sábado, 23 de noviembre de 2013

Ejercicios resueltos de materiales I

Ejercicio 1 - Examen 6 (2006)

Dibuje el diagrama de equilibrio que forman los metales Ag y Cu, cuyos puntos de fusión son 962ºC y 1084ºC respectivamente. Estos metales forman un eutéctico a 780ºC con el 28% de Cu, siendo sus solubilidades máximas a 780ºC, del 9% de Cu en Ag y del 8% de Ag en Cu. Al bajar la temperatura desde el eutéctico, ambas solubilidades disminuyen hasta ser casi nulas a la temperatura ambiente.
Localice en el diagrama las líneas de líquidus y sólidus ¿Cuántas fases están presentes donde esas líneas se cortan?

Solución

En el lugar donde las líneas de líquidus y sólidus se cortan, en el punto E, tenemos de forma simultánea 3 fases: 
  • fase sólida alfa (Ag disuelta en Cu) 
  • fase sólida beta (Cu disuelto en Ag) 
  • fase líquida.
Ejercicio 2 - Examen 1 (2007)

De un lingote de una fundición gris ferrítica se extraen dos muestras, una para análisis químico y otra para su observación en el microscopio metalográfico. El análisis indica un contenido en carbono del 4%. Suponiendo que el carbono disuelto en la ferrita a temperatura ambiente sea despreciable, se desea saber:
  1. ¿Qué fases se observan a temperatura ambiente en el microscopio? Dibuje un esquema aproximado de su microestructura
  2. ¿Qué cantidad habría de cada una de ellas, expresada en porcentaje en peso?

Solución

1.- A temperatura ambiente en el microscopio se observarán hojuelas de grafito en una matriz ferrítica, es decir, encontraremos dos fases, carbono sólido (grafito) e hierro sólido con un sistema cúbico centrado en el cuerpo (ferrita). Gráficamente:


2.- Para determinar la cantidad relativa de cada una, aplicamos la regla de la palanca:
  

Ejercicio 3 - Examen 6 (2007)

En un ensayo Charpy la maza de 30 kg ha caído desde una altura de 100 cm y, después de romper la probeta de sección cuadrada de 10 mm de lado y 2 mm de profundidad dela entalla, se ha elevado hasta una altura de 60 cm.
  1. Dibuje el esquema del ensayo y calcule la energía empleada en la rotura. 
  2. Calcule la resiliencia del material de la probeta.
  3. Desde el punto de vista de la microestructura y las propiedades mecánicas, indique las diferencias más importantes entre las fundiciones blancas y grises. 
Solución

1.- El esquema del ensayo es el siguiente

Para determinar la energía empleada en la rotura, calculamos la energía que tenía el péndulo antes y después de romper la probeta. Su diferencia será la energía empleada en la rotura

E1 = m·g·h1  = 30 · 9,81 · 1 = 294,3 J

E2 = m·g·h2  = 30 · 9,81 · 0,6 = 176,58 J

W = E1 - E2 = 117,72 J

2.- La resiliencia se obtiene dividiendo la energía empleada en la rotura entre la sección de la probeta.

S0 =  l · (l - e) = 0,01 · (0,01 - 0,002) = 0,00008 m2

KCV = W / S0 = 117,72 J / 0,00008 m2 = 1 471 500 J / m2


Ejercicio 4 - Examen 4 (2009)

Entre las características mecánicas suministradas por un fabricante de aleaciones de cobre se encuentra un latón de módulo elástico 10,3 · 104 MPa y límite elástico 345 MPa. Determine
  1. La máxima fuerza que podría aplicarse a una probeta de 130 mm2 de sección sin que se produzca deformación plástica en el material
  2. Si la longitud de la probeta anterior fuera de 76 mm, ¿Cuál sería la máxima longitud a la que se podría estirar sin que sufriera deformación plástica?

Solución

1.- Para que no llegue a producirse deformación plástica, no se debe superar el límite elástico


σ = F / S    →     F = σ · S  =  345·106 Pa  ·  130·10-6 m2    →   F = 44850 N

2.- Si no se produce deformación plástica, la tensión no debe superar el límite elástico


σ = ε · E    →   ε = σ / E = 345·106 Pa  /  10,3·104 ·106 Pa  =  0,00335

ε = (l - l0 )  /  l0    →  l =  l0 · (1 + ε) = 76 · ( 1 + 0,00335) = 76,254 mm.


Ejercicio 5 - Examen 3 (2013)

Sabiendo del diagrama hierro-carbono, que la composición de la cementita es de 6,67 %C, la del eutectoide 0,8 %C, la de la austenita 2 %C (a la temperatura eutéctica), la de la ferrita 0,02 %C y la del eutéctico 4,3%C. Se pide:
  1. Determinar el tanto por ciento de cementita que contiene el eutéctico 
  2. Determinar el tanto por ciento de ferrita que contiene el eutectoide
  3. Explicar las transformaciones eutectoide y eutéctica, así como los grados de libertad del sistema en esos puntos
Solución

1.- En el punto eutéctico nos encontramos con que la fase líquida se transforma a temperatura constante en austenita (Feγ) y cementita (Fe3C). Para obtener la cantidad de cementita formada aplicamos la regla de la palanca. Gráficamente:



2.- En el punto eutectoide nos encontramos con que la austenita se transforma a temperatura constante en ferrita (Fe) y cementita. Para obtener la cantidad de ferrita formada aplicamos la regla de la palanca. Gráficamente:



3.- Las transformaciones se han explicado en los puntos anteriores. En ambos puntos no tenemos ningún grado de libertad. La regla de Gibbs para un proceso industrial que se verifica a presión atmosférica es
G = C + 1 - F = 2 + 1 - 3 = 0

lunes, 27 de mayo de 2013

Cuestiones de Control y Automatización



A continuación están las preguntas que tenéis que entregar resueltas el próximo 31 de mayo.

  • En un sistema de control, ¿Qué se entiende por perturbación? Cite algún ejemplo
  • Dibuje el diagrama de bloques de un sistema de control en lazo cerrado e indique el bloque que representaría un cilindro neumático.
  • En un circuito de control, ¿Qué representa la función de transferencia?
  • Las funciones de transferencia de un sistema de control de lazo cerrado son las siguientes: planta (G), realimentación (H) y controlador (C). Dibuje el diagrama de bloques de dicho sistema y obtenga la función de transferencia global entre la salida y la entrada
  • En un sistema de control, ¿Cuál es la función del comparador o detector de error? ¿En qué tipo de sistemas se utiliza?
  • Diferencias entre sistemas de control en lazo abierto y lazo cerrado. Poner un ejemplo real de aplicación de cada uno de ellos.
  • Dibuje el diagrama de bloques de un sistema de control en lazo cerrado, indicando el nombre de los bloques y las variables de entrada y salida de cada uno.
  • Explique el principio de funcionamiento de un termopar y su aplicación en los circuitos de control.
  • Para un controlador proporcional e integral, explique brevemente el principio de funcionamiento y la diferencia entre ambas acciones
  • Defina los conceptos de sensor, transductor, comparador y actuador, referidos a un sistema de control.
¡Suerte con las recuperaciones!

domingo, 3 de marzo de 2013

Ejercicios de Electrónica Digital I

Para aquellos alumnos que hayáis decidido hacer los ejercicios propuestos en clase y tengáis alguna dificultad en su resolución, os dejo la resolución de los mismos en los siguientes enlaces.

Si a pesar de ver los ejercicios resueltos tenéis alguna duda, no seáis tontos y preguntad en clase.