problemas tecnología industrial ii

Problemas Tecnología Industrial II.
Máquinas. 1
PROBLEMAS TECNOLOGÍA INDUSTRIAL II. MÁQUINAS.
1) En un proceso se ha suministrado a un sistema 15000 cal. Si el sistema realiza un trabajo de
8000 J, calcula la variación de la energía interna del sistema durante el proceso.
2) Halla el trabajo realizado por un gas cuando se expansiona isotérmicamente desde 2 litros a
5 atm hasta 30 l. Calcula la presión final.
3) Un gas experimenta la transformación representada en el diagrama P-V de la figura. Calcula
el trabajo realizado por el gas.
4) De acuerdo al segundo principio de la termodinámica:
a) Explique el fundamento del funcionamiento de los motores térmicos.
b) Explique el fundamento del funcionamiento de las máquinas frigoríficas.
5) Un motor de 16 CV eleva un montacargas de 500 Kg. A 50 m de altura en 25 s. Calcula:
a) Trabajo útil
b) Potencia útil
c) Rendimiento
6) Se emplea un elevador para subir una carga de 800 kg al séptimo piso de una vivienda con
planta baja. Conociendo que cada piso tiene una altura de 3 m, que el elevador asciende a
una velocidad constante de 1,5 m/s y que la potencia consumida por el motor del elevador
durante el ascenso de la carga es 15 kW, calcule:
a) El trabajo realizado por el elevador.
b) La potencia útil del motor.
c) El rendimiento del motor.
7) Una bomba accionada por un motor eléctrico ha elevado 100 m 3 de agua a una altura de 20
m en 20 min. Si el motor tiene una potencia de 25 CV, calcula:
a) Trabajo útil
b) Rendimiento
8) Un motor quema 1 Kg. de combustible con un poder calorífico de 500 Kcal./Kg. y eleva
4000 Kg. de agua a 40 m de altura. Calcula el % de calor que se ha transformado en trabajo.
9) Un automóvil de 1000 Kg. de masa aprovecha el 20% de la energía producida en la
combustión de gasolina. Si el coche partió del reposo y alcanzó la velocidad de 36 Km./h,
calcula:
a) Energía útil
b) Energía total consumida
c) Cantidad de gasolina gastada (El calor de combustión de la gasolina es de 104 cal/g)
10) Un vehículo con una masa de 950 kg aprovecha el 35% de la energía liberada en la
combustión del gasóleo que emplea como combustible. Sabiendo que alcanza una
velocidad final de 100 km/h partiendo del reposo y ascendiendo a una altura de 25
m sobre la posición en la que arranca, calcule:
a) El trabajo mecánico realizado por el vehículo.
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b) La cantidad de combustible consumido, conociendo que su calor de combustión es de
42.000 kJ/kg.
11) Un automóvil consume, por cada 100 Km. recorridos, 10,5 l de un combustible de potencia
calorífica igual a 12000 Kcal./l cuando sube una pendiente del 10%. Con una velocidad de
70 Km./h. Sabiendo que el peso del automóvil es de 900 Kg. y que el diámetro de las ruedas
es de 76 cm., calcula:
a) Par de giro en cada una de las dos ruedas motrices
b) Potencia útil desarrollada por el motor
c) Rendimiento del conjunto del motor
12) Conteste las siguientes cuestiones:
a) Dé una definición de motor térmico
b) Indique al menos dos de los posibles orígenes de la energía utilizada por este tipo de
motor
c) Indique cual es la denominación que reciben los motores de combustión en función de
dónde se realice la combustión, y cite, al menos, un ejemplo de cada clase
13) De acuerdo al segundo principio de la termodinámica:
a) Explique el fundamento del funcionamiento de los motores térmicos.
b) Explique el fundamento del funcionamiento de las máquinas frigoríficas.
14) Calcular el rendimiento máximo que tendría un motor térmico funcionando entre un foco
caliente de 60º C y uno frío de –15º C
15) Una máquina térmica funciona de acuerdo con un ciclo de Carnot perfecto entre las
temperaturas T1=256ºC y T2=77ºC. Si el calor tomado del foco caliente es de 1350 J,
determinar:
a)
b)
c)
d)
Rendimiento de la máquina
Calor aportado al foco frío
Trabajo realizado
Temperatura del foco frío si se desea conseguir un rendimiento del ciclo del 56%
16) De un motor de combustión interna de cuatro tiempos y cuatro cilindros, funcionando según
el ciclo de Diesel, se tienen los siguientes datos: Diámetro x Carrera (mm) = 85 x 90,
Relación de compresión, 25:1. Calcular:
a) Cilindrada total
b) Volumen de combustión
c) Presión y temperatura en el interior de cada cilindro después de la compresión, si la
presión inicial es de una atmósfera y la temperatura de 85º C.
d) Rendimiento teórico del motor
Dato: γ = 1,405
17) De un motor de combustión interna de cuatro tiempos y 6 cilindros, funcionando según el
ciclo de Otto, se tienen los siguientes datos: Diámetro x Carrera (mm) = 75 x 85, relación de
compresión, 11:1. El coche sube una pendiente del 12 %. Sabiendo que el motor suministra
una potencia de 70 CV a esa velocidad, que se transmite en un 90 % a dos ruedas motrices
de 40 cm. de radio, calcular:
a) Cilindrada total
b) Volumen de combustión
c) Presión y temperatura en el interior de cada cilindro después de la compresión, si la
presión inicial es de una atmósfera y la temperatura de 90º C.
d) Rendimiento teórico del motor
e) Velocidad máxima de ascensión, en Km./h
f) Par en cada una de las ruedas motrices
g) Consumo horario de combustible en estas condiciones (en l/h).
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Datos: γ = 1,33. Poder calorífico de la gasolina, 9900 Kcal./Kg. Densidad de la gasolina,
0,75 Kg./l
18) Un motor de automóvil cuya potencia útil es de 70 CV consume 10 l de gasolina por hora.
El poder calorífico de la gasolina es de 9900 Kcal./Kg. y la densidad de 0,75 Kg./l. Calcular
el rendimiento del motor.
19) Obtener el rendimiento de un motor que consume durante 1 hora 182 Kg. de combustible
para motores diesel, cuyo poder calorífico es de 42500 KJ/Kg., siendo la potencia útil de
880 KW.
20) Un coche de 1150 Kg. de masa acelera de 75 a 130 Km./h en 7 s. Si el rendimiento del
motor de gasolina es de un 22,5% y el calor de combustión de la gasolina es de 4·10 4 J/g,
determinar:
a)
b)
c)
d)
Energía suministrada por el motor convertida en trabajo mecánico
Energía total producida
Consumo de gasolina
Par motor aplicado, si la velocidad de giro del motor fue de 4100 r.p.m.
21)
a) Establecer una clasificación de motores térmicos
b) Definir el concepto de par motor
22) Se desea climatizar una nave a 24ºC mediante una bomba de calor de 2 Kw. de potencia. Si
la temperatura exterior es de 5º C y la bomba funciona según un ciclo de Carnot reversible,
determinar:
a) Eficiencia de la bomba de calor
b) Calor aportado al foco caliente
c) Calor sustraído al foco frío
23) El sistema de calefacción de una casa utiliza una bomba de calor que introduce 8000 Kcal./h
y utiliza un compresor de 1 kW. Calcular
a) La eficiencia de la bomba de calor
b) El calor tomado del exterior, en Kcal./h
24) Un local prefabricado situado en una zona donde la temperatura media en el exterior es de
5ºC requiere el empleo de una bomba de calor de 8 Kw. de potencia para mantener la
temperatura en su interior a 22ºC. Sabiendo que la bomba de calor funciona de acuerdo a un
ciclo de Carnot reversible, calcular:
a) La eficiencia de la máquina.
b) El calor aportado al interior del local.
c) El calor retirado del exterior.
25) 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
16ºC. 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 32ºC en verano y la
eficiencia de la máquina térmica en la época de invierno es de 32,1. calcular:
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.
26) Una máquina frigorífica de 1,5 Kw. de potencia mantiene una temperatura en su interior de
1°C, funcionando de acuerdo al Ciclo de Carnot. Considerando que el valor de la
temperatura en el exterior de la máquina se mantiene constante en 18°C, calcule:
a) El rendimiento de la máquina
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b) El calor eliminado por unidad de tiempo del interior del frigorífico
c) El calor aportado por unidad de tiempo al exterior del frigorífico
27)
a) Explique el motivo por el que en todo motor eléctrico la potencia útil es siempre menor
que la potencia absorbida.
b) Indique los tres tipos de pérdida de potencia que pueden producirse en un motor y
señale en qué partes del motor se produce cada una de ellas.
28)
a) Indique cuales son las partes de los motores eléctricos en las que se producen las
pérdidas de potencia.
b) Explique la forma de invertir el sentido de giro de un motor eléctrico de corriente
continua y su fundamento físico.
29) Un motor serie de corriente continua posee una resistencia en el inducido de 0,2 Ω. La
resistencia del devanado de excitación es de 0,1 Ω. La tensión de línea es de 220 V y la fem
inducida de 215 V. Determinar:
a) La intensidad absorbida en el arranque
b) La intensidad nominal de la línea.
c) La resistencia a conectar para reducir la intensidad de arranque al doble de la nominal.
30) Un motor eléctrico se alimenta a 12 V y consume 20 A cuando gira a 1200 rpm. Si su
resistencia interna es de 0,1 Ω, calcular:
a)
b)
c)
d)
e)
La fem inducida.
Potencia absorbida, potencia útil y rendimiento, despreciando las pérdidas.
Intensidad de arranque
Resistencia en el reostato para que la intensidad de arranque sea 1,5 veces la nominal
Par nominal y par de arranque.
31) A un motor de corriente continua y excitación serie se le aplica una tensión de 250V. Su
fem inducida es de 240 V, y la intensidad nominal de 20 A cuando gira a 1200 rpm. Se sabe
también que Ri=Re. Calcular:
a) Re y Ri
b) La Potencia absorbida
c) El rendimiento si las pérdidas en el hierro son de 100 W y despreciamos las pérdidas
mecánicas.
d) El par nominal
e) Velocidad del motor si el par resistente aumenta al doble del valor actual
32) De un motor serie de 22 CV se conocen los siguientes datos: Ri=0,25 Ω, Re=0,25 Ω; la
tensión de alimentación es de 220 V y la intensidad de corriente que absorbe la línea es de
100 A, para una velocidad 1200 rpm. Calcular:
a) El rendimiento de la máquina.
b) Las pérdidas en el cobre y la suma de las pérdidas en el hierro y las mecánicas.
c) El par motor nominal.
33) Un motor de corriente continua conectado en serie tiene una resistencia interna de 0,3 Ω. La
tensión nominal del motor es de 240 V y la corriente nominal de 20 A. Calcular:
a)
b)
c)
d)
La potencia absorbida
La fuerza contraelectromotriz
La intensidad de arranque
La resistencia que es necesario poner en serie en el arranque para que la intensidad de
arranque sea 2,5 veces la nominal
34) Un motor de corriente continua con excitación en serie funciona conectado a una fuente de
tensión de 240 V, con una intensidad de 145 A. Si las resistencias correspondientes al
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inducido y al devanado de excitación son de 0,42 y 0,18 Ω respectivamente, y el motor gira
a una velocidad de 2100 rpm. Determinar:
a)
b)
c)
d)
La fuerza contraelectromotriz
La potencia útil
El rendimiento del motor
El par motor
35) Un motor de corriente continua, con las bobinas de los devanados del motor y del estátor
conectados en serie, tiene una resistencia interna de 7 Ω considerando ambos devanados. El
motor se encuentra conectado a una tensión de 240 V y funciona a plena carga. Si la
intensidad de corriente es de 8 A, Calcular:
a)
b)
c)
d)
¿Cuál es la fuerza contraelectromotriz del motor?
¿Cuál es la potencia suministrada al motor?
¿Qué cantidad de energía se disipa por unidad de tiempo en el motor?
¿Cuál es la potencia mecánica desarrollada?
36) Un motor de corriente continua conectado en serie está alimentado a 220 V y desarrolla una
potencia útil de 3 KW. Las pérdidas en el cobre son de 1 KW y el resto de las pérdidas se
considera despreciable. Calcular:
a)
b)
c)
d)
La potencia absorbida en la red y el rendimiento
La intensidad en el inductor y en el inducido
La resistencia interna del motor
La fuerza contraelectromotriz
37) Al poner en marcha un motor de corriente continua, con las bobinas inductoras y las
inducidas conectadas en serie, el valor de la fuerza electromotriz en el motor es de 180 V.
Conociendo que la línea de corriente a la que se encuentra conectado tiene una tensión de
220 V y que la intensidad decorriente es de 5 A cuando funciona a plena carga, calcule:
a)
b)
c)
d)
La potencia suministrada al motor.
La resistencia interna total del motor.
La energía disipada por unidad de tiempo en el motor.
La potencia mecánica desarrollada.
38) Un motor derivación tiene las siguientes características: Re=200Ω, Ri =0,5 Ω, Pú=5 Kw.,
η=80 %, UL=200V y n= 2200 rpm. Calcular:
a)
b)
c)
d)
La intensidad nominal
La fem
La intensidad de arranque
Velocidad del reostato del circuito del inducido para limitar la I de arranque a 2,5 veces
la nominal.
e) Velocidad de giro para 05 y 2 veces la intensidad nominal.
39) Un motor derivación es alimentado a una tensión de 120 V. De la línea absorbe una
potencia de 3,6 Kw. y gira a 1200 rpm. La resistencia del devanado del inductor es de 30 Ω
y el rendimiento del 80 %. Calcular
a) fem
b) Resistencia del inducido
c) Par suministrado
40) Un motor de corriente continua tipo derivación de 220 V gira a 1500 rpm. La resistencia del
inducido es de 0,5 Ω, la del circuito de excitación vale 176 Ω. La potencia absorbida en la
red vale 3300 kW.
a) Dibuja el esquema de conexiones del motor.
b) Calcular la corriente de arranque
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c) Calcular el valor del reostato de arranque a conectar, en serie con el devanado del
inducido, para limitar la intensidad de arranque al doble de la nominal.
d) Velocidad del motor para 0,5 y 3 veces la nueva intensidad de arranque
41) Un motor de corriente continua de excitación derivación es alimentado por una línea de
500 V y consume de la red una potencia de 8 kW. Sabiendo que la resistencia del inducido
es de 0,5 Ω, que la del inductor es de 125 Ω, y que arrastra una carga a 100rpm, determinar:
a) La fem
b) La potencia mecánica suministrada al eje de carga
c) El par motor suministrado
42) Un motor de corriente continua de excitación derivación es alimentado por una tensión de
120 V. Por su devanado inducido circula una corriente de 25 A cuando gira a 1000 rpm. Se
sabe que la resistencia del inducido es de 0,5 Ω, y que la del inductor es de 120 Ω.
Determinar:
a)
b)
c)
d)
La fem
La potencia y el par suministrado
La corriente de línea y el rendimiento.
El par suministrado por el motor y el rendimiento.
43) Una atracción de feria eleva una masa de 1600 Kg. a 12 m alcanzando una velocidad de 2
m·s-1 mediante la acción de un motor eléctrico, durante 16 s. Si el rendimiento es del 61 %,
determinar:
a) Trabajo realizado por el motor
b) Potencia útil
c) Potencia absorbida por el motor
44) Un edificio dispone de un ascensor impulsado por un motor eléctrico de corriente continua
que es capaz de elevar una carga de 750 Kg. a una altura de 21 m en 14 s. Conociendo que
el motor se encuentra conectado a una fuente de tensión de 220 V, y que la potencia
consumida por el motor eléctrico es 14080 W, calcule:
a)
b)
c)
d)
La intensidad de corriente.
El trabajo realizado por el motor.
La potencia útil del motor.
El rendimiento del motor.
Dato: g = 10 m/s2
45) El sistema de apertura-cierre de la puerta de un garaje se acciona con un motor de corriente
continua de 220 V y un engranaje reductor de relación 50:1 al que va acoplado una cadena.
El diámetro del engranaje de la cadena es de 0,12 m. La puerta tiene una masa de 50 Kg. y
es elevada con una velocidad de 0,2 m · s –1. El motor absorbe 20 A. Las pérdidas en el
engranaje son del 5 por 100 y 50 vatios en el resto del sistema. Calcular:
a) Velocidad de giro del motor.
b) Potencia útil del motor. Rendimiento en porcentaje.
46) Una bomba empleada para el trasiego de líquidos entre depósitos es accionada por un motor
de corriente continua, con las bobinas inductoras y las inducidas conectadas en serie, de
forma que cuando la bomba se pone en marcha la fuerza electromotriz en el motor es de 200
V y que la intensidad de corriente es de 4 A cuando funciona a plena carga, calcular:
a)
b)
c)
d)
Resistencia interna total del motor.
Potencia suministrada al motor.
Energía disipada por unidad de tiempo en el motor.
Potencia mecánica desarrollada.
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47) Un motor de corriente continua de 20 KW se alimenta a 400 V y consume 65 A cuando gira
a 900 rpm. La corriente en el arranque está limitada a 1,5 veces la corriente nominal.
Calcular:
a) El rendimiento del motor
b) El par nominal
c) El par de arranque
48) Un montacargas de una obra, provisto de un motor eléctrico de corriente continua, eleva una
carga de cemento de 2100 Kg. a una altura de 22 m en 51 s. Si se conecta a una fuente de
240 V y la intensidad de corriente es de 45 A, determinar:
a)
b)
c)
d)
Trabajo útil realizado.
Potencia absorbida
Potencia útil
Rendimiento
49) 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:
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
a)
50) 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)
b)
c)
d)
a) La intensidad de corriente.
b) El trabajo realizado por el montacargas.
c) La potencia útil del motor.
d) El rendimiento del motor.
51) Un motor eléctrico de corriente continua se conecta a una línea de 220 V y 35 A. Este motor
eleva un ascensor de 2500 Kg. a una altura de 21 m en 180 s. Determinar.
a)
b)
c)
d)
Trabajo útil realizado
Potencia absorbida
Potencia útil
Rendimiento
52) Un motor de 10 Kw. con 3 pares de polos está conectado a una red de 50 Hz y gira a 980
r.p.m. Determinar:
a) El par motor
b) El deslizamiento
53) Un motor eléctrico trifásico de 120 Kw. de potencia útil y un rendimiento del 81% se
conecta a una tensión de línea de 420 V. Sabiendo que su factor de potencia es 0,91 y el
bobinado se encuentra conectado en estrella, calcular:
a)
b)
c)
d)
Potencia activa
Potencia reactiva
Potencia aparente
Intensidad de línea
54) Un motor trifásico conectado en estrella está alimentado a 380 V. La intensidad de fase es
50 A y el factor de potencia es 0,8. Suponiendo las pérdidas despreciables, calcular:
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a) La tensión de línea y la tensión de fase
b) Las potencias activa, reactiva y aparente
55)
a) ¿En qué consiste el arranque estrella-triángulo de los motores trifásicos?
b) Dibujar un esquema de una conexión estrella-triángulo, señalando los terminales de los
arrollamientos con su denominación habitual y la forma en que se deben conectar.
56) Conteste, razonando la respuesta, las siguientes cuestiones:
a) Explique cual es el contenido de las cajas de conexiones, o bornes, de los motores
asíncronos
b) Explique cómo debe realizarse la conexión entre las bobinas inductoras y la red
eléctrica para que el motor arranque en estrella y para que arranque en triángulo
c) Explique en qué consiste el arranque estrella-triángulo
57) Un motor trifásico de 60 Kw., tensión 220/380, tiene un factor de potencia de 0,75 y un
rendimiento del 80%. Calcular:
a) Las potencias activa, reactiva y aparente
b) La intensidad de línea y de fase cuando se conecta a una línea de 220 V
58) Un motor de inducción de 2 pares de polos se conecta a una red de 50 Hz. El motor
desarrolla una potencia útil en el eje de 20 Kw. con un deslizamiento del 5%. Calcular:
a) La velocidad de giro del motor, en r.p.m.
b) El par motor
59) En una presa se hace descender agua desde una altura de 50 m a razón de 10 m3/s hasta un
generador trifásico conectado en estrella que proporciona una tensión de 100 kV. Las
pérdidas por rozamiento en el conjunto son del 30%. Calcular:
a) La potencia que suministra el generador
b) La intensidad de línea proporcionada por el generador si el factor de potencia es de 0,95
60) Un motor de inducción de 3 pares de polos se conecta a una red de 50Hz. El motor gira a
940 r.p.m. y desarrolla un par útil de 100 N·m. Calcular:
a) La potencia útil
b) La velocidad síncrona
c) El deslizamiento
61) Un motor de corriente alterna monofásico de 220 V absorbe una corriente de 10 A y
desarrolla una potencia de 1,5 Kw. con un rendimiento del 75%. Determinar:
a) La potencia absorbida de la red
b) El factor de potencia
c) El par motor si gira a 900 r.p.m.
62) Un motor de 67 Kw. de potencia útil y rendimiento del 72% se conecta a una tensión de
línea de 380V. Si su factor de potencia es 0,9 y su bobinado presenta una conexión en
estrella en su placa de bornes, calcular:
a)
b)
c)
d)
Potencia activa
Potencia aparente
Potencia reactiva
Intensidad de fase