Tema 3: Màquines tèrmiques.

3.1- Resum:

3.1.1- Motors tèrmics:

Són les motors que transformen l'energia d'un combustible en energia de moviment (E. Mecànica). Aquesta transformació es produeix en els motors a través d'un conjunt de mecanismes.

Hi ha dos tipus de motors tèrmics:

Motor de 2 temps: Realitza les quatre etapes del funcionament del motor en dos moviments.

Aquests moviments són 1- Admissió i compressió i 2- Explosió i escapament.

Motor de 4 temps: Realitza les quatre etapes del funcionament del motor en quatre moviments diferents.

Aquests moviments són: 1- Admissió (El cilindre s'omple de gasolina i aire)

                                        2- Compressió (El pistó puja i comprimeix la mescla)

                                        3- Explosió (Una guspira fa explotar la mescla i l'explosió fa baixar el pistó                                                              de cop)

                                        4- Escapament (La vàlvula d'escapament s'obre i deixa anar els gasos)

3.1.2- Cilindrada d'un motor:

És una de les característiques principals d’un motor, lligada a la potència que pot desenvolupar i al consum de combustible.

Fórmules:

Vc= πr²c                     Vmàx= Vc+Vmin                 Vt= Vmàx·Nc

3.1.2- Treball, Potència i rendiment:

El treball és l'acció d'aplicar una o més forces sobre un cos i provocar o modificar el seu moviment. S'expressa amb Joules (J).

W= s·F

La potència és el treball efectuat per unitat de temps. Dóna idea de la rapidesa amb què es pot fer un treball. S'expressa en Watts (w).

P= W/T

El rendiment és una forma d'expressar l'eficiència d'una transformació energètica. Pot ser segons el treball o segons la potència.

 η= (Pu/Pc) ·100                       η= (Wu/Wc) ·100

3.2- Beneficis i inconvenients dels motors elèctrics:

Inconvenients:
- Els vehicles elèctrics tenen molt poca autonomia.- Necessiten molta estona per carregar-se.- Hi ha pocs llocs de càrrega (actualment).- Actualment utilitzen bastant la pila de liti que és molt difícil de reciclar.- Actualment  la energia elèctrica prové de fonts no gaire ecològiques, com és el cas de la energia nuclear.- El seu preu és excessivament car.- L'electricitat no és 100% ecològica, ja que desprén petites emissions de carboni.- A part de les bateries liti existeixen unes altres bateries més fàcils de reciclar, però pesen massa per la poca energia que donaran al vehicle.

Avantatges:
- Els vehicles elèctric són més ecològics, per tant desprenen menys emissions de CO2 a l'atmosfera.- Aquests vehicles també tenen més rendiment energètic que els de combustió, ja que aprofiten el 90% de la energia.- La estructura dels vehicles elèctrics és més simple que la dels de combustió, per tant, tindran menys avaries i un menor manteniment.- Els vehicles elèctrics també són mecànicament més simples que els de combustió.- Permet als països no exportadors de petroli no dependre dels països exportadors.- El projecte ITER és un projecte que es comença a desenvolupar a França que tracta de una fusió nuclear d'Hidrogen creant Heli ( és un mètode molt més ecològic que el de la fissió nuclear).- Tenen un descompte d'uns 3.000 euros aproximadament. 

Tema 2.- Màquines i mecanismes

Tema 2.- Màquines i mecanismes

2.1- Resum del tema

2.1.1- Màquines:

És el conjunt de mecanismes que ens ajuda a fer un treball o a transformar una força.

N'hi ha dos tipus: les màquines simples i les màquines complexes.

2.1.2- Màquines simples:

Dispositius senzills amb un element o dos.

N'hi ha tres tipus: la palanca, la politja i el pla inclinat.

2.1.2.1- La palanca:

Barra rígida capaç de girar al voltant d'un punt de suport. En el cas de la palanca, s'utilitza la següent fórmula:

F · d1 = R · d2

Podem classificar les palanques en 1r grau, 2n grau i 3r grau. Aquí teniu uns exemples:

2.1.2.2- La politja:

Roda que té la superfície central amb forma de canal per on es pot

fer passar una corda o corretja. S'utilitza la mateixa fórmula que la palanca.

2.1.2.3- El pla inclinat:

Rampa que permet elevar càrregues amb menys esforç del que caldria exercir si ho féssim verticalment. La fórmula que s'utilitza amb el pla inclinat és la següent:

2.1.3- Màquines complexes:

Màquines amb diversos mecanismes, que transformen energia i acostumen a ser motrius. 

2.1.3.1- Els mecanismes:

Són els conjunts de peces que guien, transmeten i transformen un moviment relacionat amb les forces que actuen en una màquina. 

2.1.3.2- La relació de transmissió:

Representa el nombre de voltes que fa l’eix conduït per cada volta de l’eix motriu.

i = relació de transmissió (no té unitats)

n1 = freqüència de rotació de l’eix motriu (rpm)

n2 = freqüència de rotació de l’eix conduït o de la roda conduïda (rpm)

2.1.3.3- Transmissió per engranatges:

Sistema de transmissió molt exacte que permet transmetre grans esforços, però no pas a gaire distància.

Tema 1.- Estructures i esforços mecànics.

1.1- Resum del tema:

1.1.1- Forces

Una força és una acció capaç de produir una deformació en un cos o modificar-ne l'estat de repòs o de moviment.

Les forces, es representen amb vectors, unes representacions geomètriques semblants a fletxes que indiquen:

   - La seva direcció, que es representa amb el segment del vector.

   - El seu mòdul, que es representa amb la longitud del segment del vector.

   - El seu sentit, que es representa amb la punta de la fletxa del vector.

   - El seu punt d'aplicació, que es representa amb l'origen del segment del vector.

Per mesurar forces s'utilitza el dinamòmetre, un aparell inventat per Isaac Newton que basa el seu funcionament en l'estirament d'una molla.

1.1.2- Esforços

L'esforç és la força a la qual és sotmesa una peça en una secció determinada i que tendeix a estirar-la, aixafar-la, corbar-la, torçar-la o tallar-la.

Hi ha cinc tipus d'esforços:

   - L'esforç de tracció es produeix quan dues forces oposades actuen sobre un cos i tendeixen a        estirar-lo. Un exemple serien els cables d'un pont penjant.

   - L'esforç de compressió es produeix quan un objecte es sotmet a l'acció de dues forces que actuen en sentits oposats, les quals tendeixen a aixafar-lo. Un exemple serien les potes d'una cadira.

Un altre tipus de compressió és el vinclament, que és la deformació d'un cos llarg i prim quan es sotmet a compressió. Per exemple la perxa d'un atleta. 

   - L'esforç de flexió es produeix quan les forces que actuen sobre una peça s'apliquen en el seu eix longitudinal i tendeixen a corbar-la com per exemple una canya de pescar.

   - L'esforç de torsió consisteix en l'aplicació de dues forces en sentits oposats que tendeixen a girar o a retorçar un cos. Per exemple el volant d'un cotxe.

   - L'esforç de cisellament es produeix quan dues forces oposades són aplicades en la mateixa zona de l'objecte, intentant tallar-lo. Un exeple són unes tisores.

1.1.3- Propietats mecàniques dels materials

Les propietats mecàniques determinen el comportament dels materials quan estan sotmesos a forces.

Hi ha cinc propietats mecaniques:

   - La resistència: És la capacitat que té una material de suportar esforços sense deformar-se molt ni trencar-se. Els metalls solen ser resistents.

   - La tenacitat/fragilitat: La tenacitat és la resistència al xoc mentre que la fragilitat és el contrari. 

Els objectes fràgils es trenquen. Un martell és tenaç i el vidre és fràgil.

   - L'elasticitat: La propietat mecànica que tenen els materials de recuperar la seva forma original després d'haver estat deformats per un esforç. Les gomes solen ser elàstiques.

  - La duresa: La propietat mecànica que indica la resistència que ofereix un material a ser ratllat, penetrat o tallat. El vidre i el diamant són durs.

    - La plasticitat: És la capacitat d'un material per adquirir deformacions permanents sense trencar-se. El fang és un material amb molta plasticitat si està moll.

De la plasticitat se'n deriven dues propietats més la ductilitat (capacitat de deformar-se permanentment en forma de fil prim sense trencar-se) i la mal·leabilitat (capacitat de deformar-se permanentment en forma de làmina molt fina sense trencar-se). El coure és dúctil i l'or és mal·leable.

 1.1.4- Estructures

Una estructura és un conjunt de peces units entre si que serveixen de suporti d'esqueletamb la funció bàsica de suportar cosa.

Una estructura ha de complir tres condicions bàsiques:

   - Ser resistent per suportar les càrregues a les quals està sotmesa.

   - Ser rígida perquè no es deformi per l'acció d'esforços.

   - Ser estable per no bolcar quan està sotmesa a forces externes.

Hi ha sis elements en les estructures:

   - Fonaments: És la part que es troba sota terra i serveix de base.

   - Elements horitzontals: Com bigues, travessers... són les peces disposades en forma horitzontal que serveixen per suportar càrregues i que estan sotmeses a esforços de flexió.

   - Elements verticals: Com columnes, pilars, murs... solen suportar esforços de compressió i esforços laterals de flexió.

   - Tirants: Són cables o barres sotmesos a esforços de tracció que serveixen per augmentar l'estabilitat i la resistència de les estructures.

   - Perfils: Estan fets d'acer i tenen diferents formes.

Hi ha dos tipus principals d'estructures:
   - Estructures d'armadura: Estan formades per un conjunt d'elements resistents units entre si que l'aguanten des de dins.  Solen ser estructures metàl·liques i de formigó. N'hi ha de tres tipus:

• Estructures tramades: Estan formades per barres verticals i horitzontals que s'uneixen  per formar formes tridimensionals. Es solen utilitzar en edificis i cases.
• Estructures triangulars: Solen fer-se unint peces d'acer en forma triangular ja que és la forma geomètrica més rígida i estable  a més de lleugera. S'utilitza en grues, torres d'alta tensió... 
• Estructures penjants: Suporten el pes de la construcció per mitjà de tirants que van units amb peces de suport. S'utilitza en ponts.                   

   - Estructures de carcassa: Formades per làmines unides entre si que solen envoltar l'objecte com per exemple un contenidor d'escombraries o el xassís d'un vehicle.

  

1.2- Impacte de la construcció d'edificis en el medi ambient.

Com segurament ja sabreu, en els últims anys s'han estat destrossant moltes hectàrees de terreny amb l'objectiu de construir-hi edificis a causa de l'ambició per aconseguir més diners. Cada vegada més boscos o zones rurals queden desforestades a causa de la construcció de nous edificis.

Per aquest motiu, alguns arquitectes ja han començat a dissenyar edificis que recuperen l'espai de bosc que ha quedat desforestat amb plànols que inclouen espais per arbres, plantes, etc. 

A continuació en teniu un exemple:

I en la següent pàgina web hi podeu trobar un reportatge sobre la carrera de Ken Yeang, un arquitecte de Malasia que intenta fer veure a la gent que hem de canviar la forma que tenim de fer les ciutats. La foto anterior, mostra un plànol dissenyat per ell mateix.

http://www.ecosiglos.com/2013/06/ken-yeang-debemos-repensar-nuestras-ciudades.html

El que ell busca, no és només un món en què humans i arbres convisquin sense que cap d'ells li tregui espai a l'altre sinó que pretén crear un ecosistema on tot tipus d'animals visquin en el seu hàbitat natural sense que aquest es vegi danyat i d'aquesta manera contribuir amb la reducció del canvi climàtic.

Finalment us deixo un vídeo d'un edifici que s'ha construit a la ciutat de Bogotà en el qual s'hi troben més de 8.000 plantes diferents, un gran avançament en aquest camp.