Sistemas mecánicos

Una empresa dedicada a la elaboración de artículos de cuero desea automatizar el proceso de marcado para garantizar la uniformidad de la estampación de su logotipo. Para ello, se ha instalado un cilindro neumático de doble efecto que presiona un troquel térmico contra el material, ejerciendo una fuerza de avance de $4\ 500 \text{ N}$. Dicho cilindro de doble efecto realiza $150$ ciclos completos (avance y retroceso) cada hora y tiene unas dimensiones de $100 \text{ mm}$ de diámetro de émbolo, una carrera de $400 \text{ mm}$ y un diámetro de vástago de $25 \text{ mm}$. Para que el cilindro de la máquina pueda funcionar correctamente es necesario conectarlo a un compresor que se debe adquirir. La empresa de suministros con la que se trabaja habitualmente tiene disponibles los modelos de compresores que se indican en la tabla adjunta ($1 \text{ bar} = 10^5 \text{ Pa}$).

Una conocida marca de motocicletas está desarrollando un modelo con motor Otto bicilíndrico de 4 válvulas por cilindro. Se obtiene una potencia máxima de 50 kW a 8 000 rpm y un par máximo de 64 Nm a 6 700 rpm. El diámetro de los pistones es 83 mm y su carrera 60 mm. La relación de compresión del motor es 10,8:1.Para obtener el consumo del vehículo, se sitúa en un banco de pruebas y se pone a funcionar durante una hora en el régimen del par máximo, obteniéndose un consumo de 14,3 litros de combustible. El poder calorífico de la gasolina utilizada es 41 500 kJ / kg y su densidad 0,75 kg / dm³.

La instalación de agua de un edificio alimenta un equipo de limpieza situado en una planta superior. El agua circula por una tubería principal de {{diametro_tbaja}} mm de diámetro situada en la planta baja. Desde ahí, el agua asciende {{altura_ascenso}} m hasta un tramo final más estrecho, con un diámetro de {{diametro_tsuperior}} mm, en la planta superior justo antes de entrar en el equipo. En la planta superior se mide una velocidad media del agua de {{velocidad_superior}} m/s y una presión manométrica de {{presion_superior}} MPa. Se considera agua con densidad {{densidad_agua}} kg/m³ y aceleración de la gravedad {{gravedad}} m/s². Se desprecia cualquier tipo de pérdida de energía. Se pide:

En una planta de envasado de aceite de oliva se utiliza un cilindro neumático de doble efecto para empujar lateralmente las cajas ya llenas hacia una cinta transportadora. El cilindro trabaja conectado a una red de aire comprimido que suministra una presión de {{presion_red}} MPa y realiza una carrera de {{carrera_cilindro}} cm. El diámetro del émbolo del cilindro es de {{diametro_embolo}} mm, mientras que el diámetro del vástago es un tercio del diámetro del émbolo. Debido a los rozamientos internos, se estima que la fuerza de rozamiento es el {{porcentaje_rozamiento}}% de la fuerza teórica que origina el movimiento. El sistema funciona de manera cíclica, realizando {{num_ciclos}} ciclos en un minuto. Se pide: