Solucionari Tècnologia Inductrial Batxillerat 2 - McGrawHill

  • Published on
    28-Apr-2015

  • View
    4.204

  • Download
    1.806

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Solucionari del segon llibre de tecnologia industrial de batxillerat en catal

Transcript

<p>S O L UCIO N A R I</p> <p>TECNOLOGIA INDUSTRIAL</p> <p>2Autors del material complementari Jordi Regals i Barta Xavier Domnech i Vilar Autors del llibre de lalumne Joan Joseph i Gual Jaume Garrav i Berengu Francesc Garfano i Montoro Francesc Vila i Grabulosa</p> <p>BARCELONA - MADRID - BUENOS AIRES - CARACAS GUATEMALA - LISBOA - MXIC - NOVA YORK PANAM - SAN JUAN - BOGOT - SO PAULO AUCKLAND - HAMBURG - LONDRES - MIL - MONT-REAL NOVA DELHI - PARS - SAN FRANCISCO - SYDNEY - SINGAPUR SAINT LOUIS - TQUIO - TORONTO</p> <p>Tecnologia industrial 2 Batxillerat Solucionari No s permesa la reproducci total o parcial daquest llibre, ni el seu tractament informtic, ni la transmissi de cap forma o per qualsevol mitj, ja sigui electrnic, mecnic, per fotocpia, per registre o daltres mitjans, sense el perms previ i per escrit dels titulars del Copyright.</p> <p>Drets reservats</p> <p> 2008, respecte a la primera edici en catal per:</p> <p>McGraw-Hill/Interamericana de Espaa, S.A.U. Edicio Valrealty, 1. planta Basauri, 17 28023 Aravaca (Madrid) ISBN: 978-84-481-6159-0 Dipsit legal:</p> <p>Editora de projecte: Alcia Almonacid Tcnic editorial: Conrad Agust Disseny de coberta i dinterior: Quin Team! Illustracions: Joan Joseph, Luis Bogajo Composici: Servei Grc NJR, S.L. Imprs a: IMPRS A ESPANYA PRINTED IN SPAIN</p> <p>NDEX</p> <p>3</p> <p>j Solucionari Llibre de lalumneBLOC 1. Sistemes mecnicsUnitat 1. Principis de mquines . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 2. Mquines trmiques . . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 3. Oleohidrulica . . . . . . . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Avaluaci del bloc 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5 8 11 12 16 18 18 21 22</p> <p>Unitat 8. Sistemes automtics . . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Avaluaci del bloc 3 . . . . . . . . . . . . . . . .</p> <p>49 49 52 55</p> <p>BLOC 4. Sistemes de fabricaciUnitat 9. Metrologia i normalitzaci . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 10. Indstria metallrgica . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 11. Indstries qumica i txtil. Els residus industrials . . . . . . . . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 12. Elements dorganitzaci industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Avaluaci del bloc 4 . . . . . . . . . . . . . . . . 57 57 61 64 64 69 72 72 74 76 76 79 80</p> <p>BLOC 2. Sistemes electrotcnicsUnitat 4. Electromagnetisme i corrent altern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 5. Mquines elctriques . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Avaluaci del bloc 2 . . . . . . . . . . . . . . . . 24 24 27 29 29 32 34</p> <p>j Solucionari Guia didcticaUnitat 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 87 89 92 94 96 98</p> <p>BLOC 3. Sistemes automticsUnitat 6. Circuits industrials. Electropneumtica . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 7. Sistemes digitals . . . . . . . . . . . Activitats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Activitats nals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 37 39 40 40 46</p> <p>Unitat 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unitat 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .</p> <p>Unitat 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Unitat 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Unitat 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Unitat 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Unitat 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106</p> <p>TECNOLOGIA INDUSTRIAL 2</p> <p>1</p> <p>5</p> <p>j Bloc 1. Sistemes mecnics j Unitat 1. Principis de mquinesActivitats1. Una vagoneta de massa m = 20 000 kg surt del reps i baixa per un pendent de l1 % i de longitud L = 25 m, al nal del qual hi ha una molla amb k = 2000 kN/m. Determina: a) La velocitat de la vagoneta al nal del pendent. Ec = Ep Ep = mgh = 20 0009,81 250,01 = 49 050 J Ec = 1 2 2 m v 2 v1 2</p> <p>3.</p> <p>Una cinta transportadora s accionada per un grup motriu (motor, reductor i transmissi) que t un rendiment electromecnic = 0,68. Quan la cinta es mou de buit (sense crrega), es consumeix una potncia elctrica P buit = 2,4 kW i, quan treballa en condicions nominals, es consumeix P nom = 3,5 kW. La cinta t una llargada L = 18 m i en condicions nominals es mou a v = 0,5 m/s i la distncia entre paquet i paquet s d = 1,2 m.</p> <p>(</p> <p>)(</p> <p>49050 =</p> <p>1 2 20 000 v2 0 2</p> <p>)Determina: a) El consum elctric, Eelc, en kW h, durant t = 7,5 h de funcionament nominal. Eelec = Pnomt t = 26, 25 kWh b) El nombre n de paquets simultanis sobre la cinta i el temps, tpaquet que cada paquet s sobre la cinta. n= L = 15 d L = 36 s v</p> <p>don v2 = 2,21 m/s b) La deformaci de la molla com a conseqncia del xoc. 1 Wm = k x 2 2 Wm = E p 1 49050 = 2000 000 x 2 2 don x = 0,221 m 2. Un autombil t un Cx = 0,25 i una superfcie frontal A = 1,6 m2. Dibuixa la grca de lenergia consumida i indica les escales en un recorregut de 100 km per a 0 v 100 km/h si el motor t un rendiment = 0,6 i si noms es t en compte la resistncia aerodinmica. Densitat de laire a 15 C, = 1,225 kg/m . Per a v = 50 km/h = 13,89 m/s 1 1 F = A C x v 2 = 1, 6 0, 25 1, 225 13, 892 = 47, 26 N 2 2 Econs = Wconsumit = F s 47, 26 100 000 = = 7876667 J = 7,87 MJ 0, 6</p> <p>tpaquet =</p> <p>c) Lenergia mecnica, Epaquet que requereix la manipulaci dun paquet (associada a laugment de consum respecte al de funcionament de buit). Epaquet =</p> <p>(P</p> <p>nom</p> <p> Pbuit n</p> <p>)</p> <p>tpaquet = 1, 795 kJ</p> <p>Per a v = 100 km/h = 27,78 m/s F= 1 1 A C x v 2 = 1, 6 0, 25 1, 225 27, 782 = 189,04 N 0 2 2 F s 189, 04 100000 = = 31506 667 J = 31,5 MJ 0, 6</p> <p>4. Un ascensor ha daccelerar la seva crrega des del reps ns a v = 2 m/s en 1 segon. Si lascensor, juntament amb la crrega, t una massa de m = 600 kg i les forces de fricci equivalen al 10 % de la seva crrega, determina la potncia necessria del motor delevaci. La potncia necessria ser: P = W/t = F x/t En 1 s la velocitat de lascensor passa de 0 a 2 m/s, per tant, lacceleraci s de 2 m/s2. 1 1 i x = a t2 = 2 12 = 1 m 2 2 Per calcular F tenim W12 = Ec + Ep = (F Ff) x Ec = 1 1 1 mv 2 mv 2 = 600 22 0 = 1 200 J 2 1 2 2 2</p> <p>Econs = Wconsumit =</p> <p>Llavors podem construir el grc:E (MJ)</p> <p>31,5</p> <p>Ep = m g h2 m g h1 = 600 9,81 1 0 = 5 886 J7,87 50 100 v (km/h)</p> <p>Ff = 10 % (600 9,81) = 588,6 N Ec + Ep = (F Ff) x 1 200 + 5 886 = (F 588,6) 1</p> <p>6</p> <p>1don F = 7 674,6 N</p> <p>SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE LALUMNE</p> <p>x I la potncia P = F = 7 674,6 1/1 = 7 674 W t 5. Un tren de m = 15 000 kg es desplaa a una velocitat v = 90 km/h. Determina la fora de frenada Ffrenada necessria perqu saturi en un espai de x = 150 m, si tenim en compte unes forces de fricci de Ff = 1 500 N. El treball fet per les forces no conservatives s: W12 = (F Ff) x, i 1 1 mv 2 mv 2) + (mgh2 mgh1) [J] 2 1 2 2 i com que en el pla h2 = h1 W12 = ( Llavors, (F Ff) x = ( (F 1 500 N) 150 m = don F = 29 750 N 1 1 mv 2 mv 2) 2 1 2 2 1 15 000 kg (0 (25 m/s)2) 2</p> <p>7. El motor dun autombil t una potncia til de Pu = 58,88 kW quan gira a n = 4 500 min1. Determinan el parell motor . P = 58 880 W 4500 min1 2 = = 471,239 rad/s 60 P 58880 W P = ; = = 125 Nm 471,239 rad/s 8. Es vol acoblar un motor elctric que consumeix Pc = 2 944 W a 1 450 min1 a plena crrega, amb un rendiment del = 85 %, a una mquina. Si el moment dinrcia total aplicat a leix del motor s de I = 10 kg m2, calcula el temps t que el motor trigar a assolir la velocitat de crrega des del reps, si considerem que el moment que genera s constant des de larrencada. Primer transformem les unitats al SI i calculem el moment til a partir de la potncia til i la velocitat angular: 736 W = 2 944 W Pc = 4 CV 1 CV Pu = Pc = 2 944 0,85 = 2 502,4 W = 1 450 min1 2/60 = 151,84 rad/s = P 2502,4 W = = 16,48 Nm 151,84 rad/s</p> <p>El signe negatiu s degut a qu la fora s contrria al moviment, s fora de frenada. 6. En una mquina hi ha un volant amb una massa de m = 250 kg i 50 cm de , muntat sobre un eix amb un moment de fricci de 15 Nm. Determina la potncia P que cal per accelerar-lo des del reps ns a n1 = 250 min1 en un temps mxim de t = 3 segons. Quina ser lenergia E que acumular quan giri a n2 = 100 min 1? Primer calculem el moment dinrcia del volant: I= 1 1 mR2 = 250 kg (0,25 m)2 = 7,8125 kg m2 2 2 La velocitat angular = 250 min1 2/60 = 26,18 rad/s) 1 1 2 I ( 2 ) i com que W12 = ( f) , 2 2 2 1</p> <p>Llavors: 1 1 2 I ( 2 ) i W12 = , 2 2 2 1 1 don 16,48 Nm = 10 kg m2 ((151,84 rad/s)2 0) 2 don = 6 995,24 rad W12 = A partir de les equacions del moviment circular: f = 0 + t i = 0 + 0t + 1 t 2, 2 plantegem el sistema 151,84 rad/s = 0 + t 1 t 2 6 995,24 rad = 0 + 0 + 2 don nalment t = 92,137 s</p> <p>El treball necessari per accelerar el volant val: W12 =</p> <p>1 7,8125 kg m2 ((26,18 rad/s)2 0) 2 don 2 677,30 J = ( 15) ( 15) = Llavors, ens cal calcular , a partir de les equacions de lacceleraci i el temps: 1 f = 0 + t i = 0 + 0t + t 2 2 26,18 rad/s = 0 + 3 s; don = 8,7266 rad/s2 1 = 0 + 0 + 8,7266 rad/s2 (3 s)2 = 39,27 rad 2 2 677,30 J = ( 15) 39,27 rad don = 83,18 Nm Finalment, P = W 83,18 Nm 39,27 rad = = = = 1 088,82 W t t 3s</p> <p>9. Esmenta cinc casos de mquines o installacions en el disseny de les quals, segons el teu parer, calgui tenir en compte parmetres termodinmics. Les calderes de vapor de les centrals trmiques, les turbines de vapor, els motors dexplosi, els frigorcs o refrigeradors, les bombes de calor, els sistemes daire condicionat, etc. En general, qualsevol mquina o aparell on es transformi calor en treball o a linrevs. 10. Quina diferncia hi ha entre calor i temperatura? La calor s lenergia que es pot transferir entre dos cossos a diferent temperatura, mentre que la temperatura s un indicatiu del nivell denergia interna que t un cos. 11. Busca informaci sobre per qu no hi poden haver temperatures inferiors al zero absolut; i per qu no hi ha, en canvi, cap lmit per a les temperatures elevades.</p> <p>Lenergia acumulada a 100 min1 val: 2 = 100 min1 = 10,472 rad/s 60 1 1 Ec = 2 I = (10,472 rad/s)2 7,8125 kg m2 = 428,36 J 2 2</p> <p>TECNOLOGIA INDUSTRIAL 2</p> <p>1</p> <p>7</p> <p>Doncs perqu, segons la teoria fsica, el valor del zero absolut s inassolible per qualsevol partcula material, ats que les partcules no tenen cap energia cintica interna, sin que assoleixen un estat de quietud total (en qu les molcules deixen de vibrar). Noms hi ha cmeres frigorques que arriben ns als 272 C, i no arriben a menys temperatura perqu la cmera frigorca no pot baixar ms la temperatura si les molcules no contenen energia. 12. En una indstria cal vaporitzar un volum V = 100 L diaris daigua que es troba a una pressi paigua = 1 atmosfera. Si laigua es troba inicialment a Taigua = 10 C, quin volum Vgas (m3) de gas natural (Pc = 45 980 kJ/m3 en CN) necessitar diriament si el subministren a Tgas = 1 C i a pgas = 10 atmosferes? La quantitat de calor necessria per vaporitzar laigua ser la suma de la necessria per elevar laigua ns als 100 C ms la necessria per a la vaporitzaci. De les taules obtenim que ce = 4,18 kJ/kg C i Lv = 2 257 kJ/kg, llavors, Q1 = m ce T = 100 kg 4,18 kJ/kg C (100 C 10 C) = = 37 620 kJ Q2 = m Lv = 100 kg 2 257 kJ/kg = 225 700 kJ/kg QT = Q1 + Q2 = 37 620 kJ + 225 700 kJ = 263 320 kJ QT = 263 320 kJ 1 kcal/4,18 kJ = 62 995,21 kcal Com que: Pc = Pc (CN) p 273/(273 + T) = = 11 000 kcal/m3 10 atm 273 C/(273 C + 1C) don Pc = 109 598 kcal/m3 El consum diari = 62 995,21 kcal/109 598 kcal/m3 = 0,5748 m3 13. Es comprimeix un volum Vaire = 25 L daire dins dun recipient de Vrecipient = 5 dm3, a una temperatura constant de T = 14 C. Si la pressi inicial era de p1 = 1 atmosfera, quina s la pressi final p2? V1 = 25 L; p1 = 1 atm; T = 14 C V2 = 5 dm3 = 5 L p1 V1 p2 V2 i com que T1 = T2 don p1 V1 = p2 V2 = T1 T2 Finalment: 1 atm 25 L = p2 5 L don p2 = 5 atm 14. Una bombona de gas but est a una temperatura de T1 = 10 C i una pressi p1 = 15 atmosferes. Si la temperatura del gas passa accidentalment a T2 = 200 C, quina ser la pressi p2 a la qual es trobar aleshores el gas but? (Considera el gas but com un gas ideal.) T1 = 10 C = 283 K; p1 = 15 atm T2 = 200 C = 473 K p1 p2 = T1 T2 15 atm p2 = , don p2 = 25,07 atm 283 K 473 K</p> <p>15. Si considerem el gas but com un gas ideal, quin volum V ocupa una massa m = 3 kg de gas que es troba a T = 20 C i p = 10 bar? (La massa molecular del gas but s de 58 g.) Primer calculem el nombre de mols que hi ha en 3 kg de gas: 3 kg n= = 51,7241 mol 0,058 kg/mol 10 bar = 10 bar 105 Pa = 106 Pa 1 bar</p> <p>20 C = 293 K Llavors, a partir de lequaci dels gasos perfectes: pV = nRT 106 Pa V = 51,7241 mol 8,314 J/K mol 293 K, don V = 0,1260 m3 16. Un gas sexpansiona isobricament a p = 6 bar des dun volum inicial V1 = 1 dm3 fins a V2 = 4 dm3. Determina el treball W produt en lexpansi i dibuixa el diagrama pV corresponent. V1 = 1 dm3 = 103 m3; p = 6 bar 6 bar 105 Pa p= = 6 105 Pa 1 bar V2 = 4 dm3 = 4 103 m3 En transformacions isobriques: W = P (V2 V1) = 6 105 Pa (4 103 m3 103 m3) = 1 800 JP(bar) P1 = P2 = 6 bar 1 2</p> <p>W</p> <p>V 1 = 1 dm3</p> <p>V 2 = 4 dm3</p> <p>V (dm3)</p> <p>17. Dins dun cilindre de 100 mm de hi ha un mbol a x1 = 50 mm del fons. El cilindre s ple daire a p1 = 2 bar de pressi i T1 = 20 C. Sescalfa laire sense deixar moure lmbol fins que la pressi augmenta fins a p2 = 4 bar, i desprs es desbloqueja lmbol fins a situar-se a x2 = 150 mm del fons, sense que vari la temperatura. Quin s el treball W total realitzat? Dibuixa el diagrama pV. Primer calculem els volums inicial i nal:</p> <p>8</p> <p>1V1 = V2 = </p> <p>SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE LALUMNE</p> <p>(0,1 m)2 D2 0,05 m = 0,3927 103 m3 h1 = 4 4 D2 (0,1 m)2 0,15 m = 1,178 103 m3 V3 = h2 = 4 4 Com que sescalfa laire sense deixar-lo expandir no hi ha treball, perqu s una transformaci iscora, noms saugmenta lenergia inte...</p>