diseño de equipos e instalaciones (iq-4º)-2º parcial(febrero

DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES (IQ-4º)-2º PARCIAL ENERO-2011)
1. Si el cemento Pórtland puede simularse a través del binario CaO-SiO2, se pide:
a) Dibujar el diagrama de fases entre el 100% CaO (molar) y 66,7% de CaO (molar) que es la composición
correspondiente al silicato dicálcico, 2CaO·SiO2, teniendo presente los siguientes datos:
-Punto de fusión del CaO: 2570 ºC.
-Punto de fusión del 2CaO·SiO2 : 2130 ºC
- El 3CaO·SiO2 (silicato tricálcico), se descompone a 2070 ºC antes de fundir según la reacción siguiente:
3CaO·SiO2 (s) = CaO (s) + Líquido (27% SiO2, molar)
- Se presenta la siguiente reacción eutéctica a 2020 ºC:
2CaO·SiO2 (s) + 3CaO·SiO2 (s) = Líquido (30 % SiO2, molar)
- Que el 3CaO·SiO2 se trasforma por reacción eutectoide a 1300 ºC en CaO y 2CaO·SiO2 :
3CaO·SiO2 (s) = 2CaO·SiO2 (s) + CaO (s)
- Que el 2CaO·SiO2 presenta a 1420 ºC, el siguiente cambio alotrópico, la forma alfa es la estable a alta
temperatura:
2CaO·SiO2 (alfa) = 2CaO·SiO2 (beta)
(b) Según el diagrama de fases dibujado, el 3CaO·SiO2 sería un compuesto termodinámicamente estable a
temperatura ambiente.
(c) Indicar las diferencias que existen entre el Cemento Pórtland y el Hormigón
(d) Identificar las reacciones en estado sólido que se han considerado en la construcción del diagrama CaOSiO2.
(e) Indicar, los constituyentes que podríamos encontrar en una micrografía de un Hormigón Armado.
2. Una viga de acero de geometría “doble T”, de longitud, L = 10 m, de Momento de Inercia, I = 4000 cm4 y
altura, H = 40 cm, está sometida a un Momento Flector constante, M. Se pide:
a) Derivar la relación existente entre la flecha máxima admisible y el Momento Flector, M, Momento de
inercia, I, modulo elástico del material, E, y su longitud L.
b) Calcular el valor de M (Momento Flector) para una flecha máxima admisible de 10 cm (0,10 m).
c) Calcular el valor de la tensión máxima,  máximo , que soporta la viga.
d) Determinar el coeficiente de seguridad que se ha considerado en su diseño.
e) Tamaño crítico superficial de la grieta máxima admisible.
f) Valoración de los resultados. Estructura del acero al carbono utilizado.
Datos: Para el “acero de construcción”: E = 200 GPa; KIC = 110 MPa·m0,5 y Re = 500 MPa.
DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES (IQ-4º)-1º PARCIAL ENERO-2011)
1.- El manganeso, es uno de los veinte metales considerados como estratégicos para la industria y defensa. La
obtención del manganeso metal puede realizarse a través de la reducción carbotérmica de sus óxidos. Se pide:
a) Reacción de obtención del manganeso metal a partir de la reducción carbotérmica del MnO.
b) Temperatura para la cual, las energía libre estándar de formación de CO y del MnO son iguales.
c) Calcular el número de libertades, o de variables intensivas, del sistema Mn-O-C..
d) Indicar si existen otros métodos alternativos a la reducción carbotérmica, para obtener magnesio metal.
f) señalar las principales aplicaciones de manganeso metal.
Datos: La energía libre estándar de formación del MnO (s) y del CO(g) a partir de sus elementos, son las
siguientes:
 f G o (MnO) =  402,0 + 0,086 T (K) kJ·mol-1 de MnO
 f G o (COO) =  118,0  0,084 T (K) kJ·mol-1 de CO
2. Para la transformación alotrópica Fe (  -FCC)  Fe (  -BCC), calcular aproximadamente el número de
átomos comprendidos en los núcleos de radio crítico para un subenfriamiento,  T = 30 ºC.
Datos: Temperatura de la transformación: 912 ºC. Calor asociado al cambio alotrópico: 500 cal·a´tomo-g de
o
Fe. Densidad: 7,80 g·cm-3 . Parámetro de red del Fe:  -BCC), a = 2,90 A . Peso Atómico: 56 g·átomo-g Fe.
Energía superficial,    = 250 erg· cm-2. Ángulo de mojado,  = 3 º.
Función de mojado:
f   
1  cos 2 2  cos 
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3. El sistema Al-Si presenta un diagrama de equilibrio con solidificación eutéctica. La composición de las
tres fases en equilibrio, a la temperatura eutéctica son: Líquido con el 12 % de Si; fase alfa,  , con el 1,5 %
Si y la fase beta,  , con el 100 % Si. En la aleación Al- 7% Si, se pide:
a) Dibujar aproximadamente la curva de enfriamiento de dicha aleación a partir del estado líquido.
b) Calcular las composiciones de los constituyentes disperso y matriz, así como las proporciones totales de
fases  y  presentes.
c) ¿Qué ventajas presenta la aleación eutéctica?. ¿Por qué el silicio aparece preferentemente en forma de
agujas? . ¿Puede modificarse su estructura para hacerla más tenaz?.
d) Citar algunas aplicaciones.