BLOQUE 2. PRINCIPIOS DE MÁQUINAS

· Elementos de máquinas. Condiciones de instalación.

· Motores térmicos: motores alternativos y rotativos. Aplicaciones.

· Motores eléctricos: tipos y aplicaciones.

· Circuito frigorífico y bomba de calor: elementos y aplicaciones.

· Energía útil. Potencia de una máquina. Par motor en el eje. Pérdidas de energía en las maquinas. Rendimiento.

SESIÓN 2: 20/03/2020 LOS CICLOS TERMODINÁMICOS DE LOS MOTORES TÉRMICOS

SESIÓN 3: PROBLEMAS DE MOTORES TÉRMICOS

Problemas para entregar antes de la clase del viernes 27/03. La forma más fácil de entregarlos en que hagáis una foto de como lo hayáis solucionado y me la enviéis al mail. Por favor, sed ordenadas y me ponéis en el asunto: PROBLEMAS MOTORES TÉRMICOS Nombre y Apellido.

Lo podéis hacer en una hoja en blanco, donde así veré cómo lo hacéis y como lo pensáis.

PROBLEMA 1:

El motor de un automóvil consta de 4 cilindros y desarrolla una potencia efectiva de 30 CV a 6.200 rpm. Conociendo que el diámetro de cada pistón es de 80,5 mm, la carrera de 97,6 mm y la relación de compresión de 10:1, calcule:

a) La cilindrada total.

b) El rendimiento efectivo del motor, si consume 7,2 L/h de un combustible cuyo poder calorífico es 43.700 kJ/kg y su densidad es de 0,7 g/cm3.

c) El par motor que está suministrando.

PROBLEMA 2:

El motor de una embarcación desarrolla una potencia de 100 CV cuando consume 20 L/h de combustible. Conociendo que la densidad y el poder calorífico del combustible son 0,83 g/cm3 y 42.800 kJ/kg, respectivamente, calcule:

a) La potencia liberada en la combustión.

b) El rendimiento del motor.

COSAS IMPORTANTES A TENER EN CUENTA AL REALIZAR ESTOS PROBLEMAS:

1. Hay que tener mucho cuidado con las unidades. Lo lógico es pasarlas todas al SI. Por cierto, ¿a qué equivale un CV (caballo de vapor o lo que es lo mismo los caballos cuando hablamos de la potencia de un coche? Es una unidad de potencia, es decir, tendrás que saber su conversión a W.

2. La idea siempre es la misma. De mi combustible puedo obtener una cierta cantidad de energía....tiene una capacidad calorífica y multiplicando por la masa que gaste, tendré toda la energía que podré sacar de él.

3. Pero de esa energía solo va a ser útil una parte, el resto se perderá....en rozamientos, malas combustiones, perdidas de calor, etc.....y al final lo que tengo en el cigueñal que me permitirá luego mover el coche es la potencia útil, la real.

4. El rendimiento es el cociente entre la útil y la disponible gracias al combustible.

5. Recordar los conceptos de Energía y Potencia. La potencia es la energía/unidad de tiempo.

6. La potencia lineal sería P=F·v y la potencia de giro, la que nos interesa ahora es su equivalente P=M·w (momento de fuerzas o par por la velocidad angular)

SESIONES 4 Y 5 DÍAS 27/03 y 31/03 (y nos despedimos hasta después de vacaciones) : PROBLEMAS DE TODO TIPO DE MÁQUINAS: TÉRMICAS O ELÉCTRICAS

Os dejo aquí una serie de problemas para que hagáis. Organizaos el tiempo como queráis porque incluye dos sesiones, el viernes 27 y el martes 31. De esta manera acabaríamos las tareas hasta la vuelta de vacaciones de Semana Santa. La próxima clase y sesión es el 14/04/2020.

Tenéis que entregarme estos ejercicios antes del fin del día jueves de 2 Abril. Es decir, tenéis una semana para hacerlos.

PROBLEMA 1:

Un vehículo de 850 kg de masa, impulsado por un motor de combustión interna con un rendimiento del 30%, parte del reposo y alcanza una velocidad final de 100 km/h circulando por un circuito horizontal.

Calcule:

a) El trabajo mecánico realizado por el vehículo.

b) La cantidad de combustible utilizado por el motor, conociendo que su calor de combustión es de 45.000 kJ/kg.

PROBLEMA 2:

Un montacargas impulsado por un motor eléctrico de corriente continua es capaz de elevar una carga de 800 kg a una altura de 10 m a una velocidad de 1 m/s. El motor se encuentra conectado a una fuente de tensión de 220 V, y la potencia consumida por el motor eléctrico es 10 kW. Calcule:

a) La intensidad de corriente.

b) El trabajo realizado por el montacargas.

c) La potencia útil del motor.

d) El rendimiento del motor.

PROBLEMA 3:

Un dispositivo elevador provisto de un motor eléctrico de corriente continua es capaz de elevar una masa de 800 kg a una altura de 12 m en 15 s. Sabiendo que el motor está conectado a una fuente de tensión de 220 V y que la intensidad de corriente es de 32 A, calcule:

a) El trabajo realizado por el elevador (g = 10m/s2)

b) La energía total que el motor eléctrico consume por unidad de tiempo

c) La potencia útil desarrollada por el motor

d) El rendimiento del motor.

PROBLEMA 4:

La potencia máxima que es capaz de desarrollar un motor de cuatro tiempos y 6 cilindros es de 90 CV a 4000 rpm. La cilindrada del motor es de 2600 cm3 y la carrera del cilindro es de 8 cm. Calcula el diámetro de los cilindros y el par que proporciona a la máxima potencia.

PROBLEMA 5:

Un coche de 1150 kg de masa acelera de 75 a 130 km/h en 7 segundos. Si el rendimiento del motor de gasolina es de 22,5 %, y el calor de combustión de la gasolina es de 40000 J/g, determina:

a) Energía suministrada por el motor convertida en trabajo mecánico.

b) Energía total producida

c) Consumo de gasolina

d) Par motor aplicado, si la velocidad de giro del motor fue de 4100 rpm.

SESIÓN 6. DÍA 14/04/2020 AFIANZANDO LOS CONCEPTOS DE MOTORES

Para la sesión de hoy solo tenéis que hacer y mandarme por correo los dos siguientes problemas. Con lo que hemos visto y con las correcciones de los anteriores, todos deberíais tenerlos perfectos. FECHA TOPE DE ENTREGA: viernes 17 por la mañana. Ese día colgaré otra tarea.

PROBLEMA 1

Una furgoneta de 3.680 kg de masa acelera de 60 a 110 km/h en 15 s. Si el rendimiento del motor de gasolina es de un 21% y el calor de combustión de la gasolina es de 41.800 kJ/kg, calcula:

a) Energía suministrada por el motor

b) Energía total producida

c) Consumo de gasolina

d) Par motor aplicado si la potencia final aplicada es de 110 CV y la velocidad de giro es de 3.900 rpm.

PROBLEMA 2

Un vehículo de 1220 kg de masa impulsado por un motor diesel acelera de 0 a 100 km/h en 10s. Si en los 10 s de aceleración el motor consume 550 g de combustible y el poder calorífico del combustible utilizado es 45500 J/g, determina:

a) La energía suministrada por el motor que se convierte en trabajo mecánico

b) La energía total liberada en el motor

c) El rendimiento del motor

d) El par motor medio aplicado si la velocidad de giro del motor, durante la etapa de aceleración, es de 4000 r.p.m.

SESIÓN 7 DÍA 17/04/2020: MÁQUINAS TÉRMICAS. EL CICLO DE CARNOT

PROBLEMA 1:

Una máquina térmica funciona de acuerdo con un ciclo de Carnot perfecto entre las temperaturas T1 = 256°C Y T2 = 77ºC. Si el calor tomado del foco

caliente es de 1350 J, determine:

a) Rendimiento de la máquina.

b) Calor aportado al foco frío.

c) Trabajo realizado.

d) Temperatura del foco frío si se desea conseguir un rendimiento del ciclo del 56%.

SOLUCIONES: a) 33,83% b) 893,19 J c) 456,8 J d) 232,76 K

SESIONES DÍAS 20, 24 Y 28/04/2020: MÁQUINAS TÉRMICAS. MÁQUINA FRIGORÍFICA Y BOMBA DE CALOR

PRÁCTICA 6

PROBLEMA 1

Se desea climatizar una nave a 24°C mediante una bomba de calor de 2 kW de potencia. Si la temperatura exterior es de 5 °C y la bomba funciona según un ciclo de Carnot reversible, determina:

a) Rendimiento de la bomba de calor

b) Calor aportado al foco caliente

c) Calor sustraído al foco frío

PROBLEMA 2

Un local prefabricado situado en una zona donde la temperatura media en el exterior es de 5°C, requiere el empleo de una bomba de calor de 8 kW de potencia para mantener la temperatura en su interior a 22°C. Sabiendo que la bomba de calor funciona de acuerdo a un Ciclo de Carnot reversible, calcula:

a) La eficiencia de la máquina

b) El calor aportado al interior del local

c) El calor retirado del exterior

PROBLEMA 3

El chocolate debe conservarse en un recinto fresco, seco, sin olores y ventilado. Para su conservación, la temperatura del almacén debe mantenerse constante durante todo el año a 16°C. Esto se consigue gracias al empleo de una máquina térmica reversible que funciona de acuerdo al Ciclo de Carnot. La temperatura media en el exterior es de 32°C en verano y la eficiencia de la máquina térmica en la época de invierno es 32,1. Calcula:

a) La temperatura media en el exterior en la época de invierno.

b) El rendimiento de la máquina térmica en la época de verano.

c) El calor eliminado de los locales o aportado a los mismos en cada estación, si la potencia calorífica utilizada es de 3 kW.

SESIONES DÍAS 05 y 08/05/2020: MÁQUINAS ELÉCTRICAS. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

PRÁCTICAS DE TINKERCAD PARA ACABAR EL CURSO

Cómo ya os dije, os las voy a poner todas juntas para que os podáis organizar vuestro tiempo. Son 3 y son fáciles.

Fecha tope realización prácticas: 5 de junio.

PRÁCTICA 1 TINKERCAD: COCHE FANTÁSTICO

Como os he dicho, está casi hecha. Os dejo los videos por si tenéis alguna duda, pero NO ES NECESARIO VERLOS, salvo el final del video "El primer circuito: parpadeo de un led" donde se ve qué hay que hacer.

PRÁCTICA 2 TINKERCAD: DISPLAY 7 SEGMENTOS

PRÁCTICA 3 TINKERCAD: LED CON PULSADOR