FISICA EN PROCESOS INDUSTRIALES

PROYECTO FINAL

KAREM ROJAS ALFARO

FISICA EN PROCESOS INDUSTRIALES

IACC

29/03/2020

DESARROLLO

Roxana viaja en su camioneta por un camino de ripio a una velocidad de 60 km/hr. Lamentablemente, en una mala maniobra, cae en un hoyo de profundidad de 2 ft. Lo anterior le provocó daños severos en la llanta trasera derecha y el rompimiento del neumático de la misma rueda. Roxana ante la emergencia, decide llamar al seguro automotriz y solicitar el servicio de grúa.

Luego de 5 días transcurridos de este episodio, el seguro decide enviar la camioneta a taller para dar solución a las problemáticas. La camioneta se lleva a la serviteca de Don Benjamín, taller especialista en llantas off-set y neumáticos multipropósito (MT). Los servicios y detalles entregados se especifican en la tabla 1:

[pic 1]

Las actividades desarrolladas son las siguientes:

✓ Leonardo es un operario del taller, Leo al consultar el manual de la marca especifica que el inflado del neumático debe ser con aire a 13°C y a presión atmosférica normal. Durante el proceso, el aire se comprime a 25% de su volumen original y la temperatura aumenta a 42°C.

✓ Leo como buen mecánico, con ojo clínico, evidencia que, por el golpe al momento del accidente, se dañó una pequeña placa de acero (masa= 0,5 Kg) que sostiene las pastillas de freno. Cómo la pieza es difícil de conseguir se manda a fabricar donde Don Mauricio, el maestro Tornero. El largo requerido de la pieza de acero es de 10 cm. La pieza se fabrica a temperatura de 22ºC. Cortar la pieza metálica provoca un aumento en la temperatura en 80°C. Don Mauricio al saber que es una camioneta de 2.5 toneladas de peso decide que, para una mayor resistencia del metal, la pieza debe ser sometida a un tratamiento de temperatura en el horno. La pieza alcanza, como consecuencia, los 160°C.

Otros datos:

En el último año, el taller de Don Benjamín sumó el nuevo sistema de sensores que permite tomar mediciones sin tener que salir con los automóviles a terreno, basta con suspender los autos en el elevador electro-hidráulico, conectar el sistema de sensores al terminal PCM del automóvil para poder empezar a leer las mediciones entre las que se encuentran:

• Datos en vivo del sistema de enfriamiento, admisión y compresión
•  Simulación de acuerdo a la velocidad de aceleración, datos de presión en neumáticos,

temperatura de llantas. Sistema de frenado y temperatura de gases de escape. Al momento de la entrega, Roxana (Ingeniero Industrial) queda impresionada con el nuevo sistema y solicita ver el manual del fabricante. Ante su asombro, decide también ir a las especificaciones eléctricas del sistema y presta especial atención en uno de los lazos de control, el cual es muy simple, son tres resistencias conectadas a una fuente de 12 v. Las primeras dos resistencias (11Ω y 25Ω) están conectadas en paralelo y en serie a una resistencia de 13Ω.

Con respecto a los datos entregados:

1. Entregue todos los datos suministrados en este caso en unidades pertenecientes al sistema internacional. Adjunte los algoritmos realizados para obtener las conversiones finales.

[pic 2]

Según los datos entregados las conversiones finales son:

• Longitud => 2ft x 0,30m / 1ft = 0,60mt.

• Diámetro => 20 in x 0,020mt / 1in = 0,4mt.

• Servicios entregados en la serviteca:

• Ancho: (305mm x 1mt) / 1000mm = 0,305mts.
• Perfil: (60 mm x 1mt) / 1000mm = 0,06 mts.
• Placas de Acero: Largo = (4 cm x 1mt) / 100cm = 0,04mts. ; Ancho = (3cm x 1mt) / 100cm = 0,03mts.

• Temperaturas:

• 13ºC = 13ºC + 273ºK = 286ºK
• 42ºC = 42ºC + 273ºK = 315ºK
• 22ºC = 22ºC + 273ºK = 295ºK
• 80ºC = 80ºC + 273ºK = 313ºK
• 160ºC = 160ºC + 273ºK = 433ºK

• Masa:

• (2,5Ton x 1000 kg) / 1Ton = 2500kg

b) Determine la presión en la llanta antes de detectar el problema en el sistema de frenado.

• Calculamos el volumen:

• V = (R x T) / P

• V = [0,082 (atm * L /  mol * k) 286 ºK] / 1atm = 23,45Lts.

• Despejamos la presión:

• P1 V1 / T1 = P2 V2 / T2

• El volumen se comprime un 25% por lo tanto:

• 23,45Lts x 0,25 = 5,86Lts.

• Reemplazamos:

• (1atm * 23,45Lts) / 286ºK = (x * 5,86Lts) / 315ºK
• Presión = 4,4atm.

La presión en la llanta antes de detectar el problema era de 4,4atm.

c) Determine la longitud inicial de la pieza de acero perteneciente al sistema de frenos.

• Constante de compresión para el acero: 1 * 10-5  J/(s*m*ºC)
• Sabemos que: Lf – Li = a * Li (Tf – Ti)

• (10cm – Li) = 1 * 10-5 * Li (80ºC – 22ºC)
• Longitud inicial = 9,97cm.

La longitud inicial de la pieza de acero era de 9,97cm.

d) Determine cuánta energía deberá suministrar el horno a la placa de acero para que esta pieza alcance la temperatura deseada.

...