Motores y máquinas térmicas · Tecnología e Ingeniería (con soluciones)

PAU Comunitat Valenciana · 29 ejercicios, del más reciente al más antiguo

1. 2026 · Extraordinaria 2026 · Ejercicio 3A · Opción A
Para la producción de agua caliente sanitaria (ACS) se utiliza un termo eléctrico que posee una resistencia calefactora de 26.45 Ω y que está conectado a la red eléctrica de 230 V. Fórmulas facilitadas: $η = 1 - T_{f} / T_{c}$ ; $C O P_{r e f} = T_{f} / (T_{c} - T_{f})$ ; $C O P_{b c} = T_{c} / (T_{c} - T_{f})$
- a)Calcular la potencia consumida por el termo eléctrico original en vatios (W), que es con la que calienta el agua.
- b)Se sustituye por un nuevo aerotermo que se considera una bomba de calor que funciona según un ciclo de Carnot ideal que trabaja con un foco caliente (el agua) que está a Tª = 55 °C y un foco frío (ambiente) que está a Tª = 15 °C. Si debe aportar al agua la misma potencia calorífica que el termo original, calcular la potencia eléctrica que consumiría el aerotermo. Justificar la respuesta calculando primero el coeficiente de rendimiento (COP) de la bomba de calor.
- c)El depósito del termo cuenta con un ánodo de sacrificio de magnesio. Explicar brevemente cuál es su función técnica y por qué es necesario en este tipo de instalaciones.
Apartado a
1. 1. Potencia del termo
  $P = \frac{V ^{2}}{R} = \frac{23 0 ^{2}}{26 , 45}$
  $P = 2000$ W
Apartado b
1. 1. Temperaturas en kelvin
  $T_{c} = 55 + 273, 15 = 328, 15$ K; $T_{f} = 15 + 273, 15 = 288, 15$ K
  —
2. 2. COP de la bomba de calor
  Es una bomba de calor (se aprovecha el foco caliente): $C O P_{b c} = \frac{T _{c}}{T _{c} - T _{f}} = \frac{328 , 15}{40}$
  $C O P_{b c} = 8, 20$
3. 3. Potencia eléctrica del aerotermo
  $C O P_{b c} = \frac{Q _{c}}{W} \Rightarrow W = \frac{Q _{c}}{C O P _{b c}} = \frac{2000}{8 , 20}$
  $W = 244$ W
Apartado c
1. 1. Ánodo de sacrificio
  El magnesio es menos noble (potencial más negativo) que el acero del depósito: en el par galvánico se oxida él y protege al acero (protección catódica)
  Evita la corrosión del depósito
Respuesta final: $P = 2000$ W; $C O P = 8, 20$ ; $W = 244$ W; el ánodo de Mg se corroe en lugar del acero (protección catódica).
2. 2026 · Ordinaria 2026 · Ejercicio 4A · Opción A
Se quiere instalar una nevera solar en una casa de campo sin conexión a la red eléctrica. Dicha nevera funciona idealmente como un refrigerador de Carnot con una temperatura interior de 5 ºC, y en verano la temperatura exterior es de unos 35 ºC. Para conservar los alimentos la nevera necesita extraer 300 W de calor del interior, y el instalador de los paneles solares indica que la máxima potencia eléctrica disponible es de 150 W. Con estos datos: Fórmulas facilitadas: $η = 1 - T_{f} / T_{c}$ ; $C O P_{r e f} = T_{f} / (T_{c} - T_{f})$ ; $C O P_{b c} = T_{c} / (T_{c} - T_{f})$
- a)Calcular el coeficiente de rendimiento (COP) de una nevera ideal que opera mediante un ciclo de Carnot entre esas dos temperaturas.
- b)Determinar la potencia mínima necesaria para extraer 300 W de calor del interior.
- c)Indicar si la potencia disponible (150 W) es suficiente para el funcionamiento de la nevera en condiciones ideales, justificando la respuesta.
Refrigerador ideal de Carnot
Apartado a
1. 1. Temperaturas absolutas
  $T_{f} = 5 + 273, 15 = 278, 15$ K; $T_{c} = 35 + 273, 15 = 308, 15$ K
  —
2. 2. COP del refrigerador
  $C O P_{r e f} = \frac{T _{f}}{T _{c} - T _{f}} = \frac{278 , 15}{308 , 15 - 278 , 15}$
  $COP_{ref}\approx9{,}27
Apartado b
1. 1. Definición
  $C O P_{r e f} = \frac{Q _{f}}{W} \Rightarrow W = \frac{Q _{f}}{C O P _{r e f}}$
  —
2. 2. Potencia mínima
  $P_{min} = \frac{300}{9 , 27}$
  $P_{min} \approx 32, 4$ W
Apartado c
1. 1. Comparación
  $P_{d i s p} = 150 W > P_{min} = 32, 4 W$
  Sí es suficiente
2. 2. Matiz
  Un frigorífico real tiene $C O P$ de 1,5–3 (entre un 20 % y un 30 % del ideal), por lo que necesitaría unos 100–200 W: el margen real es mucho más justo
  —
Respuesta final: $C O P = 9, 27$ ; $P_{min} = 32, 4$ W; los 150 W disponibles son más que suficientes en condiciones ideales.
3. 2025 · Extraordinaria 2025 · Ejercicio 3A · Opción A
En un invernadero se está analizando la instalación de una bomba de calor para un sistema de calefacción. En el balance energético, realizado en una franja temporal, se recibe el calor procedente del sol Qsol = 1000 W. Las pérdidas de calor producidas son las debidas a la ventilación (Qven = 2000 W), la cubierta (Qcov = 1500 W) y el suelo (Qsuelo = 900 W). Con el calor aportado por la bomba de calor (Qt) se quiere mantener la temperatura a 25 ºC, siendo la temperatura del exterior Text = 10 ºC. Teniendo en cuenta: Qsol + Qt = Qven + Qcov + Qsuelo COP (eficiencia) = Tinterior / (Tinterior - Texterior) T(kelvin) = T (ºC) + 273.15
- a)Calcula el coeficiente de rendimiento (COP) o eficiencia de la bomba de calor, considerando la bomba de calor ideal (siguiendo el ciclo de Carnot). Calcula la potencia eléctrica necesaria a partir del balance energético.
- b)Si partimos de una máquina más realista con una eficiencia o COP = 3, ¿cuánta potencia eléctrica sería necesaria? Valora las diferencias entre la calculada en este apartado y la obtenida en el apartado anterior.
- c)Calcula el calor extraído del ambiente exterior por la bomba de calor considerando la máquina del apartado b y las condiciones ambientales del enunciado.
Apartado a
1. 1. Temperaturas en kelvin
  $T_{in t} = 25 + 273, 15 = 298, 15$ K; $T_{e x t} = 10 + 273, 15 = 283, 15$ K
  —
2. 2. COP ideal (Carnot)
  $C O P = \frac{T _{in t}}{T _{in t} - T _{e x t}} = \frac{298 , 15}{15}$
  $C O P = 19, 88$
3. 3. Calor que debe aportar la bomba
  $Q_{so l} + Q_{t} = Q_{v e n} + Q_{co v} + Q_{s u e l o} \Rightarrow Q_{t} = 2000 + 1500 + 900 - 1000$
  $Q_{t} = 3400$ W
4. 4. Potencia eléctrica ideal
  $W = \frac{Q _{t}}{C O P} = \frac{3400}{19 , 88}$
  $W \approx 171$ W
Apartado b
1. 1. Máquina real con COP = 3
  $W = \frac{Q _{t}}{C O P} = \frac{3400}{3}$
  $W = 1133$ W
2. 2. Comparación
  $\frac{1133}{171} = 6, 6$ ; diferencia $1133 - 171 \approx 962$ W
  La máquina real consume 6,6 veces más que la ideal
Apartado c
1. 1. Calor extraído del exterior
  $Q_{t} = Q_{e x t} + W \Rightarrow Q_{e x t} = 3400 - 1133$
  $Q_{e x t} \approx 2267$ W
Respuesta final: $C O P_{i d e a l} = 19, 88$ , $W = 171$ W; con $C O P = 3$ , $W = 1133$ W (≈ 962 W más); $Q_{e x t} = 2267$ W.
4. 2025 · Extraordinaria 2025 (Especial DANA) · Ejercicio 3A · Opción A
Dadas las siguientes características de un motor de combustión interna:
- Número de cilindros: 4
- Diámetro interior del cilindro (D): 86 mm
- Carrera (S): 90 mm
- Volumen de la cámara de combustión Vc: 50.2 cc
- Potencia máxima: 100 kW a 5000 rpm
- Par máximo: 200 Nm a 3800 rpm
- a)La cilindrada unitaria y la cilindrada total (en centímetros cúbicos cc).
- b)Relación de compresión del motor.
- c)Potencia de salida correspondiente al par máximo (en watios).
- d)Par motor suministrado a la máxima potencia (en Nm).
Apartado a
1. 1. Cilindrada unitaria
  $V_{u} = \frac{π D ^{2}}{4} S = \frac{π \cdot 8 , 6 ^{2}}{4} \cdot 9 cm^{3}$
  $V_{u} = 522, 8$ cm $^{3}$
2. 2. Cilindrada total
  $V_{T} = 4 \cdot V_{u} = 4 \cdot 522, 8$
  $V_{T} = 2091$ cm $^{3}$ $\approx 2, 09$ L
Apartado b
1. 1. Relación de compresión
  $r = \frac{V _{u} + V _{c}}{V _{c}} = \frac{522 , 8 + 50 , 2}{50 , 2}$
  $r = 11, 41$ (11,4:1)
Apartado c
1. 1. Potencia con el par máximo
  $ω = \frac{2 π \cdot 3800}{60} = 397, 9$ rad/s; $P = M ω = 200 \cdot 397, 9$
  $P = 79587$ W $\approx 79, 6$ kW
Apartado d
1. 1. Par a la potencia máxima
  $ω = \frac{2 π \cdot 5000}{60} = 523, 6$ rad/s; $M = \frac{P}{ω} = \frac{100 000}{523 , 6}$
  $M = 191, 0$ N·m
Respuesta final: $V_{u} = 522, 8$ cm $^{3}$ , $V_{T} = 2091$ cm $^{3}$ ; $r = 11, 4$ ; $P = 79, 6$ kW; $M = 191$ N·m.
5. 2025 · Ordinaria 2025 · Ejercicio 3A · Opción A
Un vehículo con motor de combustión presenta los siguientes datos: número de cilindros: 4; diámetro de cada cilindro: 70 mm; carrera del pistón: 90 mm; relación de compresión (volumétrica): 10:1; potencia máxima del motor (a 4000 rpm): 100 kW. A partir de estos datos:
- a)Calcular la cilindrada del motor.
- b)Calcular el volumen de la cámara de combustión de cada cilindro.
- c)Calcular el par motor cuando gira a 4000 rpm.
- d)Analizar la conveniencia de sustituir este vehículo con motor de combustión por uno eléctrico desde el punto de vista medioambiental.
Apartado a
1. 1. Cilindrada
  Volumen de un cilindro: $V_{1} = \frac{π D ^{2}}{4} c = \frac{π \cdot 7 ^{2}}{4} \cdot 9 = 346, 36 cm^{3}$ . Con 4 cilindros: $V_{T} = 4 V_{1}$
  $V_{T} = 1385, 4 cm^{3} \approx 1, 39$ L
Apartado b
1. 1. Relación de compresión
  $r = \frac{V _{1} + V _{c}}{V _{c}} = 10 \Rightarrow V_{1} = 9 V_{c}$
  $V_{c} = \frac{V _{1}}{r - 1}$
2. 2. Volumen de la cámara de combustión
  $V_{c} = \frac{346 , 36}{10 - 1}$
  $V_{c} \approx 38, 5 cm^{3}$ por cilindro
Apartado c
1. 1. Velocidad angular
  $ω = \frac{2 π n}{60} = \frac{2 π \cdot 4000}{60}$
  $ω = 418, 9$ rad/s
2. 2. Par motor
  $P = M ω \Rightarrow M = \frac{P}{ω} = \frac{100 000}{418 , 9}$
  $M \approx 238, 7 N\cdotm$
Apartado d
1. 1. Conveniencia medioambiental del eléctrico
  Ventajas: sin emisiones de escape (CO $_{2}$ , NO $_{x}$ , partículas) en el uso, menos ruido, mayor rendimiento (≈ 85–90 % frente a ≈ 25–35 %) y posibilidad de usar electricidad renovable. Inconvenientes: fabricación y reciclaje de la batería (minería de litio, cobalto y níquel) con alta huella inicial, y el beneficio real depende del mix eléctrico
  Conviene si la electricidad es limpia y se recicla la batería
Respuesta final: Cilindrada $1385$ cm $^{3}$ ; $V_{c} = 38, 5$ cm $^{3}$ por cilindro; par $238, 7$ N·m; el coche eléctrico reduce las emisiones en uso, pero tiene mayor impacto en la fabricación de la batería.
6. 2016 · Extraordinaria 2016 · Ejercicio 2B · Opción B
Hay que elegir el motor para cada una de las ruedas (y rodillos) que permiten el movimiento del robot.
- a)Seleccionar el motor más adecuado para cada una de las ruedas (y rodillos) que permiten el movimiento del robot. Indicar razonadamente mediante ventajas y características principales la elección realizada.
Apartado a
1. 1. Motor elegido
  Motor de corriente continua con reductor (motorreductor) en cada rueda motriz, controlado con PWM
  Motorreductor de corriente continua
2. 2. Ventajas
  Se alimenta directamente con la batería, bajo coste, pequeño tamaño y poco peso, par alto a baja velocidad con el reductor y control sencillo de velocidad y de sentido (puente en H)
  Simple, ligero y barato
3. 3. Alternativas descartadas
  Paso a paso: preciso pero consume corriente incluso parado y tiene menos par a velocidad alta. Sin escobillas: mejor rendimiento y vida, pero requiere electrónica más cara. Se podría añadir un encoder para medir la distancia recorrida
  —
Respuesta final: Motorreductor de corriente continua en cada rueda: alimentación directa con batería, par alto con reductor, control sencillo y bajo coste.
7. 2016 · Extraordinaria 2016 · Ejercicio 5A · Opción A
Cuestión 3. Un motor eléctrico con velocidad angular de $X$ rpm y par motor de $Y$ N $\cdot$ m, al que se conecta un reductor con relación de reducción 20:1 y a este una rueda de diámetro 30 cm.
- a)¿En qué relación variará la velocidad angular a la salida del eje del reductor?
- b)¿En qué relación variará el par motor a la salida del eje del reductor?
- c)¿Cuál será la velocidad lineal que se podrá alcanzar con dicha rueda?
Motor, reductor y rueda
Apartado a
1. 1. Velocidad angular de salida
  $i = \frac{ω _{e n t r a d a}}{ω _{s a l i d a}} = 20 \Rightarrow ω_{s a l i d a} = \frac{X}{20}$ rpm
  Se divide entre 20
Apartado b
1. 1. Par de salida
  Sin pérdidas, la potencia se conserva ( $P = M ω$ ): $M_{s a l i d a} = 20 Y$ N $\cdot$ m
  Se multiplica por 20
Apartado c
1. 1. Velocidad lineal
  $r = 0, 15$ m; $ω_{r u e d a} = \frac{X}{20} \cdot \frac{2 π}{60}$ rad/s; $v = ω r = \frac{X}{20} \cdot \frac{2 π}{60} \cdot 0, 15$
  $v \approx 7, 85 \cdot 1 0^{- 4} X$ m/s
Respuesta final: $ω_{s} = X /20$ rpm; $M_{s} = 20 Y$ N $\cdot$ m; $v \approx 7, 85 \cdot 1 0^{- 4} X$ m/s.
8. 2016 · Ordinaria 2016 · Ejercicio 1B · Opción B
La figura muestra una imagen en corte de un motor eléctrico asíncrono trifásico de jaula con ocho elementos numerados.
- a)Identificar los elementos señalados en la figura explicando brevemente la función que cumplen.
Apartado a
1. 1. Elementos fijos
  1 patas o base de anclaje, que fijan el motor a la bancada. 2 carcasa con aletas de refrigeración: sostiene el estator y disipa el calor. 5 estator: núcleo de chapas con el devanado trifásico que crea el campo giratorio. 6 caja de bornes: conexión del cable de alimentación con los extremos de los devanados
  1 base, 2 carcasa, 5 estator, 6 caja de bornes
2. 2. Elementos móviles
  3 rotor: núcleo de chapas con jaula de barras (jaula de ardilla) en el que se inducen corrientes y se crea el par. 7 eje: transmite la potencia mecánica a la carga (con chavetero). 4 ventilador, con su tapa deflectora: impulsa aire por las aletas de la carcasa para refrigerar
  3 rotor, 7 eje, 4 ventilador
3. 3. Apoyo
  8 rodamientos en las tapas o escudos: soportan el eje y permiten su giro con poco rozamiento
  8 rodamiento
Respuesta final: 1 patas, 2 carcasa, 3 rotor, 4 ventilador, 5 estator, 6 caja de bornes, 7 eje, 8 rodamientos.
9. 2016 · Ordinaria 2016 · Ejercicio 2B · Opción B
El motor asíncrono monofásico no tiene par de arranque con un solo devanado.
- a)Identificar dos procedimientos de arranque para el motor asíncrono monofásico, en qué consisten y qué aplicaciones tienen.
Apartado a
1. 1. Arranque por fase partida (resistivo)
  Un devanado auxiliar de arranque, con más resistencia y menos inductancia que el principal, se conecta en paralelo; así sus corrientes están algo desfasadas y se crea un campo giratorio débil. Al llegar a $\approx 75$ % de la velocidad un interruptor centrífugo lo desconecta
  Fase partida
2. 2. Arranque con condensador
  Se pone un condensador en serie con el devanado auxiliar para desfasar su corriente casi $9 0^{\circ}$ de la principal; puede ser solo de arranque (se desconecta) o permanente
  Condensador
3. 3. Otros
  Espira en cortocircuito o espira de sombra, para motores pequeños y con poco par (ventiladores de baño, tocadiscos)
  —
Respuesta final: Fase partida (par moderado: ventiladores y bombas pequeñas) y condensador de arranque (par alto: compresores, bombas, hormigoneras).
10. 2015 · Extraordinaria 2015 · Ejercicio 2A · Opción A
Se quiere accionar la hormigonera con un motor.
- a)Describir dos tipos diferentes de motores que pudieran utilizarse para accionar esta hormigonera, indicando al menos tres ventajas o inconvenientes de cada uno de ellos.
Apartado a
1. 1. Motor eléctrico monofásico
  Motor asíncrono de jaula alimentado a 230 V, con condensador de arranque
  Eléctrico
2. 2. Motor térmico (gasolina o diésel)
  Motor de combustión interna de cuatro tiempos acoplado a la transmisión por embrague
  Térmico
3. 3. Criterio
  Si hay red eléctrica en la obra se elige el motor eléctrico; sin red, el térmico
  —
Respuesta final: Eléctrico monofásico (silencioso, limpio, barato, pero necesita red) frente a térmico (autónomo y potente, pero ruidoso y contaminante).
11. 2015 · Extraordinaria 2015 · Ejercicio 4B · Opción B
Cuestión 2.
- a)Dibujar un croquis de un motor térmico monocilíndrico de encendido provocado de cuatro tiempos. Identificar los elementos principales. Explicar su principio de funcionamiento.
Motor de cuatro tiempos (croquis)
Apartado a
1. 1. Elementos
  Cilindro, pistón con segmentos, biela, cigüeñal, culata con cámara de combustión, válvula de admisión, válvula de escape (accionadas por árbol de levas), bujía, carburador o inyector, cárter
  Croquis con las partes
2. 2. Cuatro tiempos
  1 Admisión: baja el pistón y entra mezcla aire-combustible (válvula de admisión abierta). 2 Compresión: ambas válvulas cerradas, sube el pistón y comprime la mezcla. 3 Explosión y expansión: salta la chispa de la bujía, la mezcla arde y la presión empuja el pistón hacia abajo (único tiempo que produce trabajo). 4 Escape: abre la válvula de escape y el pistón sube y expulsa los gases
  Ciclo Otto
3. 3. Principio
  La energía química del combustible se convierte en calor y presión, y el mecanismo biela-manivela convierte el movimiento lineal del pistón en giro del cigüeñal
  Biela-manivela
Respuesta final: Motor Otto de cuatro tiempos: admisión, compresión, explosión-expansión y escape; el pistón mueve el cigüeñal mediante la biela.
12. 2015 · Ordinaria 2015 · Ejercicio 2B · Opción B
El accionamiento de las hélices se realiza con un motor eléctrico.
- a)Describir dos posibles alternativas y cuáles deberían ser las características buscadas.
Apartado a
1. 1. Alternativa 1: motor de corriente continua con escobillas
  Rotor bobinado con colector y escobillas; basta con variar la tensión (PWM) para variar la velocidad
  Motor DC con escobillas
2. 2. Alternativa 2: motor de corriente continua sin escobillas (brushless, BLDC)
  Imanes permanentes en el rotor y bobinas en el estator conmutadas electrónicamente por un variador (ESC) con sensores o por la fuerza contraelectromotriz
  Motor BLDC
3. 3. Características buscadas
  Poco peso y tamaño, alta relación potencia/peso, buen rendimiento (autonomía de la batería), respuesta rápida (poca inercia), fiabilidad y velocidad de giro alta con par suficiente
  Elegir el BLDC
Respuesta final: Motor con escobillas (barato y simple, pero desgasta y pesa) frente a motor sin escobillas (ligero, eficiente y duradero, con ESC), que es el más adecuado.
13. 2014 · Extraordinaria 2014 · Ejercicio 2A · Opción A
Se debe motorizar la trituradora de plástico de dos ejes.
- a)Proponer dos alternativas al sistema de motorización de la máquina. Establecer una tabla comparativa resaltando las ventajas e inconvenientes de cada una de las propuestas. Indicar cuál de ellas sería más adecuada.
Apartado a
1. 1. Alternativa 1: motor eléctrico asíncrono trifásico con reductor
  Motor de jaula de ardilla con reductor de engranajes y, si hace falta, variador de frecuencia
  Eléctrico + reductor
2. 2. Alternativa 2: motor hidráulico
  Grupo hidráulico (bomba accionada por motor) que alimenta un motor hidráulico acoplado a cada eje
  Hidráulico
3. 3. Tabla comparativa
  Coste: eléctrico bajo, hidráulico alto. Mantenimiento: bajo frente a alto. Rendimiento: alto frente a medio. Par a baja velocidad: bueno con reductor frente a excelente. Protección frente a atascos: relé térmico frente a válvula limitadora
  —
4. 4. Elección
  Motor eléctrico trifásico con reductor y variador de frecuencia (con inversión de giro para desatascar)
  Eléctrico + reductor
Respuesta final: Eléctrico trifásico con reductor (más barato y fiable) frente a hidráulico (más par e inversión inmediata, pero caro y con fugas); se elige el eléctrico con variador.
14. 2014 · Extraordinaria 2014 · Ejercicio 3B · Opción B
Cuestión 1. La puerta debe abrir a una velocidad de 50 cm/s y para ello el sistema de accionamiento debe desarrollar una fuerza de empuje sobre ella de 200 N.
- a)Calcular la potencia mínima que debe tener el motor del automatismo.
Apartado a
1. 1. Datos en el SI
  $F = 200$ N; $v = 50$ cm/s $= 0, 5$ m/s
  —
2. 2. Potencia
  $P = F \cdot v = 200 N \cdot 0, 5 m/s$
  $P = 100$ W
3. 3. Con rendimiento
  Con un rendimiento del conjunto $η \approx 0, 7$ la potencia del motor sería $P / η \approx 143$ W
  —
Respuesta final: $P_{min} = F \cdot v = 100$ W (potencia útil; con pérdidas habría que elegir un motor algo mayor).
15. 2014 · Extraordinaria 2014 · Ejercicio 4B · Opción B
Cuestión 2.
- a)Explicar el principio de funcionamiento de un motor asíncrono monofásico.
Apartado a
1. 1. Estator y campo
  Un solo devanado alimentado con corriente alterna monofásica crea un campo magnético pulsante, que equivale a dos campos giratorios iguales y opuestos de velocidad $n_{s} = 60 f / p$
  Campo pulsante
2. 2. Arranque
  Con el rotor parado los dos campos dan pares iguales y opuestos: par de arranque nulo. Por eso se añade un devanado auxiliar desfasado $9 0^{\circ}$ eléctricos (con condensador) que crea un campo giratorio
  Par de arranque con devanado auxiliar
3. 3. Funcionamiento
  El campo giratorio induce corrientes en las barras del rotor de jaula de ardilla; la interacción campo-corriente crea un par que hace girar el rotor
  Inducción (asíncrono)
Respuesta final: Campo pulsante en el estator que no arranca solo; con devanado auxiliar se genera un campo giratorio que induce corrientes en el rotor y lo hace girar con deslizamiento.
16. 2014 · Ordinaria 2014 · Ejercicio 2A · Opción A
Si el accionamiento fuera mediante un motor eléctrico, se pide proponer mecanismos para transformar el giro del eje del motor en una traslación vertical de la plataforma.
- a)Describir dos alternativas al mecanismo de elevación que permitan transformar el movimiento de rotación del eje de salida del motor en un movimiento de traslación vertical de la plataforma elevadora.
Apartado a
1. 1. Alternativa 1: husillo y tuerca
  El motor (con reductor) hace girar un tornillo vertical de paso $p$ ; la tuerca solidaria a la plataforma sube o baja. Velocidad $v = n \cdot p$ ( $n$ en rev/s)
  Husillo-tuerca (tornillo de potencia)
2. 2. Alternativa 2: piñón y cremallera
  Un piñón de radio $r$ unido al eje del motor engrana con una cremallera vertical solidaria a la plataforma. Velocidad $v = ω \cdot r$
  Piñón-cremallera
3. 3. Otras posibilidades
  Cable o cadena enrollados en un tambor o polea accionado por el motor (cabrestante); biela-manivela, que solo da carreras cortas
  —
Respuesta final: Husillo-tuerca (irreversible, lento y preciso) y piñón-cremallera (rápido pero reversible, necesita freno); también cable-tambor.
17. 2014 · Ordinaria 2014 · Ejercicio 2B · Opción B
El panel solar se orienta con dos ejes de giro.
- a)Indicar dos posibles sistemas de accionamiento para el movimiento del panel solar. Comentar brevemente las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos.
Apartado a
1. 1. Sistema 1: motorreductor eléctrico con sinfín-corona
  Motor eléctrico (de corriente continua o paso a paso) y reductor de tornillo sin fin y corona sobre el eje de giro
  Motorreductor + sinfín-corona
2. 2. Sistema 2: actuador hidráulico
  Cilindro hidráulico alimentado por un grupo motor-bomba que empuja la estructura para inclinarla
  Cilindro hidráulico
3. 3. Alternativa
  Actuador lineal eléctrico de husillo: simple, robusto y autorretenido, pero de carrera limitada
  —
Respuesta final: Motorreductor con sinfín-corona (preciso, irreversible, rendimiento bajo) y cilindro hidráulico (mucha fuerza, pero con fugas y mantenimiento).
18. 2013 · Extraordinaria 2013 · Ejercicio 2B · Opción B
[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. 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
2. 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
3. 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
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.
19. 2013 · Extraordinaria 2013 · Ejercicio 3A · Opción A
Cuestión 1.
- a)Para el sistema de motorización, indicar los motores eléctricos que podrían ser usados.
Apartado a
1. 1. Motor de corriente continua
  De imán permanente con reductor; la velocidad se regula con la tensión
  Posible: velocidad ajustable
2. 2. Motor asíncrono de inducción
  Monofásico (con condensador) o trifásico de jaula de ardilla, con reductor
  Adecuado: robusto y barato
3. 3. Otros
  Motor síncrono, paso a paso o brushless (servo)
  Posibles pero innecesarios
4. 4. Elección
  Motorreductor asíncrono monofásico (220 V) o de CC de imán permanente, por la baja velocidad y el bajo coste
  Más adecuado
Respuesta final: Motor de CC, asíncrono (monofásico o trifásico), síncrono, paso a paso o brushless; el más adecuado: motorreductor asíncrono o de CC.
20. 2013 · Ordinaria 2013 · Ejercicio 5A · Opción A
Cuestión 3.
- a)Comparar los motores de combustión interna alternativos de 2 y 4 tiempos, estableciendo las ventajas e inconvenientes de cada uno de ellos.
Apartado a
1. 1. Funcionamiento
  2 tiempos: un ciclo completo (admisión, compresión, explosión-expansión y escape) por cada vuelta del cigüeñal (2 carreras); 4 tiempos: un ciclo cada dos vueltas (4 carreras)
  Una explosión por vuelta frente a una cada dos
2. 2. Motor de 2 tiempos
  Ventajas: sencillo, ligero, barato y gran potencia para su cilindrada (hasta casi el doble). Inconvenientes: más consumo y contaminación (el aceite va mezclado con el combustible y parte de la mezcla se escapa sin quemar), peor rendimiento y menor vida útil
  Para ciclomotores, motosierras y fuera borda
3. 3. Motor de 4 tiempos
  Ventajas: mejor rendimiento y menos consumo y emisiones; lubricación independiente en el cárter y mayor durabilidad. Inconvenientes: más complejo (válvulas, árbol de levas), pesado y caro, y menos potencia por cilindrada
  Para automóviles y la mayoría de motores
Respuesta final: 2 tiempos: más sencillo y potente por cilindrada pero consume y contamina más. 4 tiempos: más rendimiento, durable y limpio pero más complejo y pesado.
21. 2012 · Extraordinaria 2012 · Ejercicio 1B · Opción B
La figura muestra una vista delantera y otra trasera de un frigorífico. [Figura: vista delantera del frigorífico abierto con cuatro partes numeradas: (1) congelador en la parte superior, (2) placa evaporadora con tubos, (3) mando del termostato, (4) compartimento refrigerador; vista trasera con (5) serpentín del condensador y (6) compresor en la parte inferior.]
- a)Identificar las siguientes partes sobre el esquema numerado: compresor, refrigerador, congelador, evaporador, termostato, condensador. Indicar la función que cada una de ellas realiza.
- b)Explicar el principio de funcionamiento del sistema frigorífico.
- c)Indicar su ciclo termodinámico en un diagrama presión-volumen.
Ciclo frigorífico en el diagrama p-V (cualitativo)
Apartado a
1. 1. Partes (1)-(4), vista delantera
  1 = congelador (compartimento a unos $- 18$ °C); 2 = evaporador (tubos por los que se evapora el refrigerante y absorbe calor); 3 = termostato (mide la temperatura y conecta o desconecta el compresor); 4 = refrigerador (compartimento de alimentos a unos 4 °C)
  Identificación probable según la figura
2. 2. Partes (5)-(6), vista trasera
  5 = condensador (serpentín exterior que cede calor al ambiente); 6 = compresor (motor-compresor hermético que hace circular y comprime el fluido)
  Condensador y compresor
Apartado b
1. 1. Principio
  El refrigerante circula por un ciclo cerrado: absorbe calor $Q_{f}$ al evaporarse a baja presión en el evaporador y lo cede ( $Q_{c}$ ) al condensarse a alta presión en el condensador, gracias al trabajo $W$ del compresor
  $Q_{c} = Q_{f} + W$
2. 2. Etapas
  1→2 compresión del vapor (aumentan $p$ y $T$ ); 2→3 condensación a presión constante (cede calor y pasa a líquido); 3→4 expansión en el tubo capilar o válvula (baja $p$ y $T$ sin trabajo apreciable); 4→1 evaporación a presión constante (absorbe calor del interior)
  Ciclo de compresión de vapor
Apartado c
1. 1. Diagrama p-V
  1→2 curva adiabática ( $p$ sube, $V$ baja); 2→3 isobara a alta presión con gran disminución de volumen (condensación); 3→4 caída de presión con pequeño aumento de volumen (laminación); 4→1 isobara a baja presión con gran aumento de volumen (evaporación)
  Ciclo recorrido en sentido antihorario
Respuesta final: 1 congelador, 2 evaporador, 3 termostato, 4 refrigerador, 5 condensador, 6 compresor. Ciclo de compresión de vapor: compresión, condensación, expansión y evaporación, recorrido en sentido antihorario en el diagrama p-V.
22. 2012 · Extraordinaria 2012 · Ejercicio 2B · Opción B
[Continuación del ejercicio práctico sobre el frigorífico.]
- a)Comparar el funcionamiento del ciclo frigorífico con el de una bomba de calor. ¿Son sistemas similares? Explicar en qué se parecen y en qué se diferencian desde el punto de vista del objetivo y de su principio de funcionamiento.
Apartado a
1. 1. Semejanzas
  Ambos usan el mismo ciclo de compresión de vapor con compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador, y transportan calor de un foco frío a otro caliente aportando trabajo
  Mismo principio: máquina térmica inversa
2. 2. Diferencias de objetivo
  El frigorífico quiere extraer $Q_{f}$ del interior (el efecto útil es el frío); la bomba de calor quiere aportar $Q_{c}$ al local (el efecto útil es el calor)
  COP distinto
3. 3. Relación entre COP
  Con $T_{f} = 268$ K ( $- 5$ °C) y $T_{c} = 303$ K ( $30$ °C): $C O P_{r e f} = 268/35$ y $C O P_{b c} = 303/35$
  $C O P_{r e f} \approx 7, 66$ y $C O P_{b c} \approx 8, 66$
4. 4. Reversibilidad
  Una bomba de calor reversible usa una válvula de cuatro vías para intercambiar los papeles de condensador y evaporador y funcionar también como aire acondicionado
  Un mismo equipo sirve para calentar y enfriar
Respuesta final: Son el mismo ciclo; el frigorífico aprovecha el calor extraído $Q_{f}$ y la bomba de calor el calor cedido $Q_{c}$ ; $C O P_{b c} = C O P_{r e f} + 1$ .
23. 2012 · Extraordinaria 2012 · Ejercicio 3B · Opción B
Cuestión 1.
- a)¿Para qué sirven los termistores y los termopares? ¿En qué se basa cada uno de ellos?
Apartado a
1. 1. Termistor
  Resistor semiconductor cuya resistencia varía mucho con la temperatura: NTC (disminuye al aumentar $T$ , $R = R_{0} e^{B (1/ T - 1/ T_{0})}$ ) o PTC (aumenta)
  Mide temperatura por variación de resistencia
2. 2. Termopar
  Dos metales distintos soldados por un extremo: si las uniones están a distinta temperatura aparece una fuerza electromotriz (efecto Seebeck) proporcional a $Δ T$
  Mide temperatura por tensión generada
Respuesta final: Ambos miden temperatura: el termistor por el cambio de resistencia de un semiconductor y el termopar por la tensión Seebeck entre dos metales.
24. 2011 · Ordinaria 2011 · Ejercicio 2B · Opción B
[Continuación del ejercicio práctico sobre la cinta de recogida de equipajes.]
- a)¿Qué tipo de motor emplearías para mover la cinta de recogida? Proponer dos alternativas distintas evaluando ventajas e inconvenientes de cada una de ellas.
Apartado a
1. 1. Alternativa 1: motor asíncrono trifásico con reductor
  Motor de jaula de ardilla con reductor de engranajes o sinfín-corona, opcionalmente con variador de frecuencia
  Ventajas: robusto, barato, poco mantenimiento y buen rendimiento. Inconvenientes: velocidad casi fija si no hay variador y arranque con corriente elevada sin arrancador
2. 2. Alternativa 2: motor de corriente continua o servomotor
  Motor de CC o motor síncrono (brushless) con controlador
  Ventajas: control fino de velocidad y buen par de arranque. Inconvenientes: más caro, electrónica adicional y, en el de CC con escobillas, mantenimiento
3. 3. Elección
  Asíncrono trifásico con variador: robusto y con velocidad ajustable a bajo coste
  Alternativa elegida
Respuesta final: Motor asíncrono trifásico con reductor (robusto, barato) frente a motor de CC o brushless con controlador (más caro, mejor control); conviene el primero con variador.
25. 2011 · Ordinaria 2011 · Ejercicio 3A · Opción A
Cuestión 1. La compresión del aire en el émbolo de un compresor de este tipo es aproximadamente adiabática.
- a)¿Qué quiere decir esto? ¿Qué relación existe entre la presión y el volumen en un proceso adiabático?
Apartado a
1. 1. Significado
  Proceso en el que el gas no intercambia calor con el entorno ( $Q = 0$ ) porque es tan rápido que no da tiempo a transferirlo
  $Q = 0$
2. 2. Relación p-V
  Para un gas ideal en proceso adiabático reversible: $p V^{γ} = cte$ , con $γ = c_{p} / c_{v}$ ( $γ \approx 1, 4$ para el aire)
  $p_{1} V_{1}^{γ} = p_{2} V_{2}^{γ}$
3. 3. Ejemplo
  Aire a $20^{\circ}$ C ( $293, 15$ K) comprimido de 1 a 8 bar: $T_{2} = T_{1} (p_{2} / p_{1})^{(γ - 1) / γ} = 293, 15 \cdot 8^{0, 2857}$
  $T_{2} \approx 531$ K $\approx 258^{\circ}$ C
Respuesta final: Adiabático: sin intercambio de calor ( $Q = 0$ ); $p V^{γ} =$ cte con $γ \approx 1, 4$ para el aire, y la temperatura aumenta al comprimir.
26. 2011 · Ordinaria 2011 · Ejercicio 4A · Opción A
Cuestión 2. El motor que acciona el compresor es un motor asíncrono trifásico de 2 pares de polos, con un deslizamiento relativo del 2 %.
- a)¿A qué velocidad gira su eje?
Apartado a
1. 1. Velocidad de sincronismo
  $n_{s} = \frac{60 f}{p} = \frac{60 \cdot 50}{2}$ con $f = 50$ Hz (red española) y $p = 2$ pares de polos
  $n_{s} = 1500$ rpm
2. 2. Velocidad del eje
  $s = \frac{n _{s} - n}{n _{s}} \Rightarrow n = n_{s} (1 - s) = 1500 \cdot (1 - 0, 02)$
  $n = 1470$ rpm
Respuesta final: $n = 1470$ rpm (con red de 50 Hz).
27. 2010 · Extraordinaria 2010 · Ejercicio 2A · Opción A
[Continuación del ejercicio práctico sobre el camión portacontenedor.]
- a)Proponer diferentes soluciones para el sistema de accionamiento que permite realizar la carga y descarga del contenedor.
Apartado a
1. 1. Cilindros hidráulicos
  Cilindros de doble efecto con bomba movida por la toma de fuerza
  Ventajas: gran fuerza ( $F = pS$ con $p \approx 200$ bar), control de velocidad y buena relación peso-potencia. Inconvenientes: fugas, mantenimiento y calentamiento del aceite
2. 2. Cabrestante (winch) de cable o cadena
  Motor hidráulico o eléctrico con reductor que enrolla un cable o cadena unido al contenedor
  Ventajas: recorrido largo y compacto. Inconvenientes: desgaste de cable, necesita freno y menos control fino del movimiento
3. 3. Cilindros neumáticos
  Aire comprimido del sistema de frenos o de un compresor
  Ventajas: limpio y rápido. Inconvenientes: con $p \approx 6 - 8$ bar la fuerza es muy inferior, la compresibilidad da un movimiento poco controlable y exigiría cilindros enormes
4. 4. Motor eléctrico con husillo
  Batería y motor eléctrico con reductor y tornillo
  Ventajas: limpio y preciso. Inconvenientes: peso de las baterías, desgaste del husillo y coste
Respuesta final: La mejor solución es la hidráulica con cilindros; el cabrestante es alternativa para carga por cable; la neumática y el husillo eléctrico quedan para cargas pequeñas.
28. 2010 · Extraordinaria 2010 · Ejercicio 3B · Opción B
Cuestión 1.
- a)¿Qué mecanismos de transmisión motor-ruedas piensas que son los más adecuados para este tipo de vehículos?
Apartado a
1. 1. Transmisión directa (motor en la rueda)
  El rotor del motor es la propia llanta, sin elementos intermedios
  Rendimiento próximo al $100%$ de la transmisión, sin ruido ni mantenimiento
2. 2. Correa dentada y poleas
  Reducción por correa entre motor y rueda, con relación $i = ω_{m o t or} / ω_{r u e d a}$
  Rendimiento $\approx 95%$ , ligera y silenciosa, aunque exige tensión y se desgasta
3. 3. Cadena o engranajes
  Pequeño tren de engranajes o cadena
  Más robustos pero más pesados, ruidosos y con más pérdidas
Respuesta final: Lo más adecuado: motor en la rueda (transmisión directa) o correa dentada, por su rendimiento, ligereza y silencio.
29. 2010 · Ordinaria 2010 · Ejercicio 2B · Opción B
[Continuación del ejercicio práctico sobre el parking automático.]
- a)Proponer soluciones diferentes para el sistema de accionamiento de la plataforma elevadora que permite ubicar el coche en una plaza vacía. Evaluar ventajas e inconvenientes de cada una de ellas.
Apartado a
1. 1. Cilindro hidráulico
  Un cilindro (directo o con multiplicador de cable) con grupo motor-bomba, depósito y válvulas
  Ventajas: mucha fuerza y arranque suave, sistema robusto. Inconvenientes: fugas de aceite, mantenimiento, precisión de parada limitada y consumo al mantener
2. 2. Motor eléctrico con cables y contrapeso
  Motor-reductor y tambor que enrolla cables o cadenas, con contrapeso que reduce la potencia necesaria
  Ventajas: limpio, buena velocidad y precisión con encoder y variador, bajo consumo gracias al contrapeso. Inconvenientes: desgaste y estiramiento de cables, necesita freno de seguridad
3. 3. Husillo o cremallera
  Motor eléctrico que gira un husillo con tuerca o un piñón sobre cremallera
  Ventajas: posicionamiento muy preciso y autoblocante (husillo trapecial). Inconvenientes: velocidad y rendimiento menores, desgaste y coste en recorridos largos
4. 4. Elección
  Para un parking de uso intensivo suele elegirse el motor eléctrico con contrapeso; la hidráulica es adecuada si el recorrido es corto y la carga alta
  Criterio de elección
Respuesta final: Hidráulico (fuerza, fugas), motor-cable con contrapeso (limpio y preciso, desgaste del cable) y husillo o cremallera (preciso, lento y caro en recorridos largos).