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MATERIALES DE INGENIERIA I PROGRAMA DE DISEÑO INDUSTRIAL UNIVERSIDAD DE PAMPLONA PROBLEMAS CON DILATACION TÉRMICA 1. Una barra de hierro temperatura, a 20 °C, tiene una longitud inicial igual a 300 cm. El coeficiente de dilatación lineal del hierro vale 1,2.10-5/ °C. Determine el alargamiento de la barra a 120 °C. 2. Un riel de aluminio de 30 metros a 20° C se dilata, al aumentar la temperatura a 60°, sabiendo que el coeficiente de dilatación lineal del aluminio es de 2,4.10-5 °C-1. Determine la variación de longitud del riel.

3. A un diseñador industrial se le ocurrido la idea de incorporar un sensor térmico dentro las ollas arroceras para indicar el momento que se le debe bajar el fuego al fogón. Este consiste de una simple barra de material delgado colocado en el centro de la tapa y cuya longitud no llega a tocar el fondo de la olla de tal forma que al calentarse a la temperatura de 105 °C este se dilata y toca el fondo de la olla accionando una alarma. Si la altura de la olla es 14 cm y la longitud inicial de la barra es 13,9 cm; seleccione el material que sirva para esta función teniendo en cuenta consideraciones de toxicidad conservación de los alimentos en la cocción. Elabore la tabla de requerimientos de función y diseño.

PROBLEMAS CON DENSIDAD 4. Calcular la densidad de un prisma rectangular cuyas dimensiones son: largo 6cm, ancho 4cm, alto 2cm, y tiene una masa de 250g; calcular el volumen que ocupara un objeto de la misma sustancia si tiene una masa de 100g. 5. En un diseño industrial se determinó que bajo condiciones ergonómicas se debe construir un tanque de forma cilíndrica con altura máxima de 0,8 metros para almacenar 2040kg de gasolina cuya densidad es de 680 kg/m^3. C. Determine cuál debe ser el diámetro del tanque 6. Se requieren diseñar bloques monolíticos (hechos de un solo material) que van a ser colocados en corredores de un hospital con el fin de servir de asiento para visitantes o para apoyo de utensilios. Como diseñador industrial defina la forma y el material de los bloques si estos no deben ocupar un área mayor a 0,25 m2 y por norma no deben tener una masa superior a 8 Kg. Haga la tabla correspondiente de materiales cuya densidad no permita superar la masa de 8 Kg. Finalmente haga una tabla de requerimientos especificando función, restricciones, objetivos y variables libre. PROBLEMAS DE CONVERSION DE UNIDADES Y UNIDADES DE ESFUERZO 7. Un cable de 0,25 in2de diámetro, y 20 m de largo se requiere para colgar baldes de extracción de agua en pozos artesianos en zonas rurales. Si el peso de cada balde lleno de agua es de 400 N. Determine el esfuerzo en unidades psi que sufre el cable al estirarse bajo el peso del agua. Finalmente seleccione el material del cable entre nylon, acero, polietileno de alta densidad, polipropileno, cobre y aluminio si se requiere un material liviano y con bajo costo. Elabore la tabla de requerimientos de función y diseño. 8. Un cable de acero posee una resistencia de 120 MPa. ¿Cual debe ser área del cable y de que forma y tamaño lo compraría para usarlo en el problema del ítem 7?. Defina si este cable sirve para soportar el peso del balde. 9. El nuevo diseño de una caja fuerte para guardar lingotes de oro, plata y platino consta de tres estantes, y cuatro patas macizas que son de forma cilíndrica. En cada uno de los tres compartimientos se pretende poner 210 lingotes de cada material. El armario pretende hacerse de aleación de titanio Ti-3Al-2,5V, debido a su baja densidad y alta resistencia mecánica (485 MPa). Se sabe que los lingotes son rectángulos y tienen una medida de 117 x 52 x 12 mm. La densidad del oro es de 19,3 g/cm3, la de la plata es de 10,5 g/cm3 y la del platino es de 21,4 g/cm3. Calcule el diámetro de cada una de las patas. El peso de la caja fuerte vacía es de 500 kg.

PROBLEMAS CON CONDUCTIVIDAD TÉRMICA 10. Le han pedido que diseñe un traje deportivo para hacer ejercicio en condiciones de frio extremo en páramo a una temperatura exterior igual a -3 °C. Considerando que el área total del cuerpo humano es 1.2 m2 seleccione el material del traje y defina su espesor necesario para mantener la temperatura corporal en 30°C. Elabore la tabla de requerimientos de función y diseño. 11. Usted esta diseñando un vaso térmico cilíndrico para niños de preescolar con capacidad de 200 ml usado para almacenar jugo de naranja y conservarlo frío a una temperatura de 10°C. Si la temperatura ambiente es 35°C, determine el material y el espesor del aislante térmico requerido. Elabore la tabla de requerimientos de función y diseño. Nota: Haga consideraciones ergonómicas de las dimensiones el recipiente para que pueda ser agarrado con una mano de un niño entre 3 y 5 años.

12. Lo ha contratado una industria multinacional que distribuye a todo el mundo para que haga el diseño de una innovadora olla donde en su base exista una tapa circular que se gira al apretar un botón en el mango de la olla. Cuando esta cerrada la tapa no permite el paso del calor y cuando esta abierta permite el paso del calor. Teniendo en cuenta que la cantidad de calor promedio que se consume en una hora en los fogones de cocina es de 1500 Watts, y que el diámetro de la tapa es de 15 cm con 3 mm de espesor, determine el material de la tapa que permita la mínima variación en la temperatura (T2-T1) mínimo. Elabore la tabla de requerimientos de función y diseño.