Anexo

Los productos y la tecnología

ANEXO 3:Alternador - Funcionamiento de un generador eléctrico o grupo electrógeno

ANEXO II: CENTRALES DE CICLO COMBINADO

TUBINAS (ANEXO 1)

La turbinas son máquinas que motoras que debido a la compresibilidad de los fluidos transforman la energía hidraúlica  (diferencia de presiones) para generar un par motor en el eje de la máquina. Sus elementos clave son el distribuidor, rodete y difusor. El elemento principal es el rodete. Resulta complicado clasificar las turbinas pero se podrían diferenciar 2 grandes tipos de eje transversal y axial dependiendo la dirección del fluido y la del eje de la turbina. Atendiendo al tipo de fluido diferenciaríamos entre las turbinas de gas y las turbinas hidrúlicas. Y si las clasificamos según el tipo de rodete, tendriamos las Pelton, las Kaplan, las Francis las turbinas bombas y los grupos bulbo. Para centrales hidraúlicas y dependiendo del salto se utilizan las 3 primeras

1.- Turbina de gas

2.- Turbina Francis

3.- Turbina Kaplan

4.- Turbina Pelton

Las plantas de turbinas de vapor deben ser diseñadas y optimizar los parámetros de diseño y funcionamiento. Por ello, analizaremos la influencia de la presión, la temperatura del vapor vivo y la presión de condensación sobre el trabajo útil, la potencia y el rendimiento de la instalación.

1.- INFLUENCIA DE LA PRESIÓN DEL VAPOR A LA ENTRADA DE LA TURBINA

            Si partimos de presiones de vapor bajas el salto energético aumenta con la presión, debido a que la energía del vapor aumenta con la presión, en cambio la del líquido no. A presiones muy elevadas la energía del vapor empieza a disminuir, por lo que existirá un valor óptimo.

            Al aumentar la presión la temperatura media de aporte de calor es mayor, aumentando el rendimiento teorico.

            Finalmente el aumento de la presión sobre la cantidad de vapor es negativa. Al aumentar la presión el punto final del diagrama se encuentra cada vez más alejadode la línea de valor saturado aumentando la fracción húmeda.

2.- INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA DEL VAPOR VIVO.

            El aumento de la temperatura es beneficioso para el trabajo específico, para el rendimiento y reduce la fracción húmeda a la salida de la turbina. Sin embargo, la temperatura no se puede elevar todo lo que se desee por razones económicas y mecánicas, ya que se requieren materiales que resistan los esfuerzos a altas temperaturas. El límite se encuentra en unos 560ºC.

3.- INFLUENCIA DE LA PRESIÓN DE CONDENSACIÓN.

            El trabajo específico y el rendimiento aumentan conforme la presión de condensación disminuye, ya que el foco frío disminuye su temperatura. La humedad, por su parte, aumenta al disminuir la presión de condensación, lo que perjudica a la turbina.

            La tendencia deseada es reducir al máximo la presión de condensación por la mejora que experimentan la potencia y el rendimiento, ya que el aumento de la fracción húmeda se puede evitar, utilizando el ciclo con recalentamiento. El valor de la presión de condensación es tanto más bajo cuanto mejor sea el diseño del condensador, pero siempre será tal que la temperatura de saturación sea mayor que la ambiental.

6.- LOS METALES NO FÉRREOS

Aunque el rey indiscutible de los materiales de uso técnico es sin duda el acero, existen otras aleaciones y materiales metálicos con aplicaciones funcionales importantes. Esta lección está dedicado a ellos.

ACTIVIDADES

1.- Escriba un glosario con el vocabulario de esta lección.

2.- Repita el proyecto del cubo con latón/ y o aluminio.

3.- Busque en Internet información para hacer un informe comparativo entre las propiedades de las principales aleaciones metálicas incluidas las férreas.

5.- LOS METALES FÉRREOS

Los metales han formado parte de la historia de la Tecnología. El acero ha sido el rey de los materiales estructurales durante mucho tiempo. Por ello esta lección sea la más compleja. Es muy dificil condensar todos los conocimientos cientifico-tecnolígicos que hay detrás de los metales férreos.




ACTIVIDADES

1.- Si la curva de tracción de un material (cuadritos) es:

a) ¿Cuál es su límite elástico?
b) ¿Y su carga de rotura?
c) ¿Que sucede si la tensión es de 400 MPa?



2.- Una bola en un ensayo Charpy tiene una masa de 20 Kg se deja caer desde 1,5 m de altura y se hace chochar contra una probeta de 80 mm2. Después del choque la altura es 90 cm. ¿Cuál es el resultado del ensayo

4.- MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN

Prácticamente todos los materiales son de construcción. Sin embargo, los más representativos corresponden al grupo de los cerámicos. La madera también puede ser material de construcción, pero como ya ha sido tratada no se menciona en este post. Son muchos y muy variados. Además pueden ser objetos de muchas clasificaciones.

ACTIVIDADES

1.- Una columna de mármol tiene una altura de 3 m y una sección circular de 20 cm de diámetro. ¿Cuál es el máximo peso que puede soportar?

2.- Queremos construir una columna de hormigón de base cuadrada de 25 cm de lado y 4 m de altura. El hormigón utilizado posee una resistencia a la compresión de 60 MPa y contiene, por cada m3, 125 Kg de cemento, 510 litros de arena y 810 de grava. Halla

a) La cantidad de cada componente
b) Peso máximo que es capaz de soportar la columna

3.- Una columna cilíndrica de hormigón ( resistencia a la compresión 620 Kg/cm2), de 5 m de altura, debe soportar un peso de 500 toneladas. ¿Cuál ha de ser su diámetro mínimo?


SOLUCIONES

3.- LOS PLÁSTICOS

Los plásticos se han convertido en el material del futuro. Hoy en día se están desarrollando nuevos productos y creando los denominados materiales compuestos que combinan las propiedades de 2 o más grupos de materiales. Los materiales de diseño de hoy son denominados "a la carta" porque podemos seleccionar sus propiedades. En cualquier caso, los plásticos suelen ser parte de dicho "menu".





ACTIVIDADES

1.- Escriba un glosario con el vocabulario técnico utilizado en esta unidad

2.- Repita el proyecto del cubo con plástico.

3.- Utilizando instrumentos simples realice ensayos que les permita diferenciar los diferentes plásticos utilizados en nuestra vida cotidiana

2.- LA MADERA

Vamos a pasar a describir los materiales más  utilizados





ACTIVIDADES

1.- Busque en Internet propiedades sobre las maderas naturales y realice una presentación con dicha información.

2.- Dibuje diagramas de flujo mostrando el proceso de fabricación del papel

3.- Realice un poyecto para hacer un cubo de contrachapado.

4.- LOS PROCESOS DE UNIÓN

Ni que decir tiene que los objetos y creaciones tecnológicas, no se hacen de una sola pieza. Ya lo sabemos a través de nuestras experiencias en el taller. La unión es una de las etapas de la realización de los proyectos. En la mayoría de los casos se resolvía con una pistola de termofusible. Sin embargo, dichas uniones eran débiles y eso no se puede permitir en la vida real. En este capitulo vamos a estudiar los principales procedimientos de unión que son fundamentales para la funcionalidad de los objetos. Y con ello terminamos esta unidad didáctica.

ACTIVIDADES.

1.- Describa los tipos comunes de discontinuidades en las soldaduras.

            Las discontinuidades más comunes son la porosidad, las inclusiones de escoria, la fusión y penetración incompletas, las grietas, los esfuerzos residuales.

2.-- ¿Cómo se pueden evitar las inclusiones de escoria al soldar?

            Se pueden evitar las inclusiones de escoria con las siguientes medidas:

a) Limpiar la superficie de un cordón, antes de depositar la siguiente capa, con un cepillo de alambre (de mano o eléctrico)
b)      Proporcionar suficiente gas de protección.
c)      Rediseñar la unión para permitir el espacio suficiente para la correcta manipulación del botón de metal fundido de soldadura.

4.- Calcular la amplitud de la tolerancia para un ajuste, macho y hembra, que le corresponde un diámetro nominal de 60 mm, en las posiciones H7/h6 (ajuste deslizante), H7/j6 (ajuste indeterminado), H7/r6 (ajuste prensado). Expresar gráficamente el diagrama correspondiente. 

En le concepto de tolerancia hay 3 valores de interés el primero es el diámetro nominal de la pieza que en este caso es de 60 mm. Para conocer los valores de tolerancia correspondientes a dicho diámetro hay que consultar las tablas correspondientes a esta norma:

En dicha tabla aparecen dos entradas: El diametro nominal y la calidad de la tolerancia. Para el primer caso calidad H7/h6. Para el agujero el valor corresponde a H7 y en la tabla aparece 0 y +30. Para el eje h6 0 y -19. La letra H significa que las tolerancias se ajustan al diametro nominal. Los valores vienen dados en micras. Teniendo esto en consideración los valores de ajuste corresponden a 0 y 30 + 19 = 49 micras y la tolerancia correspondería a un ajuste con holgura, tal y como muestra la figura.

Para el caso H7/j6, el valor de tolerancia para el eje se modifica y ahora es +12 y -7, los valores hacen que los ajustes ahora serán 30-12 = 18 y -7 micras. Por un lado tenemos apriete y por el otro holgura.La unión es indeterminada

Y finalmente en el último caso H7/r6 para el eje +60 y +41. En este caso se trata de una uníón con ajuste que van desde 11 hasta 30.

3.- CONFORMADO POR ARRANQUE DE VIRUTA

Si os acordais del taller cuando cortamos madera usamos una sierra o segueta y se desprende "serrin". Es decir la viruta de la madera. En la industria esto no sea hace manualmente, se utilizan máquinas. Hoy el proceso está controlado por ordenador lo que hace que sea más barato, rápido, seguro y de mayor calidad. En este video se explican los contenidos básicos, que completaremos con algunas actividades y ejercicios numéricos.




ACTIVIDADES

1.- Cuál ha de ser la velocidad de giro en un torno de una pieza cilindrica de 20 mm de diámetro, si la velocidad de corte es de 18 m/min?

2.- En un torno cuyo rendimiento es del 90% la fuerza y la velocidad de corte son 4000 N y 22m/min. Hallar la potencia que se debe aplicar al motor de dicho torno.

3.- Si un torno debe cortar una viruta de 2 mm de profundidad con un avance de 1 mm por vuelta, obtén la potencia del torno. Velocidad 30 m/min, fuerza específica 2200 N/mm ²  y rendimiento 0,85.

4.- Se pretende dar una pasada en un torno a un cilindro de 500 mm de longitud y 100 mm de diámetro. La velocidad de corte es de 10 m/min, y el avance 2 mm por vuelta. Calcula el tiempo de mecanizado.

5.- Si con una broca de 20 mm de diámetro de acero rápido se pretende hacer un taladro de 80 mm de profundidad en en una pieza de acero dulce, obtener el tiempo de mecanizado.

6.- Calcula la potencia absorbida en una cepilladora de rendimiento 0,75, si la velocidad media de trabajo es de 10 m/min, la profundidad de pasada de 3 min y el avance de 0,5 min. Supóngase la fuerza específica de corte de 400 Kg/ mm ² , que la pieza pieza pesa 500 Kg y el carro 1500 Kg.


SOLUCIONES

2.- CONFORMADO POR DEFORMACIÓN PLÁSTICA

Este es el segundo video de este bloque de contenido. Se trata de la deformación plástica. Uno de los procedimientos de fabricación más antigüos.

ACTIVIDADES

1.- PROCESOS DE CONFORMADO

Uno de los grandes atractivos de la asignatura de Tecnología durante la ESO, es el método de proyectos. En nuestros proyectos se crean objetos que después se construyen. Para ello, hay que trazar, sujetar, cortar, ajustar, unir y acabar. En el mundo real, las tareas del sistema productivo se asemejan a las que hemos realizado en el taller. Los materiales deben convertirse en piezas y componentes de objetos mayores y más complejos. Para dar forma a los materiales no siempre se cortan, dependerá del tipo de material. Entre los materiales más utilizados en el sistema productivo actual se encuentran los metales y los procesos de conformado que vamos a describir, aunque se pueden aplicar a otros materiales, se refieren principalmente a los metales y más concretamente al acero. Sin embargo, muchos cerámicos utilizan técnicas de deformación plástica y cocción. Los plásticos se pueden conformado mediante moldeo o mediante técnicas de deformación plástica. 

Comenzaremos nuestra descripción por el moldeo. Este video resume los conceptos principales del conformado por moldeo.

ACTIVIDADES

1.- Las figuras que se muestran a continuación muestran defectos típicos de materiales fundidos. Indique qué procedimientos utilizaría para evitar dichos defectos.

a) Fractura debida a cambio de sección en un codo. Dicha medida podría ser provocada por un cambio en la velocidad del fluido. Una posibilidad sería cambiar el proceso de manufactura, evitando dicho cambio de sección y acabando la pieza con un proceso de mecanizado con una fresa. Otra forma sería colocar un enfriador en el codo, para evitar que se solidificase en dicho codo más rápido y con ello se evitaría la nucleacion de grietas que podrían dar lugar a dicha fractura.

b) El defecto de compuerta es debido a un mal diseño del rebosadero, que debería mejorarse aumentando el área de alimentación del metal fundido

c) Rechupe: Los rechupes típicos de la contracción en volumen de los líquidos al solidificarse se evitan colocando un rebosadero, cuyo diseño sea adecuado

d) El metal no llega a rellenar todos los huecos por falta de presión. Si se aumenta la temperatura del líquido se mejora su fluidez y podría rellenar todo el molde, llegando a las zonas más alejadas. Otra forma de eliminar dicho defecto podría añadir presión inyectando el metal fundido en la pieza con la finalidad de rellenar todo el molde.

2.- Se vacía el aluminio puro en un molde de arena. El nivel del metal en la copa del vaciado es de 8 pulgadas por encima del nivel del metal en el molde, y el canal de alimentación es circular con un diámetro de 0.5 pulgadas. ¿Cuál es la velocidad de flujo del metal en el molde? ¿Es flujo turbulento o laminar?

            Aplicando la ecuación de Bernoulli y despreciando las pérdidas por fricción interna, resulta que:

Sustituyendo y haciendo operaciones resulta que la velocidad es 2.01 m/s.

            En cuanto al número de Reynolds, resulta que

 Re=

 y debe ser menor de 2000. Es decir debe ser flujo laminar ya que de lo contrario se podrían dar lugar a graves defectos en la pieza.

3.- Una fundición redonda tiene 0.2m de diámetro y 0.5 m de longitud. Otra pieza de fundición del mismo metal es de sección transversal elíptica, con una relación entre ejes de 2. Si se funden en las mismas condiciones ¿Cuál es la diferencia de tiempos de solidificación de ambas piezas?

                    Con los datos del problema se puede calcular el área de las caras del cilindro. Considerando que el perímetro de la elipse es

 y teniendo en consideración que la relación entre a=2b, resulta que el eje menor es 1.44*r resultando por lo tanto 0.14 m. Con estas consideraciones ahora se pueden calcular las áreas de solidificación. Para el cilindro

que operando resulta 0.88 m². Para la elipse resulta , que operando resulta 0.6 m². Los tiempos de enfriamiento son inversamente proporcionales al cuadrado de las áreas, por ello es de 1.29 para el cilindro y 2.78 para la elipse.

(Nota las áreas y los perímeros de la elipse se pueden calcular mediante la integral de línea y la integral considerando la ecuación de la elipse.)

4.- Tres piezas de metal que se están fundiendo tienen el mismo volumen pero formas distintas;  una es una esfera, otra un cubo y la otra un cilindro de altura igual a su diámetro ¿Qué pieza se solidificará más deprisa?

            El tiempo de solidificación viene dado por la relación al cuadrado entre el volumen y su superficie, si se establecen dichos parámetros para cada tipo de pieza resultará:

     Para comparar las 3 piezas se considera a=1 (arista del cubo). Como el volumen es el mismo, podremos hallar el resto de los parámetros, y se pueden establecer los tiempos de solidificación