Tecnología, PAU 2026 de Cataluña: el examen de junio (serie 5) resuelto

Planteamiento Se pide qué le pasa a un cable de acero estirado con $1\,500\,\mathrm{N}$: hay que calcular la tensión (la fuerza dividida entre la sección) y compararla con el límite elástico.

1. Sección del cable, con $d=3\,\mathrm{mm}$:

   $S$${}= \dfrac{\pi\,d^2}{4}$${}= \dfrac{\pi\cdot(3\,\mathrm{mm})^2}{4}$${}= 7{,}069\,\mathrm{mm^2}$

2. Tensión ($1\,\mathrm{N/mm^2}=1\,\mathrm{MPa}$):

   $\sigma$${}= \dfrac{F}{S}$${}= \dfrac{1\,500\,\mathrm{N}}{7{,}069\,\mathrm{mm^2}}$${}= 212{,}2\,\mathrm{MPa}$

3. Como $212{,}2\,\mathrm{MPa}$ es menos que el límite elástico, $275\,\mathrm{MPa}$, el cable trabaja en zona elástica: ni se deforma plásticamente ni se rompe, y la a) y la b) son falsas. La c), $70{,}69\,\mathrm{MPa}$, no corresponde a la fuerza y la sección del cable. El módulo elástico y la longitud no hacen falta para responder.

Planteamiento Se pregunta cómo cambia el par del motor mientras la barrera sube de la horizontal a la vertical a velocidad angular constante.

1. A velocidad angular constante no hay aceleración angular: en cada posición, el par del motor equilibra el momento del peso de la barrera respecto del eje de giro.

2. La barrera es homogénea: el peso $m\,g$ actúa en su punto medio, a $l/2$ del eje ($l$ es la longitud de la barrera). Si $\theta$ es el ángulo de la barrera con la horizontal, el brazo del peso es la distancia horizontal $(l/2)\cos\theta$:

   $\Gamma_\text{mot}=m\,g\,\dfrac{l}{2}\cos\theta$

3. Con la barrera cerrada ($\theta=0^\circ$), $\cos\theta=1$ y el par es máximo; con la barrera abierta ($\theta=90^\circ$), $\cos\theta=0$: el peso pasa por el eje de giro y el par es nulo.

4. Por qué no las otras: la a) dice lo contrario (el máximo es con la barrera cerrada); la c) es falsa porque el par cambia con $\cos\theta$, y la d) también, porque el centro de gravedad sube $l/2$ y hay que aportarle la energía potencial $m\,g\,l/2$.

Planteamiento Se pide la huella de $\mathrm{CO_2}$ de la opción que menos emite para llevar a 20 personas a $250\,\mathrm{km}$: hay que contar cuántos vehículos hacen falta de cada tipo.

1. Vehículos necesarios para 20 personas: un miniautocar (21 plazas), 4 vehículos ligeros (5 plazas cada uno) o 10 motocicletas (2 plazas cada una).

2. Emisiones de cada opción (vehículos por factor de emisión por kilómetros). Miniautocar: $1\cdot 402{,}13\,\mathrm{g/km}\cdot 250\,\mathrm{km}$${}= 100{,}5\,\mathrm{kg}$. Coches de gasolina: $4\cdot 149{,}28\,\mathrm{g/km}\cdot 250\,\mathrm{km}$${}= 149{,}3\,\mathrm{kg}$. Coches de gasoil: $4\cdot 233{,}12\,\mathrm{g/km}\cdot 250\,\mathrm{km}$${}= 233{,}1\,\mathrm{kg}$. Motocicletas: $10\cdot 92{,}29\,\mathrm{g/km}\cdot 250\,\mathrm{km}$${}= 230{,}7\,\mathrm{kg}$.

3. La que menos emite es el miniautocar. Las otras opciones de respuesta son las huellas de los otros medios: la b), de los coches de gasolina; la c), de los coches de gasoil, y la d), de las motocicletas.

Planteamiento Se pide la potencia que hay que aportar al compresor: la que recibe el gas (el caudal por el incremento de entalpía) más las pérdidas, que son el 20 % de la potencia aportada.

1. Caudal másico en kg/s: $\dot m=30\,\mathrm{g/s}=0{,}03\,\mathrm{kg/s}$. Potencia que recibe el gas:

   $P_\text{gas}$${}= \dot m\,(H_2-H_1)$${}= 0{,}03\,\mathrm{kg/s}\cdot(420-250)\,\mathrm{kJ/kg}$${}= 5{,}1\,\mathrm{kW}$

2. Si se pierde el 20 % de la potencia aportada, el gas recibe el 80 %, es decir, el rendimiento es $\eta=0{,}8$:

   $P$${}= \dfrac{P_\text{gas}}{\eta}$${}= \dfrac{5{,}1\,\mathrm{kW}}{0{,}8}$${}= 6{,}375\,\mathrm{kW}$

3. Por qué no las otras: la c), $6{,}120\,\mathrm{kW}$, sale de sumar un 20 % a la potencia del gas ($5{,}1\cdot 1{,}2$), es decir, de calcular las pérdidas sobre la potencia que recibe el gas en lugar de sobre la aportada. La a) y la d) no corresponden a este cálculo.

Planteamiento Se pide la impedancia de una bobina y un condensador en serie a $50\,\mathrm{Hz}$: las dos reactancias tienen efectos opuestos y se restan.

1. Reactancia inductiva:

   $X_L$${}= 2\pi f\,L$${}= 2\pi\cdot 50\,\mathrm{Hz}\cdot 0{,}025\,\mathrm{H}$${}= 7{,}854\,\Omega$

2. Reactancia capacitiva:

   $X_C$${}= \dfrac{1}{2\pi f\,C}$${}= \dfrac{1}{2\pi\cdot 50\,\mathrm{Hz}\cdot 25\cdot 10^{-6}\,\mathrm{F}}$${}= 127{,}32\,\Omega$

3. Sin resistencia, la impedancia es la diferencia de las dos reactancias, en valor absoluto:

   $Z$${}= |X_L-X_C|$${}= |7{,}854-127{,}32|\,\Omega$${}= 119{,}5\,\Omega$

4. La carga es capacitiva, porque $X_C$ es mayor que $X_L$. Por qué no las otras: la b) es solo $X_L$; la d), solo $X_C$, y la a), $0\,\Omega$, solo pasaría a la frecuencia de resonancia, donde $X_L=X_C$.

Planteamiento Lectura de curvas tensión-deformación: se pregunta qué acero es más frágil, es decir, cuál se rompe con menos deformación plástica.

1. Un material frágil se rompe poco después de salir de la zona elástica, casi sin deformación plástica; uno dúctil se deforma mucho antes de romperse.

2. El acero A (línea continua) llega a unos $410\,\mathrm{MPa}$ con $\varepsilon\approx 0{,}002$ y se rompe hacia $\varepsilon\approx 0{,}004$. El acero B (línea de puntos) sale del tramo recto a unos $260\,\mathrm{MPa}$ y sigue deformándose hasta $\varepsilon\approx 0{,}014$.

3. El acero A se rompe con mucha menos deformación: es el más frágil, aunque sea el que aguanta más tensión. La figura permite compararlo, así que la c) y la d) son falsas.

4. En la figura de la versión castellana del examen, la marca central del eje vertical dice «100»; por la escala de las otras marcas (0 y 400) debería decir 200. No afecta a la respuesta, porque solo se compara la deformación.

Planteamiento Ajuste ISO 50 H7/g6: se pide el juego máximo, que se da con el agujero más grande y el eje más pequeño.

1. Medidas límite, sobre la cota nominal de $50\,\mathrm{mm}$: el agujero va de $50{,}000$ a $50{,}025\,\mathrm{mm}$, y el eje, de $49{,}975$ a $49{,}991\,\mathrm{mm}$.

2. Juego máximo: agujero máximo menos eje mínimo. Con las desviaciones, es la superior del agujero menos la inferior del eje:

   $J_\text{máx}=25\,\mu\mathrm{m}-(-25\,\mu\mathrm{m})=50\,\mu\mathrm{m}$

3. Por qué no las otras: la a), $9\,\mu\mathrm{m}$, es el juego mínimo, $0-(-9)$; la c), $34\,\mu\mathrm{m}$, es el agujero máximo menos el eje máximo, $25-(-9)$, y la b), $25\,\mu\mathrm{m}$, es el agujero mínimo menos el eje mínimo, $0-(-25)$.

Planteamiento Motor de corriente continua: se pide el rendimiento nominal, la potencia útil de la placa dividida entre la potencia eléctrica que absorbe.

1. En la placa, $P_\text{N}=60\,\mathrm{W}$ es la potencia útil en el eje. Potencia eléctrica absorbida:

   $P_\text{abs}$${}= U_\text{N}\,I_\text{N}$${}= 24\,\mathrm{V}\cdot 3{,}47\,\mathrm{A}$${}= 83{,}28\,\mathrm{W}$

2. Rendimiento:

   $\eta$${}= \dfrac{P_\text{N}}{P_\text{abs}}$${}= \dfrac{60\,\mathrm{W}}{83{,}28\,\mathrm{W}}$${}= 0{,}7205$

3. Es decir, un 72 %. La velocidad de giro no hace falta para calcular el rendimiento.