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Resolución · PAU Convocatoria Extraordinaria Julio 2013 · Extraordinaria 2013
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 5 resultados comprobados en 1 apartado
- Revisión humana pendiente
La figura muestra una vista lateral y otra frontal de una máquina asadora de pollos. Está compuesta por un sistema de motorización, un sistema de transmisión, un sistema eléctrico de calor, un sistema electrónico de gobierno y un sistema de carga de pollos. [Figura: vista lateral con una cadena y ruedas dentadas (1) y, abajo, un motor con su soporte (2); vista frontal con una cámara de cristal con cinco varillas horizontales (espetones), un panel con botones a la izquierda (3), los extremos de las varillas con mango a la derecha (4) y una varilla interior (5).]
- a)Identificar cada uno de estos componentes según el esquema numerado. Indicar la función que cada uno de ellos realiza y sus características principales.
Apartado a
1. Transmisión (1)
Cadena y ruedas dentadas (piñones) que reparten el movimiento del motor a todos los espetones
1 = sistema de transmisión
Reduce la velocidad hasta unas pocas vueltas por minuto y hace que giren todos a la vez.
2. Motorización (2)
Motorreductor eléctrico en la base
2 = sistema de motorización
Da el par de giro continuo; el reductor adapta velocidad y par.
3. Gobierno (3)
Panel con interruptores, pilotos, temporizador y termostato
3 = sistema electrónico de gobierno
Conecta y desconecta resistencias y motor y regula la temperatura.
4. Carga de pollos (4)
Espetones o varillas giratorias con sus extremos de sujeción y mango, sobre los que se ensartan los pollos
4 = sistema de carga
Permiten girar los pollos para un asado uniforme. Acero inoxidable apto para alimentos.
5. Sistema eléctrico de calor (5)
Resistencias eléctricas (infrarrojos o de cuarzo) situadas junto a los espetones en el interior de la cámara
5 = sistema eléctrico de calor
Transforman la electricidad en calor por efecto Joule, P=I2R. Identificación según la figura (los números no llevan rótulo).
Respuesta final
1 transmisión por cadena, 2 motorización, 3 gobierno electrónico, 4 carga (espetones), 5 sistema eléctrico de calor (resistencias).
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 4 resultados comprobados en 2 apartados
- Revisión humana pendiente
Las imágenes representan una puerta trasera para camión con plataforma elevadora. [Figura: izquierda, vista en perspectiva de la plataforma plegada en vertical como puerta trasera, con su bastidor inferior, dos brazos con cilindros y barras tubulares en la parte inferior, con cinco marcas: 1 (barras tubulares inferiores), 2 y 5 (cilindros), 3 (zona del eje a la derecha) y 4 (plataforma). Derecha, tres perfiles del camión: plataforma que se despliega girando, desciende horizontal con la carga y sube hasta la caja.]
- a)Explicar el funcionamiento del sistema.
- b)Identificar sobre el dibujo los elementos siguientes: a) plataforma, b) cilindro elevador, c) cilindro de giro, d) parachoques y e) eje motorizado.
Apartado a
1. Plegada
En marcha, la plataforma está vertical contra la caja y actúa como puerta trasera
Posición de transporte
Se mantiene bloqueada por los cilindros.
2. Despliegue
El cilindro de giro la abate 90° y la deja horizontal; el cilindro elevador (con el brazo articulado de paralelogramo) la baja o sube manteniéndola paralela al suelo
Bajada y subida de la carga
Los cilindros reciben aceite de una central electrohidráulica alimentada por la batería del camión.
3. Apoyo y carga
Al tocar el suelo la plataforma se inclina para facilitar el acceso; se sube la carga hasta la altura de la caja y se vuelve a plegar
Ciclo completo
Un mando manual o con mando a distancia gobierna la secuencia.
Apartado b
1. Identificación
a) plataforma = 4; b) cilindro elevador = 5; c) cilindro de giro = 2; d) parachoques = 1 (barras tubulares inferiores); e) eje motorizado = 3
Identificación probable según la figura
Los números no siguen el orden de las letras. Los dos cilindros (2 y 5) se distinguen por su posición en el brazo; la figura no permite asegurar cuál es cuál.
Respuesta final
Plataforma plegada como puerta; el cilindro de giro la abate y el elevador la baja y sube en horizontal. Elementos: 4 plataforma, 5 y 2 cilindros, 1 parachoques, 3 eje.
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 5 resultados comprobados en 2 apartados
- Revisión humana pendiente
[Continuación del ejercicio práctico sobre la máquina asadora.]
- a)Indicar qué tipo de mecanismo de transmisión es el utilizado y qué función realiza en la máquina.
- b)Proponer dos alternativas al mecanismo de transmisión. Establecer una tabla comparativa resaltando las ventajas e inconvenientes de cada una de las propuestas e indicar cuál de ellas sería más adecuada.
Apartado a
1. Mecanismo utilizado
Transmisión por cadena entre ruedas dentadas (sprockets)
Cadena de rodillos
Transmite el giro del motor a todos los espetones, con relación i=nentrada/nsalida=zsalida/zentrada, y mantiene el sincronismo sin deslizamiento.
Apartado b
1. Alternativa 1: correa dentada
Correa de goma reforzada y poleas dentadas
Ventajas: silenciosa, sin lubricación y barata. Inconvenientes: la goma se degrada con el calor y la grasa de la cocción, menor vida útil y tensión necesaria
No adecuada cerca de las resistencias.
2. Alternativa 2: tren de engranajes
Ruedas dentadas de acero engranadas entre sí
Ventajas: robusto, preciso, sin deslizamiento y soporta el calor. Inconvenientes: más caro y pesado, ruido, exige alineación y lubricante apto para temperatura
Buena respuesta si hay presupuesto.
3. Cadena actual (referencia)
Cadena de rodillos de acero
Ventajas: soporta calor, es barata y salva distancias grandes entre ejes. Inconvenientes: ruido, necesita lubricación y tensado
Ya es la solución usada.
4. Elección
La más adecuada es una transmisión metálica: cadena o engranajes, no la correa. Entre las dos propuestas, el tren de engranajes por su fiabilidad a alta temperatura
Engranajes (o la cadena actual)
Se justifica por la temperatura de trabajo, el mantenimiento, el sincronismo y el coste.
Respuesta final
Cadena de rodillos con piñones que reparte el giro del motor a los espetones. Alternativas: correa dentada (no apta por el calor) y engranajes (robustos y precisos); la más adecuada: engranajes o cadena.
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 3 resultados comprobados en 1 apartado
- Revisión humana pendiente
[Continuación del ejercicio práctico sobre la plataforma elevadora.]
- a)Indicar dos posibles sistemas de accionamiento para el movimiento de dicha plataforma. Comentar brevemente las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos.
Apartado a
1. Electrohidráulico
Cilindros de doble efecto con bomba y motor eléctrico de 12 o 24 V alimentado por la batería del camión, depósito y válvulas
Ventajas: mucha fuerza (F=pS), arranque suave y parada precisa. Inconvenientes: fugas, mantenimiento, sensibilidad al frío y peso del grupo
Es la solución habitual en plataformas de camión.
2. Eléctrico mecánico
Motor eléctrico con reductor, y husillo o cadena que mueve el brazo
Ventajas: limpio, sin aceite y fácil de controlar. Inconvenientes: mayor coste para cargas altas, desgaste mecánico y consumo elevado de la batería
Adecuado para cargas medias.
3. Neumático
Cilindros alimentados por el aire comprimido del camión
Ventajas: limpio y aire disponible. Inconvenientes: poca fuerza y poca precisión por la compresibilidad del aire
No adecuado para cargas pesadas.
Respuesta final
Electrohidráulico (mucha fuerza, fugas) y eléctrico con husillo o cadena (limpio, más caro y de menos fuerza); el neumático queda para cargas ligeras.
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 4 resultados comprobados en 1 apartado
- Revisión humana pendiente
Cuestión 1.
- a)Para el sistema de motorización, indicar los motores eléctricos que podrían ser usados.
Apartado a
1. Motor de corriente continua
De imán permanente con reductor; la velocidad se regula con la tensión
Posible: velocidad ajustable
Puede necesitar rectificador o fuente.
2. Motor asíncrono de inducción
Monofásico (con condensador) o trifásico de jaula de ardilla, con reductor
Adecuado: robusto y barato
Velocidad casi constante; con variador se regula.
3. Otros
Motor síncrono, paso a paso o brushless (servo)
Posibles pero innecesarios
Más caros; solo si hace falta control fino de la posición.
4. Elección
Motorreductor asíncrono monofásico (220 V) o de CC de imán permanente, por la baja velocidad y el bajo coste
Más adecuado
Giro lento y continuo con bajo mantenimiento.
Respuesta final
Motor de CC, asíncrono (monofásico o trifásico), síncrono, paso a paso o brushless; el más adecuado: motorreductor asíncrono o de CC.
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 2 resultados comprobados en 1 apartado
- Revisión humana pendiente
Cuestión 1.
- a)¿Qué material se podría emplear para fabricar la plataforma? ¿Qué propiedades debería tener el material empleado?
Apartado a
1. Material
Aleación de aluminio (chapa lagrimada o perfil extruido) o acero estructural S355 galvanizado
Aluminio o acero
El aluminio reduce unos dos tercios el peso a igual volumen (ρ≈2700 frente a 7850 kg/m3) y aumenta la carga útil del camión.
2. Propiedades
Resistencia y rigidez a flexión (soporta cargas de cientos de kg), ligereza, resistencia a la corrosión y a la intemperie, superficie antideslizante, soldabilidad y tenacidad frente a golpes
Propiedades necesarias
El acero es más barato y resistente pero pesado y necesita protección anticorrosión.
Respuesta final
Aluminio (ligero, antideslizante, resistente a la corrosión) o acero galvanizado (más barato y resistente, pero pesado).
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 2 resultados comprobados en 1 apartado
- Revisión humana pendiente
Cuestión 2. Para el sistema de carga de los pollos se emplea una aleación metálica conformada.
- a)¿En qué consiste el conformado metálico? ¿Qué técnica sería la más adecuada para este caso?
Apartado a
1. Definición
Conjunto de procesos que dan forma al metal mediante deformación plástica o fusión y colada, sin eliminar material en forma de viruta
Cambio de forma sin arranque de viruta
Se clasifica en conformado por moldeo (fusión), por deformación plástica (forja, laminado, extrusión, trefilado, estampación, doblado), por sinterizado y por unión.
2. Técnica adecuada
Los espetones son varillas o alambres de acero inoxidable con tramos doblados: trefilado (o laminado y estirado) de la varilla y doblado o curvado en frío, con soldadura de las puntas
Trefilado + doblado en frío
El conformado en frío da buen acabado y precisión y aumenta la dureza por acritud; el inoxidable resiste el calor y es apto para alimentos.
Respuesta final
El conformado da forma al metal por deformación sin arrancar viruta; para los espetones, trefilado y doblado en frío de varilla de acero inoxidable.
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 3 resultados comprobados en 1 apartado
- Revisión humana pendiente
Cuestión 2. Se desea añadir un sistema que permita parar automáticamente el descenso de la plataforma en el momento en que alcanza el suelo.
- a)Enumerar diferentes sensores que podría emplear. Explicar las características y el principio de funcionamiento de uno de ellos.
Apartado a
1. Sensores posibles
Final de carrera mecánico (palpador o rodillo que toca el suelo), sensor ultrasónico de distancia, fotocélula de reflexión o sensor de fuerza o presión
Enumeración
El fin de carrera es sencillo y robusto; los demás miden sin contacto.
2. Principio del ultrasónico
Un emisor lanza pulsos de ultrasonidos (≈40 kHz) hacia el suelo y mide el tiempo t del eco: d=vt/2 con v≈343 m/s
d=vt/2
Si d=10 cm, t=2d/v≈0,58 ms.
3. Características
Alcance de unos cm a varios m, detecta casi cualquier superficie, salida analógica o todo-nada; se ensucia con barro y se afecta por el aire turbulento
Ventajas e inconvenientes
Al llegar a d≈0 el controlador corta la bomba o cierra la válvula de descenso.
Respuesta final
Final de carrera, ultrasonidos, fotocélula o sensor de fuerza. Ultrasonidos: d=vt/2; al llegar a d≈0 se detiene el descenso.
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 4 resultados comprobados en 1 apartado
- Revisión humana pendiente
Cuestión 3. Se desea controlar la temperatura del asador mediante un sistema de control. [Figura: lazo cerrado con la entrada 1, un sumador con realimentación negativa, la señal 2 hacia el bloque A, la señal 3 hacia el bloque B, la salida 4 y la señal 5 que vuelve por el bloque C al sumador.]
- a)Identificar cada una de las señales numeradas y cada bloque del sistema de control identificado con letras. Describir brevemente la función de cada uno de ellos.
Apartado a
1. Señales
1 = temperatura deseada (consigna o referencia); 2 = señal de error, e=consigna−medida (salida del comparador); 3 = señal de control o de mando (salida del regulador); 4 = temperatura real de la cámara (salida controlada); 5 = señal realimentada (medida del sensor)
Identificación de señales
El sumador compara 1 y 5: es una realimentación negativa.
2. Bloque A
Regulador o controlador (termostato, todo-nada o PID)
A = regulador
Procesa el error y decide la acción de mando: conecta o desconecta las resistencias.
3. Bloque B
Actuador y proceso: las resistencias con su relé calentando la cámara de asado
B = actuador + proceso (planta)
Transforma la señal de mando en calor y produce la temperatura de salida.
4. Bloque C
Sensor o transductor de temperatura (termopar, termistor o Pt100) con su acondicionador de señal
C = sensor (realimentación)
Mide la temperatura de salida y la convierte en una señal eléctrica comparable con la consigna.
Respuesta final
1 consigna, 2 error, 3 señal de control, 4 salida (temperatura), 5 señal medida realimentada; A regulador, B actuador y proceso, C sensor.
Comprobado con cálculo simbólico · revisión humana pendiente
Cálculo simbólico: un programa de álgebra (SymPy) rehace las cuentas con fracciones y raíces exactas y comprueba que el resultado coincide.
Cómo se comprobó
- Método: SymPy rehace los resultados exactos y comprueba que coinciden.
- 3 resultados comprobados en 1 apartado
- Revisión humana pendiente
Cuestión 3.
- a)Explicar brevemente qué es un microcontrolador y en qué se diferencia de un microprocesador.
Apartado a
1. Microprocesador
Circuito integrado que contiene solo la unidad central de proceso (unidad aritmético-lógica, registros y unidad de control); necesita memoria, entradas y salidas externas conectadas por buses
CPU sola
Ejemplo: el procesador de un ordenador personal.
2. Microcontrolador
Circuito integrado que reúne CPU, memoria de programa (flash) y de datos (RAM, EEPROM), entradas y salidas digitales y analógicas (conversor A/D), temporizadores y comunicaciones (UART, I2C…) en un solo chip
Computador en un chip
Ejemplos: PIC, ATmega de Arduino.
3. Diferencias
El microcontrolador es de bajo coste y consumo, programado para una sola tarea de control (embebido: lavadora, plataforma elevadora); el microprocesador es más potente y de uso general, pero el sistema resulta más caro y grande
Aplicación específica frente a general
En la plataforma, un microcontrolador leería los sensores y manejaría las válvulas y el motor.
Respuesta final
El microcontrolador integra CPU, memoria y periféricos en un chip para controlar un sistema; el microprocesador es solo la CPU y necesita memoria y periféricos externos.