000 = N · 5 2 000 = N · 5 – N · 1,5 = N (5 – 1,5) N = 571,43 unidades = 572 unidades. Los ingresos obtenidos cuando se alcanza el umbral de rentabilidad son de 572 · 5 = 2 860 €.

40

02

DISEÑO Y MEJORA DE LOS PRODUCTOS

Página 33

do el número de trabajadores y las máquinas empleadas, así como su potencia, se puede determinar, antes de fabricar un producto, el precio final previsto. De esta manera se tendrá claro si un producto resulta competitivo o no en el mercado.

10. a) Cuando alguien se quiere hacer una casa. Arquitecto. b) Si se va a habilitar un local para montar un bar o discoteca. Ingeniero eléctrico. c) Cuando se va a hacer un puente. Ingeniero de caminos. 11. Los proyectos tienen como objetivo la optimatización de los recursos empleados; por ello, se deberán considerar los siguientes aspectos: •  Justificar la razón por la que se va a fabricar un producto nuevo o modificar uno ya existente. •  Ventajas que supone el nuevo producto. •  Pequeño resultado del análisis del mercado al que se destina.

j Problemas propuestos Página 38 1. Son cinco: •  Estudio de mercado. •  Desarrollo de productos. •  Planificación.

•  Cuál es el ciclo de vida del producto fabricado, señalando el tiempo de duración previsto, sistema de reciclaje, etcétera.

•  Producción (fabricación).

•  Precio de coste y precio de mercado previsto. También se puede indicar qué incidencia se prevé que tenga en el mercado, así como los de la competencia.

2. •  Imitar productos ya existentes u otros creados por la naturaleza.

12. a) Memoria descriptiva: define la ubicación del proyecto, los objetivos que se quieren alcanzar con él, la normativa aplicable y las características generales del producto a fabricar o construir.

•  Tormenta de ideas.

b) Memoria constructiva: justifica los materiales empleados, las formas adoptadas, las características técnicas, las fases de fabricación, el plazo previsto, etcétera. 13. El visto bueno o aprobación será realizado por la directiva de la fábrica, previa consulta con todo el personal cualificado.

•  Venta y reciclado.

•  Aplicar las nuevas tecnologías. •  Pensamiento crítico. 3. Se emplean dos métodos, el método de ensayo-error y el método científico (véase página 26 del libro de texto). 4. a) Consiste, básicamente, en analizar cada uno de los siguientes aspectos para saber si un producto va a tener éxito o no al comercializarlo. b) Los aspectos que se analizan son:

•  Umbral de rentabilidad: corresponde al número mínimo de artículos que se han de vender para igualar los gastos a los ingresos.



•  Demanda y oferta: determinar el número de personas interesadas en la compra de ese producto y averiguar cuántas empresas suministran dicho producto y qué penetración de mercado tiene cada una (el porcentaje que vende cada una).



•  Factibilidad: averiguar qué inversiones tiene que hacer la empresa para poder producir ese producto.



•  Análisis de consumo: determinar los intereses de los consumidores que serán potenciales clientes.



•  Tendencias estacionales, modas, etcétera.



• Análisis o experimentación de campo, en zonas geográficas determinadas para detectar el grado de aceptación del producto.



•  Informe permanente del mercado (realimentación o feed back), que señale cómo se están produciendo las ventas, para ajustar el ritmo de producción.

Página 36 14.

Refuerzo



RF1 Cortar

R1 Cortar

S1 Corte



RF2 Pintar

R2 Fresar

S2 Fresado

R3 Pintar

S3 Taladro



Repisa

Tornillos



Soporte

Cubretornillos

S4 Pintar



S5

Montar y atornillar

S6

Colocar cubretornillos

15. •  Señala qué máquinas, herramientas y personal cualificado se necesitan para fabricar cada una de las piezas que componen el producto que se quiere fabricar y comercializar. •  Refleja el recorrido que sigue un material hasta convertirse en una pieza, así como los tiempos de fabricación empleados en cada fase, señalando los tiempos de espera, qué piezas se deben acoplar entre sí y en qué momento, así como el tiempo total necesario para fabricar el producto. Determinado el tiempo que se empleará para fabricar un producto y conocien-

5. El umbral de rentabilidad, o Break-Even-Point (BEP), es el número mínimo de artículos que se han de vender para igualar los gastos realizados con los ingresos obtenidos.

DISEÑO Y MEJORA DE LOS PRODUCTOS

6. La Ley de Propiedad Industrial española recoge cuatro títulos de propiedad industrial: invenciones industriales, signos distintivos, modelos y dibujos industriales (esculturas, logotipos, etc.) y productos semiconductores. 7. Es un reconocimiento público de un invento. Al inventor se le concede una vigencia de veinte años para que pueda explotar en exclusiva su invento, impidiendo que otros puedan fabricarlo, venderlo o utilizarlo sin su autorización.

•  Organismos nacionales (en España es AENOR). 21. Es el organismo nacional de normalización, encargado de elaborar las normas UNE (Una Norma Española). En las normas UNE se establecen los requisitos que deben cumplir los productos, así como la forma de representarlos, entre otras cosas. 22. Las marcas de certificación AENOR más importantes son: •  Marca de calidad.

9. Tienen una duración de diez años.

•  Marca de empresa registrada.

1. •  Diseño. 1 •  Fabricación de maquetas. •  Fabricación de prototipos. 12. a) Consiste en definir las características del producto a realizar, tales como estética, partes funcionales, medidas y materiales.

•  Marca de seguridad. •  Marca de medio ambiente. 23. Un proyecto técnico es un documento en el que se incluyen gráficos, textos, dibujos, fotografías, etc. En él se reflejan el problema existente y la forma de resolverlo. 24. Se deberá hacer un estudio preliminar del producto que se va a fabricar, referente a: •  Necesidad de fabricación. •  Ventajas e innovación del nuevo diseño.

b) Son programas de simulación de ensayos mecánicos.

•  Mercado al que se destina.

3. •  El proceso de fabricación elegido. 1 •  La facilidad de montaje y desmontaje. •  Ergonomía. •  Que tengan una estética agradable. •  Resistencia. •  Normalización.

•  Ciclo de vida medio.

14. Maqueta: son reproducciones del producto realizadas a escala, en tres dimensiones; cuando el objeto no es muy grande o pequeño, se realizan a escala natural. Reflejan todos los detalles constructivos, pero sus partes no son funcionales, excepto algunas. Los materiales empleados suelen ser papel, cartón, arcilla, etcétera. Prototipo: corresponde a las primeras unidades fabricadas, antes de proceder a la fabricación en serie. Se trata, por tanto, de productos totalmente funcionales con los materiales reales. 5. •  Maquetas sencillas. 1 •  Maquetas completas. (Véase página 30 del libro de texto.)

41

20. •  Organismos internacionales (tales como ISO y CEN).

8. Protege el esquema de trazado de las distintas capas y elementos que componen el circuito impreso. 10. Se analiza en el departamento de I+D+I (perteneciente a la Oficina Técnica), para que procedan al desarrollo del producto.

02

•  Precio unitario del producto final. (Véase la Tabla 2.3 de la página 32.) 25. •  Memoria descriptiva del producto a fabricar. •  Memoria constructiva = cálculos. •  Pliego de condiciones. •  Planos. •  Presupuesto. 26. a) Necesidades de energía, superficie, equipos, maquinaria, personal, etcétera. b) Materias primas necesarias. c) Diagramas de flujo y hojas de proceso. d) Tecnología necesaria (¿está patentada?). e) Incidencias sociales, económicas, medioambientales, etcétera. 27. Contiene:

16. Para proporcionar información en tres dimensiones sobre el producto final.

•  Ubicación donde se va a llevar a cabo el proyecto (fábrica, parcela, local, etcétera).

17. Para someterlo a todo tipo de pruebas y verificar que cumple las condiciones fijadas inicialmente. En caso negativo, se corrigen los defectos antes de pasar a la fabricación en serie.

•  Normativa referente a ese producto.

18. Consiste en que una serie de consumidores utilicen el producto durante un tiempo y observen cuáles pueden ser las virtudes y los defectos del producto antes de su comercialización. 9. •  Simplificar. 1 •  Unificar. •  Especificar. (Véase página 31 del libro de texto.)

•  Objetivos que se pretenden alcanzar con su fabricación. •  Nombre del promotor o departamento que se encargará de fabricar el producto. •  Características generales del producto que se va a crear. 28. •  Qué elementos o piezas del producto se van a adquirir de otras empresas, por ejemplo, tornillos, pasadores, muelles, etcétera. •  Cuáles son las distintas fases que conlleva la fabricación de un producto.

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02

DISEÑO Y MEJORA DE LOS PRODUCTOS

•  Elaboración del diagrama de flujo de fabricación y montaje de todas y cada una de las piezas que componen el conjunto.

j Evaluación

29. Consiste en señalar qué operaciones se realizan con cada una de las máquinas por las que va pasando el producto que se está construyendo.

1. Se decide hacer un curso de cocina en vídeo que cuesta 60 000 €, más el precio del embalaje y la distribución, que es de 3 € por unidad. Si el precio de venta es de 18 €, ¿cuántos vídeos hay que vender para amortizar el lanzamiento?

A cada una de las actividades que se realizan con una máquina se le denomina operación. Al conjunto de todas las operaciones de fabricación y montaje que se realizan en la misma máquina se le denomina fase. 30. a) Es una representación gráfica del seguimiento de cada una de las piezas que forman el conjunto, desde que se realiza la primera fase hasta que se acopla en el conjunto final.

2. Imagina que tienes que diseñar un secador de pelo. Sigue los pasos del método científico para realizar el proceso. 3. Imagina que deseas construir la siguiente pieza de madera:

b) Véase página 35 del libro de texto.

Página 39 32. Es un reconocimiento público de un invento, dibujo, escultura, marca, nombre comercial, etcétera. Se registra en la Oficina de Patentes y protege a su inventor de personas no autorizadas que intenten fabricarlo y comercializarlo. 35.

Realiza el diagrama de flujo del posible proceso de fabricación que seguirías. 4. ¿Cómo se llama el principal organismo internacional dedicado a la normalización? a) UNE. b) ISO. c) AENOR.

2 500 €

5. En un proyecto técnico, ¿cómo se llama el documento en el que se refleja el estudio del coste del proyecto? a) Memoria. b) Pliego de condiciones. 715

Cantidad

Gastos = Ingresos 2 500 + N · 1 = 4,50 · N N = 714,29 unidades = 715 unidades Los ingresos correspondientes al umbral de rentabilidad serán de  I = 4,50 · N = 4,50 · 715 = 3 217,5 € 6. Para ello se puede recurrir a la siguiente dirección: 3 http://www.oepm.es Luego, seguir el ejemplo de búsqueda de información que ahí aparece.

j Actividades de ampliación 1. ¿Qué ventajas crees que aporta la normalización? Cita organismos que se dedican a la normalización. 2. Se decide hacer un curso de manualidades en un vídeo para distribuir a través de quioscos, cuyo coste es de 6 000 €. La grabación de cada vídeo cuesta 5 € y su venta se realiza a 15 €. ¿Cuántos vídeos hay que vender para amortizar el lanzamiento?

c) Presupuesto.

j Soluciones actividades de ampliación 1. La normalización permite unificar criterios en la fabricación de productos o en la prestación de servicios, es posible mejorar las ventas, etcétera. Organismos que se dedican a este tema son: ISO, AENOR, ASM, etcétera. 2. N · 5 + 6 000 = N · 15, luego el número de unidades será  N = 600 unidades.

j Soluciones evaluación 1. (N · 3) + 60 000 = N · 18 Por lo tanto, despejando N, obtenemos que el número de unidades mínimo para amortizar el lanzamiento es de 4 000.

DISEÑO Y MEJORA DE LOS PRODUCTOS

2. Los pasos del método científico son los siguientes: 1. Definir el problema. 2. Encontrar información. 3. Establecer hipótesis-solución.

6. Obtener conclusiones. 7. Repetir los pasos de los apartados 3 al 6 si hay que buscar nuevas hipótesis. Por tanto, cada persona tendrá unas ideas diferentes sobre la forma de realizar su diseño, pero todas deben seguir de forma documentada todos y cada uno de estos pasos del método científico.

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3. Un posible diagrama de flujo de fabricación podría ser el  siguiente: Pieza de madera PM1

4. Experimentar las hipótesis-solución con experimentos. 5. Escribir y archivar resultados.

02

Cortar cuadrado PM2 Sujetar y cortar agujero interior PM3 Taladrar los cuatro agujeros de las esquinas PM4 Acabar superficialmente PM5 Pintar o imprimir

4. b) ISO. 5. c) Presupuesto.

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03

FABRICACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN DE PRODUCTOS

j Actividades propuestas



Página 43 1. Las consecuencias económicas para la empresa de automóviles podrían ser catastróficas, ya que se tendría que detener la producción de coches, pues supondría un grave trastorno sacar de la cadena los coches sin asientos para introducirlos de nuevo posteriormente. Hay que tener en cuenta que si una cadena de montaje tiene que estar parada una hora, esto supondría muchísimas pérdidas, ya que afectaría a muchísimos trabajadores, probablemente a miles. Por ello, los contratos que establecen las empresas automovilísticas con sus proveedores suelen ser muy rígidos, con el fin de evitar que se produzcan situaciones de desabastecimiento puntual. 2. Se exige que se readapte todo el taller a las nuevas exigencias de la producción y que se haya realizado con antelación una producción experimental, con objeto de llevar a cabo los reajustes oportunos. 3. El precursor de la fabricación en serie o en cadena fue el norteamericano Oliver Evans, quien en 1790 diseñó y construyó un molino para convertir el grano en harina, combinando todos los pasos del proceso en una operación continua. Sin embargo, el usuario más conocido en todo el mundo de «ensamblaje en cadena» fue Henry Ford. En el año 1900, Ford utilizó este sistema para fabricar el coche modelo Ford T. Se puede decir que Ford fue el primero en utilizar el principio de la división del trabajo. En su factoría, los trabajadores permanecían siempre en el mismo lugar y hacían la misma tarea en cada automóvil; cuando la cadena de montaje estaba funcionando a pleno rendimiento se producía un coche cada diez minutos. La producción a gran escala introdujo mejoras en los coches, disminución en los costes de fabricación, aumento de las ventas y aumento del salario de los trabajadores.

Página 45 4. Algunas de las ventajas son:

• Una vez que se ha hecho el dibujo en el ordenador, mediante un programa CAD, se puede capturar mediante uno CAM y crear las instrucciones (código ISO), de manera sencilla, para que una máquina CNC pueda fabricar la pieza o producto.



• Se pueden cambiar medidas de la pieza, forma, acabado, etc., de manera sencilla (con el mismo programa CAD que se dibujó). El programa CAM modificará automáticamente las instrucciones que se envían a la máquina CNC.



• Usando un programa CAE se pueden llevar a cabo simulaciones del funcionamiento real de la pieza u objeto que se quiere construir.

• La instalación de un sistema CIM en una empresa permitiría controlar su funcionamiento, desde la concepción de una idea hasta la comercialización del producto. Este sistema facilita enormemente la tarea rutinaria, al mismo tiempo que elimina errores en el proceso.

5. Véanse las páginas 44 y 45. 6. Todos los circuitos impresos, por muy sencillos que sean, en la actualidad se diseñan mediante programas específicos de electrónica. Uno de los más utilizados en centros educativos corresponde al ORCAD (CAD electrónico), que, mediante módulos adicionales, tales como el PCB, permite simular el correcto funcionamiento de pistas y componentes. 7. Es el programa más sofisticado que se puede instalar, integrando multitud de labores. Puede llegar a controlar todas las actividades de la empresa, tales como petición de materia prima, realización de los listados de fases, diagramas de flujo, etiquetado, etcétera.

Página 48 8. • La legislación española obliga a todas las empresas a realizar un plan de prevención de accidentes.

• Porque de esta manera se minimizan los riesgos de accidentes laborales.

9. No, cada empresa tendrá un plan de prevención de riesgos distinto, porque sus instalaciones, máquinas, situación o actividad son diferentes. 13. Porque esta información es vital en caso de emergencia o peligro y es muy importante que se visualice perfectamente y que llame la atención.

Página 49 14. a) Carpintería: •  Directos: — Polvo, olores (pinturas, anticarcomas, barnices...), gases. — Ruido producido por las máquinas. — Vibraciones. — Residuos sólidos reciclables (serrín) y biodegradables. •  Indirectos: — Energía eléctrica y química (motores) consumida en la propia fábrica y en el transporte de la materia prima. b) Fábrica de productos farmacéuticos: •  Directos: — Olores, gases y humos. — Aguas residuales con productos tóxicos. — Ruidos y vibraciones. — Plásticos y cartones. — Restos que quedan de productos químicos.

FABRICACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN DE PRODUCTOS

•  Indirectos: — Energía eléctrica y/o química (gas, propano, gasóleo, etc.) que se emplea para uso industrial.





Página 52 6. •  Fábrica de embotellado de agua. 1 •  Empresa envasadora de frutas. •  Fábrica de conservas. 17. Defectos: a) Menores: dobladillo interior (que no se ve) algo torcido. b) Mayores: que tenga algún roto, que le falten botones, etcétera. c) Crítico: no tiene.

03

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• Una azafata ofrece para degustar pequeños aperitivos del producto que se quiere promocionar (refresco, queso, yogur, etcétera). • Muestras de regalo de un perfume en revistas o personalmente en una perfumería.

21. a) La estrategia es la técnica que emplea una empresa para captar la atención de posibles clientes. b) Es cada uno de los sistemas que permiten que la publicidad pueda llegar a los clientes potenciales. 22. 1. S atisfacer una necesidad: yogures con efecto Bífidus (televisión). 2. Mejorar el estatus social: coche Mercedes (revista). 3. Criterios de confianza: compañías de seguros médicos (revistas, radio, televisión). 4. Promesa de alguna recompensa: loterías, ONCE, productos de belleza, etcétera (radio y televisión).

Página 53

23. Cerámica, vinos, vidrio, calzados, artesanía.

8. •  Televisor. 1 •  Teclado. •  Tostadora de pan. •  Vídeo.

24. a) Distribución exclusiva: Zara (ropa), Yves Rocher (cosmética), Hacendado (productos de alimentación de Mercadona), Audi (coches) y Beep (informática). b) Distribución intensiva: bares, ferreterías, tiendas de ropa vaquera, grandes almacenes, supermercados.

9. •  Protegen adecuadamente los productos que contienen. 1 • Permiten identificar, de manera clara, el producto que contiene. •  Hacen publicidad, señalando en letras grandes qué es. • Permite almacenarlo adecuadamente, apilando cajas, sin peligro de deterioro.

Página 58 6. Contenedor: 2 a) Cartón y papel: color azul. b) Latas y envases de plástico y tetra brik: amarillo. c) Vidrio: verde.

j Problemas propuestos Página 60 1. •  Almacenar materiales (materia prima en stock). •  Comprar cuando se necesita (método just-in-time).



• Señala los requisitos del sistema, pero no indica las instrucciones de uso (están en el interior). No tiene garantía escrita ni en el exterior ni en el interior, por lo que se asume que tiene dos años de garantía, que es el periodo mínimo en Europa.

Página 57 0. •  Oferta 3x2 en hipermercados. 2 •  Rebajas. •  Siete días de oro.

2. Just-in-time o comprar cuando se necesita: consiste en suministrar el material o productos a la fábrica justo cuando se necesita para su procesamiento, fabricación o montaje (por ejemplo, en una fábrica de automóviles, los asientos o cualquier otra parte fabricada en empresas auxiliares es suministrada varias veces al día, ya que de lo contrario necesitarían un gran espacio para almacenarlos). 3. C AE: ingeniería asistida por ordenador (computer-aided-engineering). Son programas informáticos que analizan el dibujo de una pieza (dibujada mediante CAD) y hacen una simulación, como si en realidad estuviese sometida a determinadas condiciones físicas. Se emplean muchísimo en mecánica, electrónica, arquitectura, ingeniería de caminos y puentes (simulación de puentes y viaductos). 4. AGV (del inglés automatic guided vehicles): se trata de vehículos guiados automáticamente, que se emplean en fábricas para el transporte de piezas, mecanismos, componentes, etcétera.

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FABRICACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN DE PRODUCTOS

AS/RS (del inglés automated storage and retrieval systems): son vehículos guiados automáticamente que se encargan del almacenamiento y recuperación de piezas o productos ya acabados u otros sin acabar, que temporalmente tienen que permanecer almacenados. 5. Deberá contemplar los siguientes elementos: • Estudio de cada uno de los puestos y riesgos a los que está expuesto cada trabajador. • Forma de evitar los posibles accidentes (prevención). • Medios de protección que se deben emplear. • Otros: salidas de emergencia, señalización adecuada, etcétera. 6. Las causas por las que se puede producir un accidente son de dos tipos: materiales y psicológicas. El desarrollo de cada una de ellas se muestra en la Tabla 3.1 de la página 46. 7. Normalmente, suelen concurrir varias causas encadenadas entre sí, por lo que, si se consigue eliminar alguna de ellas (romper el eslabón de la cadena), se evitará el accidente. Por ejemplo, un albañil que está colocando las tejas en el tejado de un chalet y no lleva arnés, ni casco, ni existen vallas protectoras, ni dispone de red, y utiliza un calzado normal. En caso de que se produzca un resbalón, es muy probable que acabe en el suelo, cayendo desde una altura de unos 7 metros. La colocación de red o vallas, a modo de barandillas, podría evitar el accidente. 8. Los tipos de accidentes se clasifican en:

•  Generales. •  Debidos a la energía eléctrica. •  Debidos a otro tipo de energía (quemaduras, explosiones...). • Debidos a agentes químicos (véase Tabla 3.2 de la página 47).

9. • Uso de gafas de protección cuando se trabaja en zonas en las que saltan partículas. • No introducir las manos en partes de máquinas hasta que no estén completamente paradas. • En zonas ruidosas, usar elementos de protección auditiva. (Véase parte superior derecha de la Tabla 3.2 de la página 47 del libro de texto.) 10. Algunas de las normas para prevenir accidentes debidos a las energías y al uso de productos químicos pueden ser: • No tocar cables sueltos o pelados.





• Comprobar que todas las máquinas tienen toma de tierra y funcionan correctamente. • No tocar condensadores de media y gran capacidad, ya que, aun estando desconectados, pueden provocar una gran descarga eléctrica. • Usar mascarilla y situarse en zonas bien ventiladas si se usan productos tóxicos. • Leer las instrucciones de uso antes de utilizar productos químicos. • No mezclar productos químicos, ya que podrían reaccionar y emitir gases tóxicos.

11. La forma es cuadrada o rectangular. El color es fondo rojo y figuras en blanco. Informan de la dirección y lugar en que se encuentran el extintor y la boca de incendios. 2. A España le afectan dos normativas: 1 a) Normativa europea regulada en el Reglamento (CE) número 761/2001 (conocida como Reglamento EMAS). b) Normativa internacional. La norma ISO-14001, de 1996, que coincide con la norma española UNE-14001. 13. Deberá contener todas las fases del sistema productivo, así como el impacto producido por su ubicación. 14. La ubicación deberá elegirse teniendo en cuenta el impacto que va a tener sobre la población. Las industrias deberán situarse lejos de los núcleos urbanos, teniendo en cuenta, además, la procedencia predominante de los vientos en esa zona en el caso de emisiones de gases a la atmósfera. 15. • Vertidos que va a producir esa fábrica (a la atmósfera, al suelo y al agua). •  Ruido provocado. • Vibraciones que puede originar en el entorno (por ejemplo, en las canteras). • Desechos debido a los embalajes de las materias primas que se emplean. •  Desechos de los productos de transformación en la fábrica. 16. Es un proceso de verificación o examen al que se someten los materiales, piezas y productos antes, durante y después del proceso de fabricación y montaje. El control de calidad no solamente afecta a los productos, sino a las personas, máquinas, instalaciones y procedimientos. 17. La norma ISO-9000 es la más importante y empleada en la mayoría de los países industrialmente desarrollados. 18. a) Control de calidad del producto: consiste en examinar los materiales, características, medidas, acabados, etc., para asegurarse de que se están cumpliendo las especificaciones previstas. Se realiza en varias etapas. • Inicialmente: comprobando que sus medidas y propiedades técnicas son las adecuadas. • Durante el proceso de fabricación y montaje: realizando controles puntuales o de manera permanente (dependiendo de la importancia del producto). • Al final: cuando el producto está ensamblado y listo para ser empaquetado, se realiza un último examen, comprobando, entre otros parámetros, funcionamiento, terminación, ajustes, etcétera.

FABRICACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN DE PRODUCTOS

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b) Control de la calidad del proceso: se realiza sobre el propio proceso de fabricación, la maquinaria, los métodos empleados y los propios trabajadores que lo llevan a cabo. Consiste en estudiar periódicamente las acciones que realiza cada trabajador para corregir posibles desviaciones que puedan conducir a errores en la producción y en revisar las máquinas y herramientas cada cierto número de horas para evitar desajustes y corregir el desgaste de las herramientas.



19. a) Los calibres pasa-no-pasa son instrumentos de verificación que constan de dos partes: Una parte, denominada «pasa», cuya medida corresponde a la mínima que podría tener la pieza a medir, y otra parte, denominada «no pasa», que es la medida máxima que puede tener la pieza.

27. La ley 23/2003, de 10 de julio, señala que, en determinadas condiciones, también se puede reclamar a la empresa importadora o fabricante del producto. Pero si la reclamación no es admitida, se puede hacer:

b) Se emplean para comprobar si una pieza tiene sus medidas dentro de una tolerancia determinada. Si la pieza entra por el lado «pasa» y no lo hace por el lado contrario («no pasa»), la pieza es correcta y pasará el control de calidad dimensional. 20. Es un estudio profundo de planificación de estrategias de venta de productos. 21. Consiste en llevar a cabo un análisis de mercado con objeto de obtener la máxima información posible para establecer estrategias de venta adecuadas. Interesa conocer: • La penetración de mercado que tiene cada una de las empresas de la competencia (cuánto vende cada una), así como los puntos débiles y fuertes de sus productos. • El método de venta más adecuado (directo, por catálogo, vía Internet, etcétera). • Qué sistema de promoción de productos o publicidad tendría mayor calado entre los potenciales consumidores. 22. Es un conjunto de técnicas usadas para conseguir el aumento de ventas mediante una campaña temporal o espacial que estimule la demanda. 3. a) Medios de publicidad impresos: 2 •  Prensa. • Publicidad exterior (vallas, autobuses, avionetas, etcétera). • Mailing (correo). • Banners (publicidad a través de Internet). b)

Medios de publicidad audiovisual: •  Radio. •  Televisión. •  Cine.

24. El término intermediario es sinónimo de los términos mayoristas o minoristas. Se trata de una persona o grupo de personas (empresas) que comercializan los productos que le compran a las empresas (mayoristas) o que le compran a los mayoristas (minoristas). 5. •  Precio de fábrica: 4,5 €. 2 • Precio al que lo vende el mayorista: 4,5 + (4,5 · 0,12) = = 5,04 €.

• Precio al que lo vende el minorista: 5,04 + (5,04 · 0,25) = = 6,30 €.

26. a) Informarse de si la garantía es superior al mínimo que establece la ley (dos años). En caso afirmativo, el vendedor deberá firmar y sellar la garantía. b) Pedir factura, tique, vale de compra o albarán en el que figure la fecha de entrega.

a) Ante organismos oficiales: • Oficina Municipal de Información al Consumidor (OMIC), que está en todos los ayuntamientos. • Junta Arbitral de Consumo. • Servicios de Consumo de la Comunidad Autónoma. • Defensor del Pueblo. b) Denuncia ante los tribunales (juzgado de guardia). 28. Consiste en un compromiso temporal que obliga a la sustitución o reparación del producto defectuoso o que no se ciña a las indicaciones señaladas en la información que ha suministrado el vendedor o la publicidad que se ha llevado a cabo. Será el vendedor el que asumirá todos los gastos de reparación o sustitución, incluidos gastos de envío, materiales, mano de obra, etcétera. 29. El sistema más completo, y por tanto el mejor, es el denominado CIM (computer integrated manufacturing) o lo que es igual, fabricación integrada por ordenador. Integra todas las actividades que se pueden realizar en una empresa, sea del tipo que sea, tales como administración, finanzas, diseño, fabricación, marketing, etcétera. 30. Se trata de una zona con posibles descargas eléctricas. Por tanto, las medidas podrían ser: •  Desconectar la corriente. •  Usar guantes y calzado adecuado. •  Empleo de herramientas con aislante eléctrico. •  No permitir que haya agua en el suelo. 2. •  Flexómetro: medir longitudes. 3 •  Escuadra: medir ángulos de 90°. •  Goniómetro: medir cualquier ángulo. •  Nivel: comprobar el grado de horizontalidad. • Escala Pantone: comprobación para ver si el color se ajusta a un patrón.

Página 61 3. •  Todas las fábricas de coches. 3 •  Fábrica de motos. •  Fábrica de aviones (CASA). •  Fábrica de barcos (IZAR; Cartagena).

48

03

FABRICACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN DE PRODUCTOS

Se hace de esta manera porque el producto final obtenido es muy valioso y se exige un alto grado de seguridad, pues cualquier error puede acarrear alto riesgo de accidentes. 34. Venta al por menor (minorista): botes de tomate, bolígrafos, azúcar, flores, patatas, mármol, papel, etcétera. 36. Pm = 17,50 € Pminorista: Pm + Pm · 0,30 = 17,50 € Pm (1 + 0,30) = 17,50; Pm = 17,50/1,30 = 13,46 € Pcoste: Pc + Pc · 0,20 = 13,46 € Pc (1 + 0,20) = 13,46 € Pc = 13,46/1,20 = 11,22 € 37. Ventajas: •  Se pueden detectar mejor las necesidades del consumidor. •  El poder de persuasión será mayor. • El cliente se sentirá más seguro y confiará más en el producto que pretende comprar. •  Puede ver muestras de lo que pretende comprar.



•  Uso de guantes. •  Uso de protectores auditivos. •  Arneses cuando los trabajadores se sitúan a cierta altura. •  Vallas alrededor, para evitar caídas. •  Red de seguridad (evita caída de cascotes). •  Señalización adecuada en el interior. •  Señalización adecuada en el exterior. • Gafas de seguridad, cuando haya peligro de que salten trozos de materiales. •  Uso de mascarilla cuando se pinten puertas y paredes.

43.

Producto Salchichón

Normalmente lo suelen comprar las amas de casa. Por ello, los medios más adecuados podrían ser: prensa (revistas del corazón), radio (por las mañanas, a partir de las 12:00 h), televisión (por la tarde, durante los culebrones o programas dirigidos a un público femenino en su mayoría) y vallas publicitarias.

Ladrillos

Los suelen comprar los hombres de clase media-baja o constructores. El mejor medio de publicidad podría ser: prensa deportiva y periódico o radio.

Cerveza

La suelen tomar los jóvenes, especialmente los hombres. Si se trata de cerveza sin alcohol, en la que no hay restricciones legales para su uso, se puede emplear: prensa deportiva y periódicos, radio, televisión (tarde y noche) y vallas.

Inconvenientes:

• El desplazamiento de los comerciales o vendedores encarece el producto. • La presencia de comerciales en una empresa supone grandes gastos.

38. Sí. Hay productos en los que los precios de los intermediarios superan el 1 000 %. Los casos más significativos se presentan en los productos agrícolas. Por ejemplo, el precio que se paga por un kilo de naranjas en la huerta murciana o valenciana no suele superar los 0,35 €, mientras que en el mercado el precio puede superar los 2 €.

Medio de publicidad

44. Dependiendo del tipo de defecto encontrado, tendremos:

Este aumento se debe a: •  Especulación y control ilegal de los mercados. •  Encarecimiento debido a los transportes. • Encarecimiento debido al envasado siguiendo normativas europeas. • Inclusión de márgenes de beneficio muy altos debido al riesgo de pérdidas por retraso en las ventas (podredumbre de los productos).

a) Defecto menor: si la empresa no es muy exigente, intentará venderlo al mismo precio. Si el cliente no lo quiere, se devolverá y se reparará, o lo venderán a precio de saldo (más barato). b) Defecto mayor: se vende directamente a precio de saldo o se intenta reciclar. Si el defecto es grande, puede que acabe como desecho de la fábrica. c) Defecto crítico: directamente se desechan, reciclándolos o tirándolos.

39. En el mundo comercial todo suele estar muy bien estudiado. Si te obligan a pasar por zonas en las que se exponen productos que tú raramente visitarías, la publicidad, el precio o cualquier otro elemento, tal vez despierte tu curiosidad y te acerques a verlo. A lo mejor, incluso acabas comprando.

46. En caso de producirse un conflicto entre comprador y vendedor, ambos (si el comprador está de acuerdo) acatarían la resolución de la JAC como si se tratase de una resolución judicial a la que no se podría recurrir, salvo a instancias mayores (tribunales). De esta forma, se resuelve el conflicto gratuitamente.

40. •  Biodegradables: bolsas de plástico, tiestos hechos a base de celulosa y productos textiles. •  Reciclables: metales, plásticos y libros.

48. a) El código EAN (European Article Number) es un sistema de códigos de barras para la identificación de productos.

41. Mesas de madera, piezas de coches, periódicos (papel en general). 42. •  Uso de cascos.

b) En España la encargada de dar el número para el código es la AEOC. c) El dígito de control, sirve como mecanismo de autentificación del código.

03

FABRICACIÓN Y COMERCIALIZACIÓN DE PRODUCTOS

j Actividades de ampliación 1. ¿Cuál es el significado de las siguientes señales?

49

j Soluciones actividades de ampliación 1.

Boca de incendio

Equipo de primeros auxilios

Botas especiales

2. Un producto cuesta 200 €. Si el distribuidor se queda con un beneficio del 15 % y el vendedor con el 40 %, y además hay un coste fijo por publicidad que se añade al precio de coste de 2 €, ¿cuál es el precio venta al público del producto? No apagar con agua

Uso de orejeras

Extintor

j Evaluación 1. Observa las siguientes señales de seguridad y di cuál es su significado.

2. 200 + 2 = 202 € 202 · 1,15 = 232,3 € 232,3 · 1,4 = 325,22 € es el precio final del producto.

j Soluciones evaluación 1. El significado de cada una de las señales se muestra en la parte inferior de las mismas.

2. Si un consumidor compra un producto en un pequeño comercio a 18 € y se sabe que el dueño del comercio gana un 30 % y el distribuidor un 23 %, ¿cuál es el precio de coste del producto?

Guantes protectores

No encender cerillas

Extintor

No fumar

3. ¿Cuál es el significado de las siglas CAM? 4. ¿Cuál de las siguientes no es una causa material por la que se puede producir un accidente laboral? a) Materia prima. b) Inexperiencia. c) Entorno de trabajo. 5. Si en un proceso de fabricación quisieras tener una fabricación integrada por ordenador, ¿qué usarías? a) CAD. b) CAM. c) CIM.

Uso de mascarilla

Localización salida de socorro

2. El beneficio del dueño del comercio será de 4,15 €: 18 € – 4,15 € = = 13,85 €.

El beneficio del distribuidor será de 2,59 €.



Por tanto, el verdadero precio del producto es 13,85 € – 2,59 € = = 11,26 €.

3. Las siglas CAM significan computer aided manufacturing, o lo que es lo mismo, fabricación asistida por ordenador. 4. b)  Inexperiencia. 5. c)  CIM.

50

04

LA ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN

j Actividades propuestas

11. Las unidades de mayor peso corresponden al Sistema Técnico, que son aproximadamente diez veces mayores que el SI.

Página 65

12. El sistema de unidades más utilizado es el Sistema Internacional.

1. a) La tecnología hace uso de conocimientos de la ciencia: —  Usa nuevos materiales para uso industrial. — Fabrica láseres, que descubre la ciencia, y los aplica para fines diversos. — Construye móviles a partir de descubrimientos en telecomunicaciones. — Diseña y fabrica nuevos vehículos con rendimientos superiores gracias a las investigaciones científicas llevadas a cabo. — Crea nuevos biomateriales con la información proporcionada por la ciencia.

13. a) Aplicaciones del término «caballo de vapor»: potencia de los coches, potencia de una maquinaria eléctrica y potencia de una lanzadera espacial de cohetes.

b)

La ciencia hace uso de la tecnología: —  Usando ordenadores para procesar la información. —  Empleando microscopios para visualizar virus. — Utilizando máquinas diseñadas y construidas por la tecnología. — Sirviéndose de aparatos de telecomunicaciones para intercambiar información.

2. •  Términos de origen griego: siderurgia (sider = hierro), diodo (di = doble), biopsia, hidráulica, anemómetro, microordenador (micro = pequeño), nanómetro (nano = una milmillonésima). •  Términos de origen latino: ítem, radioterapia (radio = rayo), milímetro, centígrado, triángulo. •  Términos de origen inglés: hardware, software, scanner. •  Términos que sean acrónimos: CD-ROM, RAM.

Página 67 3. 4 kp = 4 · 9,8 N = 39,2 N 4. Estamos usando el sistema técnico. 1 kilopondio (kp) = = 1 kilogramo-fuerza. 5. 1 W = 1 J/1 s 1 J = 1 W·s 6 000 J = 6 000 W·s 1   ​  h 6. 1 h = 3 600 s → 1 s = ​ _____ 3 600 7 200 J = 7 200 W·s = (7 200/3 600) W·h = 2 Wh 7. Son magnitudes distintas. La energía (Julios) no se puede comparar con la fuerza (Newton). Sería igual que comparar un metro cuadrado de muro con un saco de cemento. 8. •  Fuerza: Newton (N). •  Energía: Julio (J).

•  Trabajo: Julio (J). •  Potencia: Vatio (W).

9. Es la unidad de masa empleada en el sistema técnico. 1 UTM = 9,8 kg = 9,8 · 103 gramos. 10. Existen tres unidades fundamentales: espacio = longitud, masa y tiempo. A partir de estas tres se deriva el resto, denominadas «derivadas».

b) Aplicaciones del término «kilovatio»: potencia de un motor eléctrico, potencia de una aeroturbina y potencia de lámparas. 14. 1 CV = 735 W; 200 W = 200/735 = 0,27 CV 15. E = P · t = 30 · 735 W · 2 h = 44 100 Wh = 44,1 kWh

Página 69 1  ​ kgm = 0,102 kgm = 1 W·s = 16. 1 J = 107 erg; 1 J = ​ ___ 9,8 = _____ ​  1   ​  W·h = 2,77 · 10−4 W·h = 3 600 = 2,77 · 10−4 · 10−3 kW·h = 2,77 · 10−7 kW·h = = ____ ​  1   ​ cal = 0,24 cal = 0,24 · 10−3 kcal = 2,4 · 10−4 kcal 4,18 ​  1  ​ · 10−7 kgm = 1 erg = 10−7 J = 10−7 · 10−3 kJ = 10−10 kJ = ___ 9,8 = 10−7 W·s = 10−7/3 600 ​W·h = 2,77 · 10−11 W·h =

= 2,77 · 10−11 · 10−3 kW·h = 2,77 · 10−14 kW·h =



= 10−7 · 1/4,18 cal = 2,4 · 10−8 cal =



= 2,4 · 10−8 · 10−3 kcal = 2,4 · 10−11 kcal

1 kJ = 103 J = 103 · 107 erg = 1010 erg = 103/9,8 kgm = = 102,04 kgm = 1 000 W·s = _____ ​ 1 000 ​  W·h = 3 600 = 0,277 W·h = 0,277 · 10−3 kW·h = 2,77 · 10−4 kW·h = 3 = ____ ​ 10   ​ cal = 240 cal = 240 · 10−3 kcal = 0,24 kcal 4,18 1 kgm = 9,8 J = 9,8 · 107 erg = 9,8 · 10−3 kJ = 9,8 W·s = 9,8 = _____ ​  W·h = 2,72 · 10−3 W·h =   ​  3 600 = 2,72 · 10−3 · 10−3 kW·h = 9,8 = 2,72 · 10−6 kW·h = ____ ​    ​ cal = 2,34 cal = 4,18 = 2,34 · 10−3 kcal 1 W·h = 1 W · 3 600 s = 3 600 J = 3 600 · 10−3 kJ = 3,6 kJ = = 3 600 · 107 erg = 3,6 · 1010 erg = _____  ​  kgm = ​ 3 600   9,8 = 367,34 kgm = 1 · 10−3 kW·h = 10−3 kW·h = = _____ ​ 3 600 ​  cal = 861,24 cal = 861,24 · 10−3 kcal = 4,18 = 0,86 kcal

04

LA ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN

1 kW·h = 1 000 W·h = 3,6 · 106 J = 3,6 · 1013 erg = = 3,67 · 105 kgm = 8,6 · 105 cal = 861 kcal 4,18 1 cal = 4,18 J = 4,18 · 107 erg = 4,18 ·10−3 kJ = ____ ​   ​ kgm = 9,8 h= = 0,43 kgm = 4,18 W·s = 4,18 W · _____ ​  1   ​  3 600

51

= 1,16 · 10−3 W·h = 1,16 · 10−3 · 10−3 kW·h = = 1,16 · 10−6 kW·h = 10−3 kcal 1 kcal = 103 cal = 4,18 · 103 J = 4,18 · 1010 erg = 430 kgm = = 1,16 W·h = 1,16 · 10−3 kW·h = 4,18 KJ

Una unidad de aquí

Equivale a: ergios

J

kJ

kgm

Wh

kWh

cal

kcal

ergio

1

10–7

10–10

1,02 · 10–8

2,77 · 10–11

2,77 · 10–14

2,4 · 10–8

2,4 · 10–11

J

107

1

10–3

0,102

2,77 · 10–4

2,77 · 10–7

0,24

2,4 · 10–4

kJ

10  

10

1

102,04

0,277

2,77 · 10

–4

2,4

0,24

kgm

9,8 · 10

9,8

9,8 · 10

1

2,72 · 10

2,77 · 10

–6

2,34

2,34 · 10–3

Wh

3,6 · 1010

3 600

3,6

367,34

1

10–3

861,24

0,86

kWh

3,6 · 1013

3,6 · 106

3,6 · 103

3,67 · 105

103

1

8,6 · 105

861

cal

4,18 · 10

4,18

4,18 · 10

0,43

1,16 · 10

1

10–3

kcal

4,18 · 1010

4,18 · 103

4,18

430

1,16

103

1

10

3

7

7

–3

–3

Página 71 17. a) h = 430 m

________

____________

v=√ ​ 2 · g · h ​  =√ ​ 2 · 9,8 ·    430 ​= 91,80 m/s Ec = 1/2 · m · v2 = 1/2 · 1 000 · 91,802 = 4 214 000 J = = 4,21 · 106 J Ep = m · g · (800 – h) = 1 000 · 9,8 · (800 – 430) = = 3 626 000 J Em = Ec + Ep = 7 840 000 J ________

____________

=√ ​ 2 · 9,8 ·    800 ​ = 125,22 m/s b) v = √ ​ 2 · g · h ​  Ec =1/2 · m · v2 = 7 840 000 J Ep = m · g · h = 1 000 · 9,8 · 0 = 0 J Em = Ec + Ep = 7 840 000 J

–3

–3

1,16 · 10

–6

1,16 · 10–3

b) Cuando empieza a hervir, su temperatura será de 100 °C. α= 10 000 kcal/m2 · h · °C Q/t = 10 000 · 0,049 (200 − 100) = 49 087,39 kcal/h 0. Q/t = c · S · [(T2/100)4 – (T1/1004)] 2 T2 = 120° + 273 = 393 K T1 = 22 °C + 273 = 295 K; S = 0,25 m2 Para el acero niquelado: c1 = 0,35 kcal/m2 · h · °C Para la bañera de porcelana: c2 = 4,58 kcal/m2 · h · °C El valor de c es igual a: 1    ​= 0,348 kcal/m2 · h · °C C = ​ _________________ 1 ____ ____ ​  1   ​  ​     ​ + ​  1   ​ − ____ 0,35 4,58 4,95 Q/t = 0,348 · 0,25 · [(393/100)4 – (295/100)4] = 14,17 kcal/h

Página 72 18. Casi la totalidad de la energía perdida es por conducción. Q = (λ/d) · S · (TF − Ti ) · t S = (0,55 · 1,25) · 2 + (0,55 · 1,25) · 2 + (0,55 · 0,55) · 2 = = 3,355 m2 d = 3 cm = 0,03 m TF = T exterior = 28 °C Ti = T interior = 5 °C λ = 0,013 kcal/m · h · °C Q/t = (0,013/0,03) · 3,355 (28 − 5) = 33,44 kcal/h

Página 73 19. Q/t = α · S · (Ti − Ta) Ti = temperatura en la parte inferior. Ta = temperatura del agua. a) Cuando la temperatura del agua es de 25 °C, el líquido está en reposo, por lo que el valor de α = 500 kcal/m2 · h · °C S = π · R2 = 3,14 · 0,1252 = 0,049 m2 Q/t = 500 · 0,049 · (200 − 25) = 4 295,15 kcal/h

Página 74 1. η = 0,20 = Eu /Es 2 a) Cada hora: Eu = 5 500 kW·h = 5,5 · 106 W·h = 1,98 · 1010 W·s = = 1,98 · 1010 J Es (kcal) = Pc · m = 8 000 · m Es (J) = 8 000 · m · 103 · 4,18 = 3,34 · 107 · m · J η = 0,20 = 1,98 · 1010/3,34 · 107 · m m = 1,98 · 1010/3,34 · 107 · 0,2 = 2 960,53 kg de antracita cada hora. b) En 24 horas: m = 2 960,53 · 24 = 71 052,63 kg = 71 tm. 2. Q = Pc (real) · V 2 Pc (real) = 28 500 · 2 · 273/(273 + 28) = 51 697,67 kcal/m3 Q = 10 kW·h = 104 W·h = 104 · 3 600 W·s = 3,6 · 107 J = = 8 612,44 kcal 8 612,44 = 51 697,67 · V; V = 0,166 m3

04

52

LA ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN

23. a) Al quemar combustibles sólidos se emplea la fórmula: Q = Pc · m Pc = poder calorífico en kcal/kg m = peso en kg b)

Al quemar combustibles gaseosos se emplean dos fórmulas: Pc(real) = Pc · p · [273/(273 + T)] Q = Pc(real) · V Pc = poder calorífico en kcal/m3 V = volumen en m3

Página 75 4. Ce = 0,212 kcal/kg °C 2 V = volumen = 50 · 1 = 50 cm3 = 0,050 dm3 m = densidad · volumen = 2,75 · 0,050 = 0,1375 kg Q = 0,212 · 0,1375 · (60 − 18) = 1,22 kcal = 5 117,57 J Potencia = W/t = Q/t = 5 117,57/10 = 511,76 W

Página 78 25. Sí. La energía no se consume ni se gasta, sólo se transforma. Cuando se dice que una bombilla encendida está gastando o consumiendo energía, lo que realmente sucede es que la energía eléctrica se está transformando en energía calorífica. 26. Si tenemos una máquina a la que se le introduce una determinada cantidad de energía (Q), que puede ser en forma de energía eléctrica, química, calorífica, etc., dependiendo del mecanismo que tenga para transformar, si la máquina funciona adecuadamente, se extraerá de ella otro tipo de energía (mecánica, eléctrica, química, etc.). La diferencia de energía entre lo que hemos metido y lo que sacamos es la variación de energía (∆E) que hay en la máquina. Puede ser positiva, negativa o nula. 27. No será aplicable en procesos termonucleares en los que parte de la masa se transforma en energía. 28. a) Antes de ponerse en marcha: Q = Energía aportada al sistema (locomotora). Energía química (carbón). Esta energía se va acumulando en forma de vapor a presión. No se saca trabajo alguno ni otra forma de energía. Por tanto, la variación de energía (∆E) es positiva. También se están produciendo pérdidas de calor a través de la chimenea, conducción, radiación, etcétera. b) Cuando se pone en funcionamiento: Se sigue aportando energía al sistema, en forma de calor. Se está sacando un trabajo (energía mecánica) del sistema mediante el arrastre de la propia locomotora y de sus vagones. En ningún momento la energía extraída será mayor que la introducida, desde el momento inicial. 30. En general, son las máquinas eléctricas. Todas las máquinas que transforman cualquier energía en calor, su rendimiento es del 100 %. Aunque este rendimiento bajará si queremos aprovecharlo para otros menesteres, tal como calentarnos, pues hay que extraer los humos y, en general, ese proceso arrastra una gran cantidad de kilocalorías.

31. El rendimiento de una máquina nos indica la proporción de energía que aprovecha sobre el total que se le entrega. 32. Significa que cede una cantidad de energía superior a la que recibe o absorbe. Esto, lógicamente, es imposible. El máximo rendimiento que puede tener una máquina es 1. Eso quiere decir que toda la energía entregada ha sido transformada en otro tipo de energía. Si se inventase una máquina que tuviese un rendimiento mayor que 1, se acabaría el problema de necesidades de energía, ya que esa máquina sería capaz de hacerse funcionar a sí misma y le sobraría energía, que se utilizaría para otros menesteres. 33. m = 20 000 kg Q = 20 000 · 8 000 = 1,6 · 108 kcal = = 1,6 · 1011 cal = 6,69 · 1011 J η = Eu  /Es ; 0,16 = Eu /6,69 · 1011 Eu = 1,07 · 1011 J = 1,07 · 1011 W·s Eu = 2,97 · 107 W·h = 29 724,44 kWh 34. Es imposible convertir la energía térmica en energía mecánica al 100 %, debido a que siempre habrá pérdidas de energía como consecuencia del rozamiento. En un futuro próximo tampoco se podría conseguir; se podría conseguir disminuir el rozamiento, reduciéndose con ello las pérdidas, pero nunca podría eliminarse del todo.

Página 80 35. a)  Vivienda: •  Subir las persianas durante las horas de sol en invierno, usando cortinas oscuras o sin cortinas, para que el sol no sea reflejado. •  Durante la noche bajarlas para que el calor de la calefacción no se vaya a través de los cristales. b) Transporte: •  No abrir ventanas, usar la ventilación forzada o climatización. •  Los coches limpios (exentos de suciedad) ahorran energía, pues se disminuye el coeficiente de rozamiento entre coche y aire. •  No mantener el coche a ralentí cuando se está parado más de dos minutos.

j Problemas propuestos Página 82 1. •  La técnica es la parte práctica de la tecnología o el saber hacer (construir, montar, etc.). Está formada por personal con grandes habilidades manuales. •  La tecnología planifica el diseño, la fabricación y el montaje, haciendo uso de recursos científicos. La técnica lo lleva a cabo de manera pragmática.

LA ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN

2. La ciencia y la tecnología están avanzando a un ritmo vertiginoso. Cada año se incorporan a nuestro vocabulario alrededor de 1 000 vocablos nuevos, la mayoría de origen anglosajón. 4. Estos términos se caracterizan por disponer de: •  Un cuerpo: significado o acción explícita que no provoca error al interpretar el vocablo. •  Símbolo: pueden tenerlo o no. Por ejemplo, potencia eléctrica es P. •  Unidad: pueden tenerlo o no. Por ejemplo, la unidad de la potencia eléctrica es el vatio (W). 5. Son varios (Tabla 4.2, página 65 del libro de texto). •  Por derivación (a partir de una palabra base, se fabrica otra nueva añadiendo, suprimiendo o sustituyendo prefijos o sufijos; por ejemplo, cargar → recargar, descarga, cargador). •  Por composición (se fabrica un término nuevo uniendo dos ya existentes en la lengua o elementos de origen griegos o latinos: centímetro). •  Préstamos de origen griego, latino y mayoritariamente anglosajón (software, hidrógeno). •  Acrónimos (palabra formada por las iniciales o sílabas de varias palabras: CD). •  Usando otros términos ya existentes y dotándolos de un nuevo significado (ratón). 6. Microprocesador, bit, escáner, digital, hardware, software, internet, módem, PC, lámpara (lamp), basic (lenguaje de programación), megabyte, web, chat (charla en Internet). 7. Caloría: cantidad de calor necesaria para elevar un grado (de 14,5° a 15,5 °C) un gramo de agua destilada, a presión atmosférica normal (nivel del mar). Kilocaloría: cantidad de calor necesaria para elevar un grado (de 14,5° a 15,5 °C) un kilo de agua destilada, a presión atmosférica normal (nivel del mar). 8. Se emplea el kilovatio hora (kWh). 9.

Energía calorífica

Energía humana

Energía eólica

Energía química

Energía animal

(a)

Energía (a) hidráulica (molinos)

Energía solar (redescubrimiento)

Energía nuclear

Energía solar

10. Toda la energía procede, directa o indirectamente, del Sol, con la excepción de una pequeña parte que lo hace del interior de la Tierra, manifestándose a través de volcanes, géiseres o terremotos. 11. a) Energía cinética: es la energía debida al movimiento de un objeto que tiene masa. b) Energía potencial: es la energía debida a la altura a la que se encuentra un cuerpo, dentro de un campo gravitatorio. 12. E = P · t = V · I · t = I 2 · R · t = V 2 · t/R

04

53

13. La energía nuclear se puede obtener mediante: •  Fisión: rompiendo el núcleo de un átomo. •  Fusión: uniendo dos núcleos de dos átomos y formando otro distinto. En ambos casos se obtienen enormes cantidades de energía. 14. •  La energía cinética se transforma en potencial cuando lanzamos un objeto hacia arriba. Su energía cinética va disminuyendo (disminuye su velocidad) y aumenta su energía potencial (sube más alto). •  La energía potencial se transforma en energía cinética cuando ese mismo objeto desciende. Disminuye su energía potencial y aumenta su energía cinética (velocidad). 15. Habría que emplear uno que tuviera un coeficiente de conductividad térmica (λ) muy grande, pues λ da una medida del calor que transfieren los distintos materiales en igualdad de condiciones (mismas dimensiones, tiempo y temperatura). En la Tabla 4.5 (página 72 del libro), el que tiene mayor valor es el cobre (378 kcal/m · h · °C). Aplicación real: •  Tuberías de cobre de un intercambiador de calor. •  Radiadores de aluminio (el alumino tiene menor λ que el cobre, pero es mucho más ligero). •  Refrigeradores de aletas de aluminio para transistores. 16. a) La energía calorífica hacia el techo se transmite mayoritariamente por convección (el fluido que transporta este calor es el aire). Aunque también se transmite calor por radiación. b) La energía calorífica se transmite por radiación sobre objetos situados a su lado. 17. La escala Kelvin es igual a la Celsius + 273 °C. 18. Es la cantidad de energía, en forma de calor, que puede proporcionar un kilogramo de ese combustible, si se trata de un sólido o de un líquido, o un metro cúbico de gas en condiciones normales de presión y temperatura. 19. El poder calorífico de un gas depende del tipo de gas combustible. Pero el poder calorífico real de ese gas viene dado por la fórmula: Pc (real) = Pc · p · 273/(273 + T) p = Presión atmosférica (atm). T = Temperatura ambiente (en °C). Pc = Poder calorífico en condiciones normales. 20. No despilfarrando la energía. Usando solamente la que se necesita. Ni más ni menos. 21. a) Cuando ascienden los cohetes y fuegos artificiales, se produce una transformación de energía química en mecánica (el cohete sale con gran velocidad —energía cinética— y se va transformando en energía potencial). b) Cuando el cohete explota, la energía química se transforma en energía electromagnética (luz) y energía acústica (sonido).

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LA ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN

2. E = P · t = 100 · 3 · 30 = 9 000 W·h = 9 kWh 2 E = 9 000 · 3 600 W·s = 3,24 · 107 J 23. E = V · I · t = 220 · 6 · 3 = 3 960 Wh E = Q = 3 960 · 3 600 W·s = 14 256 000 J = 3,41 · 106 cal 24. E = P · t ; Precio = E · 0,12; 3,56 € = E · 0,12 E = 3,56/0,12 = 29,67 kWh 29,67 kWh = 29 666,67 Wh = P · t = 8 · 15 · t = 120 · t t = 247,22 horas. 25.

Te = 9 °C

0,35 m

3m

Ti = 18 °C

1m

1m

1m 4m

a)

3m

1m 3m

Energía perdida por conducción cada hora: Q/t = (λ/d) · S · (Ti – Te) Superficie del ladrillo: S1 = (4 · 3) · 2 + (3 · 3) · 2 – (1 · 1) · 2 = 40 m2 Superficie del cristal: S2 = 2 m2 dcristal = 10 mm = 0,010 m; dladrillo = 35 cm = 0,35 m λladrillo = 0,33 kcal/m · h · °C; λcristal = 0,7 kcal/m · h · °C Q/t = (0,33/0,35) · 40 · (18 − 9) + (0,7/0,01) · 2 (18 − 9) = = 339,43 + 1 260 = 1 599,43 kcal/h

b) Calor perdido diariamente: Q = 1 599,43 · 24 = 38 386,29 kcal = 3,84 · 107 cal = = 1,6 · 108 J = 1,6 · 108 W·s = 44 570,74 Wh c) Tiempo que deberá estar funcionando el radiador de 5 000 W:

E = P · t; 44 570,74 = 5 000 · t; t = 8,91 horas.

26. La cantidad de calor que hay que aportar es igual a la cantidad de calor que se pierde. Q/t = (λ/d ) · S · (Ti − Te) λacero = 12,5 kcal/m · h °C d = 5 mm = 0,005 m S = 345 cm2 = 345 · 10−4 m2 Q/t = (12,5/0,005) · 345 · 10−4 · (125 − 22) = 8 883,75 kcal/h

Página 83 27. Cuando se dispone de un recipiente con agua que comienza a hervir, la mayor transferencia de energía se produce por convección, originándose una corriente o flujo de agua caliente desde

la parte inferior a la parte alta de la cazuela. La transmisión de energía (calor) es muy grande. Su valor viene determinado por la expresión: Q/t = α· S · (Ti − Ts ) El valor de α = 10 000 kcal/m2 · h · °C S = Superficie caliente de la cazuela. Ti = Temperatura, en °C, del agua en la parte inferior = Temperatura del foco caliente. Ts = Temperatura, en °C, del agua en la parte superior de la cazuela. 28. Si interesa que acumulen mucho calor, se deberá elegir un material cuyo calor específico (Ce ) sea alto. La elección de un material, en muchos casos, también se hace teniendo en cuenta otras prioridades, tales como que no se oxide, que tenga poco peso, que sea barato, etcétera. De los sólidos, el Ce más grande lo tiene la baquelita (0,3) y el menor el plomo (0,031). a) Radiador de coche: generalmente de aluminio (no se oxida y pesa poco). Interesa que no acumule energía, pues hace las labores de refrigerador. El calor específico del aluminio es 0,212 (un valor intermedio). b) Sartén: interesa que la base sea buena transmisora del calor por conducción y que acumule calor. Un buen material es el aluminio (Ce = 0,212). c) Recubrimiento interior de un horno de alfarería: deberá resistir bien altas temperaturas (mayores de 1 200 °C), transmitir muy mal el calor por conducción o radiación (ser aislante) y acumular mucho calor (Ce alto). Si se emplearan metales, se producirían grandes pérdidas de calor por conducción y radiación. La baquelita no se puede emplear porque no resiste temperaturas tan altas. El ladrillo, yeso y hormigón tienen un calor específico alto (alrededor de 0,2). A altas temperaturas, el hormigón se resquebraja y el yeso se calcina. Por tanto, el más idóneo resulta ser el ladrillo, que es buen aislante, buen acumulador de energía, barato y resiste bien altas temperaturas. 29. La función que realiza el agua que lleva el radiador es recorrer interiormente el motor y, mediante conducción (también radiación), absorber ese calor y trasladarlo al radiador, donde se eliminará al exterior del coche por conducción y radiación. Por tanto, interesa que el líquido refrigerante tenga un calor específico muy grande para que pueda acumular gran cantidad de calor, que robará del interior del motor. El líquido con Ce mayor es el agua, Ce = 1. Por ello se emplea este líquido. El agua empleada es destilada para evitar que se precipite cal. El problema que tiene el empleo del agua es que en contacto con metales ferrosos puede provocar oxidaciones. 30. Un frigorífico de la categoría A ahorra aproximadamente el 55 % de la energía, respecto de uno de la categoría E. Por tanto, 0,55 · X = 320 kW·h; X = 320/0,55 = 581,82 kW·h 32. Pc = 10 300 kcal/kg. 1 kg de uranio es equivalente a una energía de: E2 = 5,4 · 1015 J

LA ENERGÍA Y SU TRANSFORMACIÓN

E1 = Pc · m = 10 300 · m = 10 300 · 103 · m cal = = 10 300 · 103 · 4,18 · m J

4. ¿A cuántos W equivale 1 CV?

E2 = E1; 4,3 · 107 · m = 5,4 · 1015

b) 735 W.

m = 125 423 886,3 kg

c) 250 W.

m = 125 423,89 toneladas de gasóleo.

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55

a) 120 W.

33. η = Eu /Es

5. ¿Cómo se llama el sistema de medida cuyas unidades fundamentales son el metro, el kilogramo y el segundo?

Es = 50 · 109 · 8 000 kcal = 4 · 1014 kcal = 1,672 · 1018 J

a) CGS.

Es = 1,672 · 1018 W·s = 4,64 · 1011 kW·h

b) SI.

Eu = η · Es = 0,16 · 4,64 · 1011 = 7,43 · 1010 kWh 34. Es = 175 · 103 cal = 731 500 J = 731 500 W·s = 203,19 Wh

c) ST.

η = Eu /Es Eu = η · Es = 0,8 · 203,19 = 162,56 Wh

j Actividades de ampliación 1. Cita los diferentes tipos de energía mecánica que conozcas y las expresiones que se utilizan para calcularlas.

j Soluciones actividades de ampliación 1. Energía cinética: Ec = 1/2 · m · v2 Energía potencial: Ep = m · g · h 2. E = 220 · 2 · (20 · 3 600) = 3,16 · 107 J

2. Si un electrodoméstico que funciona a 220 V está conectado durante 20 horas a la corriente de 2 A, ¿qué energía ha consumido?

j Soluciones evaluación j Evaluación

1. 100 CV = 73 500 W = 73,5 kW

1. Si una máquina tiene 100 CV, calcula la energía que habrá consumido si se mantiene funcionando 4 horas.

Luego la energía consumida será: 73,5 · 4 = 294 kWh Q 8 000  ​ + 2. Tf = ​ ______ 15 = 15,8 °C    ​  + Ti = ​ __________   100 000 · 1 m · Ce

2. ¿Cuál será la temperatura final de un depósito de 100 litros de agua cuya temperatura inicial era 15 °C, si se sabe que se han aportado 8 000 calorías? 3. Calcula la energía consumida por un horno que funciona a 220 V y cuya resistencia tiene un valor de 1 200 ohmios que ha estado conectado durante un tiempo de 4 horas.

2 2 t  ​ 220    ​  · 4 = 161,33 Wh  = _____ 3. E = _____ ​ V · ​ 1 200 R 4. b) 375 W.

5. b) SI.

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ENERGÍAS NO RENOVABLES

j Actividades propuestas

•  La diferencia entre la cantidad de petróleo crudo e hidrocarburos consumidos (64,10 Mtep) se debe a:

Página 87

a) Transformación de parte del crudo para otros menesteres; por ejemplo, la fabricación de plásticos.

1. •  tep = tonelada equivalente de petróleo. Equivale a 107 kcal. Por tanto, se admite que 1 kg de petróleo crudo es igual a 10 000 kcal.

b) Pérdidas en las transformaciones del crudo en los diferentes hidrocarburos.

•  ktep = kilotonelada equivalente de petróleo = 1 000 tep.

Página 92

•  Mtep = megatonelada equivalente de petróleo = 106 tep =  4. •  Fabricación de carbón de coque, para la obtención del acero = 109 kg de petróleo crudo. en los hornos altos. 2. 1 tep = 1 000 kg de crudo; •  Obtención de productos industriales (gas ciudad, vapores E1 = 1 000 · 10 000 kcal = 107 kcal = 4,18 ·1010 J amoniacales, grafito, brea, etcétera). E1 = 4,18 · 1010 W·s = 1,16 · 107 W·h = 11,61 MWh •  Producción de electricidad en las centrales térmicas.

Por tanto, 1 tep es mayor que 1 MWh.

3. Observando las Figuras 5.1 y 5.2 del libro de texto (páginas 86 y 87, respectivamente), tenemos: •  La cantidad de petróleo crudo (75,31 Mtep) es superior a la cantidad de petróleo consumido como energía secundaria. Lo que parece normal.

5. El carbón mineral, en la vivienda, se usa única y exclusivamente para calefacción. Hasta hace 30 años, también se empleaba en cocinas y estufas; el carbón mineral cada día se utiliza menos, ya que es muy contaminante y produce mucho humo y olor desagradable. Transformador E. eléctrica 20 kV

400 kV A línea de transporte

Alternador Carbón Energía mecánica (Ec)

Tolva Molino

Vapor de agua a AP (alta presión) Polvo

de carbón

Aire caliente

Turbinas

Caldera

Quemador

Vapor de agua a BP (baja presión) CO2 + H2O + + contaminantes

Calentador de aire

Agua caliente

Chimenea CO2 + H2O + + contaminantes (mucho menos)

Torre de refrigeración

Aire del ventilador

Agua fría

Agua fría Piscina

Aire frío

CO2 + H2O + CO2 + H2O + + contaminantes + contaminantes (menos) Precipitador

Agua caliente

Condensador Agua (líquido)

Aire caliente y vapor de agua

Precalentador Agua fría (reposición)

ENERGÍAS NO RENOVABLES

6. Es un carbón artificial que se obtiene a partir del coquizado de la hulla. El proceso de coquizado consiste en: 1.º Se introduce la hulla en una cámara cerrada, en la que se controla la cantidad de oxígeno existente. Se comienza a calentar. 2.º Después de algún tiempo, se aumenta su temperatura hasta 1 100 °C y se mantiene unas 16 horas. 3.º El coque (carbón de hulla) al rojo vivo se vierte sobre un vagón que lo transporta hasta una torre de apagado (cortina de agua). El carbón de coque se emplea como fuente de energía y medio reductor para la obtención de acero, dentro del horno alto. Antiguamente, el carbón de coque también se empleaba como energía en locomotoras de vapor porque producía menos cenizas y humo. 7. La combustión origina la emisión de dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera. 8. η = 0,08 = Eu /Es Eu = m · g · h = 30 000 · 9,8 · 500 = 1,47 · 108 J = = 35 167,46 kcal Es = Pc · m = 8 000 · m Eu = 0,08 · Es; 35 167 = 0,08 · 8 000 · m m = 54,95 kg 9. Consultando la Tabla 5.2 (pág. 91), el consumo de carbón utilizado para generar electricidad fue de 37,26 · 106 toneladas. η = 0,33 = Eu /Es Es = m · Pc Es = 37,26 · 109 · 7 000 = 2,6 · 1014 kcal = 1,09 · 1018 J Eu = 0,33 · Es = 0,33 · 1,09 · 1018 = 3,6 · 1017 J = = 3,6 · 1017 W·s Eu = 99 916 666 MWh

Página 94 10. Porque el petróleo se encuentra en bolsas a tan altísimas presiones que, si estuviese rodeado de roca permeable, saldría al exterior de manera natural. 11. Simplemente, introduciendo un tubo que penetre en el líquido. Por efecto de las altísimas presiones a que está sometido, saldrá a gran presión de manera natural. Cuando la presión ha disminuido, es necesario utilizar bombas o inyectar agua o aire. 12. El crudo no se utiliza tal y como se extrae de los yacimientos. Debe sufrir un fraccionamiento o separación de cada uno de los hidrocarburos que componen el crudo. Para ello, se emplea la destilación fraccionada. 13. El craqueado del petróleo consiste en calentar uno de sus hidrocarburos (aquel que menos demanda comercial tenga) por encima de la temperatura de ebullición, con objeto de romper sus moléculas y obtener otras de menor peso molecular que coincidan con las de los hidrocarburos de mayor demanda.

05

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14. — Taxis: Actualmente, algo más de la mitad de los taxis de Madrid consume gasoil, y el resto, butano. — Calefacción: gasóleo. — Barco mercante: fuelóleo o fuel-oil. — Yate: gasolina, gasóleo o, si lleva velas, aire. — Moto: gasolina + 2 % de aceite. — Autobús ecológico: gas natural y, modernamente, pila de hidrógeno. — Camión: gasóleo. — Automóvil: gasolina o gasóleo (gas-oil). 15. Parece ser que se originaron dos tipos de descomposiciones: •  Una en presencia de oxígeno, mediante bacterias aerobias. •  Otra en ausencia de oxígeno, mediante bacterias anaerobias.

Página 97 17. La totalidad de las importaciones de gas natural en el año 2006 fueron de 26,90 Mtep (véase la Figura 5.1). La distribución por países (véase la Figura 5.12) fue de: •  Argelia (32 %) = 26,90 · 0,32 = 8,60 Mtep •  Egipto (13,5 %) = 26,90 · 0,135 = 3,63 Mtep •  Trinidad y Tobago (9,5 %) = 26,90 · 0,095 = 2,55 Mtep •  Libia (2 %) = 26,90 · 0,02 = 0,54 Mtep •  Noruega (6 %) = 26,90 · 0,06 = 1,61 Mtep •  Omán (2 %) = 26,90 · 0,02 = 0,54 Mtep •  Qatar (14,7 %) = 26,90 · 0,147 = 3,95 Mtep •  Nigeria (20,2 %) = 26,90 · 0,202 = 5,43 Mtep •  Otros (0,1 %) = 26,90 · 0,001 = 0,027 Mtep 18. —  Bombona de 12,5 kg netos de carga de butano. Su tara ronda los 13 kg. Destinada al consuno doméstico. Uso preferente: cocción (cocinas y hornos), agua caliente (calentadores) y calefacción (estufas móviles). Color naranja. —  Bombona de 11 kg de carga de propano. Su tara es del orden de los 13 kg. Destinada a usos particulares y a pequeños usos industriales: cocción (cocinas y hornos), agua caliente (calentadores y calderas), calefacción (estufas móviles y calderas), aplicaciones industriales (soldadores, fontaneros, asfaltados, calefacciones, hornos y cocinas industriales, etc.), otros usos (barbacoas, calientaplatos, etcétera).      Físicamente es igual que la bombona de butano de 12,5 kg y se diferencia porque tiene una banda negra en el casquete superior. —  Bombona de 35 kg. La tara es de 35 kg. Tiene una altura de 143 cm y un diámetro de 30 cm.     Destinada a uso comercial, aunque también se emplea —y cada vez más— para uso doméstico.      Sus principales usos son: cocción (cocinas y hornos), agua caliente (calentadores y calderas), calefacción y calderas, industriales (soldadores, fontaneros, asfaltados, calefacciones, hornos y cocinas, etcétera).

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05

ENERGÍAS NO RENOVABLES

—  Bombona de 12 kg de mezcla automoción. Es similar a la bombona de butano de 12,5 kg o la de propano de 11 kg. La diferencia una franja pintada de color azul. Uso: permite utilizar GLP envasado como carburante en las carretillas elevadoras. Las ventajas de su uso son fundamentalmente económicas y medioambientales.

Energía nuclear

Calor Reactor



j Problemas propuestos Página 104

Página 101 19.

24. El plasma consiste en átomos totalmente ionizados; es decir, se trata de átomos que han perdido completamente sus electrones. Se puede conseguir plasma si se calientan átomos a temperaturas próximas a los 100 000 °C.

Energía mecánica

Energía eléctrica

Giro de la turbina

Alternador

20. Moderadores: tienen como finalidad reducir la velocidad de los neutrones. Barras de control: regulan la cantidad de escisiones o roturas que se producen en la unidad de tiempo. Sirven, por tanto, para regular la potencia del reactor. 21. a) Los reactores PWR se diferencian de los BWR en que disponen de dos circuitos:

—  Uno primario, con el refrigerante del reactor siempre en estado líquido.



—  Uno secundario, en el que, al pasar el refrigerante por el intercambiador de vapor, se evapora y sirve para hacer mover las turbinas.

Los reactores BWR disponen de un circuito, con lo que el refrigerante que extrae el calor del núcleo pasa a estado gaseoso y se dirige a las turbinas. b) Los reactores PWR son más seguros, ya que, si se rompe una de las tuberías que conduce el vapor a las turbinas, no se producirá escape de refrigerante radiactivo, pues no pasa por el reactor. Además, en estos reactores el calor del núcleo del reactor se extrae de una manera más segura al estar el refrigerante siempre en estado líquido, siendo su capacidad calorífica mayor que cuando está en estado gaseoso. 22. El intercambiador de calor permite transferir el calor transportado por el refrigerante del circuito primario (que está en estado líquido) al refrigerante del circuito secundario. Los refrigerantes de los circuitos primarios y secundarios no están en contacto. La transferencia de calor de un circuito a otro se hace a través de este elemento. En una central nuclear PWR, hay dos intercambiadores de calor (uno denominado «generador de vapor» y otro que se encarga de bajar la temperatura al vapor que sale de la turbina para que se licúe), por cada lazo de refrigeración que tenga el circuito primario de cada uno de los reactores. 23. Las razones son políticas. Existen diferentes grupos sociales (conservacionistas, ecologistas, partidos de izquierda, etc.) partidarios de su erradicación. Sus razones se basan en el riesgo de fugas o explosiones nucleares, que afectarían a miles de personas en el entorno de la central. Actualmente se han puesto muchas expectativas en la energía nuclear de fusión.

1. Son aquellas energías que nos proporciona la naturaleza, pero que, una vez consumidas, no hay forma de obtenerlas de nuevo. Existen unas reservas limitadas y llegará un día en que se agoten. 2. a) Fuentes de energía renovables: hidráulica, solar, eólica, biomasa, RSU, maremotriz de las olas, geotérmica e hidrotérmica. b) Fuentes de energía no renovables: carbón, derivados del petróleo, gas natural y energía nuclear. 3. Electricidad, butano, gasolina, gasóleo, queroseno, carbón de coque, fuelóleo, etcétera. 5. Grandes masas vegetales quedaron sepultadas debido a cataclismos; luego, sufrieron un proceso de carbonización parcial o total. 6. Son carbones fabricados por el ser humano. Existen dos tipos: •  Carbón vegetal: se obtiene quemando madera apilada y recubierta con barro. De esta manera se obtiene una combustión parcial, ya que se controla el nivel de oxígeno presente. •  Carbón de coque: se obtiene en las coquerías. Para ello, se introduce carbón de hulla en un recinto cerrado en el que se controla la cantidad de oxígeno. Se calienta toda la masa hasta unos 1 100 °C y se mantiene durante unas 16 horas. Luego se enfría. 7. Se pueden obtener muchos productos, pero los más importantes son: •  Aceites: de ellos se obtienen medicamentos (ácido acetilsalicílico para fabricar aspirinas), colorantes, insecticidas, explosivos, etcétera. •  Pez: es un producto que se emplea para impermeabilizar tejados y asfaltar carreteras (asfalto). 8. Tienen como objetivo aumentar el rendimiento del carbón y reducir el impacto medioambiental. Para ello se emplean: •  Combustión en lecho fluido: se pulveriza el carbón y se mezcla con cal. Luego, mediante una corriente de aire ascendente, se mantiene flotando mientras arde. Con ello se consigue que el azufre reaccione con la cal y no se emita a la atmósfera azufre, que genera la lluvia ácida, y que el carbón arda mejor, al tener una mayor superficie de contacto, aumentando el rendimiento. •  Gasificación del carbón: se inyecta vapor de agua, mezclado con oxígeno o aire, a cierta temperatura en una masa de carbón; como consecuencia, se desprende un gas combustible que posteriormente se quema.

ENERGÍAS NO RENOVABLES

9. •  Por la parte superior: gas natural y otros hidrocarburos en estado gaseoso. •  Parte inferior: agua salada. •  Laterales: roca impermeable (arcilla) y depósitos de sal. •  Parte central: roca porosa. 10. a) Gasóleo, gasolina, queroseno, fuelóleo (fuel), alquitrán, butano y propano. b) Plásticos, neumáticos, fibras textiles sintéticas, aceites sintéticos y parafinas. 11. a) Arabia Saudí (11,4 %) = 75,31 · 0,114 = 8,53 Mtep. b) Nigeria (11,5 %) = 75,31 · 0,115 = 8,66 Mtep. c) Méjico (15,1 %) = 75,31 · 15,1 = 11,37 Mtep. d) Irán (8,7 %) = 75,31 · 0,087 = 6,55 Mtep. e) Noruega (5,1 %) = 75,31 · 0,051 = 3,84 Mtep. 12. •  Gas ciudad o manufacturado: se obtiene durante la fabricación del carbón de coque (como subproducto). Tiene un poder calorífico de unas 5 000 kcal/m3. Es muy tóxico y contaminante del medio ambiente. Hasta no hace mucho tiempo, se empleaba para usos domésticos en las grandes ciudades. En la actualidad solamente se emplea en la industria, especialmente en la obtención del carbón de coque. •  Gas pobre o gas del alumbrado: se obtiene a partir de la combustión incompleta de materia vegetal. Su poder calorífico es muy pequeño (unas 1 500 kcal/m3). Se utilizó mucho en el alumbrado público de las calles durante el siglo xix y como fuente de energía en máquinas industriales. •  Acetileno: se obtiene al añadir agua al carburo de calcio (CaC2). Todavía se utiliza mucho como fuente de energía calorífica en procesos de soldadura (soldadura oxiacetilénica). Su poder calorífico es de 13 600 kcal/m3. 13. Observando la Figura 5.15 de la página 97, vemos que en la actualidad existen 10 refinerías en España localizadas en: Cartagena (Murcia), San Roque (Cádiz), Tenerife, Huelva, El Ferrol (A Coruña), Bilbao, Tarragona, Castellón y Puertollano (Ciudad Real). 14. Es muy poco contaminante, ya que el porcentaje de azufre es muy bajo, generando en la combustión únicamente CO2 y HO2. No es tóxico. 15. Gasoducto: son tuberías por las que se conduce el gas (generalmente, gas natural) para transportarlo desde los yacimientos o depósitos de almacenamiento (gasómetros) hasta los centros de consumo. Oleoducto: son tuberías por las que se transporta petróleo (crudo) o cualquier otro hidrocarburo en estado líquido. 16. Al principio se licúan los más pesados y al final los más ligeros. Algunos de ellos no se llegan a licuar y se queman en la propia refinería. El orden de licuado es: alquitrán, aceites, fuelóleo, gasóleo, petróleo, queroseno, gasolina, butano y propano. 17. Aproximadamente es (véase la Figura 5.11): •  Gasóleo y fuelóleo: 37 %. •  Alquitrán, parafinas y aceites: 12 %.

05

59

•  Gasolina: 20 %. •  Queroseno: 23 %. •  Butano y propano: 2 %. •  Otros: 6 %. 18. •  Hidrocarburos sólidos: —  Alquitrán: asfaltar carreteras e impermeabilizar tejados o terrazas. —  Parafinas: usos industriales. •  Hidrocarburos líquidos: —  Aceites: lubricación de máquinas. —  Fuelóleos: barcos y centrales térmicas. —  Gasóleo: camiones, autobuses, trenes, coches y calefacciones. —  Queroseno: aviones. —  Gasolina: turismos y ciclomotores. •  Hidrocarburos gaseosos: —  Propano: uso en calefacción y agua caliente, industrial o particular. —  Butano: uso doméstico. —  Metano y etano: se queman en la refinería. 19. Por cada litro de crudo se obtienen 0,23 litros de queroseno. Por tanto, con 100 litros de crudo se obtendrán 23 litros de queroseno. 20. Fisión nuclear: consiste en romper un núcleo de un átomo de uranio enriquecido al 3 % (235U) o de plutonio (239Pu), mediante el impacto de un neutrón, generándose gran cantidad de energía en forma de calor. Reacción nuclear en cadena: es una forma incontrolada de fisiones, escisiones o roturas de núcleos atómicos. Por cada núcleo roto se suelen producir tres neutrones que pueden romper a su vez tres núcleos distintos; éstos, a su vez, romper otros tres, etc. De esta forma, en la reacción n, se estarán rompiendo 3n−1 núcleos simultáneamente. Si la cantidad de calor liberado no es eliminado, se produce tanto calor que da origen a una bomba atómica. 21. N = 38−1 = 2 187 átomos simultáneamente. 22. El intercambiador de calor permite transferir el calor transportado por el refrigerante del circuito primario (que está en estado líquido) al refrigerante del circuito secundario. Los refrigerantes de los circuitos primarios y secundarios no están en contacto. La transferencia de calor de un circuito a otro se hace a través de este elemento. En una central nuclear BWR, hay un intercambiador de calor (generador de calor) por cada lazo de refrigeración que tenga el circuito primario de cada uno de los reactores. 23. En la fisión nuclear se rompen núcleos de átomos para formar átomos distintos y gran cantidad de energía. En la fusión nuclear se unen dos núcleos de dos elementos químicos distintos (deuterio y tritio) para obtener un nuevo átomo (helio) y gran cantidad de calor.

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ENERGÍAS NO RENOVABLES

24. E = P · t; 14,85 GW·h = 14 850 MW·h = 990 · t;

comienza a disminuir, hasta casi su desaparición, en el año 2006.

t = 15 horas. 25. La fusión nuclear consiste en unir dos núcleos de dos elementos químicos (tritio y deuterio) para formar helio y obtener gran cantidad de calor.

4. La máxima producción de carbón se dio hacia 1998, disminuyendo ligeramente con posterioridad. La tendencia, no obstante, es estable.

26. Presenta tres tipos de problemas:

5. La energía hidráulica se ha mantenido constante a lo largo del tiempo.

1. Calentar los átomos de deuterio y tritio a altísimas temperaturas (que pueden llegar a los 300 millones de grados) y mantenerlos el tiempo suficiente para que se inicie la fusión de los núcleos de deuterio y tritio. 2. Disponer de recipientes adecuados para mantener estos elementos (átomos) en un recipiente que no se funda. 3. Sacar la energía liberada en la fusión de los núcleos (generalmente calor) y transformarla en otro tipo de energía. 27. La reacción nuclear más contaminante es la fisión, porque la materia prima empleada (uranio fisionable) es muy radiactiva, así como los residuos (combustibles gastados). La cantidad de neutrones producto de la reacción nuclear es mayor en la fisión.

Página 105 29. Observando la Tabla 5.2 podemos ver que el consumo de carbón en España en el año 2006 fue de 42,09 millones de toneladas. Podemos comprobar que el 88,52 % de carbón consumido se utiliza para generar energía eléctrica. El resto, 11,48 %, se usa para fabricar cemento, uso doméstico, industria y otros menesteres. 30. Para calefacciones. 31. a) Sí, cada año se gasta más energía y la tendencia es esa. b) Cada día se requiere más energía en la industria (automatización de procesos industriales), se viaja más (consumo de más petróleo) y mejora la calidad de vida en la vivienda (calefacción en invierno y aire acondicionado en verano). c) –  Se mantienen: energía hidráulica, energía nuclear y energía del carbón.

–  Aumenta levemente: petróleo.



–  Se dispara: gas natural.

d) El aumento en el consumo de gas natural se debe a la sustitución paulatina por este combustible del butano (en cocinas y calentadores), del gasóleo (calefacciones) y a los usos industriales. 32. a) Los momentos más importantes en la producción de energía en España en los últimos años son: 1. A finales de los años ochenta, la energía nuclear aumenta considerablemente. 2. Aproximadamente en el año 1986, se empieza a producir gas natural, pero parece que la tendencia es a desaparecer. 3. La producción de petróleo, aunque pequeña, parece que se ha mantenido baja hasta 1998. A partir de esa fecha

33.  

Ventajas

Inconvenientes

•  Resulta más económico que hacer galerías.

•  Se destruyen hábitats que pueden ser importantes para la fauna y flora.

•  Ocurren menos accidentes.

•  Causa grandes impactos visuales.

•  No se producen explosiones •  El agua de lluvia puede debido a la presencia de arrastrar materia que grisú. contamine fuentes y ríos.

4. Burgos (Ayoluengo). 3 Valencia (Chipirón). Tarragona (Casablanca, Rodaballo y Boquerón). Vizcaya (Albatros y Gaviota). 35. El petróleo total consumido fue de 72,4 Mtep y el producido (según se muestra en el recuadro superior de la página 96 del libro del alumno) de 0,140 Mtep. Mediante una regla de tres:  x = 0,19 %. 36. No tiene prácticamente azufre, por lo que no da origen a la lluvia ácida. En la combustión se genera solamente H2O y CO2, mientras que otros hidrocarburos generan monóxido de carbono (CO). 37. No. El gas natural que se suele encontrar en la parte superior de los pozos petrolíferos se conoce con el nombre de «gas natural húmedo», ya que se halla mezclado con combustibles gaseosos derivados del petróleo. En la naturaleza también se puede encontrar gas natural en grandes bolsas, a altísimas presiones, compuesto únicamente por metano, etano y proporciones muy pequeñas de hidrógeno y nitrógeno. 38. •  El gas natural se almacena en depósitos, denominados gasómetros, a altas presiones para que se licúe. Para transportarlo se utilizan camiones cisternas o tuberías (gasoductos). Cuando se transporta por gasoductos se hace en estado gaseoso, a una presión no muy grande para reducir pérdidas por filtraciones. •  El crudo o petróleo se almacena en depósitos en estado líquido, a presión ordinaria. Luego se transporta hasta las refinerías mediante oleoductos (tuberías), barcos, camiones o trenes. 39. MeV (megaelectrovoltio) es una unidad de energía utilizada en reacciones nucleares. Es igual a: 1 MeV = 1,602 · 10−13 J •  Una unidad de masa atómica (u) es igual a: u = 1,66 · 10−27 kg. •  Si la materia (1 unidad de masa atómica) se desintegra y se convierte en energía, mediante la fórmula de Einstein, tendremos la siguiente energía: E = 932,58 MeV

ENERGÍAS NO RENOVABLES

40. —  En la página 100 del libro de texto figura la potencia de cada una. La suma total es 7 421 MW. —  La energía eléctrica máxima generada al año, suponiendo que funcionasen las 24 horas, sería:

E = P · t = 7 421 · 24 · 365 = 65 007 960 MW·h



E = 65 007,96 GW·h

41. Algunas medidas podrían ser: •  Sustituir las centrales térmicas por parques eólicos, que generen electricidad a partir de energía eólica. •  Reducir la dependencia del vehículo para trayectos cortos que se pueden hacer a pie, en bicicleta, en autobús, metro, etcétera. •  Usar transporte público si el número de personas que ocupan un coche es reducido. •  Aislar las viviendas para evitar pérdidas de energía calorífica (calefacción). •  Educar ecológicamente, que se aprenda a no derrochar energías procedentes del petróleo y del gas natural. E 42. h = ​ __u ​  Es Eu = m · Ce · Δt = 2 000 · 1 · Δt = 2 000 · Δt m = d · V = 0,7 · 1,5 = 1,05 kg Es = Pc · m = 10 300 · 1,05 = 10 815 kcal Eu = h· Es 2 000 · Δt = 0,85 · 10 815 Δt = ________   ​  ​ 9 192,75   = 4,6 °C 2 000 43. E = m · c2 = m · (3 · 108)2 = m · 9 · 1016 J E = 109 kcal = 1012 cal = 4,18 · 1012 J 4,18 · 1012 = m · 9 · 1016 m = 4,18 · 1012/9 · 1016 = 4,64 · 10−5 kg m = 0,046 g

j Actividades de ampliación 1. Calcula la cantidad de carbón (antracita) que es necesario quemar en 10 horas en una caldera si su rendimiento es del 30 % y tiene una potencia útil de 40 kW. Dato: poder calorífico de la antracita = 8 000 kcal/kg. 2. ¿Cuáles son los efectos que sobre el medio ambiente tienen los siguientes tipos de contaminación debidos a la combustión de carbón? a) Lluvia ácida. b) Efecto invernadero.

j Evaluación 1. Calcula el rendimiento de una central térmica que consume 250 000 kg de carbón al día y cuya potencia es de 30 000 kW. Nota: el poder calorífico del carbón es de 8 000 kcal/kg.

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2. Si en una central térmica el rendimiento es del 32 % y su potencia es de 75 000 kW, calcula la cantidad de carbón que consume al día esta central suponiendo un funcionamiento de 24 horas al día. Nota: el poder calorífico del carbón es de 8 000 kcal/kg. 3. ¿Cuántos julios se utilizan para producir cemento en España en un año si se sabe que se utilizaron 0,4 · 106 Tm de carbón? Nota: el poder calorífico del carbón es de 8 000 kcal/kg. 4. ¿Cuál de los siguientes derivados del petróleo no es un gas? a) Butano. b) Propano. c) Queroseno. 5. ¿Cómo se llama la reacción que se produce en el núcleo de un átomo que hace que éste se separe? a) Fusión. b) Fisión. c) Nucleación.

j Soluciones actividades de ampliación 1. La energía obtenida en la caldera será: Eútil = P · t = 40 000 · 10 · 3600 J = 1,44 · 109 J = = 344 497,61 kcal Eútil    ​ h = 0,3 = ​ ___ Es Es = m · PC = m · 8 000 0,3 = __________  ​  ​ 344 497,61 m · 8 000 m = 143,54 kg 2. a) Lluvia ácida: la lluvia ácida se produce a consecuencia de las emisiones gaseosas de azufre y nitrógeno, que vuelven a la tierra arrastradas por la lluvia o la nieve. En este momento es cuando producen grandes daños a la vegetación y bosques. b) Efecto invernadero: este fenómeno hace referencia a la elevación de la temperatura de la atmósfera debido a la dificultad de disipar el calor por el aumento de la cantidad de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera y que procede de industrias y automóviles. Este efecto se supone que es el que provoca el cambio climático responsable de las alteraciones en las lluvias, olas de calor, etcétera.

j Soluciones evaluación 1. La energía obtenida en la central será: Eu = 30 000 · 24 · 103 · 3 600/(1 000 · 4,18) = 6,2 · 108 kcal Por tanto, podemos calcular ya el rendimiento:

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ENERGÍAS NO RENOVABLES

Eu ​= 6,2 · 108 η =    =  = 0,31, es decir, 31 %. Eaportada 8 000  ·  250 000 

3. E = Pc · m = 8 000 · 0,40 · 106 · 103 = 3,2 · 1012 kcal = = 1,3 · 1016 J

2. La energía obtenida en la central será:

4. c) Queroseno.

E = 75 000 · 24 = 1 800 000 kW·h = 1,55 · 10 kcal 9

La energía aportada es: Eaportada = 8 000 · m, de modo que sustituimos en la expresión del rendimiento y despejamos m: 1,55 · 109   m = 605 562,2 kg de carbón son nece‑ 0,32 = ​ _________ ​ ⇒ 8 000 · m sarios.

5. b) Fisión.

ENERGÍAS RENOVABLES

j Actividades propuestas

•  Energía cinética de rotación → Energía eléctrica (alternador). 2.

Ruedas hidráulicas

Turbinas

•  Bajo rendimiento ≤ 20%

•  Rendimientos muy altos ≥ 80%

•  Giran a baja velocidad.

•  Giran a muy alta velocidad.

•  Son sistemas antiguos de aprovechamiento de la energía.

•  Son sistemas modernos de aprovechamiento de la energía hidráulica.

3. a) En ríos que tengan montañas laterales muy pronunciadas. b) Son más baratas porque su forma origina que, debido a la fuerza de presión del agua, sea sujetada por las montañas que la rodean (clavándose en ellas). 4. Se deberán colocar a una distancia del fondo del embalse de 1/3 de la altura total de la presa. De esta manera, se evita que fangos, tierra, piedras, etc., puedan penetrar por las conducciones y destruir las turbinas que giran a gran velocidad. Además, para evitar la entrada de ramas o troncos, dispondrán de una rejilla. 5. Tienen dos funciones:

8. Véase la cuestión número 13 de los Problemas propuestos al final de la unidad. 9.

Ventajas

•  Prácticamente •  Funciona sin ninguno. La necesidad de dificultad para haber bombeado construir este tipo previamente agua al de centrales exige embalse superior. zonas con grandes •  Permite almacenar desniveles en energía en el embalse distancias cortas. superior, bombeando agua del interior, cuando hay exceso de producción eléctrica. •  Permite almacenar energía eléctrica (en forma de energía potencial) cuando existe un exceso que no se consume y no se pueden detener las centrales que la producen (térmicas, nucleares…).

a) Como depósitos de almacenamiento, suministrando más agua si el caudal requerido en la turbina aumenta momentáneamente. b) Evitar una sobrepresión en los conductos cuando se reduce el caudal de salida de agua. Por ejemplo, para reducir potencia en la turbina hidráulica. 6. η = Eu /Es Es = 9,8 · Q · h · t = 9,8 · 3 · 100 · 30 · 24 =   = 2116 800 kW·h Eu = η · Es = 0,9 · 2 116 800 = 1 905 120 kW·h =   = 1 905,12 MW·h

Página 111 7. a) La central de bombeo mixta consta de dos embalses. Uno superior, al que llega agua procedente de un río, y otro inferior (que en algunos casos coincide con otro embalse en escalón). El agua se almacena en el embalse superior, alimentando las turbinas a través de los conductos adecuados. Si el embalse superior está lleno, el agua rebosará y se irá por el río, llenando el embalse inferior (depósito). Cuando hay un excedente de energía y el embalse superior dispone de poca agua, esta energía (energía eléctrica que no se consume y es

Inconvenientes

Bombeo Mixto

•  Energía cinética del agua → Energía cinética de rotación (turbina).

b) •  Energía potencial → Energía cinética (velocidad del agua) → Energía cinética (rotación de la turbina) → Electricidad (alternador). •  Electricidad → Energía cinética (giro de la bomba) → Energía cinética (velocidad del agua bombeada) → Energía potencial (agua subida al embalse superior).

Bombeo Puro

1. •  Energía potencial → Energía cinética del agua (tuberías).

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producida en otras centrales: térmicas, nucleares, etc.), se emplea para bombear agua del embalse inferior al superior.

Centrales hidroeléctricas

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06

•  Antes de poder utilizar el agua almacenada (energía) en el embalse superior es necesario haberla bombeado. •  El rendimiento de este sistema de almacenamiento de energía es bajo.

Página 115 11. El coeficiente de radiación solar es variable y depende de muchos parámetros. Los más importantes son: latitud geográfica, hora del día, estación del año y situación atmosférica. Su valor máximo es del orden de 1,3 cal/min · cm2 12. •  Colocación de elementos de protección del viento procedente del norte y aprovechar el sol del sur para poner plantas, flores o verduras. •  Abrir ventanas con orientación al sur para que entre el sol y se caliente la casa en invierno. •  Colocar plástico, creando el efecto invernadero, para plantar flores o verduras en primavera o invierno. •  Fabricar colectores planos artesanalmente para capturar la energía solar y aprovecharla para usos domésticos (calefacción y agua corriente sanitaria). •  Empleo de cocinas solares en verano en zonas cálidas (sur de España), para ahorrar combustible. Habrá que orientarlas hacia el sol, con objeto de obtener la máxima energía posible. 3. S = 120 m2 = 120 · 104 cm2 = 1,2 · 106 cm2 1 Q/t = K · S = 0,6 · 1,2 · 106 = 720 000 cal/min = 720 kcal/min Q/t = 43 200 kcal/h

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ENERGÍAS RENOVABLES

14. Para hacer el cálculo, suponemos un tiempo t = 1 hora:

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η = Eu /Es; Eu = P · t = (29 + 9 + 9) · t = 47 · t = 47 · 1 W·h = = 47 W·h = 47· 3 600 · W·s

19. •  Restos de uva, se transforman en alcohol.

Eu = 169 200 J = 40 478,47 cal Es = Q = K · t · S = 0,8 · 60 · S

•  Pirólisis o fabricación de carbón vegetal. La madera se convierte en carbón. •  Obtención de biogás a partir de excrementos y restos de materia orgánica en Leche Alba (Zaragoza).

Eu = h · Es; 40 478,47 = 0,3 · Es 40 478,47 cal = 0,3 · 0,8 · 60 · S

20. Pc (real) = Pc · p · [273/(273 + t)] =

S = 2 811 cm2 = 0,28 m2

= 4 500 · 1,5 ·[273/(273 + 25) = 6 183,72 kcal/m3 Q = 0,5 · 6 183,72 = 3 091,86 kcal

Página 117 15. Eútil = Pútil · t = 44,85 · 10 = 448,45 kWh

Página 121

17. •  Mover yates. Para ello se emplean velas. •  Aeroturbinas eólicas. •  Molino americano para extraer agua. 18. a) Se compone de dos semicilindros desplazados uno respecto del otro y sujetos verticalmente mediante cables. b) Se puede construir una aeroturbina a partir de una lata de refresco. Para ello: 1. Cortar la lata por la mitad con la ayuda de una sierra de arco o tijeras. Usar guantes de cuero para evitar accidentes. 2. Lijar toda la parte superior e inferior del bote (con ello se elimina la capa plástica que impide la soldadura blanda). 3. Cortar dos trozos de hojalata y hacerles un agujero, con el mismo diámetro que el eje de la aeroturbina. 4. Soldar las chapas (3) a 1/5 de distancia de uno de los extremos. El agujero deberá quedar medio tapado por la chapa del bote. 5. Doblar la chapa del bote, alejado del agujero, para que entre el eje con facilidad. 6. Colocar la otra mitad del bote, procurando que su centro coincida con el del eje. Doblar un poco la hojalata para que el eje entre bien. 7. Soldar la hojalata a la otra mitad del bote. 8. Cortar dos trozos de hojalata y soldarlo por la parte superior e inferior. 9. Y, por último, introducir el eje y un tubo por la parte inferior.

COL

A

Cortar (1) Lijar (2) (3)

Soldar (8)

Soldar (4)

Soldar (7)

21. a) Hidrotérmico: el agua se encuentra en el interior de la tierra a una temperatura entre 40 y 200 °C. Cuando se hace un agujero, sale a presión. b) Geopresurizado: suelen estar a mucha mayor profundidad. El agua, que sale a una presión muy grande y a más de 200 °C, suele aparecer mezclada con gas natural. c) Roca caliente: no hay agua. La roca se encuentra a gran temperatura (puede llegar a los 300  °C). Al introducir el agua fría, se puede sacar la energía calorífica. 22. El agua que se encuentra en esos yacimientos geotérmicos puede proceder de filtraciones del terreno, debido a lluvias, deshielos, ríos, etcétera. m  23. Q = 4 m3/h = 4 · 103 l/h = 4 · 103 kg/h = t m  E/t = Ce · ​· (TF – Ti ) = 1 · 4 · 103 · (75 – 15) = t = 240 000 kcal/h

Página 122 24. •  Cuando la marea empieza a subir, se cierran las compuertas y se dejan cerradas hasta que casi ha llegado a pleamar. •  Se abren las compuertas y las turbinas comienzan a funcionar, como si se tratase de un embalse. Se calcula para que el estuario esté completamente lleno cuando la marea comience a bajar. •  Se cierran de nuevo las compuertas hasta que la marea esté próxima a su punto más bajo (bajamar). Luego se abren las compuertas y comienzan a funcionar de nuevo las turbinas, mientras sale el agua del estuario. Deberá haber salido toda el agua que entró cuando la marea comience a subir de nuevo. Para transformar la energía potencial del agua en energía eléctrica se emplean turbinas que van conectadas a un alternador. 25. Son desperdicios sólidos, generados por la actividad doméstica o comercial. 26. a) Incineración: quemando aquellos productos que ardan y aprovechando su energía calorífica. b) Fermentación: todos los residuos orgánicos se pueden hacer fermentar y obtener biogás, que se empleará como combustible.

ENERGÍAS RENOVABLES

27. •  Muebles de madera. Mediante incineración. •  Plásticos. Mediante incineración. •  Productos textiles. Incineración. •  Materia orgánica (cáscaras de patatas, cortezas de plátanos, verduras, etc.). Biogás. •  Papeles y cartones. Incineración. 28. a) Para obtener electricidad. Incineración

Energía calorífica

Alternador

Vapor de agua

Giro de turbina de vapor

b) Para producir biogás. Mantener   durante   algunos días Introducción   en un recipiente

Calentar hasta . 30 °C

Biogás

Extraer restos

Compost

Página 123

Energía cinética de la ola

Movimiento Energía cinética del soporte

Energía cinética del líquido Alternador Energía eléctrica

Un líquido a gran presión hace girar una turbina hidráulica   (usa el principio   Energía cinética   de la bomba de   la bicicleta, con aceite de una turbina en vez de aire) hidráulica

2. Mediante empuje vertical (flotación). Exactamente igual que el anterior, sólo que en vez de aprovechar el empuje, se aprovecha la flotabilidad de un cuerpo ligero. 3. Mediante presión. Energía de la ola

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j Problemas propuestos Página 126 1. a) La más adecuada sería una turbina Pelton. b) •  Se trata de una rueda que en su periferia lleva una serie de «cucharas» que soportan el choque de un potentísimo chorro de agua. •  Las cucharas reciben el agua frontalmente y la desvían 90° en sentidos opuestos, provocando un giro radial de la turbina. •  Para aumentar la potencia, basta con añadir un mayor número de chorros. •  Su rendimiento es del 90%. 2. Existen varios procedimientos: a) Energía solar en energía eléctrica. •  Placas fotovoltaicas. •  Central solar de colectores cilíndrico-parabólicos. •  Central solar de campo de helióstatos. b) Energía solar en energía térmica. •  Invernadero. •  Recinto cerrado con cristales. •  Colectores planos. •  Horno solar. 3. a) El colector solar transforma la energía electromagnética del Sol en energía calorífica (calor). b) La placa fotovoltaica transforma la energía solar en energía eléctrica directamente.

29. 1.  Mediante empuje de la ola. Movimiento

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Aumento de presión del aire Energía de presión Energía eléctrica

Energía cinética de rotación

Giro   del alternador

Giro   de la turbina

30. Aparece explicado en el apartado 6.8 A, de la página 123 del libro de texto.

4. Se podría emplear el mismo sistema que se indica en la Figura 6.12 de la página 114 (desalinadora de agua marina). Al calentar el agua, se evapora y, posteriormente, se condensa, depositándose en otro recinto. En el primer recinto quedarán los fangos secos, una vez que se ha evaporado toda el agua. 5. •  La constante solar (K) es la intensidad de radiación solar, medida fuera de la atmósfera. Se le considera invariable a lo largo del año. Su valor es K = 1,94 cal/min · cm2 •  El coeficiente de radiación solar (K) es la intensidad de radiación solar en un punto cualquiera de la superficie del planeta. Es un valor variable, que depende de muchos parámetros. Su valor puede estar comprendido entre 0 y 1,3 cal/min · cm2.  El valor que se suele tomar en un día de verano es: K = 0,9 cal/min · cm2 6. a) La parábola-cilíndrica tiene la propiedad de reflejar todos los rayos sobre una línea. Si sobre esa línea se coloca una tubería, se habrá concentrado gran cantidad de rayos, aportando una gran energía calorífica. b) No se emplean para lo mismo. Los colectores planos se usan para calentar agua para diversos usos, mientras que los colectores cilíndrico-parabólicos se emplean para transformar la energía solar en energía eléctrica, pero aprovechándola desde un punto de vista calorífico. 7. El horno solar consiste en un campo de helióstatos (espejos planos orientables) que reflejan los rayos sobre una gran pará-

66

06

ENERGÍAS RENOVABLES

bola. Esta parábola concentra los rayos en una zona muy reducida u horno, consiguiéndose temperaturas de hasta 4 000°C. Se emplea en investigaciones científicas relacionadas con la fusión de metales y otros materiales. 8. •  Obtención del gas pobre: consiste en elevar la temperatura de un horno, en el que está ardiendo materia orgánica, entre 700 y 1 500 °C, limitando la cantidad de aire que entra entre un 10 y un 50 % de lo teóricamente necesario. Este aire se hace pasar por el material ardiendo a gran velocidad. •  Obtención del gas de síntesis: el proceso de obtención es igual que en el caso anterior, pero en vez de aire, se emplea oxígeno puro. •  Obtención del alcohol de quemar: se obtiene mediante una transformación de glucosa en etanol, por la acción de microorganismos (levaduras y hongos unicelulares).

9. a) Sólidos y líquidos:

1. Etanol (~6 000 kcal/kg).



2. Serrín (4 320 kcal/kg).



3. Madera seca (2 800 kcal/kg).



b) Gases combustibles:



1. Biogás (4 500 kcal/m3).



2. Gas pobre = gas del gasógeno (1 200-2 600 kcal/m3).

10. Los yacimientos geopresurizados se encuentran a enormes presiones (el agua que puede estar a 200 °C se suele encontrar en estado líquido). Si no estuviesen recubiertos por roca impermable, el agua y el vapor saldrían a la atmósfera o se filtrarían hacia otros lugares. 13. Las centrales hidroeléctricas españolas más importantes son:

Nombre de la central

Potencia (kW)

Río

Provincia

  1. Aldeadávila I-II   2. José M.ª de Oriol   3. Cortes-La Muela   4. Villarino   5. Saucelle I-II   6. Estany Gento- Sallente   7. Cedillo   8. Tajo de la Encantada   9. Aguayo 10. Mequinenza 11. Puente Bibey 12. San Esteban 13. Ribarroja 14. Conso 15. Belesar 16. Valdecañas 17. Moralets 18. Guillena 19. Bolarque I y II 20. Villalcampo I y II 21. Castro I y II 22. Azután 23. Los Peares 25. Esla 26. Tanes 27. Frieira 28. Torrejón 29. Salime 30. Cofrentes 31. Cornatel 32. Tabescán Superior 33. Castrelo 34. Gabriel y Galán 35. Canelles 36. Cíjara I y II

1139 200 915 200 908 350 810 000 570 000 451 000 440 000 360 000 339 200 324 000 285 250 265 480 262 800 228 000 225 000 225 000 221 400 210 000

Duero Tajo Júcar Tormes Duero Flamisell Tajo Guadalhorce Torina Ebro Bibey Sil Ebro Camba Miño Tajo Ribagorzana Ribera del Huelva

Salamanca Cáceres Valencia Salamanca Salamanca Lleida Cáceres Málaga Cantabria Zaragoza Orense Orense Tarragona Orense Lugo Cáceres Huesca Sevilla

(1) Central de bombeo mixto (2) Central de bombeo puro 1 – 2 1 – 2 – 2 2 – 1 – – 1 – 1 2 2

206 000 206 000 189 800 180 000 159 000 133 200 133 000 130 000 129 200 126 000 124 000 121 600 120 440 112 000 110 000 108 000 102 100

Tajo Duero Duero Tajo Miño Duero Nalón Miño Tajo-Tiétar Navia Júcar Sil Lladorre Miño Tajo Ribagorzana Guadiana

Guadalajara Zamora Zamora Toledo Lugo Zamora Orense Asturias Cáceres Asturias Valencia Orense Lleida Orense Cáceres Huesca Badajoz

2 – – – – – 1 – 1 – – – – – 1 – –

ENERGÍAS RENOVABLES

06

— Hay 8 centrales de bombeo puro.

Calor emitido = calor absorbido

— Hay 8 centrales de bombeo mixto.

K · t · S = m · Ce · (Tf Ti ); caudal = Q = m/t

67

— Hay 20 que no disponen de bombeo. Por tanto, no hay posibilidad de almacenar energía procedente de otras centrales.

S = Ce · (Tf – Ti) · m/(t · K) = Q · Ce · (Tt – Ti )/K = 104 · 1 ·  · (90 – 8)/0,5 = 1 440 000 cm2

14. Aquellas minicentrales tenían como objeto principal el abastecimiento de energía eléctrica a pequeñas industrias y localidades aisladas. Pero como el número de usuarios era reducido, su mantenimiento resultaba caro.

S = 144 m2

Con la generalización de la Red Nacional de abastecimiento no pudieron competir, se hundieron y tuvieron que cerrar. En la actualidad, existen subvenciones que animan a empresarios a invertir de nuevo en este tipo de centrales que producen energía ecológica y renovable. 15. El etanol de 94° tiene un poder calorífico de unas 6 000 kcal/kg (véase la Figura 6.22 de la página 119). Cada kilogramo de glucosa genera 510 g de etanol. m = 0,510 · 3 = 1,53 kg de etanol. Q = Pc · m = 6 000 · 1,53 = 9 180 kcal 16. La primera es una fermentación con oxígeno y la segunda es una fermentación sin oxígeno. a) En la fermentación alcohólica se transforma la glucosa en etanol o, lo que es lo mismo, alcohol etílico, debido a la acción de microorganismos (levaduras y hongos unicelulares). b) En la fermentación anaerobia se produce biogás (metano y dióxido de carbono), debido a la acción de bacterias anaerobias, que viven en ausencia de oxígeno. Se usa como combustible. 17. v = 50 km/h = 50 · 103/3 600 = 13,89 m/s S = π · R2 = 3,14 · 31,52 = 3 117,25 m2 a) Pviento = 0,37 · S · v3 = 0,37 · 3 117,25 · 13,893 = = 3 090 119,1 W

Pviento = 3 090,12 kW

b) Potencia absorbida por cada aerogenerador: Pútil = Pabsorbida = η · Pviento = 0,9 · 3 090,12 = 2 781,11 kW c) E = Pútil · t = 2 781,11 · 180 · 24 = 12 014 382,97 kW·h E = 12 014,38 MWh d) Coste de cada generador = Energía producida al año · Precio kW·h · N.º de años. 500 000 € = 12 014 382,97 · 0,09 · N N = 0,46 años

c) Cantidad de energía capturada diariamente por el colector. Q = K · t · S = 0,5 · 4 · 60 · 1 440 000 = 172 800 000 cal. Q = 172 800 kcal 21. La energía calorífica obtenida a lo largo de un año será: E1 = 172 800 · 300 = 5,18 · 107 kcal = 5,18 · 1010 cal = E1 = 2,17 · 1011 J = 2,17 · 1011 W·s = 60 192 000 W·h =  = 60 192 kWh El precio de la energía anterior (E1) hubiese sido: Precio = 60 192 · 0,08 = 4 815,36 € 22. La cantidad de energía recibida por el colector diariamente será: t = 6 · 60 = 360 min; S = 4 m2 = 4 ·104 cm2 Q1 = K · t · S = 0,8 · 360 · 4 · 104 = 11 520 000 cal = = 11 520 kcal La cantidad de energía obtenida al año será de: QT = 11 520 · 150 = 1 728 000 kcal = 7,22 ·109 J = = 7,22 · 109 W·s QT = 2 006 400 W·h = 2 006,4 kWh El dinero ahorrado al año será: Precio = 2 006,4 · 0,08 = 160,51 €/año. El tiempo en amortizar lo que ha costado será: 2 600 € = 160,51 · t; t = 16,20 años.

j Actividades de ampliación 1. Localiza los principales embalses que alimentan las centrales hidráulicas españolas, así como algunas de sus características técnicas más relevantes. 2. Busca en diversos medios (revistas, periódicos, Internet, enciclopedias, etc.) la información que puedas sobre la potencia obtenida con energía eólica en la Unión Europea.

e) Etotal = 60 · 12 014,38 MW·h = 720 862,98 MW·h =   = 720,86 GWh

j Evaluación

Página 127

1. Si en una central hidroeléctrica hay un desnivel de 20 m y pasa un caudal de 15 m3/s, ¿cuál es su potencia real? Suponer un rendimiento del 0,93.

20. a) Para calentar el agua a 90° se va a requerir un colector plano aislado térmicamente y con el vacío en su interior.

2. En un invernadero cuyos cristales superiores tienen unas dimensiones de 10 × 4 metros, calcular el calor que habrá entrado en un día con 9 horas de sol si suponemos que no ha habido pérdi b) La superficie del colector será: caudal = Q = 600 l/h =  das. K = 0,85 cal/min · cm2. = 6 · 105 g/h; Q = 104 g/min

68

06

ENERGÍAS RENOVABLES

3. En un balneario se obtienen 12 m3/hora de agua a 84 °C. ¿Cuál es la cantidad de energía que se obtiene cada día? La temperatura de referencia son 20 °C.

Soluciones evaluación

4. ¿Cuál de los siguientes tipos no es una clase de turbina?

2. La superficie del invernadero será:

a) Fourneyron. b) Kaplan. c) Stewart. 5. ¿Cuál es la potencia máxima que se obtiene en las minicentrales hidráulicas? a) 10 MW. b) 75 MW. c) 20 MW.

1. Preal = η · Pteórica = 0,93 · 9,8 · 15 · 20 = 2 734,2 kW S = 1 000 · 400 = 400 000 cm2 Por tanto, el calor que habrá entrado es: Q = 0,85 · 540 · 400 000 = 183 600 kcal 3. Q = 12 m3/hora= 12 000 kg/h En un día se tendrán 12 000 · 24 = 288 000 kg de agua. E = Ce · m · ∆T = 1 · 288 000 · (84 – 20) = 18 432 000 kcal 4. c) Kaplan. 5. a) 10 MW.

j Soluciones actividades de ampliación 1. Principales embalses de interés hidroeléctrico en España. Consulta la tabla que aparece en la solución de la Actividad 13 de la página 66 de este solucionario. 2. Potencia eólica instalada en la UE, 2006.

Fuente: IDAE/EurObserver. Obtenido de: http://www.ercyl. com/pdf/doc_eolica/situacion_de_la_energia_eolica_en_ espa%C3%B1a_junio_2007.pdf

07

LA ENERGÍA EN NUESTRO ENTORNO

j Actividades propuestas

Página 134

Página 130

4.

1.

Fusión fría

Fusión ordinaria

• Se realiza a temperatura ambiente.

• Hay que elevar la temperatura de los átomos que se van a fusionar a más de 100 millones de grados.

• Se combinan dos átomos de deuterio para formar uno de helio.

• Se combinan un núcleo de deuterio y otro de tritio para formar un núcleo más pesado (helio).

Gas

Quemador

Energía química

Energía calorífica

Intercambiador de calor



b) L as ventajas que aporta el empleo de pilas de hidrógeno en la producción de energía secundaria es importante, resaltando: • No se produce contaminación alguna. • El rendimiento obtenido es muy alto. • La materia prima (hidrógeno y oxígeno del aire) es muy barata. El hidrógeno se podría obtener del agua. El problema es que todavía resulta caro producir el hidrógeno puro. Se están ensayando métodos en los que se utiliza la energía solar para descomponer el H2 del agua.

Página 132 3.

Chispa (calor)

Energía química

Intercambiador de calor

Energía calorífica

Calefacción del coche

Radiador Gira el cigüeñal

Energía mecánica

Energía eléctrica

Al exterior

Calor Rozamiento Aire acondicionado Parte de la energía se convierte en electricidad gracias al alternador

Energía mecánica

Energía luminosa

Energía acústica

Motor de arranque

Luces del coche

Claxon

Calentamiento del agua Energía calorífica

5. Agua fría

• La mejor es la fusión fría. • Ventajas: —  Se produciría a temperatura ambiente. —  Sería una energía baratísima. — No produciría ningún residuo peligroso para el medio ambiente. — Su uso no acarrearía ningún peligro de explosión, incendio, etcétera. 2. a) E ntre dos electrodos se encuentra un electrolito que deja pasar iones positivos de hidrógeno, que se unen al oxígeno, generando una diferencia de potencial muy pequeña y vapor de agua. Como la tensión es muy pequeña, se colocan muchas pilas de hidrógeno en paralelo.

69

Agua caliente

Página 137 6. La ubicación idónea será aquella zona en la que el número de horas anual de sol sea mayor, teniendo en cuenta, además, el coeficiente de radiación solar. Normalmente, estos valores suelen ser máximos en las mismas zonas o zonas colindantes.

Estos lugares son:



•  Tenerife, 1 940 KWh/m2 año y 2 897 horas/año.



•  Málaga, 1 700 kWh/m2 año y 3 023 horas/año.



•  Murcia, 1 800 kWh/m2 año y 2 280 horas/año.



•  Almería, 1 710 kWh/m2 año y 3 052 horas/año.

7. Observando la Figura 7.15 de la página 137, serían: Aragón (Zaragoza), Galicia (A Coruña y Lugo), Castilla-La Mancha (Albacete) y las islas Canarias. 8. Observando la Figura 7.14 de la página 137, vemos en cada provincia dos valores. El superior corresponde a la energía anual (en kWh), en forma de calor, recibida en ese lugar a lo largo del año, por metro cuadrado. Su valor es:

• Madrid: 1 560 KWh.



• Zamora: 1 470 KWh.



• Murcia: 1 800 KWh.



• Santa Cruz de Tenerife: 1 940 KWh.



• Palma de Mallorca: 1 520 KWh.



• Alicante: 1 750 KWh.

9. El uso del sistema indirecto en calentadores de agua mediante colectores solares planos tiene la ventaja, frente a los de efecto termosifón, de no depositarse cal en la zona del colector. Al disponer de dos circuitos, el agua que transporta la energía calorífica desde el colector al depósito puede ser agua destilada, a la que se puede añadir anticongelante (si el colector está situado en zonas en las que hiela en invierno).

07

70

LA ENERGÍA EN NUESTRO ENTORNO

Página 140 10. a) Casa: electricidad y butano.

10. a) L as líneas o redes primarias son aquellos cables que unen las estaciones transformadoras con las subestaciones de transformación.





b) Instituto: electricidad y gasóleo.

j Problemas propuestos Página 142 1. a) T odavía no es un proceso de obtención de energía. Fueron los científicos Martín y Stanley quienes aseguraron haber observado indicios de esta fusión fría. Pero hasta el momento no se ha podido comprobar ni desarrollar.





C onsiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través de una celda electrolítica en la que el cátodo es de paladio (Pd) y el ánodo de platino (Pt). El baño conductor es un compuesto de litio, oxígeno y deuterio, disuelto en agua pesada.

b) L as líneas de transporte son las mismas que las líneas primarias.

11. Para reducir el voltaje, convirtiéndolo de 420 000 V a 132 000 V. 12. a) L a cogeneración es un proceso de aprovechamiento de la energía residual (que normalmente se tira, ya que no es posible aprovecharla, debido al bajo rendimiento de las máquinas) cuando se está «produciendo» energía mecánica o eléctrica, para utilizarla en otros usos industriales o domésticos.

b) Los más usados son:





—  Cogeneración mediante motor de ciclo diésel.





—  Cogeneración mediante turbina de gas.

13. Calor (Vapor) Hogar Calor

b) Todavía no se utiliza porque no se ha desarrollado.

2. a) Hidrógeno líquido y oxígeno (del aire).

Electricidad

b) N  inguno. Solamente se libera H2O y algo de calor, además de electricidad.

Energía química

3. a) Energía eléctrica.

(Agua)

b) E n la actualidad se emplea para mover vehículos (autobuses).

Turbina de vapor

Energía mecánica

Alternador

(Vapor) Calor Intercambiador de calor

Calor

Otros usos industriales

4. a) L a energía solar fotovoltaica, independientemente de la potencia instalada.

14. Todos los receptores deberían ser de eficiencia energética máxima (A o B).



b) La energía eólica y energía de la biomasa.



c) P orque el gobierno está intentando que personas particulares instalen placas solares fotovoltaicas para uso propio y venta a grandes productoras eléctricas. La energía procedente de la biomasa es renovable pero contaminante y la energía eólica está bastante generalizada en España (hace unos años también tenía subvenciones y precios más altos).

15. La solución idónea sería colocar dos electroválvulas en las dos tuberías que conectan con el colector (más o menos, a la salida del acumulador —Figuras 7.12 y 7.13 de la página 136—), que se cerrarían cuando funcionase el radiador eléctrico que calienta el agua.



d) L a energía eléctrica producida por cualquier medio siempre tiene igual calidad.

5. La energía renovable de mayor subvención es la solar fotovoltaica con potencias instaladas menores de 100 kW (véase el apartado «Saber más» de la página 131). 6. Entre 15 000 y 20 000 voltios. 7. a) L a estación transformadora se encuentra en las proximidades de los lugares de producción de electricidad (centrales hidroeléctricas, centrales nucleares, centrales térmicas, etc.), transformando el voltaje de 15 000-20 000 V a 420 000 V.

b) L os centros de transformación suelen encontrarse en las afueras de las ciudades y transforman el voltaje de 132 000 V a 20 000 V.

8. Las casetas de transformación son transformadores que se encuentran en el interior de la población. Transforman el voltaje de 20 000 V a 220, 380, o cualquier voltaje que demande el usuario.

21. a) • Gasóleo A: para automóviles (coches, trenes, camiones, autocares, etcétera). • Gasóleo B: para usos agrícolas (tractores, cosechadoras, segadoras, etcétera). •  Gasóleo C: para calefacciones. Los tres tipos de gasóleo se diferencian solamente en el color. Cada uno de ellos tiene un precio distinto. Lo que pretende el gobierno es subvencionar determinados usos del gasóleo, y por ello ha establecido estos tres tipos. El más caro es el gasóleo A.

La policía suele hacer análisis a vehículos (camiones, autobuses, etc.) para comprobar que usan el gasóleo A (mediante el color) y no otro más barato.

22. a)

Según su Pc: • Líquidos: Gasóleo (10 300 kcal/kg). • Gaseosos: Butano (28 500 kcal/m3). Propano (22 350 kcal/m3). Gas natural (8 540 kcal/m3).

LA ENERGÍA EN NUESTRO ENTORNO

b) Según su precio/KWh: •  Electricidad: 0,1333 €/KWh •  Gas natural: 0,1314 €/KWh •  Propano: 0,098 €/KWh •  Butano: 0,0709 €/KWh •  Gasóleo C: 0,0516 €/KWh

Página 143 23.

Energía química

Calor

Electricidad

Calor

Usos industriales

24. η = Eu/Es; Es = Pc · m1 = 8 000 · 6 = 48 000 kcal Eu = Ce · m2 · (Tf – Ti ) = 1 · 1 500 · (38 – 12) = 39 000 kcal η = 39 000/48 000 = 0,8125 = 81,25 % 25. η = 76 % = 0,76 = Eu/Es

71



En la actualidad se está obteniendo hidrógeno a través del gas natural, que es más barato pero es una energía no renovable.



Como se puede observar, un pila de hidrógeno es eso, una pila (acumulador de energía), no una fuente de energía.

0. a) Durante la construcción: 3 • Colocar aislamiento térmico en paredes (fibra de vidrio, poliuretano o poliestireno comprimido) formado por ambos lados de una capa fina de aluminio que refleja las radiaciones electromagnéticas. • Ventanas al sur y norte, con doble acristalamiento y vidrios dobles. • Instalación de un equipo de aire acondicionado con tecnología Invertir (que ahorra hasta un 25 % porque evita que el motor-compresor esté parando y arrancando constantemente).

b) Durante el uso:





• Durante el invierno bajar las persianas que dan al norte y abrir las que dan al sur para que entre el sol.





• En verano bajar las persianas que dan al sur y abrir las que dan al norte. Así no entra el sol y sí la luminosidad.





• Ventilar la habitación durante un tiempo corto en invierno y luego usar la bomba de calor.

Eu = m · Ce · (Tf – Ti ) = m · 1 · (35 – 14) = m · 21 Es = Pc · m1 = 9 400 · 12,5 = 117 500 kcal

07

Eu = η · Es = 0,76 · 117 500 = 89 300 kcal m · 21 = 89 300; m = 89 300/21 = 4 252,38 kg = 4 252 litros 26. Según la Figura 7.14 de la página 137, la media anual de sol en Murcia es de 2 280 horas. Potencia instalada: 2 200 W. La energía máxima generada cada hora será E1 = 2,2 kW·h. El precio al que se venderá la electricidad durante los primeros 25 años será del 575 % respecto del precio normal (actualmente es de 0,07 €/KWh). Véase la columna derecha de la página 131. Precio = 0,07 · 5,75 = 0,4025 €/KWh Tenemos: 22 000 € = 0,4025 €/kWh · 2,2 kWh · 2 280 horas · X (años) X = 10,89 años. 28.

Lavadora P = 1,2 kW

~ 220 V

Inversor

12 V

Batería

P1 = potencia de la lavadora P2 = potencia de la batería P1 = 1,2 kW P1 = V1 · I1; I1 = P1/V1 = 1 200/220 = 5,45 A Potencia de la lavadora = potencia de la batería P1 = 220 · 5,45 = 12 · I2; I2 = 100 A Q = I2 · t; t = Q/I2 = 250 A·h/100 A = 2,5 horas 29. El hidrógeno líquido usado en la pila de hidrógeno es una energía secundaria. No hay depósitos naturales de hidrógeno como ocurre con el gas natural o petróleo.

j Actividades de ampliación 1. Cita alguna forma de ahorro energético que pueda ser puesta en práctica en un domicilio particular, como tu casa. 2. Explica cómo se realiza la cogeneración con un motor diésel.

j Evaluación 1. Una batería tiene una capacidad de 600 Ah y un voltaje de 9 V. Si la batería está en un automóvil que requiere una potencia de 825 W, ¿cuánto tiempo tardará en gastarse? 2. Si una batería de 500 Ah y 9 V debe recargarse con otra de 270 Ah, ¿cuánto tiempo tardará? 3. Para calentar 2 000 litros de agua de 15 °C a 36 °C se ha usado gasóleo C. ¿Cuántos litros de combustible serán necesarios? Nota: Pc (gasóleo) = 10 300 kcal/kg

Densidad = 0,8 kg/L

4. ¿Cómo se llaman los cables que unen las centrales de producción con las subestaciones de transformación?

a) Redes de inicio.



b) Redes primarias.



c) Redes secundarias.

5. ¿Cuál es el tipo de energía más utilizado en viviendas? El hidrógeno líquido se puede obtener del agua a través de un a) Eléctrica. proceso denominado electrólisis. El problema que tiene es que este método es muy caro. Se gasta más energía eléctrica en b) Gas natural. c) Gasóleo C. producirlo que la energía que se obtiene posteriormente.

72

07

LA ENERGÍA EN NUESTRO ENTORNO

j Soluciones actividades de ampliación 1. •  Cerrar las ventanas cuando esté la calefacción encendida.

•  Ducharse en lugar de bañarse.



•  Apagar las luces de los lugares que no se utilizan.



•  Sellar las rendijas de puertas y ventanas.



• Comprar electrodomésticos con clasificación energética A o B.



•  Utilizar bombillas de ahorro energético.



• Reciclar todos los elementos de desecho posibles: papel, cartón, plásticos, vidrio, pilas, etcétera.

2. Este sistema de cogeneración consiste en acoplar a un motor diésel un alternador con el que se genera electricidad.

El calor que se obtiene se elimina usando radiadores y ventiladores que, conducido por canalizaciones adecuadas, se utiliza en procesos industriales, como calefacción, calentamiento de agua, climatización de piscinas, etcétera.

j Soluciones evaluación 1. La intensidad que circula es: 825 I = ​ ____  ​ =     91,67 A 9 Por tanto, el tiempo que tardará en gastarse es: Q 600    t = ​ __ ​ = ​ ______ ​= 6,55 horas I 91,67 2. Si la batería de 270 Ah da 270 A cada hora; para calcular cuánto tarda en dar 500 A se establece una regla de tres:



270 A → 1 h ⎫ 500 ∙ 1 = 1,85 h x = ​ _______ ​  500 A → x    ⎬ 270    ⎭

3. Q = Ce · m · ∆T = 1 · 2 000 · (36 – 15) = 42 000 kcal Q = m · Pc, luego despejamos la masa para obtener el dato pedido: Q 42 000  ​  ​  = 4,078 kg m = ​ __ ​ = ______ Pc 10 300 4. b) Redes primarias. 5. a) Eléctrica.

LOS MATERIALES: TIPOS Y PROPIEDADES

j Actividades propuestas Página 147 1. a) Edad de piedra: lanzas con punta de pedernal, puñales de sílex, cuchillos, raspadores de piedra, hachas, etcétera. b) Edad de bronce: collares, tijeras, cazuelas, escudos, lanzas y espadas.

e) Estantería: tendrá una buena resistencia a la flexión y compresión. f) Pértiga: deberá poseer una gran elasticidad. Su resistencia a la flexión deberá ser aceptable y tener poca densidad.

Página 153

d) Edad actual: bolígrafo, gafas, tostadora, broca, cuchara, etcétera.

7. Lana, cuero, marfil, etcétera.

b) Materiales artificiales: ladrillo, escultura de porcelana, un vaso de vidrio, candelabro de bronce y cuaderno. c) Materiales sintéticos: bolígrafo, vela de barco de lona y bolsa de plástico.

Página 150 3. a) Tracción: cuerda por la que trepa una persona, cinta cuando se está abriendo una persiana, y cuerdas, cadenas o tubos que sujetan un columpio. b) Compresión: patas de una mesa, columnas de un edificio y piezas laterales que sujetan una estantería. c) F lexión: vigas de un edificio y terraza, trampolín de una piscina y pieza superior de una grúa de obras. 4. a) Torsión: manubrio de una puerta, manivela para abrir y cerrar las ventanillas de un automóvil, y tornillos cuando se están apretando con una llave o destornillador. b) Cortadura: tirafondos que sujetan las bisagras de una puerta, escarpia que sujeta un cuadro, y pasador, tornillo o remache que sujeta las dos piezas de unas tijeras, alicates, tenazas, etcétera.

Página 151 5. Los materiales, ordenados de manera aproximada, de mayor a menor resiliencia son: caucho, papel, hormigón, acero, madera, aluminio, bronce, plástico, piedra, plomo, cerámicas y vidrio.

73

d) Cuchara: el material empleado no desprenderá olores desagradables, tóxicos o venenosos. Soportará bien los esfuerzos de flexión. Resistirá la corrosión y oxidación.

c) Edad de hierro: espadas, puñales, cinceles, hachas, cascos, etcétera.

2. a) Materiales naturales: puerta de madera, papiro, pergamino, peldaño de piedra, viga de madera, escultura de granito, estantería de madera, chaqueta de lana, camiseta de algodón y pulsera de oro.

08

8. Sartenes, cazuelas, bolígrafos, botes de cristal, botellas de plástico y vidrio, florero de cristal, coche, cuadernos, libros, pilas, etcétera.

j Problemas propuestos Página 156 1. Edad de Piedra, Edad de Bronce, Edad de Hierro y, tal vez, Edad de Silicio. 2. a) Materiales naturales: son aquellos que se encuentran en la naturaleza. b) Materiales artificiales: son aquellos que se obtienen a partir de los materiales naturales y no han sufrido transformación previa. c) Materiales sintéticos: se fabrican a partir de materiales artificiales. 3. El término «mejor» es muy relativo, ya que depende de la aplicación a la que se destine el producto que tiene ese material.

• Los productos naturales, generalmente, son baratos y tienen la ventaja de ser muy agradables al tacto, a la vista, etc., pero sus propiedades mecánicas suelen ser reducidas.



• Los productos artificiales suelen tener unas propiedades mecánicas aceptables.



• Los productos sintéticos tienen unas propiedades mecánicas, ópticas y magnéticas muy buenas, pero todavía no se han conseguido unas propiedades como la de ser agradable al tacto o poseer una textura u olor tan buenas como las de los materiales naturales.

Página 152

4. Son aquellas propiedades que señalan cómo se comporta el material del que está fabricado, cuando la luz incide sobre él.

6. a) Silla: además de buena resistencia mecánica (resistencia a la flexión y compresión), deberá soportar la humedad, el sol y los ambientes salinos con facilidad.

5. a) Buena elasticidad: neumáticos, muelles, gomas elásticas, flejes de acero, goma de borrar.

b) Tablas para parqué: gran dureza (para que no se rayen ni se dejen penetrar por objetos que se caigan). c) Sillón: los materiales empleados deben ser elásticos y resistentes a esfuerzos de compresión y flexión.

b) Buena plasticidad: plastilina, arcilla, mortero de cemento y hormigón antes de fraguar. c) Buena ductilidad: hilo conductor de cobre, filamento de wolframio de una bombilla, varilla de aluminio, cadena de oro, etcétera.

08

74

LOS MATERIALES: TIPOS Y PROPIEDADES

6. a) Esfuerzo de tracción: trata de estirar el objeto sobre el que actúa. b) Esfuerzo de compresión: trata de acortar el objeto sobre el que actúa. c) Esfuerzo de flexión: trata de curvar el objeto sobre el que actúa con una fuerza perpendicular a él. 7. Consiste en estirar lentamente una probeta (especie de cilindro) cuyas medidas son conocidas y normalizadas (las mismas para todos los materiales que se someten a este tipo de ensayo), hasta que se rompe. Luego se analiza su comportamiento (alargamiento) en función de la fuerza que tenía en ese instante. Finalmente, se obtiene una curva gráfica informativa. 8. Bielas de motocicleta o de máquina, radio de bicicleta, casco de barco por el golpeteo cíclico de las olas. 9. a) Flexión. b) La repisa estará sometida a flexión y los laterales a compresión. c) Compresión. d) Torsión. e) Flexión y compresión (debido al peso de ramas, hojas, frutos, etcétera). f) Cortadura. 10. En el ensayo de dureza se ejerce una fuerza, lentamente, mediante un diamante o bola de acero, sobre el material a analizar y se mide la huella dejada. En el ensayo de resistencia se golpea fuertemente el material que se va a analizar mediante un péndulo, cuya energía potencial se conoce, y luego se analiza la energía gastada para romperlo. 11. Se deben tener en cuenta tres criterios:

15. Son aquellas sustancias inflamables, corrosivas, tóxicas o que pueden producir algún tipo de reacción química, originando peligros para la salud o el medio ambiente. 16. a) •  Generar menos residuos en origen.



•  Reutilizar parte de los residuos en origen.





• Tratarlos adecuadamente, mediante su neutralización y tratamiento biológico pertinente.

b) Incinerarlos y depositarlos en vertederos controlados. 17.

Objeto

Plasticidad

Ductilidad

1. Jarrón de vidrio 2. Tacón de zapato 3. Bolígrafo de plástico 4. Martillo de acero 5. Escalera de madera 6. Vela de cera 7. Papel de aluminio 8. Alambre de acero 9. Goma de borrar

Dureza Acritud Resiliencia

0

0

4

0

0

0

0

1

3

0

5

1

0

0

3

0

3

0

0

0

5

5

5

0

0

0

3

0

4

0

5

3

0

0

0

3

5

4

0

0

0

5

3

3

5

5

5

0

0

0

1

0

5

2

Página 157 18.

Objeto

Tipo de material

• Propiedades mecánicas, ópticas, sensoriales, térmicas, etc., que debe cumplir.

Puerta de armario

Natural

Tijeras

Artificial



•  Tipo de esfuerzo a que va a estar sometido.

Teja

Artificial



• Forma que tiene el objeto y cómo van a actuar las fuerzas sobre él.

Camiseta de algodón

Natural



Maleabilidad

Viga de madera

Natural

12. Agotamiento prematuro y deterioro del medio ambiente.

Cesta de mimbre

Natural

13. • Reducir la cantidad de material por unidad, mediante nuevos diseños.

Tienda de campaña

Artificial/sintético

Neumáticos

Sintético

Zapatos

Natural/sintético

Sofá

Natural/artificial

Cuaderno

Natural

Muro de piedra

Natural

Disquete

Sintético

Fotografía

Sintético

Medias de lycra

Sintético



• Reciclar el material cuando acabe su vida útil.



•  Reutilizar para otras aplicaciones.

14. a) Las soluciones pueden ser: usar menos y aprovechar más, alargando la vida útil (por ejemplo, de bolsas de papel y plástico, usándolas varias veces). b) El derroche de folios actual es enorme, lo que acarrea la deforestación de los pocos bosques que quedan en el mundo. Para ello:



• Usar los folios por las dos caras (hasta que estén totalmente escritos).





•  Tirarlos en contenedores de papel para su reciclado.





•  Por cada árbol cortado, plantar uno o dos nuevos.

19. Acústicas, durabilidad, resistencia al ataque de bacterias y hongos, resistencia a la oxidación y corrosión, densidad, estabilidad térmica, estabilidad dimensional, humectabilidad (por ejemplo,

LOS MATERIALES: TIPOS Y PROPIEDADES

en lentes de contacto), permeabilidad (a gases y líquidos), etcétera. 20. La tenacidad es la capacidad de un material para resistir los esfuerzos lentos, mientras que:

• Resiliencia es la capacidad que tiene un material para resistir bien los esfuerzos bruscos.



• Acritud es un aumento de la dureza, resistencia y fragilidad como consecuencia de la deformación en frío.

21. El esfuerzo de compresión se da en piezas de poca longitud, mientras que el pandeo ocurre cuando la pieza es muy larga. En ambos casos, la fuerza tiende a acortar la pieza. 22. Los ganchos están sometidos a flexión porque la fuerza (el peso) es paralela a la superficie de fijación a cierta distancia, por la que tiende a curvar el gancho. Los tornillos están sometidos a cortadura porque la fuerza es paralela a la superficie de fijación, pero muy cerca de ésta, por lo que tiende a cortar los tornillos. 23. Se muestra en el cuadro de texto que se encuentra en la columna de la izquierda de la página 154. 24. • Identificación de la etiqueta en la que figura la composición del producto textil (es obligatorio que la lleve).

•  Tocando la prenda (se necesita ser un experto).

5. •  Restaurantes de comida rápida. 2 Emplean cubiertos y platos de plástico para no lavarlos y evitar que se los lleven. La alternativa podría ser usar los mismos materiales que los restaurantes convencionales aunque no sean de tanta calidad. •  Bolsas de plástico. Los hipermercados te regalan tantas bolsas como quieras. Su vida útil va a ser muy corta (transportar muy pocos alimentos hasta la cocina). Luego se tiran a la basura.

U  na solución podría ser reciclarlas de nuevo (llevándolas al hipermercado la próxima vez que vayamos), usarlas para separar los diferentes materiales que tiramos a la basura y llevarlos al contenedor de reciclados.

26. a) Elasticidad: gomas elásticas, neumáticos, cámaras de bicicleta.

08

75

j Actividades de ampliación 1. Define las siguientes propiedades mecánicas: a) Elasticidad. b) Dureza. c) Fatiga. 2. Dibuja las fuerzas a las que estará sometido un cuerpo, si el resultado de ellas es un esfuerzo del siguiente tipo: a) Tracción. b) Torsión.

j Evaluación 1. Si sobre una probeta de 4 cm2 de sección se realiza un ensayo de tracción con una fuerza de 1 000 kp, ¿cuál es la tensión a la que se ha sometido? 2. En un ensayo Brinell, la dureza (HB) se calcula como HB = F/S, donde F es la carga aplicada en kp y S es la superficie de la huella dejada en el material (mm2). Si en un ensayo con una carga de 2 000 kp se obtuvo una huella de superficie de 19 mm2, ¿cuál es el número de dureza Brinell? 3. En un ensayo de fatiga, la resiliencia se mide como r = E/A, siendo E la energía absorbida en julios y A la sección de la probeta en cm2. Si en un ensayo la energía absorbida ha sido de 3 000 J y la sección de la probeta es de 5 cm2, hallar la resiliencia. 4. ¿Cuál es el principal esfuerzo al que están sometidas las patas de una silla? a) Torsión. b) Tracción. c) Compresión. 5. ¿Cuál de las siguientes propiedades no corresponde a un material cerámico? a) Elasticidad. b) Fragilidad. c) Dureza.

b) Fragilidad: vidrio, cerámica, diamante. c) Transparencia: plásticos, vidrio y compuestos orgánicos (gafas). d) Dureza: diamante, acero y piedra. e) Acritud: acero, cobre y latón. f) Maleabilidad: oro, aluminio y cobre. g) Veteado: roble, mármol y caoba. h) Ductilidad: oro, cobre y aluminio. i) Inoxidabilidad: acero inoxidable, latón y aluminio. j) Plasticidad: plastilina, arcilla y acero. k) Opacidad: hormigón, plomo y acero. l) Resiliencia: acero, fundición y caucho.

j Soluciones actividades de ampliación 1. a) Elasticidad: capacidad que tienen los materiales de recuperar su forma tras haber sido sometidos a un esfuerzo. b) Dureza: dificultad que presenta un material a ser rayado o penetrado por otro. c) Fatiga: fallo de un material por efecto de cargas repetidas a lo largo del tiempo.

76

08

LOS MATERIALES: TIPOS Y PROPIEDADES

2. a) Tracción: las fuerzas actuarán del siguiente modo sobre el cuerpo: E

F

b) Torsión: los momentos actuarán del siguiente modo sobre el cuerpo:

j Soluciones evaluación 1. La tensión es: 1 000 F ​= ​ _____ s = ​ __  ​   = 250 kp/cm2 4 S 2 000 F ​= ​ _____  ​  2. HB = ​ __  = 105,26 19 S E 3 000  ​   = 600 J/cm2 3. r = ​ __p ​ = ​ _____ 5 A 4. c) Compresión.

M

M

5. a) Elasticidad.

METALES FERROSOS

j Actividades propuestas Página 165 1. El acero se puede obtener a partir de:

• Mineral de hierro. Empleando para ello el horno alto y el convertidor.



• Chatarra. Usando el horno eléctrico.



• El combustible empleado en el horno alto es carbón de coque, mientras que el horno eléctrico funciona con electricidad.



• La materia prima del horno alto es mineral de hierro y en el eléctrico se emplea chatarra.



• El producto obtenido en el horno eléctrico es acero de gran calidad, mientras que en el horno alto se obtiene arrabio (hierro con exceso de impurezas).

3. a) L as ferroaleaciones tienen como misión aportar nuevos elementos químicos a la masa de acero fundida, con objeto de mejorar sus propiedades.

b) Los fundentes tienen dos misiones:





• Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.





• Reaccionar químicamente con las impurezas, formando la escoria (flotando en la masa líquida). Mineral de hierro + + Fundentes + Coque

Horno alto

Aire

Gases Escoria

Arrabio

5. Si al principio se añaden las ferroaleaciones, al bajar la lanza de oxígeno, además de quemarse las impurezas del hierro, también se quemarían estos elementos que forman la ferroaleación. 6. Observando la Figura 9.8 de la página 162 del libro del alumno podemos ver que la zona del horno alto con mayor temperatura es el etalaje. Aquí se alcanzan temperaturas de unos 1 650 ºC, suficientes para fundir todo el mineral de hierro.

8. Los trenes de laminación son una serie de pares de cilindros a través de los cuales se hace pasar un tocho de metal caliente o frío. Los cilindros giran en sentido contrario y presionan el metal, reduciendo su espesor y aumentando su anchura y longitud. Con ellos se consigue fabricar perfiles, piezas planas, alambres, etcétera.

9. Es una fundición con 4,3 % de carbono. Funde a los 1 130 °C. Hierro puro. 10.

Probeta

% de carbono

Estado

A

0,15

Sólido

B

1,76

Pastoso

C

4,3

Líquido

11. Para tapar un agujero en la vía pública, cuando están arreglando una alcantarilla o quieren canalizar un conducto por debajo de la vía pública.

Página 172 14. Las fundiciones ordinarias están formadas solamente por hierro y carbono (en proporciones mayores al 1,76 %). Si contiene otros elementos es en proporciones pequeñas. Las fundiciones especiales utilizan como materia prima las fundiciones ordinarias. El tipo de fundición obtenida depende, principalmente, del proceso de fabricación. 15. Las fundiciones aleadas, además de hierro y carbono, contienen otros elementos que mejoran sus propiedades. Las fundiciones ordinarias solamente contienen hierro y carbono. 16. a) Piezas fabricadas de fundición maleable de corazón blanco. Molde de la pieza a obtener

7. a) L a colada sobre lingoteras consiste en verter acero líquido sobre unos moldes prismáticos de fundición, de sección cuadrada y forma troncopiramidal. Luego se extrae el molde (la lingotera), quedando el lingote de acero solidificado hasta que se vaya a utilizar. b) L a colada convencional consiste en verter el acero líquido sobre un molde con la forma de la pieza final que se quiere obtener. Una vez solidificado, se retira el molde y se obtiene la pieza.

Solidificación pieza Vertido de fundición blanca sobre el molde

Página 167



77

Página 170

2. • Las dimensiones. El horno alto puede llegar a medir hasta 70 m de altura.

4.

09

Sacar pieza

Recubrimiento de mineral de hierro

Disminución progresiva de la temperatura

Introducción en horno

Tiempo = 5 días

T = 1 000 °C Tiempo = 10 días

78



09

METALES FERROSOS

b) Piezas fabricadas de fundición maleable de corazón negro.

4. La ganga es la parte del mineral de hierro que no vale, mientras que la mena es la parte que se aprovecha.

Molde de la pieza a obtener

5. Magnetita, hematites, limonita y siderita.

Solidificación pieza

Recubrimiento de arena

Vertido de fundición blanca sobre el molde

Sacar pieza



Disminución progresiva de la temperatura

Introducción en horno

Tiempo = 5 días

T = 900 °C Tiempo = 6 días

c) Piezas fabricadas de fundición maleable perlítica. Molde de la pieza a fabricar

Solidificación pieza

Recubrimiento de arena

Vertido de fundición blanca sobre el molde

Sacar pieza



Disminución progresiva de la temperatura

Introducción en horno

Tiempo = 2 días

T = 900 °C Tiempo = 5 días

d) P  iezas fabricadas de fundición de grafito esferoidal o modular. Se le añade Ce + Mg Cuchara con fundición gris (fundida)

Verter en molde

Enfriar y obtener pieza

6. Altos Hornos corresponde a una empresa española, situada en el País Vasco, mientras que hornos altos son unos hornos de grandes dimensiones que se utilizan para la fabricación de arrabio, a partir del mineral de hierro. La empresa Altos Hornos de Vizcaya disponía, hasta no hace mucho tiempo, de varios hornos altos. 7. 1. S e inclina el horno y se introduce el arrabio, el fundente, y si se tiene o se quiere, algo de chatarra, no mucha, ya que se puede enfriar la masa. 2. Se pone el horno vertical (convertidor o procedimiento LD) y se baja una lanza, por cuyo interior se insufla oxígeno. De esta forma las impurezas se queman. 3 Se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre la masa de acero líquido. 4. Se vierte el acero sobre una cuchara y se le añade carbono y ferroaleaciones. 8. Son unos depósitos especiales, colocados encima de vagones de trenes, que sirven para transportar el arrabio desde el horno alto hasta las proximidades del convertidor. 9. 1. S eleccionar la chatarra, separando los metales no ferrosos, así como otros materiales. 2. Quitar la tapadera del horno eléctrico e introducir la chatarra y el fundente. 3. Cerrar el horno y acercar los electrodos a la chatarra. Comenzará a saltar un arco eléctrico que fundirá toda la masa. Mantener durante unos 50 minutos. 4. Cuando toda la masa está fundida, inyectar oxígeno para eliminar impurezas (silicio, carbono, manganeso, etcétera). 5. Inclinar el horno eléctrico para extraer la escoria. 6. Añadir las ferroaleaciones y seguir calentando hasta que toda la masa esté líquida y su composición sea uniforme. 7. Inclinar el horno para verter el acero sobre una cuchara, que lo trasladará a la zona de colada. 11. Solamente se diferencian en el tanto por ciento de carbono que tenga cada uno.

a) Hierro. De 0,01 % a 0,03 %.

j Problemas propuestos



b) Acero. De 0,03 % a 1,76 %.



c) Fundición. De 1,76 % a 6,67 %.

Página 174



d) Grafito. Más de 6,67 %.

2. No. Porque en este horno no se aporta energía calorífica para fundir los productos ferrosos. Únicamente se insufla oxígeno, que quema las impurezas y origina grandes llamaradas cuando el metal está fundido. De nada serviría aportar oxígeno a una carga de chatarra. 3. • Tragante. • Cuba. • Vientre. • Etalaje. • Crisol.

12. Son mucho más duros y resistentes que los que llevan poco carbono. 13. Se empezaría a fundir antes la pletina de acero de 1,6 %. Esta fusión comenzaría a unos 1 200 °C aproximadamente, mientras que la pletina de hierro se fundiría a los 1 530 °C (véase el diagrama de hierro-carbono, Figura 9.19, página 168). 14. Los aceros aleados, además de hierro y carbono, tienen otros elementos que mejoran sus propiedades. Los aceros no aleados poseen solamente hierro y carbono. Si contienen otros elementos, es en proporciones insignificantes.

METALES FERROSOS

15. Se muestra en la Tabla 9.2 de la página 169 del libro de texto. 16. El vanadio proporciona aumento en la resistencia a la fatiga y el cobalto permite que los aceros mantengan gran dureza a altas temperaturas. 17. • Palastros: chapas laminadas de grosores mayores de 0,5 cm.

• Barras: piezas largas de diferentes secciones.



• Perfiles: piezas huecas de sección diversa y gran longitud.

18. Se introducirán en el contenedor amarillo. 19. Son materiales no renovables. Llegará un momento en que se agoten los minerales de hierro. • Su fabricación resulta más barata y menos contaminante. • Si se abandonan por doquier producen un gran impacto medioambiental. 20. Rejas, ventanas, llaves, tornillos, alcayatas, bolígrafo, candado, persiana, grapadora, tijeras, guillotina, muelle, taladradora, tornillo de banco, serrucho, martillo, alicate, broca, compás, reloj, frigorífico, cafetera. 21. • Sillas metálicas/sillas de plástico.

09

mente, se emplean como materia prima de las especiales o en la fabricación de piezas de poca calidad, ya que son excesivamente duras (no se pueden mecanizar fácilmente) y son muy frágiles. 29. El cromo aporta resistencia y dureza a la oxidación y abrasión (rozamiento), y el vanadio aporta resistencia a la fatiga (que en este caso no se produce) y resistencia a la abrasión (desgaste por rozamiento). 30. a) P = V · I = 900 · 600 000 = 5,4 · 108 W = 540 000 kW.

b) E = P · t = 540 000 · 0,83 = 450 000 KWh. 50 min = 0,83 horas



c) G  asto total = Gasto de energía + Coste chatarra + Coste ferroaleación. Gasto energía = 450 000 · 0,11 = 49 500 €. Coste chatarra = 120 000 · 0,05 = 6 000 €. Coste ferroaleación = 300 €. Gasto total = 55 800 €. Precio por kilogramo = 55 800 €/120 000 kg = 0,465 €/kg.



31. a) E nergía necesaria para fundir el mineral de hierro y transformarlo en hierro. Q = Ce · m · (TF − Ti) Masa total a fundir: mediante una sencilla regla de tres



• Mesas metálicas/mesas de plástico.



• Cubos para agua.



• Máquinas de escribir. Las antiguas tenían muchas piezas metálicas.

8 000 t → 80 % ⎫ x = 10 000 t ⎬ x ← 100 % ⎭



• Cámaras fotográficas. Ahora muchas piezas son de plástico.

 = 0,118 · 10 000 000 (1 650 − 3) = 194 346 · 104 kcal Q Q = m · Pc; m = Q/Pc = 194 346 · 104/6 500 = = 298 993 kg . 299 t

22. a) C onsiste en asignar la letra F mayúscula, seguida de un guión y cuatro números.





b) Se aplica a los aceros.



b) P = E/t = 194 346 · 104/24 · 3 600 =



c) L os criterios de selección se indican en la Tabla 9.3 de la página 169.







d) E l acero F-3200 correspondería a un acero inoxidable para válvula de motores de explosión.

Q = m · Ce · (TF − Ti) = 90 · 103 · 0,105 · (1 130 − 30) = = 10 395 000 kcal

23. a) Alicate: acero duro o extraduro.

79

= 24 493,75 kcal/s = 94,02 MW

32. Para fundir la chatarra se necesita elevarla a 1 130 °C.

Q = 4,35 · 1010 J



b) Pinza: acero suave o extrasuave.

E = P · t = V · I · t = 900 · I · 3 000



c) Cortafríos: acero extraduro.

t = 50 min = 3 000 s



d) Llave de bujías: acero semiduro.



Calor necesario = Energía aportada



e) Chinchetas: acero extrasuave.



4,35 · 1010 J = 900 · I · 3 000

I = 16 093 A

Página 175 24. a) A un tipo de acero que resiste muy bien la oxidación.

b) 18 % Cr + 10 % Ni.



c) L os aceros son magnéticos, pero los aceros inoxidables no (no son atraídos por un imán).

j Actividades de ampliación 1. Nombra las principales características del hierro. 2. ¿Cuáles son los principales productores mundiales de hierro?

25. Se muestra en la Figura 9.8 de la página 162. 26. El convertidor se usa cuando la materia prima es, casi en su totalidad, arrabio procedente del horno alto. El horno eléctrico se emplea para convertir la chatarra en acero. 27. Las fundiciones especiales se pueden utilizar para fabricar piezas, mientras que las fundiciones ordinarias, mayoritaria-

j Evaluación 1. ¿Qué tipo de acero usarías si quisieras tener una resistencia de 35 kp/mm2? ¿Cuál es el porcentaje de carbono que tienen esos aceros?

80

09

METALES FERROSOS

2. Enumera los tipos de fundición ordinaria y sus características fundamentales. 3. Un horno de producción de acero está conectado a 380 V y la corriente es de 800 000 A. ¿Cuál es la potencia del horno? 4. ¿Cómo se llama el orificio por el que se introduce el aire en un horno alto? a) Tobera. b) Piquera. c) Cuba. 5. Si quieres aportar un aumento de dureza en una aleación de hierro, ¿qué elementos de aleación añadirías? a) Cromo. b) Cobalto. c) Vanadio.

2. Los principales productores de hierro en el mundo son:

• Rusia. • Australia. • Brasil. • Canadá. • China. • Estados Unidos. • Venezuela. • Liberia.

j Soluciones evaluación 1. Debería usarse un acero de los llamados extrasuaves, cuyo contenido en carbono se encuentra entre el 0,1 y el 0,2 %. 2. Los principales tipos de fundición ordinaria son:

j Soluciones actividades de ampliación 1. El hierro es un mineral dúctil, maleable y muy tenaz, de color gris y que es muy utilizado en aplicaciones industriales y ornamentales de todo tipo. Se magnetiza con facilidad cuando está en estado puro, aunque no de forma permanente. Se magnetiza de forma permanente cuando está aleado con carbono. Es el cuarto elemento en abundancia en la corteza terrestre, y siempre se encuentra en forma de óxido en diversos minerales, como la pirita, hematites, siderita, etcétera.



• Fundición blanca: su colabilidad es baja, es frágil y extremadamente dura, por lo que es difícil de mecanizar, lo que hace que tenga pocas aplicaciones. Se utiliza como materia prima para fabricar fundiciones maleables.



• Fundición gris: también es frágil y poco dura, y debe su nombre a su apariencia.



• Fundición atruchada. Tiene unas propiedades intermedias entre la fundición blanca y la gris.

3. P = V · I = 800 000 · 380 = 304 000 000 W = 304 000 kW 4. a) Tobera. 5. b) Cobalto.

10

METALES NO FERROSOS

81

j Actividades propuestas Página 179 1.

Material

Aplicación

Ventajas

Estaño

Fabricación de material de aportación para soldaduras.

Bajo punto de fusión y resistencia a la oxidación. Fácil unión.

Cobre

Tuberías de conducción de agua.

Buen conductor del calor y la electricidad.

Cinc

En chapas finas para fabricar canalones.

Resistencia a la oxidación.

Plomo

Fabricación de perdigones (cartuchos de caza) y aparejos de pesca. Su alta densidad y su bajo precio.

Aluminio

Ventanas y puertas.

Ligereza y resistencia a la oxidación.

Titanio

Implantes de bases de piezas dentarias.

La incrustación del titanio en el hueso de la encía no produce rechazo.

Magnesio

Aleado con aluminio para la fabricación de piezas y estructuras de aviones.

Tiene una densidad pequeñísima.

Cromo

Cromado de metales y aleaciones para protegerlos de la oxidación y de la corrosión. Aceros inoxidables.

Muy duro y resistencia a la oxidación y corrosión. Gran acritud.

Níquel

Niquelado de metales, fabricación de aceros inoxidables y de imanes.

Muy resistentes a la oxidación y a la corrosión.

Wolframio

Filamentos de bombillas incandescentes.

Elevado punto de fusión.

Cobalto

Imanes alnico. Endurecimiento de aceros.

Muy resistente a la oxidación y a la corrosión, incluso a altas temperaturas.

Berilio

Moderador en reacciones nucleares. Endurecimiento de metales.

Muy ligero y duro.

2.

Agua

Casiterita

Trituradora

Molino

Trituración

Molienda

Cuba Separación por agitación

Mineral de Sn

Horno

Horno de Óxidos reverbero Sn Oxidación de los Reducción sulfuros de Sn

•  Metales no ferrosos ligeros. Su densidad está comprendida entre 2 y 5 kg/dm3. •  Metales no ferrosos ultraligeros. Su densidad es menor de 2 kg/dm3. 5. La temperatura máxima que se puede obtener en un horno eléctrico (según indica su selector) puede llegar a los 250 °C. Como la temperatura de fusión del estaño es de 231 °C, si lo introducimos en el horno se fundiría.

Sn al 99 %

Escoria

Fangos (ganga)

4. •  Metales no ferrosos pesados. Cuando su densidad es mayor de 5 kg/dm3.

Electrólisis

7. Contactos de interruptores, bornes de una pila de petaca, cazuela decorativa de cobre, estatua de bronce, candelabro de latón, reloj de latón, lámpara de latón, bobinado de un motor (cobre), grifos, tornillos, etcétera.

Página 183 8. •  Es muy resistente a la oxidación y corrosión en el aire y agua. •  Resiste muy mal el ataque de ácidos y sales. Por lo que si se fabrican recipientes de cinc y van a contener algunos de estos elementos, se deteriorarán fácilmente.

Página 181

9. Farolas, tela metálica (para separación de fincas), postes que sujetan la tela metálica, postes de electricidad, etcétera.

6. a) Proceso de obtención por vía húmeda. Cuando el contenido en cobre del mineral es menor del 10 %. b) Proceso de obtención del cobre por vía seca. Cuando el contenido del mineral de cobre es mayor del 10 %.

12. Cobre (1 083 °C), cinc (419 °C) y estaño (231 °C).

82

10

METALES NO FERROSOS

Página 185

22. El titanio, frente al acero, tiene las siguientes ventajas:

13. Cañerías, metal de aportación para soldadura blanda (rollo de estaño y plomo); plomos para pescar, cargas que se colocan los submarinistas para igualar su densidad a la del agua, etcétera.

•  Conserva las propiedades mecánicas (análogas a las del acero) incluso hasta los 400 °C.

•  Resiste mejor la oxidación y corrosión a temperatura ambiente.

23.

b) Aplicaciones del níquel: cabeceros, tiradores de armarios y puntas de bolígrafos. c) Wolframio: pinturas, colorantes, cerámicas, hileras (para el estirado de alambres), catalizadores (petroquímica), agroalimentación e imanes permanentes.

Mineral de Ti



TiCl4

Cloración Carbón Calor

Cloro

Horno a 800 °C Transformación Magnesio

Argón o helio

Titanio

Obtención

d) Cobalto: esmaltes y pinturas. 15. El wolframio es el mismo elemento químico que el tungsteno. Es un material que conserva sus propiedades a altas temperaturas, lo que lo hace idóneo en aplicaciones tales como herramientas de máquinas-herramientas y filamentos de bombillas. 16. La galena argentífera es un mineral de plomo que, además, contiene plata.

17.

Sosa Agua Agua fría Bauxita cáustica fría Calor Trituración IntercambiaMezclador Decantador y molienda dor de calor Agua Cal caliente

Residuos Sosa

Criolita

Calor Precipitador

O2 H2O

Electrólisis, 1 000 °C

Horno, 1 200 °C

Alúmina

Calor

18. •  Pinza de capuchón de bolígrafo, tapadera de sartén y sartén (tienen baja densidad y buena conductividad térmica). •  Rejas y tirador de puertas de jardín (gran resistencia a la oxidación). 19. a) Para transformarlo en alúmina.

Horno eléctrico

24. a) Carnalita, magnesita y dolomita. b) Se usa más la carnalita, que se obtiene del agua del mar (se encuentra en forma de cloruro de magnesio).

j Problemas propuestos

Página 187

Aluminio

Ti esponjoso

14. a) Aplicaciones del cromo: pomos de puertas, grapadoras, tijeras, etcétera.

P1 = 500 · 0,44 = 220 €

b) Para transformar la alúmina en aluminio.

P2 = 17 000 kW·h · 0,08 €/kW·h = 1 360 €



P3 = 500 · 0,44 = 220 €



Total = P1 + P2 + P3 = 1 800 €

Página 189 21. Porque el proceso de obtención resulta muy caro.

Página 192 1. a) Características del estaño:

—  Tiene un color plateado brillante. El brillo lo pierde cuando se oxida.



—  Cuando se encuentra a temperaturas inferiores a –18 °C se descompone, convirtiéndose en polvo gris.

b) Las aleaciones del estaño más importantes son:

—  Bronce (Sn + Cu).



—  Metal de aportación en soldaduras blandas (Sn + Pb).



—  Aleaciones de bajo punto de fusión:

•  Darcet (Sn + Pb + Bi). •  Cerrolow (Sn + Pb + Bi + Cd + In). 2. a) Características: —  Es un material muy dúctil y maleable. —  Posee una alta conductividad eléctrica y térmica. b)

Los minerales de cobre más usados son: —  Cobre nativo. —  En forma de sulfuros (calcopirita y calcosina). —  En forma de óxidos (malaquita y cuprita).

3. Es una aleación de cobre y estaño (Cu + Sn), que contiene solamente estos dos elementos. El porcentaje de estaño varía entre el 5 y el 30 %. 4. El latón especial es una aleación de cobre y cinc que, además de estos elementos, lleva otros que mejoran las propiedades del latón. Se suele emplear para la fabricación de tuercas, tornillos, grifos, etcétera.

METALES NO FERROSOS

5. Las campanas se suelen fabricar de bronce ordinario. Cuanto más estaño lleva la aleación, mayor sonoridad tienen. 6. Níquel, cobre, cinc, aluminio, latón, etcétera. 7. Es el cobre obtenido en el horno de reverbero (que procede del mineral de cobre), cuya pureza ronda el 40 %. También se conoce con el nombre de cobre bruto. 8. El forjado de cobre consiste en golpearlo en frío con un martillo. Con ello se mejoran sus propiedades, especialmente la dureza. La forja del cobre se empezó a utilizar allá por el año 3 000 a. C. 9. El cuproaluminio es una aleación de cobre y aluminio. Se emplea en la fabricación de hélices de barco, turbinas, bases de sartenes, etcétera. 10. a) Minerales de cinc más empleados: blenda y calamina. b) Las aleaciones más importantes de cinc son: •  Latón (Cu + Zn): candelabros, grifos, tornillos, etcétera. •  Alpaca (Cu + Ni + Zn): cuberterías, compases y joyería barata (bisutería). •  Zamak (Al + Cu + Zn): imitación de instrumentos científicos antiguos (astrolabios, octantes, sextantes, etc.), piezas de máquinas, etcétera. 1. •  Galvanizado electrolítico. 1 •  Galvanizado en caliente. •  Metalizado. •  Sherardización. 2. a) 1

Características más importantes: •  Tiene una alta densidad (11,34 kg/dm3). •  Es maleable y blando. •  Funde a los 327 °C.

b) Las aleaciones más importantes son:

•  Metal de aportación junto al estaño para soldaduras blandas.

10

83

20. Aparece en las páginas 180 y 181 del libro de texto. 21. Para poder separar la mena (parte útil del mineral) de la ganga (partes despreciables, tales como rocas, tierra, etcétera). 22. Los latones tienen un color dorado-amarillento cuando están pulidos y dorado-mate cuando se oxidan, mientras que los bronces, al cabo del tiempo, adquieren una tonalidad verdosa (obsérvense las campanas de una iglesia). 3. a) Composición: 2 •  Bronce = Cu + Sn •  Latón = Cu + Zn b) Aplicaciones: •  Latón: grifos, tornillos, tuercas, candelabros, lámparas, etcétera. •  Bronces: campanas, esculturas, cables eléctricos, etcétera. c) La adición de otros metales al cobre mejora sustancialmente sus propiedades mecánicas y resistencia a la oxidación, empeorando su conductividad eléctrica y calorífica. 24. Se representan en la Figuras 10.9 y 10.10 de la página 182 del libro de texto. 25. Se muestra en la Tabla 10.5 de la página 184. 26. a) Se está utilizando en bases de piezas dentarias, ya que su implantación en el interior del hueso (mandíbula) no produce rechazo alguno. Pasado algún tiempo, queda firmemente unido al hueso. Sobre esa base se pueden colocar dientes o muelas. b) Se usa para la fabricación de estructuras y elementos de máquinas para transbordadores espaciales, misiles, satélites de comunicaciones, cohetes, etcétera, ya que tiene una gran resistencia y poco peso específico. También se usa en la fabricación de aletas de turbinas, herramientas de corte, fabricación de pinturas, etcétera.

13. Al plomo que se obtiene en el horno de mufla (especie de horno alto pequeño), procedente de la galena. El plomo de obra contiene muchas impurezas y no suele tener aplicaciones específicas. Posteriormente, deberá sufrir un proceso de electrólisis para su afinado.

27. Se muestra en la Figura 10.18 de la página 188.

14. Se emplea cromo (18 %) + níquel (10 %), además de acero.

b) Dolomita y magnesita (carbonatos). Se obtiene por reducción en un horno eléctrico, al que se le ha añadido fundente, para provocar la eliminación de oxígeno.

15. El cobalto tiene unas propiedades análogas al níquel, pero es magnético a temperatura ambiente. 16. Se fabrican a base de cobalto. 17. Es una aleación de aluminio y cobre, denominada también duraluminio 18. a) — Es un metal blanco plateado, muy resistente a la oxidación y corrosión. — Sus propiedades son análogas a las del acero, con la ventaja de que se mantienen hasta los 400 °C. b) La materia prima de la que se obtiene es del rutilo y de la ilmenita. 19. Mayoritariamente, en la fabricación de productos pirotécnicos.

8. a) A partir de la carnalita (cloruros). 2 Se obtiene por electrólisis. El magnesio sube a la superficie, ya que tiene menos densidad que la mezcla de sales fundidas. La cuba tiene que ser metálica, actuando como cátodo.

29 Aleaciones: magnam, magzin, magal, fumagcin y fumagal. 1   1. Cobre (0,017). 1   2. Aluminio (0,027). 1   3. Wolframio (0,056). 1   4. Cinc (0,057). 1   5. Cobalto (0,063). 1   6. Níquel (0,11). 1   7. Estaño (0,115). 1   8. Plomo (0,22). 1   9. Titanio (0,8). 10. Magnesio (0,8). 11. Cromo (1,1).

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METALES NO FERROSOS

Se podría sustituir por uno que tenga buena resistividad, un peso específico menor que el cobre y sea barato. El más adecuado es el aluminio.

Página 193 1. •  Rejas de ventana. Han desplazado al acero. 3 •  Persianas. Desplazan a la madera y plásticos. •  Ventanas de aluminio. Desplazan a la madera. •  Pomos de puertas de aluminio. Desplazan al acero y bronce. •  Llantas de automóviles (duraluminio). Desplazan al acero. •  Recipientes de comidas precocinadas. Desplazan a los plásticos. •  Envases de flanes. Desplazan a productos cerámicos y plásticos. 32. En las Tablas 10.7 y 10.8 del libro de texto se indica que las aleaciones de aluminio y magnesio son muy empleadas en aeronáutica y automoción, porque tienen un peso específico muy pequeño. 33. •  Evitaremos que se lleguen a agotar, ya que son materiales no renovables. •  La extracción de mineral, transporte y transformación en metales puros acarrea, en general, más emisiones que si se obtienen a través de un proceso de reciclado. 35. E = 10 000 kW·h/1 000 kg = 10 kW·h/kg P1 = 10 · 0,11 = 1,1 €/kg PF = P1 + 0,4 · PF PF − 0,4 · PF = P1 PF · (1 − 0,4) = P1 PF = P1/0,6 = 1,1/0,6 = 1,83 €/kg 37. •  Imán permanente: Al + Ni + Co (ALNICO). •  Bicicleta: aluminio + Mg. •  Pistón de moto: aluminio. •  Base de sartén: duraluminio. •  Filamento de lámpara: wolframio. •  Cuchillo de acero inoxidable: Cr + Ni. •  Broca de taladrar fundición blanca: nitrato de Ti o Co. •  Hojalata: estaño. •  Metal de aportación: Sn + Pb. •  Tubería: cobre. •  Canalón: cinc. •  Monedas: Cu + Al + Ni. •  Campana: bronce (Sn + Cu). •  Escultura: bronce.

j Evaluación 1. Si la riqueza de las minas de estaño es del 0,02 %, ¿cuántos kilogramos de material hay que extraer para obtener 1 kg de mineral? 2. Nombra las principales aleaciones de cinc que conozcas. 3. ¿Cuál es el mineral del que se obtiene el aluminio? 4. El bronce es una aleación de: a) Cobre + Estaño. b) Cobre + Níquel. c) Cobre + Cinc. 5. El duraluminio es una aleación de: a) Al + Bronce. b) Al + Cu + Si. c) Al + Ni + Co.

j Soluciones actividades de ampliación 1. a)

Propiedades del estaño: •  Densidad d = 7,28 kg/dm3 •  Temperatura de fusión Tf = 231 °C •  Resistividad = 0,115 Ω · mm2/m •  Resistencia de tracción s = 5 kp/mm2

b)

Propiedades del cobre: •  Densidad d = 8,90 kg/dm3 •  Temperatura de fusión Tf = 1 083 °C •  Resistividad = 0,017 Ω · mm2/m •  Resistencia de tracción s = 18 kp/mm2

2. El cobre se obtiene fundamentalmente de: •  Calcopirita. •  Cobre nativo. •  Calcosina. •  Malaquita. •  Cuprita.

j Soluciones evaluación

j Actividades de ampliación

1. Con una simple regla de tres podemos obtener el dato pedido. Para obtener 1 kg de mineral hará falta extraer 5 000 kg de material. 1 kg de material → 0,0002 kg de Cu puro x ← 1 kg x = 1/0,0002 = 5 000 kg de material

1. Describe las principales características de los siguientes metales: a) Estaño. b) Cobre.

2. Las principales aleaciones de cinc son: •  Latón. •  Alpaca. •  Zamak.

2. ¿Cuáles son los principales minerales de los que se obtiene el cobre? Intenta encontrar una muestra de cada uno de ellos y compara sus diferencias y sus similitudes.

3. El aluminio se extrae de la bauxita. 4. a)  Cobre + Estaño. 5. a)  Al + Bronce.

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PLÁSTICOS, FIBRAS TEXTILES Y OTROS MATERIALES

j Actividades propuestas

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Página 206 7. •  Es una fibra natural de origen mineral.

Página 196

•  Los problemas que acarrean son que recientemente se ha descubierto que su manipulación puede provocar leucemias y cánceres.

1. •  La madera ha sido sustituida en aquellas aplicaciones en las que se exige una gran resistencia y durabilidad. En interiores conserva muy bien sus propiedades mecánicas y durabilidad.

8. Cáñamo, yute, retama, sisal, pita…

•  Tiene la ventaja de tener un bajo peso específico.

9. •  Corbatas, camisas, cortinas, ropa interior y cojines.

•  Al tratarse de un material aislante, al tocarlo no da la sensación de calor o frío, con lo que su tacto es agradable.

•  Ventajas: suavidad, textura, no necesita planchado y elegancia.

2. a) Plásticos: calculadora, bolígrafo, ordenador.

•  Inconvenientes: es cara y poco higroscópica.

b) Fibras: medias, jerséis, pantalones.

10. •  Guantes → Dogskin. Procede de oveja y cabra.

c) Elastómeros: goma elástica, neumático, cámara de bicicleta.

•  Gamuzas → Gamuza. Procede de oveja y camello curtida con grasa.

d) Madera: puerta, lápiz, mesa. e) Corcho: tapones, paredes, suelos. f) Vidrio: cenicero, cristal, espejo.

11. Otras pieles: avestruz (bolsos y zapatos), conejo (gorros) y camello (lámparas de cuero).

g) Cerámica: vajilla, tiesto, azulejos.

12. Ventajas: es muy elástica (no se arruga).

h) Yeso: techos, paredes, escultura.

Inconvenientes: el calor húmedo puede afectar a la fibra. El contacto con pieles sensibles puede provocar alergias.

i) Cemento: para pegar ladrillos, para pegar azulejos, revestimiento de fachadas. j) Nuevos materiales: cristal líquido, prótesis dentarias (biomateriales), placas solares.

13. Son fibras textiles artificiales. La materia prima es celulosa a la que se añaden diferentes disolventes (químicos) para obtener una gran variedad de fibras celulósicas. 14. •  Se obtienen disolviendo una proteína de origen animal o vegetal para luego obtener hilos muy finos, que forman las fibras.

Página 197

Las más importantes son:

3. 4 % · P/40 000 000 = 70

Fibra

P = 70 · 40 000 000/0,04 = 7 · 10 kg = 70 000 000 tm 10

4. En el gráfico de la página 94 (Figura 5.11) se muestran los diferentes componentes obtenidos de un litro de crudo en condiciones normales. En la Figura 11.11 de la página 197 se muestran los diferentes productos obtenidos realmente en la práctica, después de que algunos de ellos hayan sufrido un proceso de craqueado.

•  Fibrolana y lanital.

De la caseína de la leche, disuelta en sosa cáustica.

•  Vícara.

Proteínas vegetales disueltas en sosa cáustica.

•  Rayón alginato.

Algas marinas disueltas en sosa cáustica.

15. Poliamidas, poliéster, acrílicas, polivinílicas, polietilénicas, polipropilénicas y lycra.

Página 202

Página 209

5. Termoestables: todas aquellas aplicaciones en las que se exige que los plásticos estén sometidos a temperaturas superiores a 60 °C (mangos de sartenes, cazuelas, partes que están en contacto con el motor de un coche, etcétera).

16. •  Ramas gruesas.

Termoplásticos: cualquier aplicación cuya temperatura a la que se encuentren no sea muy alta, ya que pueden derretirse. Ratón de un ordenador, sillas de terraza, juguetes, partes del interior de un coche, etcétera. 6. •  Policarbonato. •  Polimetacrilato. Se pueden curvar o doblar fácilmente con calor, no se astillan con los impactos o golpes y son muy resistentes.

Obtención

•  Tronco (duramen y albura). •  Raíces (si se trata de maderas nobles). 17. Celulosa (60 %), lignina (30 %), almidón, tanino, azúcares, sales minerales y agua. 18. •  Madera blanda: naranjo, limonero, pino, eucalipto, chopo, algarrobo. •  Madera dura: nogal, cerezo, roble, castaño, olmo, ébano, almendro. 19. Después de haberlos tenido expuestos a la intemperie durante un largo tiempo para que su humedad se reduzca por debajo del 15 %.

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11

PLÁSTICOS, FIBRAS TEXTILES Y OTROS MATERIALES

Para eliminar casi toda el agua, con objeto de aumentar su resistencia y dureza.

Página 212 20. Celulosa procedente de madera, desechos de materia vegetal, productos textiles (prendas ya usadas), papel y cartón reciclados. 21. Consiste en tratar los troncos de madera con una muela de gres o material sintético rugoso, que gira a gran velocidad, para arrancar fibras de madera sin romperlas. 22. 1. Método mecánico: se cuecen las fibras de madera a presión y con agua abundante. 2. Método químico: se cuecen las fibras de madera a presión y a unos 150 °C, añadiéndoles reactivos químicos. 23. Método químico: con sosa o el alcalino.

35. Para la fabricación de puertas de seguridad que se cierran cuando hay un incendio, para evitar su propagación. La malla de acero colocada interiormente evita que fragmentos rotos puedan desprenderse.

Página 218 6. a) Ladrillos refractarios: 3 •  Se mezcla: arcilla + óxidos de aluminio + torio + berilio + + circonio. •  Se calienta hasta unos 1 300 °C y se enfría lentamente. b) Porcelana: • Arcilla pura (caolín) + feldespato + cuarzo o sílex. • Se hace en dos fases: 1. Se calienta en el horno hasta unos 1 000 °C. Se saca y se le aplica esmalte. 2.  Se introduce en el horno hasta unos 1 400 °C.

8. •  Materia prima: sulfato de calcio dihidratado. 3 •  Proceso de obtención: calcinación en un horno a unos 450 °C b) Dejar un papel más blanco. durante unas cuatro horas. Posteriormente, se muele y se envasa. 25. Obtención de la celulosa → Separación de las fibras →  Blanqueado → Coloración + Colas → Tamizado → Secado → 39. •  Cimientos: hormigón. Calandrado. •  Columnas: hormigón armado. 26. •  Alisado del papel, al hacerlo pasar por una serie de tambores •  Vigas: hormigón pretensado. calientes perfectamente pulidos. •  Estructura del canal: hormigón armado. •  El calandrado es lo mismo que el satinado. •  Recubrimiento del canal: mortero de cemento. •  Para obtener un papel liso y utilizarlo en aplicaciones  •  Impermeabilidad: capa de cemento + agua (masa pastosa). diversas. 40. •  Hormigón pretensado: vigas de un puente. 27. 1. Papel (gramaje ≤ 150 g/m2). •  Hormigón armado: columnas de un edificio. 2 2. Cartulina (gramaje entre 150-350 g/m ). •  Hormigón: acera de una calle. 3. Cartón (gramaje ≥ 350 g/m2). 41. •  Para recubrimientos exteriores en los que se exige imper 24. a) Añadiendo cloro para eliminar restos de lignina.

Página 213 29. 1. Cavas. 2. Vinos. 3. Frascos que contienen especias (pimentón, colorante, etcétera). 4. Frascos que contienen flores secas.

Página 214 32. Bombilla, platform, cristales, pantalla de televisión y ordenador, cenicero, botella, cuadro, vaso, espejo, gafas, microscopio, prismáticos, cámara de fotos y de vídeo. 33. •  Mezcla de arena de cuarzo + cal + carbonato sódico + otros elementos (óxido de plomo, óxidos metálicos, vidrios reciclados, colorantes, etcétera). •  Luego se calienta en un horno, a unos 1 500 °C, hasta que se funde. 34. El plomo.

meabilidad, como en el caso de terrazas, acequias o canales y canalones de cemento. •  Pegar tejas de cañón y sus terminaciones. 2. •  Fabricación de paredes o muros y escaleras. 4 •  Colocación en el suelo a modo de baldosas. •  Construcción de nichos y panteones. 43. •  Es un producto reforzado. Consiste en añadir fibras de amianto a un mortero de cemento u hormigón. •  La manipulación del amianto puede provocar cánceres y leucemias. Si se toman precauciones extremas (protección + automatización), se puede usar el amianto en el interior del hormigón y en aplicaciones en las que no haya contacto, tales como canalizaciones de desagüe, cubiertas de tejado, etcétera.

j Problemas propuestos Página 222 1. El plástico o polímero es un material sintético, obtenido por el hombre a través de diversas reacciones químicas, a las que se le han añadido aditivos que mejoran sus propiedades.

PLÁSTICOS, FIBRAS TEXTILES Y OTROS MATERIALES

2. a) En sus inicios (finales del siglo xix).

•  Origen animal (caseína de la leche) y vegetal (látex y celulosa).

b) Hasta 1930:

•  Alquitrán del carbón (al obtener el carbón de coque).

c) En la actualidad:

•  Petróleo y gas natural.

3. •  Abaratar el producto y mejorar sus propiedades físicas, químicas y mecánicas. •  Fibras (textiles, de vidrio) + sílice + papel. 4. Mejoran considerablemente las propiedades del polímero, tales como conductividad, resistencia a la degradación de la luz, color más atractivo, etcétera. 5. Termoplásticos (si se funden fácilmente) y termoestables (una vez fabricados, ya no se funden, sino que se carbonizan). 6. Son materiales de estructura muy elástica, lo que permite grandes deformaciones sin roturas, recobrando su forma inicial. No se pueden fundir de nuevo. 7. Prensado, inyección, termoconformado y extrusión-soplado. 8. •  Son una mezcla de un plástico más otro material que le confiere resistencia mecánica. •  Se obtienen productos mejorados, con propiedades mucho mejores que los elementos que forman el compuesto. 9. Pastas de un libro, carpeta, bote de refresco, lata de pescado, mesa (madera + resina melamínica), escay (cuero artificial), lona, bolígrafo (metal + plástico). 10. •  Están formados por elementos de longitud muy grande en relación con su diámetro, que se emplean para la fabricación de hilados y tejidos. •  Según su origen, se clasifican en mineral, vegetal, animal, artificiales y sintéticos. 11. Las más importantes son: algodón, lino y esparto. 12. Poliamidas (nailon), poliéster (tergal), acrílicas, polivinílicas, polietilénicas, polipropilénicas y poliuretano. 13. Todas las maderas de árboles de hoja caduca (maderas duras). 14. 1. Descortezado. 2. Tronzado. 3. Aserrado. 4. Secado. 5. Cepillado. 15. 1. Alisado: papel secante, tarjetas, novelas, prensa diaria. 2. Satinado: libros, folios, paquetería. 3. Barba: documentos oficiales. 4. Moneda: billetes de diferente valor. 5. Fotográfico: fotografía. 16. Se hace cada nueve años, a partir de que el árbol tiene 18 años.

11

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17. •  Se emplea para aislantes, suelos acolchados y, mayoritariamente, tapones. •  El proceso de obtención de un tapón de corcho es: 1.  Fabricación del cuerpo (parte que está dentro de la botella): a base de círculos de corcho natural. 2.  Cabeza del tapón (parte que sobresale de la botella): a base de aglomerado de gránulos (procedente de recortes) unidos mediante cola. 9. 1. 1 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Sillas de terraza (madera o metal). Juguetes (sustituyen a la hojalata y cartón). Estantería (sustituye a la madera). Botellas (vidrio). Platos y vasos (cerámica y vidrio). Cucharas (metal: acero inoxidable). Bolsas (antes eran de tela y ahora son de plástico). Pinzas (antes eran de madera y ahora son de plástico). Tiestos (antes eran de cerámica y ahora son de plástico).

20. •  Mango de sartén: deberá ser termoestable para evitar que el calor del fuego pueda llegar a derretirlo. •  Bolígrafo: es un plástico barato y no hace falta que sea termoestable, ya que no está sometido a calor. Es un plástico termoplástico. 1. 1. 2 2. 3. 4. 5. 6.

Gafas de seguridad: policarbonato o metacrilato. Carcasa de ordenador: ABS. Mesa para jardín de infancia: resinas úricas o melamínicas. Patinete de playa: resina de poliéster + fibra de vidrio. Esponja de baño: poliuretano. Bolsa para alimentos: polipropileno o poliestireno.

Página 223 2. a) 2

•  PVC (1,3 kg/dm3). •  Policarbonato (1,21 kg/dm3). •  Metacrilato (1,19 kg/dm3). •  ABS (1,04 kg/dm3). •  Polietileno (0,93 kg/dm3). •  Polipropileno (0,9 kg/dm3).



•  Poliestireno (0,47 kg/dm3).

Si los plásticos no llevasen cargas, sería fácil identificarlos, determinando su densidad. Pero la carga puede conducir a equívocos. 23. Dispone de una boquilla. Por su interior se insufla aire y por el exterior se conduce plástico fundido a presión; a medida que sale el plástico, se va pegando contra las paredes internas de un molde, adquiriendo su forma. 24. Para la confección y bordado de trajes de toreros, culto religioso y trajes regionales. 5. 1. 2 2. 3. 4.

Contrachapado: mesa y pala de ping-pong. Conglomerado: puerta y repisas de estanterías. DM: parte interior de cuadros y fondos de armario. Tablex: fondos de armario y parte inferior de cajones.

11

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PLÁSTICOS, FIBRAS TEXTILES Y OTROS MATERIALES

26. El papel alisado es un papel áspero y lanoso, tal como sale de la máquina continua.

5. ¿Cuál de los siguientes tipos de madera no es una madera blanda?

El papel satinado es un papel alisado que además se ha planchado y abrillantado gracias a la potentísima presión que ejercen sobre él los cilindros de la calandria. Es liso y brillante.

a) Pino.

El papel de barba está hecho de fibras de trapos de algodón, lino, cáñamo, etc., siendo muy duradero y resistente. Es caro y se emplea solamente en documentos oficiales y notarías.

c) Olmo.

27. El vidrio, cada día más, está siendo sustituido por productos plásticos y otros materiales, debido a su fragilidad. Tiene la ventaja de limpiarse con mucha facilidad y de ofrecer una gran transparencia al paso de la luz.

j Soluciones actividades de ampliación

9. •  Pañuelo: algodón. 2 •  Jersey: lana. •  Camisa: algodón. •  Pantalón deportivo para ciclista: poliuretano (lycra). •  Chaqueta: lana. •  Mono para taller: polipropilénicas.

1. Los componentes generales de cualquier polímero son:

2. 1. 3 2. 3. 4. 5. 6.

•  Fibra de vidrio: son fibras muy finas mezcladas entre sí, cuya principal propiedad es que son ignífugas, buenas aislantes térmicas y acústicas.

Mesa: vidrio estirado. Escaparate: vidrio difuso. Aislante para paredes: fibra de vidrio. Ventanal de oficina: vidrio reflectivo. Luna trasera de automóvil: vidrio difuso. Ventana de habitación: cristal.

b) Cedro.

•  Materia básica que compone el polímero. •  Cargas. •  Aditivos. •  Catalizadores. 2. Las fibras de origen mineral son:

•  Fibras de metales: estos metales suelen ser el oro y la plata, ya que, debido a su ductilidad, pueden ser convertidos en finos hilos para la fabricación de tejidos ornamentales, trajes regionales, etcétera.

j Actividades de ampliación

j Soluciones evaluación

1. ¿Cuáles son los elementos que constituyen un polímero?

1. Las siglas indicadas corresponden a los siguientes polímeros:

2. Cita ejemplos de fibras de origen mineral. Intenta conseguir algún fragmento de estas fibras para observar su aspecto y características.

a) PP: polipropileno. b) PE: polietileno. 2. Las principales materias primas del poliéster son: a) Se obtiene de la mezcla de un diácido y un diol.

j Evaluación

b) Se suele mezclar con fibras de vidrio. 3. Los principales derivados de la madera son:

1. ¿Qué significan las siguientes siglas que hacen referencias a dos tipos de polímeros?

a) Aglomerado.

a) PP.

c) Contrachapado.

b) PE.

d) Tablex.

2. Cita las materias primas de las que se obtiene el polímero llamado poliéster.

e) DM.

3. Nombra los principales productos derivados de la madera.

g) Cartón.

4. ¿Cuál de las siguientes fibras no es de origen animal? a) Lana. b) Lino. c) Seda.

4. b) Lino.

b) Chapado.

f) Papel.

5. c) Olmo.

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSMISORES DEL MOVIMIENTO

j Actividades propuestas Página 228 1. •  Plano inclinado: rampa de coches, paso de peatones por encima de una carretera, tejado. •  Tornillo: de banco, de mordaza, prensa de aceite. •  Cuña: para sujetar el mango de un martillo, para romper el hormigón (martillo neumático), arado (que penetra la tierra), cuchillo cortando pan, piedras colocadas en el arco de una puerta de catedral o iglesia. •  Rueda: rueda de afilar, torno de ceramista, rueda de coche. •  Palanca: palanca de cambio de marchas de un coche, freno de una bicicleta, joystick.

12

b) Número de revoluciones con que girará la rueda conducida. i = 1/2 = N/n = N/1 200 → N = 1 200/2 = = 600 rpm → N = 600 rpm 6. d = 50 mm D = 500 mm n = 1 400 rpm a) Relación de transmisión. i = d/D = 50/500 = 1/10 b) Número de revoluciones con que girará la rueda conducida. i = 1/10 = N/n = N/1 400

N = 1 400/10 = 140 rpm



N = 140 rpm

2. Los mecanismos son partes de las máquinas.

c) Distancia entre ejes.

3. a) 1. Transmisión del movimiento: pedal (manivela) → plato → cadena → piñón → rueda.



E = R − r = 500/2 − 50/2 = 450/2 = 225 mm



E = 225 mm



2. Rueda libre, que permite avanzar solamente en un sentido de pedaleo.



3. Frenos.



4. Sillín, compuesto por muelles y piezas que giran, para amortiguar los golpes.



5. Dinamo → cables → bombillas.

b) Clasificación de los mecanismos según Hachette (para la bicicleta):

1. Receptores: pedales.



2. Reguladores: interruptor, rueda libre.



3. Comunicadores: pedal, biela, plato, cadena, piñón, rueda libre.



4. Modificadores: pedal (manivela) (movimiento más o menos lineal alternativo → circular).



5. Operadores: ruedas.

Página 234 4. r = 5 cm = 0,05 m P = 0,2 CV Fx = 25 kp µ = 0,35 Fx = 60 · P/(2 · π · n · r · µ) n = 60 · P/(Fx · 2 · π · r · µ) = = 60 · 735 · 0,2/(25 · 9,8 · 2 · π · 0,05 · 0,35); n = 327,40 rpm 5. i = 1/2 n = 1 200 rpm a) Diámetro de las dos ruedas. i = 1/2 = r/R → R = 2 · r E = r + R = 600 600 = r + 2 · r = 3 · r → r = 600/3 = 200 mm R = 2 · r = 2 · 200 = 400 mm D = 800 mm d = 400 mm

89

Página 237 7. Dos ruedas dentadas que están engranando entre sí se pueden considerar, a efectos teóricos, como dos ruedas de fricción de diámetros iguales a los diámetros primitivos de los engranajes. Por ello, a la hora de determinar la relación de transmisión, se tendrán en cuenta estos diámetros. 8. a) La altura de adéndum es igual al módulo y representa la distancia que hay desde el radio primitivo hasta el radio exterior. Deberá ser un poco más pequeña que la altura de dedéndum (que vale 1,25 · m), para evitar que la cabeza del diente roce o choque contra el fondo del diente del otro engranaje. b) El hueco del diente es un poco mayor que el grueso del diente para que quepa sin dificultades. Si el hueco es demasiado grande, existirá demasiado «juego» y se producirán muchos ruidos y vibraciones. Si son casi iguales, el ajuste es «casi perfecto», pero habrá demasiados roces y pérdida de energía. 9. m = 3 mm z = 30 a) Paso:

p = π · m = 3,14 · 3 = 9,42 mm

b) Diámetro interior:

di = dp − 2 · h2 = m · z − 2 · 1,25 · m = m · (z – 2,5)



di = 3 · (30 – 2,5) = 82,5 mm

c) Diámetro exterior: de = m · (z + 2) = 3 · (30 + 2) = 96 mm 10. •  Un módulo grande trae consigo un diente grande. Por ejemplo, el grosor de un diente de módulo m = 1 es igual a s =  = 19/40 · p = 0,475 · π · m = 1,49 mm. Si el módulo m = 25, el grosor del diente valdrá s = 19/40 · p =  = 19/40 · π · 25 = 37,31 mm.

90

12

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSMISORES DEL MOVIMIENTO

 Los dientes grandes se usan cuando se quieren transmitir grandes potencias. Pero sobre todo se emplean para diámetros de engranajes grandes. Los dientes pequeños se usan en engranajes pequeños (por ejemplo, relojes). • Si la potencia que se quiere transmitir es grande, se corre el riesgo de que el diente se rompa. Para evitarlo, deberá tener un grosor y una longitud grande. Tanto el grosor (s) como la longitud de diente (b) son función del módulo, mediante las fórmulas:

b = 10 · m; s = (19/40) · p = (19/40) · π · m

Página 238 11. ZR = 60 dientes m = 6 mm Zp = 40 dientes n = 1 500 rpm a) Número de revoluciones (N) con que girará la rueda: i = Zp /ZR = 40/60 = N/n = N/1 500 N = 1 500 · 40/60 = 1 000 rpm

b) Diámetro primitivo de la rueda: Dp = m · ZR = 2 · 60 = 120 mm c) Velocidad de la rueda: i = d/D = 90/120 = N/n = N/1 000 → → N = 1 000 · 90/120 = 750 rpm

Página 241 14. En los engranajes cónicos de dientes rectos encontramos infinidad de diámetros entre d1 y d2. Como el número de dientes, para cada uno de los diámetros, tiene que ser el mismo, la única solución es que existan también infinidad de módulos distintos, desde uno mínimo que corresponde al diámetro d1 a otro máximo que corresponde a d2. Si los módulos son distintos, el tamaño del diente también es distinto. Por tanto, cada uno de los dientes va creciendo a medida que su diámetro es mayor. Para fabricarlos a mano, se hace el mayor y el menor y para el resto se elimina el material siguiendo el perfil de los dos dientes mecanizados. d1 Los módulos de   los dientes serán:

m1 = d1/z b) Distancia entre ejes: E = (dp + Dp)/2 = (m · Zp + m · ZR)/2 = m · (Zp + ZR)/Z =  m2 = d2/z = 6 · (40 + 60)/2 E = 300 mm c) de = dp + 2 · h1 = m · (Zp + 2) = 6 · (40 + 2) = 252 mm de = 252 mm 12. Zp = 50 dientes ZR = 30 dientes a) Relación de transmisión: i = Zp /ZR = 50/30 = 1,67 b) Si la relación de transmisión es: i > 1 → El eje conducido gira más deprisa que el eje conductor. El número de dientes del piñón es mayor que el de la rueda. i = 1 → Ambos ejes giran a igual velocidad, aunque en sentido contrario. El número de dientes del piñón es igual al de la rueda. i < 1 → El eje conducido gira más despacio que el eje conductor. El número de dientes del piñón es menor que el de la rueda. En nuestro caso, como i > 1, en vez de reducir velocidad, se aumenta. 13. m = 2 mm dp = 90 mm ZR = 60 dientes n = 1 000 rpm a) Número de dientes del piñón:

dp = m · Zp; Zp = dp/m = 90/2 = 45 dientes.

d2

15. a) Si se gira la corona o rueda cóncava, intentará desplazar longitudinalmente al tornillo. Como el tornillo no se desplaza longitudinalmente, porque físicamente está bloqueado, todo el conjunto se bloqueará. b) Se emplea para dos cosas:

•  Reducir enormemente la velocidad de giro del árbol conducido, ya que, por cada vuelta del tornillo sin fin, la corona solamente gira 1/Z1 vueltas. Por tanto, para que la corona gire una vuelta completa, el piñón deberá dar Z1 vueltas.



•  Cuando se desea que el movimiento se transmita solamente del tornillo sin fin a la corona, y no a la inversa.

12

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSMISORES DEL MOVIMIENTO

16. •  El engranaje epicicloidal se emplea para reducir o ampliar el número de revoluciones con que gira un eje paralelo o en la misma dirección que otro de entrada. •  Los hipoides son engranajes de dientes cónicos helicoidales que se emplean para transmitir el movimiento entre ejes que no se cortan. 17. Z1 → Z2

i = Z1/Z2 = 40/100 = N21/800 → N21 = 320 rpm

Z3 → Z4

i = Z3/Z4 = 80/60 = N22/800 → N22 = 1 066,67 rpm Z1 = 40

Motor 800 rpm Z2 = 100

Z3 = 80

I II

Z4 = 60

18. a) Cadena cinemática: está formada por todos los pares de engranajes que pueden componer cualquier caja de velocidades.

91

Página 243 22. a) Polea simple: no proporciona ninguna disminución en la fuerza aplicada. Sólo cambia la dirección o el sentido de la fuerza aplicada a través de la cuerda, facilitándonos el trabajo.

Aplicaciones: •  Extracción de agua de un pozo. •  Para subir y bajar las velas de un barco. •  Tendedero.

b)

Polipasto: proporciona una disminución en la fuerza aplicada. Aplicaciones: •  Grúa de obras. •  Camión grúa. •  Puente grúa.

3. 20 · 5 = F · 3 2 F = 20 · 5/3 = 100/3 = 33,33 N

b) Tren de engranajes: es un conjunto de dos engranajes que, en un momento determinado, pueden estar engranando entre sí.

20 N x = 5 cm

En una cadena cinemática puede haber uno o muchos trenes de engranajes.

F

y = 3 cm

Página 242

24. 20 · x = F2 · y 19. Suponiendo que la potencia de un coche sea constante,  20 · 5 = F · 3; F = 33,33 N 2 2 tenemos: F2 = F1 = 33,33 N P = W/t = F · e /t = F · v F1 · 3 = F · 5; 33,33 · 3 = F · 5 W = trabajo = energía F = 20 N F = fuerza e = espacio = distancia recorrida F 20 N t = tiempo x = 5 cm x = 5 cm v = velocidad Observemos que, al disminuir la velocidad del vehículo, aumeny = 3 cm y = 3 cm ta la fuerza que lo empuja. En las cuestas es necesario aumentar esa fuerza para que pueda subir. La única solución es disminuir la velocidad. Esta misma cuestión se le presenta a los ciclistas a la hora de ascender por una montaña. Para poder subirla, es necesario que cambien de piñón para reducir la velocidad. 0. M1 = 50 N · m 2 r = 25 mm R = 30 mm Par conductor = par resistivo M2 = F · R = M1 F · 0,030 = 50 F = 50/0,03 = 1 666,67 · N M2

R = 30 mm

F

20 N x

F1

y

F2

Página 244 25. •  Cuerdas: subir y bajar una vela de un yate. •  Alambres: apertura de capó (coche), cierre y apertura de ventana automática (coche). •  Articulaciones: cierre de puertas blindadas. 26. •  Cadenas: bicicleta, moto. •  Correa dentada: impresora, escáner.

M1 = 50 N · m

r = 25 mm

Página 246 27. El momento o par (M2) que trata de frenar el giro de la rueda conducida es igual a: M2 = Fy · µ · RA; donde RA = radio del árbol. Fy = fuerza vertical que depende de la potencia a transmitir. µ = coeficiente de rozamiento (constante para un material determinado).

92

12

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSMISORES DEL MOVIMIENTO

Cuanto mayor es el radio del árbol, mayor va a ser el valor del momento o par que trate de frenar la rueda, y mayor energía se pierde en la transmisión. Por tanto, interesa que el diámetro de los árboles sea el mínimo posible, para evitar pérdidas de potencia o energía de transmisión.

5. •  El piñón (rueda o engranaje conductor) siempre se representa mediante letras minúsculas. •  La rueda (rueda o engranaje conducido) se representa mediante letras mayúsculas. 6. i = r/R = d/D = N/n

7. La velocidad tangencial es la velocidad lineal que tiene cada 28. •  El debido al diseño de los engranajes es inevitable. Siemuno de los puntos de la periferia de las ruedas de fricción (r =  pre va a perder un 6 % de energía, debido a la trans= 2,5 cm = 0,025 m): misión del engranaje (energía debido a la fuerza  F2 = F · sen 20°), y algo de pérdida de energía debida al v = V = 2 · π · r · n/60 = 2π · R · N/60 v = V = 2 · π · r · n/60 = 2 · π · 0,025 · 1 000/60 =  rozamiento. = 2,62 m/s •  El que más importancia tiene es el debido al rozamiento. Si conseguimos disminuir el valor FR, habrá una menor pérdida de energía. •  El valor de FR se puede disminuir de dos maneras: 1.º Diseñando una máquina que tenga unos árboles con unos diámetros lo más pequeños posible (pero que no se rompan ni curven durante el funcionamiento). 2.º Disminuyendo el valor del coeficiente de rozamiento. Para ello:

– Elegir adecuadamente los materiales que van a estar en contacto (material del cojinete y material del árbol).



– Usar lubricación de manera adecuada.

j Problemas propuestos Página 248 1. •  Motores primarios: son aquellas máquinas que se encargan de transformar la energía primaria (eólica, solar, nuclear, hidráulica, etc.) en otro tipo de energía, generalmente eléctrica o mecánica. Raramente se suelen utilizar acopladas directamente a la máquina o sistema que se quiere mover. •  Motores secundarios: son aquellos cuya energía de salida acciona las máquinas directamente. 2. •  Motores primarios: aerogenerador, placa solar, turbina hidráulica, etcétera. •  Motores secundarios: motor de dos tiempos (moto), motor eléctrico, motor de cuatro tiempos (coche). 3. •  Los árboles son piezas cilíndricas alargadas que se emplean para transmitir potencia o energía a través de ellas. Por tanto, están sometidas a esfuerzos de torsión. •  Los ejes tienen la misma forma que los árboles, pero solamente sirven de sustento a los engranajes, poleas o ruedas de fricción. No se encuentran sometidos a torsión, sino a flexión. 4. Los acoplamientos móviles tienen como misión permitir una cierta inclinación entre los árboles de transmisión. Es decir, puede ocurrir que, en algún momento del funcionamiento, los árboles no estén alineados, lo que podría provocar su rotura. Para ello se emplean los acoplamientos móviles, que permiten pequeñas inclinaciones de los árboles y con ellos mantener la transmisión del movimiento.

La velocidad tangencial es la misma porque la periferia de ambas ruedas está en contacto y se supone que no hay deslizamiento. 8. a) Separación entre ejes de ruedas exteriores: E = R + r b) Separación entre ejes de ruedas interiores: E = R – r 9. i = r/R = d/D = N/n = tg b 10. a) Transmisión mediante ruedas de fricción. Para ello se juntan dos ruedas, presionando fuertemente una contra la otra. El contacto se hace por sus periferias. Es necesario que las ruedas estén una junto a la otra. b) Transmisión mediante polea y correa: las poleas pueden estar separadas por una gran distancia, ya que es la correa el elemento que hará de enlace entre las dos poleas. Es un método que permite un menor deslizamiento que las ruedas de fricción. Por ello, todavía se emplea en multitud de aplicaciones en la actualidad. d c) En ambos casos: i = ​ __r  ​ = ​ __ ​ = ​ __N ​ R D n 11. Cuando se quiere transmitir el movimiento entre ejes que se cruzan a cierta distancia y la transmisión no es un factor fundamental (no importa que se produzcan pequeños deslizamientos). 12. •  Como correa cruzada, para provocar que la polea conducida gire en sentido contrario a la conductora. •  Para transmitir el movimiento entre ejes que se cruzan, formando un ángulo cualquiera. •  Para transmitir el movimiento entre ejes que se cortan, formando un ángulo cualquiera. 13. •  Engranaje conductor: piñón. •  Engranaje conducido: rueda. 14. a) •  Engranajes de dientes rectos.

•  Engranajes de dientes helicoidales.



•  Engranajes de dientes en V.

b) La ventaja más importante es que no se producen deslizamientos, por lo que la relación de transmisión siempre es constante. 15. Módulo (m) = es el diámetro que correspondería a una circunferencia imaginaria si su longitud de circunferencia fuese igual al paso (p).

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSMISORES DEL MOVIMIENTO

12

93

El paso (p) es la longitud del arco correspondiente a la circunferencia primitiva que abarca un grueso y un hueco de diente. Paso (p) = π · m. Se expresa en milímetros. El diámetro primitivo es el diámetro que tendría la rueda de fricción equivalente. Depende del módulo y del número de dientes. 16. a) i = dp/Dp = rp/Rp = ZP/ZR = N/n b) Es exactamente la misma (los diámetros o radios exteriores de las ruedas de fricción coinciden con los radios y diámetros primitivos de los engranajes). La única diferencia es la relación del número de dientes, que en las ruedas de fricción no existen. 7. di = dp – 2 · h2 = m · z – 2 · 1,25 · m = m · (z − 2,5) 1 dp = m · z de = dp + 2 · h1 = m · z + 2 · m = m · (z + 2) 18. a) Los engranajes helicoidales se caracterizan por tener sus dientes inclinados respecto de su eje. b) Al estar engranando más de un diente a la vez, se producen menos ruidos y vibraciones, así como menos posibilidades de roturas.

Tiene como inconvenientes:



•  Son más difíciles de fabricar, por lo que resultan más caros.



•  Producen esfuerzos axiales, que se compensan mediante cojinetes o rodamientos axiales. Esto origina una pequeña pérdida de energía o potencia.

Tela

23. •  Se consigue una elevada reducción del número de revoluciones de una manera muy sencilla, sin tener que emplear varios trenes de engranajes. •  El motor no gira cuando está parado (porque el tornillo sinfín se lo impide) y se ejerce un par o momento sobre el árbol que sale de la corona. 24. M

19. a) Entre ejes que se cortan: engranajes cónicos de dientes rectos y helicoidales. b) Entre ejes que se cruzan: tornillo sinfín-corona, hipoide y engranaje helicoidal. 20. Tiene dos peculiaridades: 1. Que produce una gran reducción de velocidad de giro en la transmisión, i = Zp/ZR = 1/ZR (el número de dientes del tornillo sinfín es, normalmente, igual a uno).

25. a) Momento o par de la rueda.

Pasemos todo al sistema internacional:



M = P · 60/(2 · π · N) = 0,3 · 735 · 60/(2 · π · 900) =  = 2,34 N · m

2. Solamente se puede transmitir movimiento desde el tornillo sinfín a la corona, y no a la inversa.

b) i = Z1/Z2 = N/n; 60/80 = N/1 200; N = 900 rpm

21. Fx = 60 · P/(2 · π · n · r · µ) = 60 · 0,2 · 735/(2 · π · 600 ·  · 0,05 · 0,5) = 93,58 N

Página 249

22. Para demostrar que la relación de transmisión para ruedas de fricción interior es igual que para las ruedas de fricción exterior, basta con demostrar que se cumple el concepto de velocidad tangencial, explicado en la página 233 (Fig. 12.7). Si se colocase una tira de tela entre las ruedas de fricción interiores, se podría ver que su velocidad tangencial es la misma (cuando no hay deslizamiento). La única diferencia es que aquí las dos ruedas giran en el mismo sentido. Por tanto: v = V = 2 · π · r · n/60 = 2 · π · R · N/60 r · n = R · N; r/R = N/n i = r/R = d/D = N/n v y V en m/s n y N en rpm

26. M = P · 60/(2 · π · n) = F · rp rp = m · Z1/2 = 3 · 60/2 = 90 mm = 0,09 m F = P · 60/(2 · π · n · rp) = 0,3 · 735 · 60/(2 · π · 1 200 ·  · 0,09) = 19,50 N Se admite que el punto de contacto medio entre piñón y rueda sea siempre a la altura de sus diámetros primitivos (en la realidad no es así). 8. i = 1/3 2 d = 50 mm n = 900 rpm a) Diámetro de la rueda conducida:

i = d/D; 1/3 = 50/D; D = 150 mm

94

12

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSMISORES DEL MOVIMIENTO

b) Número de revoluciones N de la rueda:

i = N/n; 1/3 = N/900; N = 300 rpm



c) Distancia entre ejes:



E = R – r = 150/2 – 50/2 = 100/2 = 50 mm

9. m = 2 mm 2 dp = 90 mm a) Número de dientes del piñón (Z1): dp = m · Z1; Z1 = dp/m = 90/2 = 45 dientes b) Diámetro primitivo de la rueda (Dp): Dp = m · Z2 = 2 · 60 = 120 mm c) Número de revoluciones de la rueda (N2): i = dp/Dp = N/n; 90/120 = N/1 000 N = 750 rpm 30. a) Diámetro primitivo del piñón y la rueda: r 2 500 ​;  E = 70 = rp + Rp; i = ​ __p ​  = ​ _____ r = 2,5 · Rp Rp 1 000 p 70 = 2,5 · Rp + Rp = Rp · (2,5 + 1)

Rp = 70/3,5 = 20 mm



Dp = 40 mm



rp = 2,5 · Rp; rp = 70 − 20 = 50 mm



dp = 100 mm

b) Número de dientes Z1 y Z2:

dp = m · Z1; Z1 = dp/m = 100/2 = 50 dientes



Z2 = Dp/2 = 40/2 = 20 dientes

31. a) Juntas elásticas: motor de combustión interna que hace girar una bomba de agua. b) Junta cardán: parte inferior de la carrocería de un camión, elemento transmisor del movimiento entre tractor y empacadora de paja. c) Junta homocinética: palier delantero de coches con tracción delantera.

b) c) d) e) f) g)

Altura de dedéndum. Altura diente. Paso. Diámetro primitivo. Diámetro exterior. Diámetro interior.

3. Un piñón de módulo 1 y diámetro primitivo 60 mm engrana con una rueda de 80 dientes. Calcular el número de dientes del piñón y el diámetro primitivo de la rueda. 4. El producto de una fuerza por una distancia es… a) Potencia. b) Par. c) Fleje. 5. Dos ruedas tienen una relación de transmisión de 0,4. Si la conductora gira a 400 rpm, ¿cuál es la velocidad de la rueda conducida? a) 350 rpm. b) 160 rpm. c) 200 rpm.

j Soluciones actividades de ampliación 1. Los tipos de ruedas de fricción son: •  Exteriores. •  Interiores. •  Troncocónicas. Además, cada uno de los tipos pueden ser lisos o acanalados. 750  2. i = ​ __N ​ = ​ _____  ​ =  0,75 n 1 000

j Soluciones evaluación j Actividades de ampliación 1. ¿Qué tipos de ruedas de fricción existen? 2. En una transmisión de movimiento con dos ruedas de fricción, la rueda conductora gira a 1 000 rpm y la rueda conducida a 750 rpm. ¿Cuál es la relación de transmisión?

j Evaluación 1. ¿Cuál es la relación de transmisión entre dos ruedas de fricción si la conductora gira a 2 200 rpm y la conducida a 800 rpm? 2. En un engranaje de 40 dientes rectos de módulo 3, hallar: a) Altura de adéndum.

1. i = 800/2 200 = 0,36 2. a) b) c) d) e) f) g)

Altura de adéndum: h1 = 3 mm Altura de dedéndum: h2 = 1,25 · 3 = 3,75 mm Altura diente: h = h1 + h2 = 3 + 3,75 = 6,75 mm Paso: p = π · m = 9,42 mm Diámetro primitivo: Dp = m · Z = 3 · 40 = 120 mm Diámetro exterior: De = m · (Z + 2) = 3 · (40 + 2) = 126 mm Diámetro interior: Di = m · (Z − 2,5) = 112,5 mm

3. Zp = 60/1 = 60 dientes Por su parte, el diámetro primitivo de la rueda será: Dp = m · ZR = 1 · 80 = 80 mm 4. b)  Par. 5. b)  160 rpm.

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSFORMADORES DEL MOVIMIENTO Y DE UNIÓN

j Actividades propuestas Página 253 1. Una vuelta de piñón provocará un desplazamiento de la cremallera y por tanto de la broca, de: L = p · z = π · m · z = 3,14 · 1,5 · 30 = 141,37 mm

Página 254 2. ω = 2 · π · N/60 = 2 · 3,14 · 1 200/60 = 125,66 rad/s M = 1 000 · 0,006/(2 · π) = 0,95 N · m

13

95

evitarlo se necesitan cuatro pistones que realicen el ciclo termodinámico con los tiempos desfasados, de forma que siempre se tiene un cilindro en el tiempo de explosión, consiguiéndose un empuje constante y un giro más suave y regular.

Página 260 7. Se trata de multitud de «corchetes» que, al ser presionados automáticamente, mediante el dispositivo de apertura y cierre de la cremallera, quedan engarzados unos dentro de otros (cremallera cerrada). La fuerza de sujeción de cada uno de ellos es pequeña, pero al haber muchos, originan que queden fuertemente cerrados.

P = M · ω = 125,66 · 0,95 = 120 W 3. •  Para posicionar cosas de manera precisa:

Página 262

— Microscopio de laboratorio. Ajusta el enfoque.

8. Los remaches tienen un diámetro menor de 10 mm y se colocan en frío.

— Enfoque de la cámara de fotos (manualmente). Ajusta el enfoque. •  Para mover cargas: — Apertura y cierre de agua de acequias (permite la conducción de aguas por el lugar adecuado). — Prensa manual de vino. — Imprenta manual antigua. — Gato o sargento.

Los roblones tienen un diámetro mayor de 10 mm y se colocan en caliente. 9. •  El más sencillo es el que se realiza con la remachadora, ya que solamente hay que introducir el remache entre las dos piezas a unir en la remachadora y presionar fuertemente. •  Teóricamente, los dos remaches (el manual o el realizado con remachadora) ofrecen la misma resistencia, si están fabricados con el mismo material (generalmente aluminio) y tienen el mismo diámetro. Las cabezas de los remaches realizados manualmente son mucho más resistentes que las de los remaches realizados con remachadora. Pero, normalmente, los remaches se diseñan y fabrican para que trabajen a cortadura, es decir, si es un esfuerzo muy grande, que se rompan por su cuerpo (parte cilíndrica) y nunca sus cabezas. Las cabezas se las ponen para que no se salgan, pero no para que soporten esfuerzos en el sentido de su eje.

j Problemas propuestos Página 266 1. a) Según la forma del seguidor:

Página 257

•  Periféricas: el seguidor está constantemente en contacto con la periferia de la leva. Pueden tener formas distintas, asimétricas o no.



4. Torniquete de entrada a la estación de tren, destornillador de carraca, reloj de péndulo, etcétera.

•  Oscilantes: el seguidor describe un movimiento circular alternativo.

b) Según la forma de la leva:

5. El ciclo termodinámico de un motor de combustión interna consta de cuatro tiempos. Cada tiempo supone un desplazamiento de pistón, o lo que es lo mismo, media vuelta de cigüeñal. De los cuatro tiempos, sólo en uno de ellos se genera fuerza de empuje (explosión), lo que provoca un giro irregular. Para



•  De disco: son las más empleadas.



• Cilíndricas: disponen de un canal sobre la periferia de un cilindro que obliga a un seguidor a describir un desplazamiento determinado a medida que gira el cilindro.



• De caja: se utilizan en mecánica de precisión.

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13

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSFORMADORES DEL MOVIMIENTO Y DE UNIÓN

2. •  La manivela-biela-émbolo es un mecanismo reversible, es decir, que permite transformar un movimiento lineal en uno circular, y uno circular en otro lineal alternativo. •  La leva solamente permite transformar movimientos circulares en lineales alternativos con distintas velocidades y aceleraciones.

Cuando se giran los pedales, las bolas (B) quedan presionadas en el canal cónico, obligando a girar a la rueda (C). Cuando los pedales se mantienen parados y es la rueda (C) la que gira, provoca la compresión del muelle (R) y la separación de las bolas (B), por lo que no girará la rueda interior (M) ni tampoco los pedales. 7. •  Cremallera en anorak.

En la práctica, cada uno de ellos cumple una función diferente y, en algunos casos, complementaria.

•  Botones en camisa.

Si se trata de transformar, por ejemplo, un movimiento circular uniforme en otro vertical de vaivén, en un principio puede resultar más adecuado el uso de manivela-biela-émbolo, ya que se originarán menos rozamientos que en el caso de leva-simétrica y seguidor.

•  Tornillo rosca-chapa para unir perfiles de aluminio (puerta).

3. La excéntrica es un caso particular de leva. Consiste en un disco cuyo punto de giro no coincide con su centro geométrico. Tanto las levas como las excéntricas cumplen la misma misión: transformar un movimiento circular en uno lineal alternativo. 4. Un cigüeñal es un conjunto de manivelas, generalmente, desplazadas 90° unas respecto de las otras. De hecho, el pistón-bielacigüeñal constituye un émbolo-biela-manivela particular. 5. Sí se puede. El trinquete (interior) estaría en la parte interior de las coronas (parte exterior del piñón de la bicicleta) y en el núcleo (parte exterior del piñón, concéntrica a la corona) habría dos uñetas (mejor poner dos uñetas que una para un mayor reparto del esfuerzo aplicado a la rueda). En este caso, el trinquete, cuando permite el giro (en el dedaleo hacia atrás y en el pedaleo de cadencia inferior a la necesaria para mantener el movimiento, es decir, cuando el núcleo y la rueda giran más rápido que las coronas), la uñeta va saltando de diente en diente (sobre la cara inclinada), haciendo ruido. El piñón gira, pero la rueda no es arrastrada (hay desacoplamiento). En sentido contrario, es decir, cuando se pedalea hacia adelante, cada uñeta empuja contra la cara perpendicular de un diente, y como estos dientes no están unidos a algo fijo, sino a una rueda que puede girar y avanzar, si se aplica la fuerza adecuada, se consigue que las uñetas arrastren la rueda y la bicicleta se mueva. Uñeta

Fija a la rueda

Tambor

•  Tornillos de unión para montar mesa de oficina. •  Tirafondos para montaje de estantería. 9. Cuando se quiere sujetar alguna pieza a otra de gran grosor. Para ello, se hace una rosca en la pieza de gran grosor y se coloca un tornillo de unión. 10. •  Los tirafondos se emplean para unir piezas de madera o sus derivados. Si el tornillo es de pequeño diámetro, no hace falta hacer un taladro previo. En caso de que hubiese que hacer un agujero previo, su diámetro deberá ser menor o igual al diámetro interior del tornillo a introducir para que se pueda crear la rosca a medida que se introduce. •  Los tornillos rosca-chapa se emplean para unir piezas metálicas de poco espesor. Generalmente, excepto que el material a unir sea muy blando, siempre es necesario hacer un agujero previo con un diámetro igual o inferior al diámetro interior del tornillo. 11. Sirven para tres funciones: • Como apoyo a otras piezas (pernos de apoyo). • Como elementos de giro (pernos de articulación). • Para fijar una máquina (pernos de anclaje). 12. Valen para unir dos piezas en las que generalmente no se produce giro alguno, una con respecto a la otra (de ser así, se emplearán pernos de articulación). Los pasadores de aletas evitan que se puedan salir las arandelas. 13. Aparece en la figura superior derecha de la página 260 del libro de texto. 14. a) Elementos de unión desmontables de prendas de vestir:

1. Gemelos. 2. Botones. 3. Nudos (corbata, bufanda y zapatos). 4. Hebilla y pasador del cinturón o zapatos. 5. Cremallera. 6. Corchetes. 7. Velcro (de zapatillas o ropa).

b) Elementos de unión fijos de prendas de vestir: 6. El dibujo corresponde a la Figura 13.17 de la página 257 del libro de texto. Consta de dos ruedas (M) y (C). Los pedales están fijos a la rueda (M), mientras que la rueda de la bicicleta lo está a la rueda (C).



1. Cosido. 2. Pegado.

15. Es un tipo de soldadura, de reciente aparición, formada por distintos tipos de polvos metálicos y alguna resina sintética que, al mezclarlos y colocarlos entre las piezas a unir, después

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSFORMADORES DEL MOVIMIENTO Y DE UNIÓN

de un cierto tiempo, se endurecen, consiguiéndose resistencias de hasta 350 kg/cm2. 16. T ienen la ventaja de unir piezas metálicas de distintos materiales, así como metales y no metales.

13

97

Este tipo de soldadura se emplea muchísimo en automoción para soldar las chapas estructurales que forman las puertas y resto del vehículo. 23. 

No hace falta ser un experto para realizar la soldadura, simplemente hay que seguir las instrucciones y normas de seguridad que se indican en el prospecto. 17. Cuando el material de aportación a utilizar (generalmente, en forma de varillas metálicas de diámetro alrededor de 2 o 3 mm) es el mismo o similar al de las piezas a soldar. 18. Cuando el material de aportación es distinto al de las piezas a soldar. 19. a) Proceso que seguiremos a la hora de realizar una soldadura blanda:

1. Limpiar de suciedad, grasa o aceite las piezas a unir.



2. Calentar, durante unos 10 o 15 segundos, las piezas a unir mediante el soldador.



3. Acercar el metal de aportación (estaño) a las zonas a unir. El estaño debe fluir sobre las superficies a unir y nunca se debe apelmazar.

b) Pasos que seguiremos a la hora de realizar una soldadura fuerte:

24. Una vuelta completa de la manivela corresponde a una vuelta de piñón. L = p · z = π · m · z 198 = π · 3 · z z = 198/(3 · π) z = 21 dientes 25. 1. Torno: para desplazar manualmente (rápidamente) el carro longitudinal. 2. Puertas del metro. 3. Para embalsar agua. 6. P = 25 W 2 ω = 2 · π · N/60 = 2 · 3,14 · 150/60 = 15,71 rpm P = M · ω; M = P/ω = 25/15,71 = 1,59 N · m



1. Limpiar las superficies a unir.



2. Recubrir con una fina capa de bórax (antioxidante) las piezas a soldar.

27. M = F · d = 40 · 0,75 = 30 kp · m = 294 N · m M = Q · p/2 · π; Q = M · 2 · π/P = 30 · 2 · π/0,008 = 23 562 kp



3. Calentar lentamente las zonas a soldar, procurando que la llama del soplete no toque el antioxidante; de esta manera el bórax se evapora, dejando una lámina sólida que evita la oxidación.

29. Aplicaciones de:



4. Cuando las zonas a soldar han alcanzado la temperatura adecuada, acercar el metal de aportación (generalmente varillas de latón), que debe fundirse e introducirse, de manera automática, en las superficies a soldar.

20. La soldadura fuerte sustituye a la blanda en aquellas aplicaciones en las que las piezas a unir están sometidas a esfuerzos medianos o grandes, o cuando las piezas a soldar, posteriormente, se van a encontrar a temperaturas que superen los 200 °C (el estaño se funde a los 231 °C). 21. Consiste en calentar las zonas de las piezas a unir mediante una llama de acetileno y oxígeno (actualmente se está usando butano o propano en sustitución del acetileno) y posteriormente acercar el metal de aportación. Se consiguen temperaturas muy altas (del orden de 2 800 ºC), que pueden llegar a fundir el acero (1 600 °C). El método de soldadura se emplea especialmente para productos ferrosos. 22. Para la unión de chapas metálicas finas. Consiste en sujetar las dos chapas a soldar mediante dos electrodos por los que se hace pasar una gran intensidad de corriente durante unos segundos, con lo que los puntos en contacto próximos a los electrodos se funden. No se usa metal de aportación.

a) Chavetas: poleas, engranajes y ruedas fijas a los árboles de transmisión. b) Lengüetas: poleas, engranajes y ruedas que se pueden deslizar longitudinalmente a lo largo del árbol de transmisión.

Página 267 30. Las piezas remachadas normalmente no se suelen encontrar sometidas a esfuerzos que tienden a alargarlas. Los remaches se encuentran sometidos a cortadura. La forma de la cabeza es menos importante desde el punto de vista de la resistencia del remache, aunque sí lo es desde el punto de vista estético y de posible choque con otras piezas. Si el remache se encontrase sometido a tracción, sería necesario elegir la cabeza adecuada (esférica o esférica con borde). 31. Aparece en la Figura 13.21 de la página 261 y la explicación también está en esa misma página. 1. Se realiza un agujero en las dos chapas a unir, ligeramente superior al del diámetro que se va a colocar. 2. Se elige el remache adecuado y se corta a una longitud l = 1,5 · d. 3. Se introduce el remache con la cabeza existente por el lado de la sufridera o asentador. 4. G  olpear el cuerpo del remache hasta hacer una cabeza redondeada.

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13

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSFORMADORES DEL MOVIMIENTO Y DE UNIÓN

5. Colocar una buterola con forma y golpear con el martillo. 3. σR = 18 kp/mm2; 3 τR = 0,76. σR = 0,76 · 18 = 13,68 kp/mm2 d = 3 mm; τR = F/S S = π · r 2 = 3,14 · 1,52 = 7,07 mm2 F = τR · S = 13,68 · 7,07 = 96,70 kp cada remache. Como son dos remaches:    FT = 193,40 kp 35. •  Si las chapas, piezas de poco espesor o perfiles, no se piensan desmontar en la vida del objeto construido, se pueden emplear remaches o roblones. Los remaches y roblones también se utilizan en aquellas aplicaciones en las que las vibraciones pueden aflojar los elementos de unión y supondría un peligro, como es el caso de las alas de muchos aviones y avionetas. Diferencias

•  La ventaja de usar bulones radica en la posibilidad de desmontar las piezas con facilidad y montarlas de nuevo. Además, los bulones pueden trabajar muy bien a tracción. 36. Para soldar dos piezas gruesas de acero, los métodos más adecuados son: •  Soldadura eléctrica por arco: tiene el inconveniente de ser una soldadura heterogénea, ya que el electrodo generalmente es un material diferente al de las piezas a unir. •  Soldadura oxiacetilénica: se trata de una soldadura homogénea en la que el metal de aportación puede ser idéntico a las piezas a soldar, con lo que los riesgos de oxidación son menores y la resistencia de la soldadura es equivalente a la resistencia de cada una de las piezas. 38.

Chavetas

Lengüeta

Constructivas

• Forma prismática cónica (véase la figura de la página 260 del libro de texto).

• Forma prismática plana. • Pueden estar atornilladas al árbol sobre el chavetero (no sobre el chavetero del engranaje, ya que físicamente no se puede atornillar). • La forma se muestra en la página 260 del libro.

Funcionales

• Se introduce a presión entre el chavetero del árbol y el del engranaje, polea, rueda, etcétera. • Se puede desmontar con facilidad. • Las piezas no se pueden desplazar longitudinalmente.

• Permite libremente el desplazamiento longitudinal de polea, engranaje, ruedas, etcétera. • Generalmente, las medidas de la chaveta coinciden con el chavetero.

De utilidad

• Se emplea en aquellas aplicaciones en las que se requiera que el árbol y polea, rueda, engranaje, etc., permanezcan unidos solidariamente hasta que se desmonten.

• Al permitir el desplazamiento longitudinal del engranaje, rueda, polea, etc., se puede usar en cajas de velocidades para cambiar el número de revoluciones con que puede girar una máquina.

39. 1. Para atornillar el espárrago se deberán colocar dos tuercas apretadas una contra otra, tal cual se indica en 6 y 7. Pero antes se deberán introducir todos los elementos que se muestran en la figura. 2. Apretar fuertemente la tuerca (1) contra el soporte, para evitar que se pueda aflojar el espárrago y salirse cuando gire. 3. A ambos lados de la rueda (4) irán sendas arandelas (3) y (5). 4. La tuerca (2) se aprieta hasta final de rosca. 5. La tuerca (6) se aprieta fuertemente para que la rueda (4) no gire libremente. 6. Para evitar que la tuerca (6) se pueda aflojar debido al giro de todo el conjunto, se aprieta mediante la contratuerca (7). 5

3

8

1

2

6

7

4

40. 1. Se haría una estructura metálica, como la de la figura siguiente, de perfiles metálicos cuadrados o rectángulares. Luego se soldaría mediante soldadura eléctrica u oxiacetilénica.

2. Probablemente, la chapa no se desmontará jamás de la estructura; por lo tanto, se podría soldar a la estructura. Para ello se puede soldar mediante autógena o mediante soldadura eléctrica por puntos. 3. Otra solución podría ser utilizando tornillos de rosca cortante (rosca-chapa). Para ello habría que recortar la chapa en cruz, con aletas igual al espesor del marco, y doblarla. A continuación: a) Se hacen agujeros de diámetro igual o menor al diámetro interior del tornillo. b) Se colocan los tornillos rosca-chapa de cabeza avellanada plana (véase la Tabla 13.6 de la página 259 del libro de texto). De esta manera, no sobresalen.

ELEMENTOS MECÁNICOS TRANSFORMADORES DEL MOVIMIENTO Y DE UNIÓN

41. La lengüeta está sometida a cortadura, y en caso de rotura, lo hará por la línea de puntos de la figura, a la altura de la periferia del árbol de transmisión. La fuerza que actúa sobre la periferia del árbol será:

13

4. ¿Cuál de las siguientes uniones no es fija? a) Roblón. b) Velcro. c) Adhesivo.

P = M · ω; M = P/ω

5. ¿Cuál es el metal de aportación en la soldadura blanda?

P = 8 CV = 8 735 = 5 880 W

a) Estaño-plomo.

ω = 2 · π · n/60 = 2 · 3,14 · 1 200/60 = 125,66 rad/s

b) Estaño-níquel.

M = 5 880/125,66 = 46,79 N · m Por otro lado, M = F · R; F = M/R = 46,79/0,015 = 3 119,44 N

c) Latón.

5

j Soluciones actividades de ampliación

Lengüeta 30

1. Estos mecanismos pueden ser: a) Piñón-cremallera. b) Tornillo-tuerca. 2. Como σR = 0,76 · 20 = 15,2 kp/mm2 Sustituimos este dato en la fórmula:

R = 15 mm = 0,015 m La tensión de cortadura es: τR = 0,76 · σR = 0,76 · 20 = = 15,2 kp/mm2 = 148,96 N/mm2. τR = F/S = 3 119,44 N /(5 · l)



1 500 15,2 = ⇒ N = 7,85 π · 22 · N Ocho es el número de remaches que hay que poner.

l = 3 119,44/(5 · 148,96) = 4,19 mm

j Soluciones evaluación

j Actividades de ampliación 1. ¿Cuáles son los elementos que transforman un movimiento circular en uno rectilíneo continuo? 2. Se unen dos piezas con remaches de diámetro 4 mm, que van a estar sometidos a fuerzas de 1 500 kp. La resistencia del material es de σR = 20 kp/mm2. ¿Cuántos remaches harán falta?

j Evaluación



1. Se unen dos piezas con remaches de diámetro 7 mm, que van a estar sometidos a fuerzas de 2 000 kp. La resistencia del material es de σR = 20 kp/mm2. ¿Cuántos remaches harán falta? 2. Halla el par necesario para elevar una carga de 1 000 N usando un tornillo de paso 8 mm. 3. Calcula cuánto se desplazará una broca de una taladradora al dar una vuelta de la manivela, sabiendo que el piñón tiene módulo 2 y 40 dientes.

1. Como σz = 0,76 · 20 = 15,2 kp/mm2 Sustituimos este dato en la fórmula:

2 000 15,2 = ⇒ N = 3,42 π · 3,52 · N Cuatro es el número de remaches que hay que poner. 2.

Q·p 100 · 8 · 10-3 M = = = 1,27 N · m 2 · π 2·π 3. El desplazamiento será: L = p · z = m · π · z = 2 · π · 40 = 251,33 mm 4. b) 5. a)

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14

ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES

j Actividades propuestas Página 272 1. a) I = 1/2 · m · r2 = 1/2 · 0,6 · 0,22 = 0,012 kg · m2 b) ωmed = 2 · π · N/60 = 2 · 3,14 · 2 000/60 = 209,44 rad/s

2 Ec  =  1/2 · I · ωmed = 1/2 · 0,012 · 209,442 = 263,19 J

c) Al ser una máquina-herramienta, Cf = 0,03

Cf = (ωmáx - ωmín)/ωmed; 0,03 = (ωmáx - ωmín)/209,44



ωmed = (ωmáx+ ωmín)/2; 209,44 = (ωmáx+ ωmín)/2



ωmáx = 212,58 rad/s; Nmáx = 2 030 rpm



ωmín = 206,30 rad/s; Nmín = 1 970 rpm

d) Δω = 1/2 · I · (ω2máx –ω2mín) = 1/2 · 0,012 (212,582 – – 206,302) = 15,79 J 2. Los volantes de inercia son acumuladores de energía que la liberan cuando la máquina la necesita (cuando se intenta detener su funcionamiento) y la acumulan cuando la máquina no la necesita (gira en vacío).

b) Energía máxima que puede absorber: W = 4 · F2máx · D3 · N/(G · d4) = 4 · 1002 · 1,963 · 15/ (750 000 · 0,54) = 96,89 kp · cm = 9,496 · N · m = 9,496 J c) Alargamiento producido en el muelle cuando la fuerza es de 33 kp:

y = 8 · F · D3 · N/(G · d4) = 8 · 33 · 1,963 · 15/(750 000 · · 0,504) = 0,64 cm

d) Energía acumulada cuando la fuerza es de 33 kp:

F = 33 kp = 323,4 N; y = 0,64 cm = 0,0064 m



w = 1/2 · F · y = 1/2 · 323,4 · 0,0064 = 1,03 J

4. a) T racción: muelles que sujetan los balancines que se colocan en los porches.

b) Compresión: muelles de sillín de una bicicleta.



c) Flexión: ballestas de un camión.



d) Torsión: muelle que sujeta una pinza de madera.

Página 276

Algunas máquinas que necesitarían disponer de volante de inercia podrían ser:

5. Bicicleta: tambor. Moto: disco. Coche: disco/tambor.



7. I = 0,08 kg · m2





• Sierra de disco de madera. Cuando no corta, trataría de girar más rápidamente, mientras que cuando corta trataría de pararse. • Motores de combustión interna de los coches. Las fuerzas variables que se producen en las bielas, como consecuencia de las explosiones en los cilindros, se traducen en una acumulación de energía del volante de inercia que libera energía cuando estas fuerzas (y por tanto pares o momentos) disminuyen, para conseguir que el cigüeñal gire con una velocidad de rotación uniforme. •  Molinos de cereales.

ω = 2 · π · N/60 = 2 · 3,14 · 2 500/60 = 261,80 rad/s EC = 1/2 · I · ω2 = 1/2 · 0,08 · 261,802 = 2 741,56 J Fr = fuerza de rozamiento; e = espacio recorrido = 2 · π · R · N; N = número de vueltas hasta que se para. La energía cinética que hay que liberar será igual a la energía de rozamiento que hay que realizar: EC = Fr · e = F · μ · 2 · π · R · N F = EC /(μ · 2 · π · R · N)= 2 741,56 J/(0,4 · 2 · π · 0,1 · 4) = = 26 725,48 N = 2727,08 N F

F

Página 274 3. a) Fmáx = 100 = π · d3 · σmáx/(8 · D)

D = π · d3 · σmáx/(100 · 8) = 3,14 · 0,53 · 4 000/(100 · 8) =



= 1,96 cm Acero

G = 750 000 kp/cm2

σmáx = 4 000 kg/cm2 F = 100 kp d = 5 mm

Página 279 8. Ventajas: una vez embragado no se produce deslizamiento, por lo que la transmisión es muy segura. B

Inconvenientes: para realizar el embrague es necesario que ambos árboles de transmisión estén parados, ya que de lo contrario, debido al choque de los dientes, se pueden producir roturas.

14

ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES

9. Sí. Las máquinas que llevan embragues hidráulicos no necesitan que se pulse nada (no hay que pulsar el embrague), ya que se trata de un embrague automático. Se emplea sobre todo en coches, camiones y autobuses con caja de cambios automática. 10. Los cojinetes de fricción radiales o axiales solamente se emplean en aquellas aplicaciones en las que las máquinas van a girar a un número de revoluciones pequeño, su motor es de pequeña potencia y están sometidas a pequeños esfuerzos. En estos casos no se van a producir grandes desgastes ni pérdidas de energía por rozamiento. Lubricación



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Página 281 12. Véase tabla.

Ventajas

Inconvenientes

Manual

• Es muy sencilla y barata. No hay que fabricar ningún sistema.

• Requiere un mantenimiento (lubricación) permanente. • Válida solamente para máquinas que giran a pocas revoluciones y no se transmiten grandes potencias.

A presión

• Se asegura una lubricación perfecta de las piezas que van a estar en contacto. • Se puede aplicar a cualquier máquina, con cualquier potencia y velocidad de giro.

• El sistema hidrostático resulta caro de fabricar y mantener. • El sistema hidrodinámico requiere una viscosidad (aceite) y revoluciones por minuto adecuadas.

14. Plan de mantenimiento (bicicleta):



• Empleo de elementos de protección:



• Limpieza periódica (según uso y lugar de empleo).



— Oculares (gafas), si pueden saltar objetos o pintura.



• Reparación de pintura.





• Eliminación de óxidos.

— Mascarilla, si se está pintando o manipulando productos que emitan gases tóxicos o venenosos.



• Ajustes:

— Guantes, si se tocan partes cortantes.



1. Equilibrado de ruedas.

2. Apriete de tornillos.

— Prendas especiales (cuero, plástico, etc.), cuando puedan saltar chispas, aceites, etcétera.



3. Colocación adecuada de sillín y manillar.





4. Puesta a punto de frenos/sustitución.



5. Comprobación de luces (si las lleva).



6. Presión de aire de las ruedas.



7. Lubricación de piezas móviles.



8. Sustitución de neumáticos.



Plan de diagnóstico de averías (bicicleta): revisión cada vez que se utiliza:



•  Nivel de aire de ruedas. •  Estado de equilibrio de ruedas. •  Localización de posibles piezas sueltas. •  Funcionamiento adecuado de los frenos. • Localización de posibles roturas o fisuras que puedan causar un problema. •  Estado de neumáticos. •  Otros.



Página 286 16. Normas básicas relacionadas con:

•  Manipulación de objetos pesados.



• Uso adecuado de herramientas, siguiendo las normas de seguridad.

— Calzado adecuado y cómodo que evite caídas.

j Problemas propuestos Página 288 1. Los volantes de inercia sirven para mantener constante la velocidad de giro de un árbol, acumular la energía sobrante (frenando un árbol que tiende a acelerarse) o liberándola para que no se detenga cuando hay una fuerza exterior que intenta detenerlos. 2. • Muelles, que trabajan a tracción, compresión y torsión.

• Ballestas.



• Flejes.



• Barras.

3. La función que desempeñan los elementos elásticos en el mundo industrial es:

•  Absorber vibraciones y esfuerzos bruscos.



• Servir como acumuladores o liberadores de energía, deformándose y recuperando su forma original una vez que ha desaparecido la fuerza externa.

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14

ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES

4. Absorberá más energía cuanto: •  Mayor sea el diámetro medio y más espiras tenga. • Menor sea el módulo de rigidez del material del que está fabricado y menor sea el diámetro del alambre del que está fabricado el muelle. 5. Será tanto mayor cuanto: • Mayor sea el diámetro del alambre con el que está fabricado el muelle, así como la tensión máxima admisible (que depende del material con el que está fabricado). •  Menor sea el diámetro del muelle.

• Los rodamientos son elementos más sofisticados que los cojinetes, ya que disponen de una serie de bolas, agujas o conos que reducen sustancialmente la fuerza de rozamiento. El deslizamiento se transforma en una rodadura.

12. En la Figura 14.7 de la página 278 del libro de texto se pueden ver claramente las diferencias físicas.

Los cojinetes de fricción axiales se colocan cuando un árbol o eje está sometido a esfuerzos longitudinales. Para colocar este cojinete es necesario que el eje o árbol disponga de un saliente para que se produzca el contacto axial.

Fmáx = π · d3 · σmáx/(8 · D)

13. Los engranajes helicoidales producen fuerzas axiales, por lo que es necesario colocar rodamientos que soporten fuerzas axiales en los ejes. Como además también se producen fuerzas radiales, habrá que colocar un rodamiento mixto (con rodillos o conos).

Para que la fuerza sea máxima, debemos construirlo con un diámetro (D) lo más pequeño posible.

14. Cuando el esfuerzo que soportan es grande, o giran a gran número de revoluciones, se deberían emplear rodamientos axiales.

6. La fuerza máxima que puede soportar un muelle viene dada por la fórmula siguiente:



7. Está formado por un disco de cobre o aluminio que gira entre los polos de un electroimán. Al hacer pasar corriente por el electroimán se generan corrientes parásitas en el disco que intentan hacer girar el electroimán. Como no se puede mover porque está fijo, se produce una disminución de la velocidad del disco. 8. Los tipos de frenos más utilizados son: 1. Freno de disco. Empleado en vehículos y motos por su alta eficacia de frenado (frena en menor tiempo que el resto). El frenado se origina en los laterales de un disco. 2. Freno de tambor. El frenado se produce en el interior de un cilindro. Nota: en muchos coches se suelen colocar frenos de disco en las ruedas delanteras y de tambor en las posteriores, con objeto de beneficiarse de las ventajas de cada uno.

15.

Rodamiento radial

11. • Los cojinetes son casquillos o anillos que se colocan a presión en el soporte de una máquina y por su interior pasa el eje o árbol que gira.

Rodamiento mixto

16.

9. Es un elemento que permite transmitir o no el movimiento entre dos árboles alineados. Generalmente, del árbol del motor, a la caja de velocidades de un vehículo o máquina. 10. • Embrague de dientes: consta de dos discos con dientes en sus superficies que al ponerse en contacto permiten transmitir el movimiento de uno de ellos al otro. • Embrague de disco: consta de dos discos cuyas superficies son lisas y con un alto poder de fricción. Cuando sus superficies laterales se ponen en contacto y se presiona fuertemente sobre ellas, permiten transmitir potencias sin que se produzca deslizamiento. • Embrague cónico: consta de dos piezas troncocónicas. Una hembra y otra macho, que por efecto de una fuerza axial se juntan y permiten transmitir grandes potencias. • Embrague hidráulico: está formado básicamente por dos turbinas, una de ellas que impulsa el líquido (aceite) con gran fuerza y origina que se mueva la otra (como si fuesen dos ventiladores uno en frente del otro). Cuando la velocidad de la turbina que mueve el aceite (bomba) es pequeña, la otra turbina no gira, mientras que cuando supera las 2 500 rpm, prácticamente giran las dos a la misma velocidad.

Rodamiento axial

Árbol con cojinetes radiales

Árbol con rodamientos axiales

17. Los lubricantes valen para:

•  Evitar el desgaste prematuro de piezas que rozan entre sí.



•  Disminuir la potencia o energía perdida por el rozamiento.



•  Evitar que se calienten las piezas por rozamiento.

Los lubricantes más usados son de origen sintético, aunque también se utilizan aceites vegetales (palma, colza, girasol, etc.) y animales (grasa de caballo, sebo, aceite de ballena, etcétera). 18. Existen tres tipos de lubricación:

• Lubricación manual: consiste en añadir un poco de aceite a la zona de rozamiento, de manera periódica. El aceite se caerá con el tiempo.



• Lubricación a presión: el aceite se introduce a presión entre las piezas que rozan. Se puede hacer:



— Automáticamente (lubricación hidrodinámica). Para ello se llena de aceite (de manera hermética) la zona del muñón y del soporte. Al girar el eje o árbol, el aceite que está en contacto es arrastrado hacia el lateral inferior sobre el que gira. Cuando la velocidad de giro es muy grande, el acei-

ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES

te ahí concentrado es mucho, aumentando la presión y provocando que el muñón flote sobre el aceite.



— Manualmente (lubricación hidrostática). Se inyecta, de manera constante, aceite por la parte inferior del soporte, consiguiendo que flote el muñón. • Lubricación por borboteo: al girar alguna pieza, se sumerge en un depósito de aceite y es lubricada. Además, esta pieza, al moverse, puede proyectar aceite y lubricar otras piezas.

19. Los planes de mantenimiento de elementos mecánicos los suele establecer el fabricante, ya que es la persona más experimentada en este campo. Si no dispusiese de este plan, el usuario puede establecer uno, que básicamente consistiría en: 1. Limpieza diaria y periódica de ciertas partes o piezas. 2. Lubricación de partes concretas. 3. Sustitución periódica de ciertas partes (correas, gomas, juntas, etcétera). 4. Reglaje, ajuste o equilibrado cada cierto tiempo. 5. Detección de averías debido a la aparición de vibraciones, ruidos, etcétera. 21. Acumuladores de una bicicleta: • Ruedas: neumático + cámara de goma. Cuando hay un bache, absorben parte de la energía. • Las ruedas, cuando giran (así como piñones y corona), constituyen volantes de inercia que mantienen en movimiento a la bicicleta aunque no se pedalee. •  Sillín.

Página 289 3. a) Fmáx = π · d3 · σmáx/(8 · D) = 2 = 3,14 · 1,53 · 4 000/(8 · 6) = 883,57 kp ymáx = 8 · Fmáx · D3 · N/(G · d4) = 8 · 883,57 · 63 · 25/ (750 000 · 1,54) = 10,05 cm L = d · N + ymáx = 1,5 · 25 + 10,5 = 47,55 cm

b) F uerza que soporta cada muelle debido al peso del vehículo. P1 = 2 000/4 = 500 kp P = Fmáx – P1 = 883,57 – 500 = 383,57 kp/muelle La máxima carga que se podrá introducir en el maletero será: PT = 383,57 · 2 = 767,15 kp 25. Determinación de los diámetros primitivos del piñón y de la rueda: dp = m · Zp = 2,5 · 30 = 75 mm = 0,075 m rp = 0,0375 m DP = m · ZR = 2,5 · 85 = 212,5 mm = 0,2125 m Rp = 0,10625 m

•  Velocidad de giro del: — Piñón:

ωP = 2 · π · n/60 = 2 · 3,14 · 1 200/60 = 125,66 rad/s

14

103

— Rueda: i = 30/85 = N/n = N/1 200 N = 1 200 · 30/85 = 423,53 rpm ωR = 2 · π · n/60 = 2 · 3,14 · 423,53/60 = 44,35 rad/s •  Masa del piñón y de la rueda: Densidad del latón δ = 8,50 kg/dm3 = 8 500 kg/m3 δ = 8 500 = mp /Vp = mp /(π · r p2 · b) = = mp /(π · 0,03752 · 0,025); mp = 0,94 kg b = longitud del diente = espesor del engranaje = 10 · m = = 10 · 2,5 = 25 mm = 0,025 m δ = 8 500 = mR /VR = mR /(π · 0,106252 · 0,025) mR = 7,54 kg •  Momento de inercia de la rueda y del piñón: Ip = 1/2 · mp · rp2 = 0,5 · 0,94 · 0,03752 = 0,00066 kg · m2 IR = 1/2 · mR · R2p = 0,5 · 7,54 · 0,106252 = 0,043 kg · m2 —  Energía cinética del piñón y de la rueda:    Ecp = 1/2 · Ip · ω p2 = 0,5 · 0,00066 · 125,662 = 5,21 J    EcR = 1/2 IR · ωR2 = 0,5 · 0,043 · 44,352 = 41,84 J —  La energía cinética total acumulada es:    Ec = Ecp + EcR = 5,21 + 41,84 = 47,05 J 26. Se supone que el molino está acoplado a la rueda del ejercicio anterior. ωmed = 44,35 rad/s = (ωmáx + ωmín)/2; ωmáx + ωmín = 88,7 rad/s (1)

El coeficiente de fluctuación para un molino vale 0,02 (véase la Tabla 14.2 de la página 271): Cf = 0,02 = (ωmáx – ωmín)/ωmedia ωmáx – ωmín = 0,89 rad/s (2)

Tenemos dos ecuaciones (1) y (2) y dos incógnitas: ωmáx + ωmín – ωmáx + ωmín = 88,7 – 0,89 = 87,82 rad/s 2 · ωmín = 87,82; ωmín = 43,91 rad/s ωmáx = 0,89 + ωmín = 0,89 + 43,91 = 44,80 rad/s ωmáx = 44,80 rad/s ωmín = 2 · π · Nmín/60; Nmín = 60 · ωmín/(2 · π) = 60 · 43,91/ (2 · π ) = 419,29 rpm ωmáx = 2 · π · Nmáx/60; Nmáx = 60 · ωmáx/(2 · π) = 60 · 44,80/ (2 · π) = 427,76 rpm 27. P = M · ω = μ · F · R · (2 · π ·N/60) = M · (2 · π · N/60) M = Fr · R = μ · F · R; P = μ · F · R · (2 · π · N/60) 120 · 735 = 0,6 · F · 0,07 · (2 · π · 4 500/60) F = 120 · 735 · 60/(0,6 · 2 · π · 4 500 · 0,07) = 4 456,34 N

R F

104

14

ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES

j Actividades de ampliación 1. Halla la energía cinética que posee un volante de inercia de acero de 20 cm de diámetro y 4 cm de espesor que gira a 1 200 rpm. Nota: la densidad del acero es 7 800 kg/m3. 2. Se dispone de un muelle de tracción con las siguientes características: — Diámetro exterior: 100 mm. — Diámetro del alambre: 6 mm. — Espiras activas: 10. Halla la fuerza máxima a la que se puede someter este muelle sin que se deteriore, y la deformación máxima permitida. Nota: σ máx = 4 000 kp/cm2; G = 750 000 kp/cm2.



El volumen será: π · D2 V = ·h= 4

π · 0,22 4

· 0,04 = 1,26 · 10-3 m3

Luego la masa se puede calcular como: m = ρ · V = 7 800 · 1,26 · 10–3 = 9,8 kg

Calculamos el momento de inercia del volante: 1 1 I = · m · r2 = 2 2

· 9,8 · 0,12 = 4,9 · 10-2 kg · m2



La energía cinética finalmente es: E = 1 · I · ω2 = 1 · 4,9 · 10-2 · 125,662 = 386,96 J c 2 2 2. D = 100 – 6 = 94 mm = 9,4 cm d = 0,6 cm

j Evaluación 1. Halla la energía cinética de un volante de inercia que pesa 25 kg, tiene un radio de 15 cm y gira a 5 000 rpm. 2. Un muelle de tracción tiene las siguientes características: — Diámetro exterior: 12 cm. — Diámetro del alambre: 1 cm. — Número de espiras: 25. Halla la fuerza y deformación máxima permitida para este muelle. Nota: σmáx = 4 000 kp/cm2; G = 750 000 kp/cm2.

La fuerza máxima es: π · d3 · smáx Fmáx = 8· D



=

π · 0,63 · 4 000 8 · 9,4

= 36,09 kp

Por su parte, la deformación máxima permitida es: 8 · Fmáx · D3 · N 8 · 36,09 · 9,43 · 10 ymáx= = = 24,67 cm G · d4 750 000 · 0,64

j Soluciones evaluación

3. Un disco de 5 cm de radio y 4 kg de peso gira a 1 000 rpm. Se aplica sobre su perímetro una fuerza de frenado normal de 400 N. Si el coeficiente de rozamiento entre la zapata y el disco es de 0,2, halla cuántas vueltas dará hasta detenerse.

1.

4. Indica cuál de los siguientes elementos no es un acumulador de energía: a) Volante de inercia. b) Muelle de tracción. c) Zapata.



5. Indica cuál de estos rodamientos no soporta bien los esfuerzos en sentido longitudinal del eje: a) Radial. b) Axial. c) Mixto.



5 000 · 2 · π ω = = 523,60 rad/s 60 Calculamos el momento de inercia del volante: 1 I = · m · r2 = 2

1

· 25 · 0,152 = 0,28125 kg · m2

2

La energía cinética finalmente es: 1 1 Ec = · I · ω2 = · 0,28 · 523,602 = 38 382 J 2 2

2. D = 11 cm

j Soluciones actividades de ampliación

d = 1 cm

π · d3 · smáx Fmax= 8· D

1. D = 0,2 m h = 0,04 m 1 200 · 2 · π ω = 60

= 125,66 rad/s

La fuerza máxima es:



=

π · 13 · 4 000 8 · 11

= 142,80 kp

Por su parte, la deformación máxima permitida es:

ELEMENTOS MECÁNICOS AUXILIARES

8 · Fmáx · D3 · N 8 · 142,80 · 113 · 25 ymáx= = = 50,68 cm G · d4 750 000 · 14



14

La fuerza de rozamiento es:

Frozamiento = N · μ = 400 · 0,2 = 80 N Por su parte, la energía cinética es:

3. Calculamos el momento de inercia del disco: 1 I = · m · r2 = 2

1 2

Ec = Frozamiento· 2 · π · r · n

y de esta expresión despejamos el número de vueltas:

· 4 · 0,052 = 5 · 10-3 kg · m2

27,42 n = = 1,09 vueltas 80 · 2 · π · 0,05

1 000 · 2 · π ω = = 104,72 rad/s 60

4. c) 5. a)

1 La energía cinética es: Ec = · I · ω2 = 27,42 J 2

105

106

15

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

j Actividades propuestas

I = e/(r + R) = 16,5/(2 + 6) = 16,5/8 = 2,06 A

Página 293

V = e – r · I = 16,5 – 2 · 2,06 = 12,38 V 2

1.

P = I 2 · r = 2,062 · 2 = 8,51 W

3

4,5 V 12 V

1

M1

*2

*3

2. • Se frota la barra de ámbar contra el trapo.

• Se une un cable eléctrico entre el ámbar y una tubería metálica. El exceso de electrones pasa a través del cable. Si se colocase un receptor extraordinariamente sensible en el cable, funcionaría durante un instante.

12. Trabajando con corriente continua, la funcionalidad es la misma, ya que ambas sirven para almacenar energía eléctrica.

El principio de funcionamiento es totalmente distinto:



• En las pilas hay una transformación de energía eléctrica en energía química.



• En los condensadores, la energía se almacena en forma de electricidad estática.



L a capacidad de almacenamiento de energía en las pilas es muy superior a la de los condensadores.

Página 294 3. I = Q/t = 20 C/10 s = 2 A 4. a) 0,27 A = 0,27 · 103 mA = 270 mA b) 0,27 A = 0,27 · 106 μA = 2,7 · 105 μA 5. I = Q/t; t = Q/I = 36/3 = 12 s 6. I = Q/t; Q = I · t = 8 · 2 · 3 600 = 57.600 C = 57.600 · 6,24 · · 1018 = 3,59 · 1023 e

Página 295 7. La resistividad del grafito es: ρ = 0,046 Ω · mm2/m S = 3 cm2 = 300 mm2 R = 0,046 · 2,5/300 = 3,8 · 10-4 ≈ 0,0004 Ω 8. S = π · R2 = 3,14 · 0,152 = 0,07 mm2 ρ = 0,0172 Ω · mm2/m L = R · S/ρ = 7 · 0,07/0,0172 = 28,77 m

Página 302 13. Normalmente, en las viviendas no se suelen colocar interruptores bipolares, ya que encarecen las instalaciones, pues el número de cables que tienen que ir a los interruptores y conmutadores sería dos de entrada y dos de salida (cuatro en total). Tienen la ventaja de que, al cortar la corriente en los dos cables, no hay peligro de descarga si se toca alguno de ellos cuando se coloca o sustituye una lámpara o portalámparas.

— Los únicos interruptores bipolares que se suelen instalar en las viviendas corresponden a los interruptores magnetotérmicos.



— En el instituto y en casa se pueden encontrar interruptores bipolares en la mayoría de las máquinas eléctricas, sobre todo si son de mediana o gran potencia (lavadora, lavavajillas, taladradoras, torno, etcétera).

Página 296 Instalación con interruptor unipolar

9. a) N  o, pues la energía generada (proporcional a la fem) nunca puede ser mayor que la energía consumida (proporcional a la ddp en los extremos del receptor). Puede ser igual o menor.





b) S í, pues la energía consumida en un determinado receptor puede ser igual o menor a la energía generada en un generador.

Instalación con interruptor bipolar

E llo se debe a que la fem es el voltaje máximo que puede proporcionar un generador en sus bornes.

10. R = V/I = 220/8 = 27,5 Ω

General

14. G

Roja

Página 301 11. e = 4,5 + 12 = 16,5 V

Verde

15

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

15. En aquellas aplicaciones en las que frecuentemente haya que tocar los receptores. De esta manera, evitaremos descargas cuando el interruptor bipolar esté en posición de apagado.

12 V

R1 = 6Ω

I1 R 3 = 7Ω

16. Un relé es un interruptor o conmutador magnético, es decir, el que separa o une sus contactos es un campo magnético.

R 2 = 5Ω

I2



Los relés se utilizan en circuitos automáticos, poniendo en funcionamiento receptores de gran potencia.

23. a) Energía total consumida al cabo de 24 h:



Conectado a una pila de 6 V, un relé puede poner en marcha circuitos conectados a voltajes muy grandes sin peligro alguno de descargas.



E=P·t=V·I·t



RT = 1/(1/7 + 1/3 + 1/9 + 1/6)= 1,33 Ω



I = V/RT = 6/1,33 = 4,52 A



E = 6 · 4,52 · 24 = 651,43 Wh

Página 304 19. a) A  plicaciones del motor de c.c.: vehículos de juguete, hélice de avión de juguete, casete, motor de arranque de un coche y lector de CD o DVD portátil.



b) Diferencia de potencial en los extremos del receptor:





6 V, igual a la fem (despreciando la resistencia interna del generador) e igual a la ddp (V). 6V

7Ω

b) A  plicaciones de motor de c.a.: lavadora, taladradora, batidora, giro del plato de un microondas, cortacésped eléctrico.

20. a) 47.000 MΩ ± 2.%

107

9Ω

3Ω

6Ω

6V

b) 1 Ω ± 1.%

RT I

Página 305 1. a) Intensidad de corriente que atraviesa el circuito: 2 RT = 8 + 4 + 3 = 15 Ω I = V/R = 12/15 = 0,8 A b)

Tensión o voltaje en cada uno de los receptores: V1 = I · R1 = 0,8 · 8 = 6,4 V V2 = I · R2 = 0,8 · 4 = 3,2 V V3 = I · R3 = 0,8 · 3 = 2,4 V

c)

Energía consumida por cada receptor al cabo de 10 h: E1 = V1 · I · t = 6,4 · 0,8 · 10 = 51,20 Wh E2 = V2 · I · t = 3,2 · 0,8 · 10 = 25,60 Wh E3 = V3 · I · t = 2,4 · 0.8 · 10 = 19,20 Wh R1 = 8Ω

R 2 = 4Ω

12 V R 3 = 3Ω

M

Página 308 24. • L a intensidad de corriente que pasa por la resistencia R1 es igual a I2 = 2,80 A:

V1 = R1 · I 2 = 8 · 2,8 = 22,40 V

• La intensidad de corriente que pasa por R2 vale I1 = 1,93 A: V2 = R2 · I1 = 6 · 1,93 = 11,6 V

•  Malla 1: e1 + e5 – e2 = V1 + V2; 16 + 24 – 6 = 34 = V1 + V2

•  Malla 3: –e5 + e4 + e3 = –24 + 6 + 9 = –9 V Cálculo de la ddp en los extremos de la resistencia R3:   V3 = –I3 · R3 = –0,87 · 3 = –2,60 V Caída de tensión en los extremos de R2:   V2 = I1 · R2 = 1,93 · 6 = 11,6 V Suma de las ddp en los dos receptores:   –V2 + V3 = –11,6 – (–2,60) = –9 V = –e5 + e4 + e3 25. a) Resistencia R1 P1 = V1 · I2 = 22,40 · 2,80 = 62,72 W E1 = P1 · t = 62,72 · 25 = 1 568 Wh = 1,57 KWh b) Resistencia R2

Página 306



22. La intensidad total del circuito es: IT = I1 + I2 I1 = V/R3 = 12/7 = 1,71 A RT1 = R2 + R1 = 5 + 6 = 11 Ω I2 = V/RT1 = 12/11 = 1,09 A IT = 1,71 + 1,09 = 2,80 A



P2 = V2 · I1 = 11,6 · 1,93 = 22,43 W



E2 = P2 · t = 22,43 · 25 = 560,67 Wh = 0,56 KWh



c) Resistencia R3



P3 = V3 · I3 = 2,60 · 0,87 = 2,25 W



E3 = P3 · 25 = 56 Wh = 0,056 KWh

108

15

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

Página 309

3. • En el circuito abierto no puede pasar la corriente (electrones o culombios). La ddp entre los bornes del receptor es igual a cero.

26. V1/V2 = N1/N2 = 2; 2 = 200/N2; N2 = 200/2 = 100 espiras.



27. 1.  Fuente de alimentación del ordenador.

2.  Transformador (fuente) del cargador del móvil.



3.  Transformador (fuente) de la impresora.

4. Se muestra en el cuadro de la página 293 del libro de texto.

28. Para que se genere una fem en el secundario deberá existir una variación del flujo magnético en el primario. Cuando por el primario pasa una corriente continua crea un flujo electromagnético en el transformador que no es variable, por lo que el transformador se comporta como un electroimán.

Página 310 29. L a longitud de 600 m es la longitud total (ida y vuelta al generador). S = (200 · 0,0172 · 300 · 10·000)/(1 · 900 ) = 12,74 mm como mínimo. 2

2

31. a) m = I /IA = 15/0,010 = 1 500 RS = RA/(m – 1) = 50/(1 500 – 1) = 0,033 Ω

b) Potencia del shunt: P = I S2 · RS = (I – IA)2 · RS = (15 – 0,01)2 · 0,033 = 7,49 W

j Problemas propuestos Página 316 1.

Electrones

En ese cuadro se hace una relación comparativa entre parámetros eléctricos y términos hidráulicos.

5. a) 1 culombio (C) = 6,24 · 1018 electrones.

b) E l culombio es una unidad de carga (Q), mientras que los amperios son una unidad de intensidad de corriente. Relación: 1 amperio = 1 culombio/1 segundo.



I = Q/t; si Q = 1 culombio y t = 1s



I = 1 C/1 s = 1 A

6. a) fem: es el voltaje que es capaz de proporcionar un generador en circuito abierto.

Página 313

• En un circuito cerrado, la corriente pasa por los cables y los receptores.

b) d dp: es el voltaje que hay entre los bornes de un generador cuando está conectado en un circuito cerrado. Será igual al voltaje entre los extremos del receptor, suponiendo que el conductor no ofrece resistencia.

7. I = V/R V = voltaje en voltios (V). I = intensidad en amperios (A) R = resistencia eléctrica en ohmios (Ω). 8. Véase la Tabla 15.5 de la página 298 del libro de texto. 9. • Dinamo de bicicleta: transforma la energía cinética del giro de la rueda en electricidad (c.c.).

• Pila de hidrógeno: utiliza hidrógeno líquido y oxígeno del aire.



• Placa fotovoltaica: aprovecha la energía luminosa.

10. a) E n serie: el borne positivo de uno está conectado con el negativo del siguiente. El voltaje o fem total es la suma de la fem de cada generador. Si se colocan al revés (dos positivos unidos), se restan sus ddp. Neutrones



Protones

2. a) • C uando un átomo gana un electrón, se convierte en un ion negativo o anión.



• C uando un átomo pierde un electrón, se convierte en un ion positivo o catión.



b)

Se puede hacer mediante: • Dinamo o generador de corriente continua. • Frotación de una barra de ámbar contra un trapo de lana. • Pilas de hidrógeno. • Placas fotovoltaicas.

b) E n paralelo: se unen todos los bornes positivos entre sí y todos los negativos. La ddp total es igual a la de un generador (suponiendo que todos generen la misma fem). La intensidad total es la suma individual de cada generador.

11. El sentido convencional de la corriente (intensidad I) va del polo positivo de la pila o generador al polo negativo, recorriendo el circuito y atravesando los receptores. Este sentido es contrario al que llevan los electrones. 12. • Corriente continua: la corriente siempre circula en el mismo sentido: del polo positivo al negativo (atravesando el circuito).

• Corriente alterna: en un instante el sentido de los electrones es hacia un lado y en el instante siguiente hacia el otro. El voltaje varía desde –V hasta un valor positivo +V, pasando por cero, y viceversa, de forma constante.

15

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

13. Un acoplamiento mixto, como el de la figura adjunta, está justificado cuando el receptor requiera un voltaje doble al suministrado por un solo generador y además la intensidad que consume es doble de la proporcionada por un solo generador. G

G

G

G

4. a) Es un acumulador de energía eléctrica 1 b) Un condensador está formado por dos placas metálicas paralelas separadas por un aislante.

c) S e carga a la diferencia de potencial existente entre los dos puntos de conexión al circuito.



109

15. • Las baterías son pilas recargables.

• Las pilas no se pueden recargar.

16. • Resistencia interna: es un valor constante para cada pila o batería. Interesa que sea muy pequeño.

• Capacidad: es la cantidad de electricidad que pueden almacenar y suministrar en una descarga completa. Se mide en amperios-hora o miliamperios-hora.



• Fuerza electromotriz (fem): es el voltaje que hay entre sus bornes en circuito abierto.

17. a) Amperios-hora (A·h) o miliamperios-hora (mA·h).

b) 1 A·h = 3 600 culombios (C).

18.

Q = C · V; V = voltaje; C = capacidad; Q = carga (culombios).

Condensador

Resistencia

Interruptor bipolar

A

V

Amperímetro

Voltímetro

Conmutador

G Generador cc

Interruptor

Pila

Batería

Relé

1

3

2

4

Interruptor diferencial Interruptor magnetotérmico

19. a) P  rimera ley de Kirchhoff: en cualquier nodo del circuito, la suma de las intensidades que entran es igual a la suma de las intensidades que salen.

b) S egunda ley de Kirchhoff: en todo circuito cerrado, la suma algebraica de las fuerzas electromotrices (fem) es igual a la suma algebraica de las caídas de tensión: Oe = OR · I

20. R = ρ · L/S = 0,0278 · 1·500/3,14 = 13,27 Ω

22. 8 μF 8 μF 8 μF



S = π · R2 = π · 12 = 3,14 mm2

C=

1 = 2,67μF 1 1 1 + + 8 8 8

21. Energía = E = V · I · t; también I = Q/t E = (V · Q/t) · t = V · Q = 90 · 310 = 27 900 J = 27 900 W·s E = 27 900/3 600 = 7,75 W·h = 0,008 kW·h 8 μF



8 μF

C = C1 + C2 + C3 = 8 · 3 = 24 μF

8 μF

110

15

CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

23. a) Serie: Q = C · V = 2,67 · 10-6 · 18 = 4,8 · 10-5 C 24. CT = 30 · 10 = 300 μF

31. RT = R1 + R2 = 4 + 7 = 11 Ω I = V/RT = 12/11 = 1,09 A V1 = R1 · I = 4 · 1,09 = 4,36 V V2 = R2 · I = 7 · 1,09 = 7,64 V

Q = CT · V = 300 · 10–6 · 100 = 0,03 C

32. E = V · I · t = 12 · 1,09 · 365 · 4 = 19 112,73 Wh



b) Paralelo: Q = C · V = 24 · 10-6 · 18 = 4,32 · 10-4 C

I = Q/t = 0,03/0,5 = 0,06 A

33. RT = 1/(1/5 + 1/7) = 2,92 Ω

1 25. C = = 3,50 μF 1 1 1 + + 4 36 128

I = e/(RT + r ) = 14/(2,92 + 0,6) = 3,98 A V = e – r · I = 14 – 0,6 · 3,98 = 11,61 V

Q = V · C = 220 · 3,50 · 10-6 = 7,70 · 10–4 C

R1 = 5Ω

26. RT = 1/(1/3 + 1/4) = 1,71 Ω

V1 = V2 = V = 11,61 V

R 2 = 7Ω

e = 12 V r = 0,7Ω

34. I2 = V2/R2 = 11,61/5 = 2,32 A

R1 = 3Ω

P2 = V2 · I2= 11,61 · 2,32 = 26,96 W I1 = V1/R1 = 11,61/7 = 1,66 A

R 2 = 4Ω

P1 = V1 · I1 = 11,61 · 1,66 = 19,26 W 35. RT1 = 1/(1/6 + 1/5) = 2,73 Ω

I = e · (RT + r) = 12/(1,71 + 0,7) = 4,97 A V = e – r · I = 12 – 0,7 · 4,97 = 8,52 V

RT = RT1 + R3 = 2,72 + 3 = 5,73 Ω I = 24/5,73 = 4,19 A

Página 317

Energía = P · t = V · I · t = 24 · 4,19 · 24 = 2 414 W·h = = 2,41 KWh 24 V R 3 = 3Ω

27. 1 A·h = 3 600 C; I = Q/t

R1 = 6Ω



a) Q = I · t; t = Q/I = 60/13 = 4,62 h



b) Q = 60 A·h = 60 · 3 600 = 216 000 C

R1 = 5Ω

I = 13 A

37. a) P  rimera ley de Kirchhoff: regla de los nodos (véase la figura al final de este ejercicio).



El número de nodos es n = 4





Se aplicará a n – 1 = 4 – 1 = 3

29. a) L os dos se utilizan para cortar el paso de la corriente cuando se produce una sobreintensidad (exceso de consumo) o cortocircuito.





• Nodo a: I1 + I2 = I

(1)





• Nodo b: I3 + I5 = I1

(2)







• Nodo c: I2 + I5 = I4

(3)



b) Segunda ley de Kirchhoff: regla de las mallas.





b) E l fusible tiene la ventaja de ser muy barato pero cada vez que se funde hay que sustituirlo. Esta tarea es engorrosa, porque hay que disponer de fusibles. El magnetotérmico lo que hace es «saltar» automáticamente, desconectando la corriente. Lo que hay que hacer es reparar la avería y pulsar de nuevo sobre él. Este último es mucho más cómodo, seguro y fiable, desde el punto de vista de seguridad de la instalación.

30. Corta la corriente cuando la intensidad de corriente que entra es superior a la que sale. Eso quiere decir que parte se está derivando a tierra a través de la toma de tierra, lo que indica que se está produciendo una avería o una descarga eléctrica. En menos de décimas de segundo, habrá cortado la corriente eléctrica.

E l circuito dispone de 6 ramas, por tanto, el número de mallas a elegir será de 6 – (n – 1) = 6 – (4 – 1) = 3 mallas.

Malla 1: 12 = I3 · R3 + I1 · R1 12 = I3 · 15 + I1 · 12

(4)



Malla 2: –9 = I2 · R2 – I1 · R1 –9 = I2 · 17 – I1 · 12

(5)



Malla 3: 9 – 9 = I3 · R3 (6) 0 = –I3 · 15; I3 = 0/15 = 15 A; I3 = 0A



Quedan 5 incógnitas y 5 ecuaciones.



CIRCUITOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA

15

111

j Actividades de ampliación

•  Mediante (4) 12 = I3 · 15 + I1 · 12 12 = 0 · 15 + I1 · 12; I1 = 12/12 = 1 A

1. Determina qué carga habrá pasado durante 3 horas por un aparato si la intensidad ha sido de 0,1 A.

•  Mediante (5) –9 = I2 · 17 – I1 · 12; –9 = I2 · 17 – 1 · 12; I2 = 0,176 A

2. Halla la energía disipada en una resistencia de 100 ohmios durante 30 minutos si está sometida a una tensión de 10 V.

•  Mediante (1) I1 + I2 = I; 1 + 0,176 = I; I = 1,176 A

j Evaluación

•  Mediante (2) I3 + I5 = I1; 0 + I5 = 1; I5 = 1 A

1. Determina qué carga habrá pasado durante 4 horas por una máquina si la intensidad ha sido de 1 amperio.

• Mediante (3) I2 + I5 = I4; 0,176 + 1 = I4; I4 = 1,176 A V1 = I1 · R1 = 1 · 12 = 12 V V2 = I2 · R2 = 0,176 · 17 = 3 V V3 = I3 · R3 = 0 · 15 = 0 V I

2. Halla la energía disipada en una resistencia de 1 ohmio durante 1 segundo si está sometida a una tensión de 12 V. 3. Halla la capacidad equivalente de estos condensadores conectados en paralelo: C1 = 1 · 10-3 F, C2 = 2 · 10-3 F, C3 = 3 · 10-3 F 4. Indica cuál de los siguientes elementos no es de control o maniobra: a) Interruptor unipolar. b) Conmutador. c) Bombilla.

12 V

I

b I1

-

a

R1 =

-

I2

-R

2

+

= 17 Ω

12 Ω

+

R3 = 15 Ω

-

+

9V

d

9V

c

12V

I1

R1

2

R1

=

12

I

j Soluciones actividades de ampliación

-

+ Ω = 12

R3 = 15 Ω

R

Ω

3

I1

5. Indica cuál de estos elementos eléctricos es un receptor: a) Fusible. b) Interruptor magnetotérmico. c) Motor.

I4

=

1

+

1. Q = I · t = 0,1 · 3 · 3 600 = 1 080 C 2. La intensidad que atraviesa la resistencia es: I = 0,1 A

15

Por lo tanto, la energía disipada es: E = V · I · t = 10 · 0,1 · 0,5 · 3 600 = 1 800 J V 10 I = = = 0,1 A R 100

Ω

9V

I3

I2

R

2

=

17

I5

Ω

I4

I5

9V

3

8. ρ = 0,0278 Ω mm /m; 3 P = 100 CV = 100 · 735 = 73 500 W Sección = S = 200 · 0,0278 · 200 · 73 500/(1,5 · 3802) = = 377,34 mm2 2

39. I = P/V = 73 500/380 = 193,42 A δreal = I /S = 193,42/377,34 = 0,51 A/mm2 De acuerdo con la ley, para nuestra sección correspondería una densidad de corriente máxima (δmáx) de aproximadamente 2 A/mm2. Como la real es δmáx = 0,51 A/mm2, sí vale.

j Soluciones evaluación 1. Q = I · t = 1 · 4 · 3 600 = 14 400 C 2. La intensidad que atraviesa la resistencia es: V 12 I = = = 12 A R 1 Por lo tanto, la energía disipada es: E = V · I · t = 12 · 12 · 1 = 144 J 3. C = C1 + C2 + C3 = 6 · 10-3 F 4. c) Bombilla. 5. c) Motor.

112

16

EL CIRCUITO NEUMÁTICO Y OLEOHIDRÁULICO

j Actividades propuestas

Página 322

p = 4 atm = 4 kp/cm2

8. • Potencia: 1,5 CV • Presión: 8 bar • Nivel de ruido: —— • Voltaje: 220 V • Intensidad: 7 A • Litros/min = 210 • Revoluciones por minuto: 2 800

3. p = 2 kp/cm2 = 2 · 14,5 PSI = 29 PSI

9. p = 138 PSI = 138/14,5 = 9,52 kp/cm2

Página 320 1. p = F/S; F = p · S = 4 · 4 = 16 kp 2. p = 4 atm = 4 · 105 Pa p = 4 atm = 4 bar

Página 324

Página 321 4. 1. Martillos neumáticos. Para hacer agujeros en el hormigón. 2. Fresadora de dentistas para quitar caries. Lleva una fresa colocada en el eje de un motor neumático que al pasar aire a presión hace girar la fresa, que elimina parte del diente o muela que tiene caries. 5.

0. •  Motor de moto: aletas metálicas que evacuan el calor. 1 • Coche: radiador con ventilador. El radiador está compuesto de tubos llenos de agua que pasan por el motor, en los que se han colocado aletas de refrigeración. • Cortacésped: pequeñas aletas (no lleva ventilador). 11.

5

2

3 1

4

Al tirar de la pieza (1) hacia fuera, entra aire en el interior de la bomba, a través de la válvula (4), que permite la entrada pero no la salida. Cuando se empuja en (1), la bola de (4) impide la salida del aire hacia la atmósfera, mientras que la bola de la válvula (5) se abre para permitir la salida del aire a presión hacia la rueda de la bicicleta. 6. Q = 8 m3/h = 8 · 103/60 dm3/min = 133,33 l/min 7. •  Aerógrafo.

•  Máquina neumática de roscado.



•  Atornillador (talleres coche).



•  Pistolas de pintura gotéele.



•  Aspiradora.



•  Bomba de aire coche.



•  Taladradora.



•  Flejadoras.



•  Remachadoras.



•  Elevadores.



•  Claxon.

12. Porque el aire, normalmente, no se comprime de manera uniforme, sino a emboladas. Por tanto, en cada embolada habría una pequeña variación de presión que repercutiría en el movimiento de los vástagos de los cilindros. Otra razón es adaptar la presión que proporciona un compresor cualquiera a las necesidades reales de la instalación. Un compresor puede suministrar una presión de 18 kp/cm2, siendo de 6 kp/cm2 la que nosotros necesitamos. 13. Cuando las partículas de un fluido pasan por un estrechamiento, aumentan su velocidad y como consecuencia, disminuye su presión (demostrable con el teorema de Bernoulli). Según esto, si provocamos con un estrechamiento en una tubería un aumento de velocidad y una bajada de presión del aire circulante y, justo en el estrechamiento, conectamos el tubo de salida de un depósito de aceite, esta depresión creada succionará aceite del depósito, que se mezclará con el aire pulverizándose.

Página 327 14. El aire que entra de la calle se comprime mediante pistón (entre 3 y 5 bar). Ese mismo aire pasa a otro pistón que lo comprime a presiones mucho mayores, llegando hasta los 25 kp/cm2. Dispone de refrigerador para enfriar el aire. 5. •  Consultar la página 326. 1 • Esta válvula es biestable. Es decir, ocupa dos posiciones (a la izquierda o a la derecha, nunca en el centro). • Si la bola estaba en el lado izquierdo y se suministra aire simultáneamente, por la derecha y por la izquierda, la bola permanecerá en la posición inicial. El aire entrará por la derecha.

16

EL CIRCUITO NEUMÁTICO Y OLEOHIDRÁULICO

16. Vías: son los agujeros de entrada y salida de aire que tiene una válvula o distribuidor. Posiciones: indica los estados del distribuidor. Sería análogo a las posiciones que tiene un conmutador. La identificación de una válvula o distribuidor se hace mediante dos cifras: • Número de vías. • Número de posiciones. Ejemplo: 3/2 (válvula de tres vías y dos posiciones). 17.

B

A

113

Mando indirecto de un cilindro de doble efecto, mediante una válvula o distribuidor 4/2, pilotada por ambos lados. Al llegar el vástago al final, acciona la válvula 3/2 que pilota el distribuidor 4/2, haciendo que retroceda el vástago. La salida del vástago se lleva a cabo al pulsar sobre la válvula 3/2, de accionamiento manual, mediante pulsador y retroceso por muelle, que pilota el distribuidor 4/2. Eje estriado

21.

Portabrocas

C

P

A

X

R

Página 329

B

P

A

Tablero

Y

Borde del tablero

R

P A

18. R

R

P

A

P

Página 331 22. a) Mando indirecto de un cilindro de doble efecto mediante distribuidor 5/2, de accionamiento y retroceso neumático.

A

R

9. a) 1 b)

La salida y retroceso del vástago del cilindro se hace de manera automática, debido a la presencia de dos distribuidores 3/2, de accionamiento por roldana y retroceso por muelle, colocados al principio y al final de carrera del vástago.

P

p = F/S; S = F/p = 800/7 = 114,29 cm2 S = π · R2; R = 6,03 cm; D = 12,06 cm Volumen máximo del cilindro: V = S · l = 114,28 · 60 = 6 857,14 cm3 = 6,86 dm3 El número de veces que se repite por minuto es de 18. El volumen por minuto será: VT = 6,86 · 18 = 123,43 L/min

1.0

b)

1.02 1.01

P

A

R A

B

X

Página 330

R

20. 

P

C

1.1 Y

R B

R

A A P A

B Y

X

R

P A

1 P

R

R

23.

P

A

114

16

EL CIRCUITO NEUMÁTICO Y OLEOHIDRÁULICO

Página 333

fuerza instantánea muy grande sobre el vástago del cilindro. Si no existiese esta válvula antirretorno, cuando el émbolo está saliendo y actúa una fuerza más grande, que origina que el émbolo entre, el aceite retornaría por la misma tubería de ascenso hacia el depósito, haciendo girar la bomba en sentido contrario.

4. S1 = π · r2 = 3,14 · 0,52 = 0,79 cm2 2 S2 = π · R2 = 3,14 · 112 = 380,13 cm2 F1/S1 = F2/S2; F2 = F1 · S2/S1 F2 = 80 · 380,13/0,79 = 38 720 N F1 = 80 N

29. a) Colocando en las tuberías de entrada y salida una válvula reguladora unidireccional.

F2

b) En la figura inferior evita que el aceite impulsado por la bomba retorne al depósito pasando nuevamente por la bomba.

j Problemas propuestos Página 340 1. Es la técnica del estudio del aire comprimido que tiene el objeto de encontrar aplicaciones que produzcan efectos mecánicos deseados.

Página 335 25. Q = 80 L/min = 80 dm3/min = 80 · 10-3 m3/(60s) = = 1,33 · 10-3 · m3/s = 1,33 L/s p = 40 kg/cm2 = 40 kp/cm2 = 40 · 9,8 N/10-4 m2 = 3,92 · 106 N/m2 Potencia = P = Q · P = 1,33 · 10-3 · 3,92 · 106 = 5 226,67 W La resistencia hidráulica que ofrece la tubería es igual a: R1 = 0,062 · μ · L /d 4 = 0,062 · 0,45 · 6/0,84 = = 0,41 st · m/cm4 La resistencia hidráulica total será: RT = R1 + R2 + R3 = 0,41 + 0,003 + 0,08 = 0,49 La caída de presión total será: Dp = RT · Q = 0,49 · 1,33 = 0,66 kp/cm2 = 6,42 · 104 N/m2 pe = presión efectiva = p – Dp = 3,92 · 106 – 6,34 · 104 = = 3,86 · 106 N/m2 D = 40 mm = 0,04 m; R = 0,02 m S = π · R2 = 3,14 · 0,022 = 1,26 · 10-3 m2 F = pe · S = 3,86 · 106 · 1,26 · 10–3 = 4,84 · 103 N 26. L a caída de presión es análoga a la empleada en electricidad para determinar la caída de tensión (ΔV = R · I). 27. 1. Bomba de inflar una rueda de bicicleta o coche. 2. Sillones donde se sientan los clientes de una peluquería. 3. Sillones de los dentistas.

Página 337 28. En la figura superior, la válvula antirretorno evita que el émbolo pueda ir en dirección contraria a la prevista, si actúa una Conversor

Acumulador

Compresor

Depósito

2.

CGS

SI

ST

Fuerza

Dina

N

kp

Presión

Dina/cm2

Pa

kp/m2

Potencia

Ergio/s

W

kg · m/s

Superficie

cm2

m2

m2

3. 4 bar = 4 · 105 Pa; 9 atm = 9 · 105 Pa 3 kp/cm2 = 3 · 105 Pa 85 PSI = (85 · 105/14,5) Pa = 5,86 · 105 Pa 4. Son dos: 1 kilopascal = 103 Pa 1 Megapascal= 106 Pa 5. El diagrama conceptual se muestra en la parte inferior de la página. 6. Se emplea para la automatización de la mayoría de los procesos industriales. 7. Los compresores más utilizados en neumática son los compresores de pistón monofásico y bifásico. El que encontraremos en todos los institutos de secundaria es el monofásico. Al girar el eje que contiene la manivela (lo que en los motores de combustión interna es el cigüeñal), impulsado por un motor eléctrico, aspira aire del exterior y lo introduce en un depósito. Al comprimirlo, aumenta su presión y temperatura, que es necesario evacuar mediante algún sistema de refrigeración.

Elementos de protección

Elementos de control

Receptor

Secador + filtro + lubricador + válvulas de seguridad

Distribuidores

Cilindros y motores neumáticos

16

EL CIRCUITO NEUMÁTICO Y OLEOHIDRÁULICO

115

Dispone de dos válvulas. Una de admisión y otra de escape. Al descender el émbolo, la válvula de admisión se abre, debido a la depresión, mientras que la válvula de escape permanece cerrada.

14. El pilotaje, o accionamiento de un distribuidor, consiste en cambiarlo internamente de posición (al igual que cuando se pulsa sobre un interruptor eléctrico), por lo que el aire entrará y/o saldrá por vías diferentes.

Cuando el émbolo asciende, se cierra la válvula de admisión y se abre la de escape. Se presiona e impulsa el aire aspirado anteriormente.

15.

A

8. • Refrigeradores: enfrían el aire comprimido hasta dejarlo a unos 25 °C.

• Acumulador (depósito): sirve para almacenar aire a una determinada presión.



• Filtro: evita que partículas que contiene el aire puedan llegar a los elementos neumáticos (cilindros, motores, distribuidores...) y puedan dañarlos.



• Regulador de presión: mantiene el aire de salida siempre a la misma presión, independientemente de la presión que haya en ese momento en el depósito (la presión de salida regulada siempre será menor que la existente en el depósito).



• Lubricador: aporta pequeñas gotitas de aceite al aire para facilitar la lubricación interna de los elementos neumáticos.

9. Existen dos tipos:

• Red o circuito abierto: muy sencillo y barato, pero tiene el inconveniente de que si la conducción es muy larga, en las últimas tomas la presión es bastante más pequeña que a la salida del depósito. Además, si hay muchas tomas, las variaciones de presión (subidas y bajadas) son muy acentuadas, originando alteraciones en el normal funcionamiento de los cilindros.

3/2 16.

11. Son unos dispositivos de control que permiten poner en funcionamiento o parar un motor o cilindro neumático.

A Y P

17. • Válvula antirretorno: tiene como objetivo que un fluido (aire o aceite) pueda moverse solamente en un sentido y no en el otro.



• Regulador de caudal unidireccional: regula el caudal que pasa en un sentido. Cuando el fluido circula en sentido contrario, lo deja pasar sin dificultad.



• Temporizador: consiste en una combinación de un regulador unidireccional y depósito conectado en serie, que consigue retardar la conexión o desconexión del distribuidor al que se haya conectado.

• Red o circuito cerrado: proporciona una alimentación más regular, sin variaciones tan bruscas de presión. 10.

Unidad de mantenimiento

P

X



Toma de presión

R

Pueden tener dos o tres posiciones. Su accionamiento puede ser manual, mecánico (algo que presione contra ellas), eléctrico y neumático. 12. •  El distribuidor 3/2 tiene tres vías y dos posiciones.

•  El distribuidor 3/3 tiene tres vías y tres posiciones.

18. Consultar la Tabla 16.6, en la página 327. 19. Es un sistema de transmisión de potencia o energía empleado para automatización de dispositivos que emplea como fluido aceite.

3/2

3/3

13. Quiere decir que el distribuidor tiene tres estados estables diferentes.

Con este fluido se consiguen transmitir grandes potencias y es posible detener el émbolo en cualquier posición de su recorrido sin que haya peligro de que se mueva, independientemente de la fuerza transmitida. 20. Es la dificultad o resistencia que oponen las tuberías, cilindros, distribuidores y válvulas al paso del fluido (aceite o aire). Dicha resistencia será tanto mayor cuanto menor sea el diá-

16

116

116

EL CIRCUITO NEUMÁTICO Y OLEOHIDRÁULICO

metro de la tubería por la que circula el fluido y cuanto mayor sea su longitud.

Volumen de aire por minuto: V T = V1 · 35 = 309,24 dm3/min = 309,25 L/min

Si se trata de oleohidráulica, también depende de la viscosidad del aceite empleado. 21. a) Se denomina acoplamiento hidráulico a la manera de colocar las tuberías y elementos hidráulicos (cilindros, distribuidores, válvulas, etc.) en un circuito.

b) E xisten tres tipos de acoplamientos de elementos hidráulicos:



1. Acoplamiento en serie. La resistencia total es igual a la suma de cada una de las resistencias oleohidráulicas individuales.





22.

A

2. Acoplamiento en paralelo. La resistencia total es igual a: 1 1 R1



24.

RT = R1 + R2 + R3 +... RT =



D = 15 cm

+

1 R2

+

1 R3

+ ...

Cerrar interior

X P

X

R Cerrar exterior

3. A  coplamiento mixto. Hay receptores en serie y en paralelo:

1- Reductora de presión

B

X

R

Y

P

A R

P

Abrir exterior

Página 341 27. Q = 2,4 dm3/min = 4 · 10-5 m3/s P = p · Q p = P/Q = 200/4 · 10-5 = 5 · 106 N/m2 = 51,02 kp/cm2

2- Válvula de seguridad Hidráulica

3- Válvula de descarga

4- Válvula de derivación 23. a) S = π · R2 = 3,14 · 7,52 = 176,71 cm2

F = 13 000/9,8 = 1 326,53 kp



P = F/S = 1 326,53/176,71 = 7,51 kp/cm2

b) Volumen de aire por embolada: V1 = S · l = 176,71 · 50 = 8 835,73 cm3 = 8,84 dm3

28. E xisten varios tipos de bombas hidráulicas, pero los más importantes son: • Bomba de engranajes: consiste en dos engranajes de dientes rectos que engranan entre sí.

E l transporte del aceite se hace entre los huecos de los dientes, por la parte externa. En la zona de contacto (engrane) entre ambos engranajes se supone que no hay espacio para que pase aceite de una cámara a la otra.



• Bomba de pistones (figura superior derecha) de la página 336 del libro de texto).



—  El aceite entra por la tubería y orificio (D).



— A medida que gira el rotor (B), los pistones (A) aspiran aceite de la tubería (D).



— Cuando el rotor (B) ha girado 180° (desde la parte inferior a la superior, siguiendo el sentido de las agujas del reloj), dejará de absorber aceite y a partir de ahora lo empezará a expulsar, ya que los pistones (A) comprimen los muelles (C).





E l aceite se irá por la tubería (E) expulsado a gran presión.

29. De esta manera, se aprovechan las ventajas de la neumática y de la hidráulica.

Todos los distribuidores son accionados o pilotados mediante neumática, mientras que el cilindro es accionado mediante aceite.

16

EL CIRCUITO NEUMÁTICO Y OLEOHIDRÁULICO

Ventajas:

34. a) S = π · R2 = 3,14 · 1,52 = 7,07 cm2



F = p · S = 94,09 · 7,07 = 665,10 kp



• Instalaciones más baratas, ya que solamente se necesita una tubería que lleve el aire. El aceite es necesario llevarlo de nuevo al punto de partida. • Los dispositivos neumáticos son más ligeros y baratos, ya que no tienen que soportar presiones tan elevadas.

117

b) Q = S · v; Q = 0,8 dm3/s = 800 cm3/s v = Q/S = 800/7,07 = 113,18 cm/s = 1,13 m/s 35.

Inconvenientes:

• Las fuerzas transmitidas al émbolo del cilindro son mucho más pequeñas que en el caso de cilindros hidráulicos, ya que la presión del aceite será igual a la presión del aire (parte neumática).



• No se puede utilizar en muchas máquinas de obras públicas (palas y excavadoras), ya que cualquier variación en la fuerza del émbolo puede repercutir en una compresión del fluido (aire) dentro del convertidor de presión.

1. F1/S1 = F2/S2; S2 = F2 · S1/F1 3 S1 = π · r 2 = 3,14 · 12 = 3,14 cm2 S2 = 2 000 · 3,14/10 = 628,32 cm2 S2 = π · R2; R = 14,14 cm; D = 28,28 cm

36.

32. El volumen de aire por embolada será:

V1 = S1 · l1 = 3,14 · 12 = 37,70 cm3

El volumen de aire requerido para subir el coche a una altura de 2 m será:



V2 = S2 · l2 = 628,32 · 200 = 125 663,71 cm3

Por tanto, V1 · N = V2

A

N = V2/V1 = 125 663,70/37,70 = 3 333,33 emboladas.

3. R = 0,062 · μ · L/d4 = 0,062 · 0,3 · 25/0,84 = 1,14 St · m/cm2 3 Dp1 = R · Q = 1,13 · 0,8 = 0,91 kp/cm2 Luego la presión efectiva en los extremos del cilindro será: p = 95 – Dp1 = 95 – 0,91 = 94,09 kp/cm2

R

B S P

37. En la tabla que se muestra a continuación se resumen las ventajas e inconvenientes del uso de los circuitos hidráulicos híbridos.

Ventajas

Inconvenientes

Primero (parte superior)

• Cuando no se presiona sobre alguna de las palancas, el distribuidor 5/3 se centra y se bloquea el vástago del cilindro.

• Es caro, porque lleva muchos componentes neumáticos e hidráulicos. • No permite la regulación del vástago del cilindro.

Segundo (parte inferior)

• Permite la regulación de la velocidad de salida y entrada del vástago del cilindro.

• No se puede bloquear totalmente el vástago del cilindro, ni tampoco detenerlo en una posición intermedia.

j Actividades de ampliación

j Evaluación

1. Halla la fuerza en el avance del siguiente cilindro de simple efecto: • Diámetro del cilindro: 4 cm • Presión de trabajo: 6 bar

1. Halla la fuerza en el avance de un cilindro de simple efecto cuyo diámetro es de 1 cm, sabiendo que trabaja a 6 bar.

2. Calcula la fuerza en el retroceso de un cilindro de doble efecto con las siguientes características: • Diámetro del cilindro: 4 cm • Diámetro del vástago: 1 cm • Presión de trabajo: 6 bar

2. Halla la fuerza en el retroceso de un cilindro de doble efecto con las siguientes características: • Diámetro cilindro: 1 cm • Diámetro vástago: 0,5 cm • Presión: 6 bar 3. Halla la potencia consumida por una máquina hidráulica por la que circulan 66 litros/minuto y donde se produce una caída de presión de 9 MPa.

118

16

EL CIRCUITO NEUMÁTICO Y OLEOHIDRÁULICO

4. Indica cuál de los siguientes elementos no forma parte del sistema de producción y tratamiento de aire comprimido: a) Cilindro. b) Compresor.

2. L a fuerza en el retroceso se puede calcular con la siguiente expresión: π · (42- 12) p · π · (D2 - d2) F = = 6 = 70,69 kp 4 4

c) Refrigerador.

5. Indica cuál de estos elementos no suele formar parte de un circuito hidráulico:

a) Válvula 4/2.



b) Válvula 3/2.



c) Válvula 12/2.

j Soluciones evaluación

1. En primer lugar, calculamos la superficie de avance: π · D2 π · 12 S = = = 0,79 cm2 4 4

j Soluciones actividades de ampliación 1. En primer lugar, calculamos la superficie de avance: π · D2 π · 42 S = = = 12,57 cm2 4 4

Después calculamos la fuerza de avance:



F = p · S = 6 · 12,57 = 75,40 kp

Después calculamos la fuerza de avance:



F = p · S = 6 · 0,79 = 4,71 kp

2. L a fuerza en el retroceso se puede calcular con la siguiente expresión: π · (12-0,52) p · π · (D2 -d2) F= = 6 = 3,53 kp 4 4 3. P = p · Q = 9 · 106 · 4. a) Cilindro. 5. c) Válvula 12/2.

66 · 10 –3 = 9 900 W = 9,9 kW 60

17

CONFORMACIÓN DE PIEZAS SIN ARRANQUE DE VIRUTA

j Actividades propuestas Página 346

6. • El modelo es una pieza exactamente igual que la que se desea obtener. Puede estar fabricada de madera, plástico, cartón, cera, etcétera.

1. Normalmente, se suelen emplear los ensamblados de caja y espiga (se puede ver con claridad en muchas puertas de armarios empotrados). 2. Se puede ver en las Figuras 17.3 y 17.4 de la página 346.

Página 350 4. Consiste en calentar un material hasta que se encuentra en estado líquido y verterlo en el interior de un molde que tiene la forma de la pieza que se desea obtener. Luego se deja enfriar y se extrae la pieza.

119

• El molde es un hueco, con la forma de la pieza que se quiere obtener.

7. El molde permanente que gire deberá tener, interiormente, la forma exterior de la pieza a obtener. A medida que se introduce el latón fundido en el interior del molde (Figura 17.8 de la página 349), deberá girar a gran velocidad, para que el metal fundido, por fuerza centrífuga, se pegue a las paredes. No dejará de girar hasta que se solidifique el metal. Se podrían obtener anillos como los de la figura adjunta.

P

5. Supongamos que se desea obtener una moneda de plomo de la época de Felipe II. Usaremos la moneda que se quiere copiar como modelo. Los pasos serán los siguientes: 1. Rellenar de arena de moldeo la mitad de una caja hasta que su altura diste del ras de la caja la mitad del espesor de la moneda. Colocar la moneda y apretarla fuertemente para que en la arena quede la silueta del anverso de la moneda.

8. a)

2. Colocar la otra mitad de la caja y rellenar de arena de moldeo. Colocar el bebedero y la mazarota (tubo fino). Apisonar fuertemente la arena para que no queden huecos en las zonas de contacto entre la arena y el anverso/reverso de la moneda.

b) Inconvenientes: • Resulta un proceso de fabricación caro si el número de piezas a fabricar es pequeño.

Ventajas del empleo de coquillas: • Se pueden utilizar muchas veces sin deteriorarse. • Las piezas obtenidas salen muy baratas. • La calidad y dimensiones de las piezas es muy buena.

3. Introducir una cuchilla muy fina por entre las dos mitades de la caja, hasta que se haga contacto con la moneda, procurando no moverla.

9. Consiste en fabricar un modelo de cera, que se introduce en el interior de una caja y se le recubre de yeso líquido o arena cerámica especial.

4. Levantar la caja superior, junto con la arena de moldeo. Procurar que no se desmorone.

Una vez que se ha secado, se invierte el molde y se calienta hasta que sale toda la cera líquida. Luego se le da la vuelta y se introduce el metal fundido.

5. Extraer la moneda, sin que se rompa parte alguna del molde. Luego, extraer los tubos del bebedero y la mazarota. 6. Colocar de nuevo la parte superior. 7. Verter el plomo fundido por el bebedero, hasta que rebose. Dejar enfriar. Romper el molde y extraer la pieza. 8. Quitar rebabas y cortar la mazarota y el bebedero.

1

2

3 y 4

10. a) Consiste en inyectar a presión dentro de un molde el material fundido. Para ello se requieren moldes permanentes (coquillas) que soporten las altísimas presiones con las que se inyecta el metal fundido. b) Se suele emplear en la conformación de piezas de aleaciones ligeras (aluminio) y de bajo punto de fusión (plomo, estaño, etc.), cuya obtención por gravedad resulta difícil. c) Las piezas obtenidas tienen un gran acabado superficial, por lo que no es necesario mecanizarlas posteriormente. Se emplea, exclusivamente, cuando el número de piezas a obtener es muy grande. El inconveniente es que el molde resulta caro.

Página 352 1. •  Para cortar cartón para fabricar cajas. 1 •  Para cortar gomas y cuero.

5 y 6

2. • Guillotina para cortar papel. 1 • Tijeras para cortar tela. • Cizalladora para cortar chapa y hojalata.

120

17

CONFORMACIÓN DE PIEZAS SIN ARRANQUE DE VIRUTA

j Problemas propuestos Página 358 1. Es un proceso de obtención de piezas, que consiste en: 1. Obtener polvos muy finos (entre 0,001 y 0,1 mm de diámetro) mediante atomizado (dirigiendo un chorro de aire a presión sobre un hilo de metal líquido que cae) o dejando caer metal líquido sobre un disco que gira a gran velocidad. 2. Comprimir este polvo en el interior de un molde a grandes presiones. 3. Calentar este polvo fuertemente comprimido hasta una temperatura próxima a la de fusión. 4. Enfriar la pieza y si es necesario, mecanizarla. 2. Se suelen obtener los siguientes productos:

•  Altamente porosos: empleados en filtros.



•  Porosos: para cojinetes de lubricación.



•  Densos: en piezas de precisión.



• Superdensos: obtención de plaquitas de metal duro (widias), empleadas en herramientas de corte.



• Impregnados: que contendrán elementos que van a favorecer la cualidad que se desee. Por ejemplo, añadiéndole grafito se va a favorecer la lubricación.

12. a) La tolerancia representa la diferencia entre la medida máxima que puede tener la pieza y la mínima. b) Siempre es necesario establecer la tolerancia porque es imposible fabricar una pieza con una medida exacta. La tolerancia se establece antes de fabricar la pieza y su valor dependerá de la máquina-herramienta que se vaya a utilizar y de la aplicación a la que se destine. 13. a) 36,65 mm b) 14,20 mm 14. a) 8,36 mm b) 23,77 mm 15. Los géneros de punto (jerséis, chaquetas, bufandas, etc.) se fabrican utilizando unos principios distintos a los empleados en los tejidos.

Página 359 16. El método más adecuado sería la colada sobre molde que gira, ya que el molde es permanente y este tipo de molde es ideal para la fabricación de tubos. 17. Sí. Las piezas obtenidas exteriormente tendrán la forma que tenga el molde. Interiormente, todas las piezas serán huecas de sección redonda (véase figura adjunta).

3. Se emplean tres métodos:

• Verter el metal líquido sobre un disco que gira a gran velocidad.

4. Consiste en la unión de dos o más piezas, generalmente de madera, sin emplear ningún método de unión, excepto clavazones. Se emplea mayoritariamente en carpinterías de madera. 5. Aparecen descritos en la Figura 17.2 de la página 345 del libro de texto. 6. Es el producto final obtenido en un telar, denominado textura, empleando hilos textiles. 7. E xisten dos grupos de hilos que se colocan formando un ángulo recto. Los hilos de urdimbre se colocan paralelos entre sí, en sentido longitudinal, mientras que los de trama van entrecruzados con los de urdimbre, siendo perpendiculares a ellos. 8. Son tres: tafetán, sarga y raso o satén. 9. Arena de sílice (75 %) + arcilla (20 %) + agua (5 %). 10. •  Bebedero: agujero, en forma de tubo, por el que se introduce el metal fundido en el interior del molde.

• Mazarota: agujero, en forma de tubo, por el que salen los gases y aire, procedentes del interior del molde, cuando se vierte metal fundido en él.

11. Se explica en el Apartado 17.3F de la página 349 y se muestra en la Figura 17.10 de esa misma página.

8. La laminación en frío se puede emplear: 1 a) En metales muy maleables a temperatura ambiente. b) Para aumentar la dureza y resistencia de un metal (aumento de la acritud) determinado. 19. a) Jmáx= Dmáx – dmín = 25,025 – 24,975 = 0,050 mm Jmín= Dmín – dmáx = 25,010 – 24,995 = 0,015 mm



b) dmáx = 25 – 0,005 = 24,995 mm dmín = 25 – 0,025 = 24,975 mm c) Teje = dmáx – dmín = 24,995 – 24,975 = 0,020 mm Tagujero = Dmáx – Dmín = 25,025 – 25,010 = 0,015 mm 20.

dmin= 46,985 d= 47 dmáx= 47,015

• Atomizado.



Dmin= 46,980



D= 47

• Mediante molinos.

Dmáx= 47,010



CONFORMACIÓN DE PIEZAS SIN ARRANQUE DE VIRUTA

3. Se coloca la pulsera de cera en el interior y se coloca una mazarota y un bebedero, fabricados de cera (macizos). 4. Se llena el interior de la caja de moldeo, añadiendo más yeso o arena cerámica especial, recubriendo el modelo y permitiendo que sobresalgan la mazarota y el bebedero. 5. Invertir la caja e introducir en un horno a una temperatura próxima a los 100 °C. Esperar a que se derrita y salga toda la cera.

25. a) Diferencia superior:

Dmáx – Dnominal = 30,05 – 30 = 0,05 mm

b) Diferencia inferior:

D = 30

6. Verter el bronce fundido por el bebedero y esperar a que se solidifique. Luego romper el molde y extraer la pieza.

Dnominal – Dmín = 30 – 29,24 = 0,06 mm

23.

+0,05 30 -0,06

2. Se vierte yeso líquido o arena cerámica especial en el interior del molde y se espera a que solidifique.

121

c) Tapadera de aluminio para sartén: • Troquelado de una chapa de aluminio con el espesor final de la tapadera y superficie igual al área desarrollada. • Embutición de la pieza cortada para transformarla en la tapadera deseada.

Dmin= 29,94 Dmáx= 30,05

22. 1. Fabricación del modelo. Se fabricará una pulsera igual a la que se desea obtener, mediante cera.

17

1

2

Para obtener cuchillas como la que aparece en el dibujo anterior, se deberían fabricar en tres pasos: 1. Realización de agujeros. 2. Corte (troquelado) de la cuchilla.

26. a) dmáx = 30 + 0,1 = 30,1 dmín = 30 – 0,05 = 29,95 b)

El juego será: Jmáx = Dmáx – dmín = 30,05 – 29,95 = 0,1 mm (Juego) Jmín = Dmín – dmáx = 29,94 – 30,1 = – 0,16 mm (Aprieto)



Por tanto, el ajuste es indeterminado.



c) Tolerancia para el eje: Teje = dmáx – dmín = 30,1 – 29,95 = 0,15 mm

3. Afilado. Se debería hacer en una máquina distinta de las troqueladoras. Se emplearía una electroesmeriladora.

j Actividades de ampliación

24. a) Bisagra:

1. Nombra los principales procedimientos de fabricación sin arranque de viruta.





• Por troquelado de una chapa se obtendrían dos piezas en L.





• M  ediante una matriz de curvar, se doblarían para formar la bisagra.

2. Explica el método de colada en molde que gira.





• Finalmente, se coloca un pasador que una las dos piezas.

j Evaluación 1. ¿De qué material se suelen fabricar los moldes para colada por gravedad? 2. ¿En qué consiste el procedimiento de fabricación llamado forja? 3. Explica cuándo se utiliza el ajuste llamado móvil. 4. Indica cuál de estos elementos no es un instrumento de medida: a) Pie de atleta. b) Pie de rey. c) Micrómetro.

b) Tapón de botella metálico:



• Mediante troquelado, se corta una chapa con la forma del tapón desarrollado.





• Mediante embutición o curvado, se le da la forma adecuada.

5. ¿Cuál de estos procesos de fabricación es sin arranque de viruta? a) Ensamblado. b) Aserrado. c) Taladrado.

122

17

CONFORMACIÓN DE PIEZAS SIN ARRANQUE DE VIRUTA

j Soluciones actividades de ampliación

j Soluciones evaluación

1. Estos procedimientos son: • Unión. • Fusión. • Laminación. • Forja. • Corte.

2. L a forja consiste en golpear el metal con un martillo o prensa, con objeto de darle la forma deseada.

2. Este sistema consiste en verter el material fundido en el interior de una pieza cilíndrica hueca. Gracias a la acción de la fuerza centrífuga, el metal se pega a los laterales, se enfría y toma así la forma del molde.

1. Estos moldes se suelen fabricar de acero o de fundición gris.

3. Este tipo de ajuste se da cuando la medida real del eje es menor que la medida del agujero. 4. a) Pie de atleta. 5. a) Ensamblado.

FABRICACIÓN DE PIEZAS POR ARRANQUE DE VIRUTA Y OTROS PROCEDIMIENTOS

j Actividades propuestas Página 365 1. Un agujero roscado es una tuerca; es decir, un cilindro interior que lleva rosca, mientras que el tornillo roscado lleva la rosca exteriormente. 2. En la mayoría de los tornillos y tuercas que se utilizan habitualmente, el avance coincide con el paso; pero puede haber muchos casos en que la rosca tenga dos o más filetes, por lo que una vuelta de la tuerca supondrá un avance: a = p · n (n = número de filetes). 3. • Triangulares. • Trapezoidales. • Cuadrados. • Redondos.

18

123



b) 1. Realizar un agujero con una broca de diámetro Di (véase Tabla 18.4, página 365).





2. Colocar el macho de desbaste en el bandeador y situarlo sobre el agujero, perpendicularmente a la pieza.





3. Comenzar a roscar, girando una vuelta hacia la derecha y media hacia atrás. Lubricar con aceite.





4. Una vez acabado, repetir el proceso, usando el macho intermedio y finalmente el de acabado.



c) T ienen forma de tornillos con varias ranuras longitudinales, para cortar y evacuar las virutas.

10. Vc = 35 m/min (véase Tabla 18.6 de la página 368). N = Vc · 1 000/(π · D) = 35 · 1 000/(3,14 · 7) = 1 591,55 = = 1 592 rpm 11. Vc = 80 m/min (Tabla 18.8 de la página 370). N = Vc · 1 000/(π · D) = 80 · 1 000/(3,14 · 60) = 424,41 rpm

4. Se empleará solamente cuando el uso de una rosca a derechas implique que se pueda aflojar mientras esté funcionando de manera normal.

Página 377

5. El diámetro nominal de una rosca es siempre igual al diámetro exterior del tornillo. Sí.



• Programación asistida o mediante lenguaje conversacional.



• Programación automatizada o sistema CAD/CAM.

13. • Programación manual.

Página 366 6. a) El peine de roscas consiste en una serie de galgas sobre las que están tallados diferentes perfiles, con diferentes pasos, correspondientes al sistema métrico y Withworth.

j Problemas propuestos

b) Para averiguar el paso y por tanto el diámetro y sistema de una rosca de un tornillo o tuerca cualquiera.

Página 380

7. Si a simple vista se observa que su perfil es triangular, se tratará de una rosca Withworth o métrica.

1. Es un proceso de cortar un material utilizando una sierra que dispone de dientes y arranca viruta.





Observando la Tabla 18.4 (página 365), podemos comprobar que es probable que no se trate de una rosca métrica, ya que los diámetros nominales pasan de 12 a 16 mm. Tal vez podría ser una métrica 16, con su diámetro nominal algo desgastado. Para averiguarlo, usaríamos el peine de roscas, comprobando si los perfiles encajan perfectamente con la galga de paso p = 2 mm. Si no es así, tal vez sea una rosca Withworth de 5/8’’, cuyo diámetro nominal valdrá: 25,4 · 3/4 = 15,875 mm

2. a) Es la distancia entre dos dientes consecutivos. b) Se mide en hilos por pulgada. Es decir, el número de dientes o pasos que hay en una pulgada (25,4 mm). 3. Como el material a aserrar va a ser de dureza media y además su espesor es menor de 40 mm, emplearemos una sierra de paso medio (22 h’’). 4. • Paso basto (16 h’’). Espesor de la pieza mayor de 40 mm o materiales blandos.

Para averiguarlo hay que usar el peine de roscas correspondiente.



8. 1. M  edir con un calibrador su diámetro exterior (diámetro nominal).

• Paso medio (22 h’’). Espesor de la pieza menor de 40 mm o materiales de dureza media.



• Paso fino (32 h’’). Materiales muy duros o piezas de paredes muy delgadas y chapas.



2. B  uscar en la Tabla 18.4 del libro si podría tratarse de rosca Withworth o métrica.



3. Asegurarse del sistema que se trata usando el peine de roscas.



4. S i es difícil averiguarlo porque el tornillo es pequeño, usar el método de ensayo/error.

5. Sierras de arco. 6. Con un ángulo aproximado de 10°. 7. a) Segueta (cortes curvos) y sierra de costilla (cortes rectos).

Página 372

b) Serrucho y sierra de costilla.

9. a) Para realizar roscas sobre agujeros o tuercas.

d) Sierra de arco.

c) Serrucho y sierra de costilla.

18

124

FABRICACIÓN DE PIEZAS POR ARRANQUE DE VIRUTA Y OTROS PROCEDIMIENTOS

8. Se debe sujetar con las dos manos: •  El mango con la mano derecha (dedo pulgar encima). • La parte delantera de la sierra con la mano izquierda (Figura 18.2 del libro de texto). 9. • La fuerza descendente se debe hacer solamente en el momento de avance de la sierra, nunca en el retroceso. • Al aserrar se procurará que corten el material todos los dientes de la sierra, no solamente los de la parte central. • La sierra se inclinará hacia delante unos 10°. 10. Consiste en arrancar pequeñas virutas de un material utilizando unas herramientas denominadas limas y escofinas. 11. Usar el método mostrado en la Figura 18.7, es decir, la lima se desplazará horizontalmente, formando un ángulo de 45° con la pieza. Luego se limará en una dirección que forme 90° respecto a la dirección inicial. 12. Escofina. 3. a) Es la forma que tienen los dientes para arrancar material. 1 b) • Sencillo: utilizado para materiales blandos. • Doble: para trabajar materiales sintéticos y duros. 14. Se deberá utilizar una lima de paso fino. 15. Es la distancia, medida en pulgadas (1’’ = 25,4 mm), desde la punta de la lima hasta la zona donde acaba el picado. 16.

Plana

Cuadrada

Redonda

Triangular

Media caña

17. • Las piezas que se quieren limar deben estar bien sujetas, mediante sargento o tornillo de banco. • Agarrar el mango de la lima con la mano derecha y con el pulgar por la parte de arriba. La mano izquierda apoya sobre la punta. • Solamente se aprieta hacia abajo en el movimiento de avance. Nunca en el de retroceso. 18. Es un cilindro o agujero sobre el que se ha elaborado un hilo o filete con forma de hélice. 19. Si cogemos una tira de goma con forma triangular y se enrolla y pega sobre la periferia de un cilindro, obtendríamos una rosca. A esta goma se le conocería con el nombre de filete. 20. A la disposición en la que se encuentre colocado el filete. Si al girar una tuerca sobre un tornillo en sentido horario, la tuerca avanza, diremos que la rosca es a derechas. Si hay que girarla en sentido antihorario para que avance, tendremos una rosca a izquierdas. 21.

Flanco

Flancos

Flanco



En la figura se ha representado la sección transversal del filete.

22. p = 12 h’’ = 25,4/12 = 2,12 mm 23. 5/8’’ = 25,4 · 5/8 = 15,875 mm

Luego, la de 5/8’’ es de mayor diámetro que la de 15 mm.

4. a) Para fabricar tornillos o varillas roscadas. 2 b) Son como tuercas de acero templado, con agujeros o canales longitudinales capaces de tallar una rosca en un cilindro. c) Se colocan en un portacojinetes y se siguen los pasos mostrados en la parte inferior de la Tabla 18.5 (página 367). 25. Los más utilizados son el sistema métrico y el sistema Witworth. 26. Se puede emplear alguno de los procedimientos representados en la Figura 18.14 de la página 368. 27. Todas aquellas piezas que sean de revolución, es decir, aquellas cuya sección transversal sea redonda. 28. Consiste en hacer girar una pieza sobre su eje de rotación al mismo tiempo que se desplaza transversalmente o longitudinalmente una herramienta, denominada cuchilla, que arranca el material en forma de viruta. 29. a) • En la cepilladora, la máquina permanece fija, siendo la pieza la que se mueve. En la lijadora, la máquina se mueve y la pieza se mantiene fija.



• El principio de mecanizado de la cepilladora es análogo al de una fresadora, cortando viruta, mientras que con la lijadora el mecanizado se hace arrancando pequeñísimas partículas de material.

b) La cepilladora para desbastar el material y la lijadora para operaciones de afinado y acabado. 30. a) Se utiliza, generalmente, para el planeado de superficies. b) Las herramientas se pueden colocar en el portafresas o en el cabezal universal (todas aquellas que lleven vástago).

c) P laneado de una superficie, ranurado en T, ranurado sencillo, fresado frontal, ranurado en cola de milano y fresado de agujeros rasgados (chaveteros y lengüeteros).

31. Para sujetar aquellas fresas que disponen de vástago (especie de mango). 32. a) Para el acabado de piezas.

b) P iezas con una terminación (grado superficial) muy buena y con unas medidas muy precisas.

33. Consiste en acercar a la pieza a cortar una llama de acetileno y oxígeno, con exceso de oxígeno (llama muy oxidante), consiguiendo que el metal arda a una temperatura inferior a la de fusión, denominada temperatura de ignición. Para el acero, la temperatura de ignición ronda los 1 200 °C, mientras que la temperatura de fusión es del orden de los 1 500 °C. 34. Normalmente se emplean dos tipos, láser de gas y láser sólido. 35. a) E s una serie de órdenes que se dan a las modernas máquinas herramientas para que realicen la fabricación de las piezas de manera totalmente informatizada.

Filete

b) T iene su origen en los años 50 en el MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts, EE.UU.), donde se automatizó una fresadora.

FABRICACIÓN DE PIEZAS POR ARRANQUE DE VIRUTA Y OTROS PROCEDIMIENTOS



c) La necesidad del CNC surge debido a dos factores:





• Disminuir los errores debidos a los operarios.





• Permitir que una sola máquina-herramienta lleve a cabo todas las operaciones que se puedan realizar en la misma pieza.

Página 381 36. • La forma de realizar el trabajo.

• Riesgos en los equipos.



• Condiciones del entorno.

18

125

45. Cromado, niquelado, pintado, galvanizado, moleteado, pavonado, etcétera. 47. En trabajos normales se deberá elegir aquella velocidad que esté más próxima al valor calculado, siempre por debajo. 49. 1. Troquelado, mediante una matriz.

2. E stampación, generalmente en caliente, para dejarle grabado el anverso y el reverso de la moneda.



3. L a estampación en el canto de la moneda se puede hacer por presión, a medida que la moneda rueda, o dentro de un molde por el que salen varios punzones.

50. 1. Moldeo a la cera perdida:

37. a) S e limita a estudiar los accidentes y daños que ocurren en la empresa, averiguando las causas que lo provocaron y tomando medidas correctoras para que no vuelvan a ocurrir.





•  Fabricación de un modelo de cera.





• Colocación del modelo dentro de una caja, recubierto de arena de moldeo.

b) Se toman medidas antes de que se haya producido algún daño para la salud.





38. 1. E lección de una terraja del sistema métrico (M-5). Luego se colocaría en el portaterrajas.

• Colocación del conjunto en el interior de un horno, dejando los agujeros de bebedero y mazarota hacia abajo para que la cera derretida salga del interior del molde.





• Verter en el interior del molde aluminio fundido.



2. Sujeción de una varilla de acero, de diámetro 5 mm, en el tornillo de banco.





• Dejar enfriar y extraerlo del molde.





• Quitar rebabas con una lima.



3. Comienzo de la rosca:



C olocar la terraja perpendicular a la varilla y comenzar a realizar la rosca. Se dará una vuelta completa. Luego media vuelta atrás. Dependiendo de la dureza del material (acero), se seguirá de igual manera o se dará una media vuelta adelante y un cuarto atrás. Periódicamente se deberán añadir unas gotitas de aceite.



2. C olocación de la pieza obtenida en un torno para dejarla completamente cilíndrica.



3. L levar la pieza a una rectificadora de piezas cilíndricas para dejarla con un buen acabado y completamente circular.

39. • Tornillo de banco del aula-taller (rosca cuadrada).

• Porque tienen que transmitir grandes potencias (fuerza).

51. En la siguiente dirección se pueden encontrar algunas de las máquinas-herramientas CNC más utilizadas. http://www.directindustry.es/cat/maquinas-herramientasmecanizado-E.html Para fabricar el motor se necesitaría:

40. Características • Paso. • Diámetro nominal. • Fondo del filete. • Vértice del filete. • Ángulo de los flancos. • Medidas.

Rosca métrica mm mm Redondeado Truncado 60º mm

Rosca Whitworth h” Pulgadas Redondeado Redondeado 55º pulgadas

41. L a cepilladora se podría utilizar para desbastar material y dejarlo con la forma y medidas adecuadas. La lijadora se utilizaría para dejar un acabado muy fino y suave. 43. a) C onsiste en una serie de códigos, formados por letras mayúsculas y números, que le indican a la máquina herramienta CNC qué movimientos tiene que describir la herramienta, velocidad de giro a la que se debe hacer, etcétera. b) Para fabricar piezas complejas, reduciendo los errores y el tiempo de fabricación. 44. Algunas de las técnicas más modernas de terminación de productos industriales se muestran en los apartados A, B y C de la página 375.



— Fresadoras  →  Mecanizado de los cilindros.



— Tornos  →  Realización de diferentes operaciones en los pistones.



— Rectificadoras  →  Acabado de cilindros y pistones.



— Taladradoras  →  Para realización de agujeros.



— Desbordadoras  →  Eliminación de rebabas procedentes de la fundición.



—  Bruñidoras  →  Acabado de las válvulas.



—  Afiladoras  →  Afilado de herramientas cuando se desgasten.



­—  Máquinas de pulido  →  Cigüeñal.

—  Prensas  →  Montaje del pistón a la biela.

— Roscadoras  →  Realización de tuercas en el bloque para bujías, pernos, bulones y espárragos.

j Actividades de ampliación 1. Nombra los principales tipos de sierras manuales. 2. ¿Qué es el roscado?

126

18

FABRICACIÓN DE PIEZAS POR ARRANQUE DE VIRUTA Y OTROS PROCEDIMIENTOS

j Evaluación 1. ¿Qué es el paso en una sierra? 2. Halla el número de revoluciones de una broca de diámetro 4 mm para una velocidad de corte de 30 m/min. 3. Halla el número de revoluciones con el que debe girar una pieza en un torno si su diámetro es de 18 mm y la velocidad de corte es de 30 m/min. 4. De entre todas estas características, ¿cuál es la que pertenece a una rosca métrica?

a) Medidas en pulgadas.



b) Flancos de 60°.



c) Flancos de 55°.

5. ¿Qué significan las siglas CNC?:

a) Cada número cuenta.



b) Control numérico computarizado.



c) Control nada corriente.

j Soluciones actividades de ampliación 1. Los principales tipos de sierras manuales son:

• Segueta.



• Sierra de costilla.



• Serrucho.



• Sierra de arco.

2. El roscado es una operación que consiste en elaborar una hélice sobre un cilindro de forma continua y uniforme, con un perfil concreto.

j Soluciones evaluación 1. El paso en una sierra es la distancia que hay entre dos dientes consecutivos. 2. El número de revoluciones es: 30 · 1 000 n = = 2 387 rpm π·4

3. Vc · 1 000 30 · 1 000 n = = = 530,5 rpm π·D π · 18

4. b)  Flancos de 60º. 5. b)  Control numérico computarizado.