MÀQUINES TÈRMIQUES

QUÈ SÓN ELS MOTORS TÈRMICS?

Els motors tèrmics transformen l'energia d'un combustible en energia de moviment (en energia mecànica). Aquesta transformació es produeix en els motors a través d'un conjunt de mecanismes.

Classificació dels motors tèrmics:

COMPARATIVA ENTRE MÀQUINES DE COMBUSTIÓ EXTERNA I MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA

Màquines de combustió externa

En les màquines de combustió externa, el combustible genera calor per evaporar aigua en calderes i aconseguir vapor a pressió. El vapor és injectat a un sistema mecànic que el transforma en energia mecànica de moviment.

Màquines de combustió interna

Es fabriquen per a diferents tipus de combustibles: gasolina, gasoil i gas natural. El tipus de combustible determina el disseny específic del motor. N'hi ha de dos tipus: els motors d'encesa per guspira o de cicle Otto, i els d'encesa per compressió o de cicle dièsel. Hi ha dues estructures de motors: de dos temps (2T) i de quatre temps (4T).

Els motors de dos temps són mecànicament més simples que els de quatre temps. Això fa que siguin més lleugers i econòmics, i que necessitin menys operacions de manteniment. Per contra, el seu cicle de funcionament no es pot regular totalment, cosa que fa que el seu rendiment sigui més baix que el dels motors de quatre temps.

FUNCIONAMENT MOTOR DE GASOLINA

El funcionament d'un motor de gasolina utilitza l'explosió del combustible i l'aire provocat per una guspira. Això provoca que al expandir el gas el pistó pugi i baixi creant un moviment que farà moure les rodes de l'automòbil.

• Motor de dos temps (2T): El motor de dos temps és un motor de combustió interna que realitza les quatre etapes de cicle termodinàmic (admissió, compressió, explosió i escapament) en dos moviments lineals del pistó, que equival a una volta del cigonyal. Es diferència del motor de quatre temps de cicle Otto, en què aquest últim realitza les quatre etapes en dues revolucions del cigonyal.

• Motor de quatre temps (4T): Aquest motor s'anomena així perquè necessita quatre curses del pistó o èmbol, és a dir, dues voltes completes al cigonyal per completar el cicle termodinàmic de la combustió. 

Fases d'un motor de combustió:
-1r temps: admissió → Aquesta fase comença quan l'èmbol és al punt mort superior (PMS). La vàlvula d'escapament es troba tancada, i la d'admissió s'obre. Quan l'èmbol baixa, succions l'aire de l'exterior, que entra barrejat amb una petita quantitat de gasolina que ha estat polvoritzada per l'injector. Aquesta fase acaba quan l'èmbol arriba al punt mort inferior (PMI).

-2n temps: compressió → La vàlvula d'admissió es tanca, i l'èmbol inicia el seu ascens fins a arribar al PMS. La barreja d'aire i de gasolina assoleix la seva màxima compressió.

-3r temps: explosió → En aquest temps, la bugia fa saltar la guspira i inflama la barreja d'aire i de gasolina, que produeix una forta explosió. Els gasos s'expandeixen i empenyen l'èmbol cap al PMI.

-4t temps: escapament → Quan l'èmbol arriba al PMI s'obre la vàlvula d'escapament i els gasos surten a l'exterior empesos per l`'èmbol. Quan aquest arriba al PMS, aquesta vàlvula es tanca i el cicle torna a iniciar-se de nou en el temps d'admissió.

MOTOR ENCESA DE GUSPIRA O CICLE OTTO

Aquest motor deu el seu nom a l'enginyer alemany Nikolaus Otto. L'any 1876, va dissenyar un motor de gas amb elements molt similars als de la màquina de vapor. 

El motor de cicle Otto s'alimenta amb gasolina, també anomenada benzina. Hi ha dos sistemes per portar la gasolina del dipòsit al motor: a través de carburador i a través d'injector. El sistema d'injecció és molt més eficient que el de carburació.

La inflamació de la gasolina a l'interior de la cambra de combustió ha de seer provocada a través d'una espurna o guspira elèctrica que es produeix a la bugia.

Motor de cicle Otto i les seves parts:

MOTOR D'ENCESA PER COMPRESSIÓ O CICLE DIÈSEL

Aquest motor porta el nom de l'enginyer que el va dissenyar a finals del segle XIX: Rudolf Dièsel. És un motor de 4T en què la inflamació de la mescla d'aire i combustible es fa per compressió, sense guspira. Com a combustible utilitza el gasoil.

En el temps d'admissió només entra aire al cilindre, que serà fortament comprimit en la fase de compressió, i arriba a una temperatura molt elevada. Per provocar l'explosió, un injector expulsa una petita quantitat de gasoil al cilindre. En entrar en contacte amb l'aire calent i a pressió, s'inflama i genera una forta explosió que empeny l'èmbol cap al PMI. El cicle d'escapament és igual que en un motor de cicle Otto. Els motors dièsel són més robustos que els de gasolina, tenen un millor rendiment i són més duradors.

Vídeos

• https://www.youtube.com/watch?v=jJL_AXmrYDk
• https://www.youtube.com/watch?v=e9-kRh1s18Y&list=WL

GASOIL I GASOLINA

COMPARATIVA ENTRE EL GASOIL I LA GASOLINA

Preu d'entrada
El preu mitjà de les versions amb motor de gasolina dels 10 models més venuts a Espanya se situa entre 14.567€, en comparació amb els 16.495€ dels motors de gasoil. És a dir, una mitjana de quasi 2.000€ més cars. No obstant això, aquestes dades estan canviant radicalment a l'actualitat. La caiguda en picat de les ventes de les versions de gasoil estan portant als fabricants a fer ofertes molt grans. El resultat és que, en determinats models, el gasoil pugui ser molt més barat que la versió de gasolina.

Combustible
Antigament era bastant més beneficiós un cotxe de gasoil envers un de gasolina, ja que hi havia molta diferència en el preu del combustible. En canvi, actualment, els preus s'han ajustat força i resulta més convenient un cotxe de gasolina, entre altres coses perquè el manteniment de les peces és més econòmic i contamina menys.

Manteniment
El manteniment és una mica més car en un cotxe de gasoil, degut a les particularitats del motor. Per exemple, el filtre de combustible s'ha de canviar més sovint. En aquests vehicles, la substitució del filtre és molt important donat que els sistemes d'injecció, són elements de molta alta precisió mecànica, i per això generen un cost molt elevat de reparació o substitució.


Per assegurar per tant una millor vida i correcte funcionament d'aquests elements, és necessari verificar en cada canvi de filtre que no arribin impureses que puguin fer malbé el sistema.

Per altra part, els motors de gasolina requereixen una comprobació periòdica de les bugies, per assegurar un correcte salt de la guspira, que derivi en un bon funcionament del motor. En aquest cas, els motors de gasoil no tenen cap problema ja que no presenten bugia.

Varis estudis afirmen que el manteniment d'un cotxe de gasoil respecte a un de gasolina és entre 300 i 700€ més car al llarg de la vida del vehicle.

Assegurança
L'emprament d'un combustible o un altre no influeix directament, però sí que ho fa el preu del model i, com he comentat abans, els vehicles propulsats per gasoil tenen un preu més elevat, per la qual cosa suposa un major cost anual.
Assegurar un model de gasoil a tot risc costa una mitja d'un 13,6% més que fer-ho amb la versió de gasolina. 

Rendiment
En general, com més gran i refinat sigui un motor, millor serà el rendiment. Un motor de gasoil ben dissenyat, oscil·larà entre un 40 i un 45%, mentre que els motors de gasolina no arriben ni al 40%.

Contaminació

Els cotxes de gasoil més moderns, incorporen una espècie de colador per eliminar pràcticament el 100% de les partícules no cremades durant la combustió. Aquestes partícules són culpables d'aquella boira que cobreix les grans ciutats. També incorporen un sistema per eliminar els òxids nitrosos segons una dissolució que redueix gairebé fins a 0 aquestes emissions. Per tant, un cotxe de gasoil més modern, contamina menys que un de gasolina igual de modern.
Però si parlem de les emissions de CO2, la situació és molt més diferent. Un cotxe de gasolina emet almenys un 20 o un 25% més de diòxid de carboni que pas un de gasoil. De la mateixa manera que un cotxe de gasolina consum sempre més que un de gasoil.

Avantatges d'un cotxe de gasoil

• Menys consum per quilòmetres recorreguts.
• Més durabilitat.
• Són més eficients que els de gasolina gràcies a la seva gran capacitat d'arrossegament.

Avantatges d'un cotxe de gasolina

• Les avaries són més barates que les avaries d'un cotxe de gasoil.
• El preu del cotxe és més baix.
• El seu pes és més lleuger.
• Són molt menys sorollosos que els cotxes de gasoil.

Desavantatges d'un cotxe de gasoil

• El preu d'un cotxe de gasoil és més elevat.
• El manteniment d'un cotxe de gasoil és major.
• Són motors més lents i més pesats.
• Les reparacions són més costoses que les d'un cotxe de gasolina.

Desavantatges d'un cotxe de gasolina

• Consum i energia més elevat que el d'un dièsel.
• És menys recomanable per a viatges llargs.
• Pitjor motor per l'àmbit urbà i per cotxes pesats.
• Combustible més propens d'incendiar-se.

COMPARATIVA ENTRE COTXES ELÈCTRICS I DE COMBUSTIÓ

Cotxe elèctric

Els avantatges de tenir un cotxe elèctric no són només econòmiques. Les emissions de l'efecte d'hivernacle que ocasiona el sector de transport, representa gran part de les emissions totals que patim a la ciutat. Per això, si no s'adopten mesures, la contaminació anirà augmentant en els pròxims anys.
Aquests tipus de cotxes tenen moltes més virtuts, ja que són cotxes que quasi bé ni contaminen per les seves emissions de CO2 pràcticament inexistents. També redueixen la contaminació atmosfèrica i acústica, ja que ni tan sols fan soroll.
Això sí, a l'hora de fabricar la bateria d'un motor elèctric sí que contamina ja que porta materials com cadmi i liti. Però a l'hora de conduir-lo no hi ha cap problema.

Cotxe de combustió
A les emissions que generen aquests cotxes hi podem trobar dos tipus de substàncies. En primer lloc, estan les emissions de diòxid de carboni  (CO2); aquestes, per si soles, no són perjudicials per la salut, però contribueixen a l'escalfament global del planeta causant l'efecte d'hivernacle. En segon lloc, ens trobem amb les partícules contaminants: òxids de nitrogen (NOx), monòxid de carboni (CO), diòxid de sofre (SO2), hidrocarburs (que consisteixen bàsicament d'hidrogen i carboni) i, les que no s'han cremat i han sigut evaporades.
Es divideixen en dos grups: 

• Cotxes dièsel: Els cotxes dièsel per exemple, no emeten tant diòxid de carboni com els de gasolina, però si que generen un nombre molt més gran d'òxids de nitrogen, òxids de sofre i hidrocarburs; sobretot els models anteriors al 2005.

• Cotxes de gasolina: Un motor de gasolina pot arribar a produir entre un 20% i un 25% més de CO2 que un de dièsel. Aquestes xifres hi són perquè un cotxe de gasolina, sempre sol consumir més que un de dièsel.

La veritat, és que l'impacte d'un cotxe de gasolina, a nivell global és major que el d'un dièsel perquè les emissions de CO2 són les que causen l'efecte d'hivernacle i, en conseqüència, el canvi climàtic. No obstant això, a nivell local l'impacte serà menor perquè les partícules d'òxids de nitrogen, fums... seran inferiors.

RECULL DE WEBS PER AMANTS DEL MOTOR

1. https://www.motorpasion.com/
2. https://www.topgear.es/
3. https://www.actualidadmotor.com/
4. https://www.km77.com/
5. https://www.race.es/comprar-diesel-o-gasolina
6. https://www.autobild.es/coche-electrico
7. https://conexionindustriales.com/la-evolucion-del-automovil/

LA CONTAMINACIÓ DELS COMBUSTIBLES FÒSSILS

CONSEQÜÈNCIES DE L'ÚS DE COMBUSTIBLES FÒSSILS

Els combustibles fòssils provenen de la matèria orgànica que, fa milions d'anys, va quedar atrapada sota diferents capes del terra i va experimentar un procés de transformació que es coneix com a fossilització. És en aquest procés que es formen el carbó, el petroli i el gas natural.

La combustió dels combustibles fòssils comporta l'emissió de tot un conjunt de gasos i de partícules que tenen efectes nocius sobre el medi i la salut de les persones.

La combustió de les gasolines, els gasoils i els querosens genera bàsicament diòxid de carboni (CO2), òxids de nitrogen (NO2) i de sofre (SO2) i, vapor d'aigua. Els gasoils, a més, emeten a l'aire micro partícules altament nocives per als pulmons que poden produir malalties importants.
El diòxid de carboni emès per la combustió dels combustibles fòssils d'ha dipositat, al llarg de molts anys, en les capes altes de l'atmosfera, i és el responsable de l'efecte d'hivernacle que està provocant un progressiu escalfament del planeta.

Els òxids de nitrogen i de sofre són els responsables de les pluges àcides que han devastat grans extensions de vegetació, i també han afectat les aigües de rius i llacs i els éssers vius. En mesclar-se els òxids de nitrogen i de sofre amb el vapor d'aigua dels núvols i de la pluja, ha derivat en àcids que desgasten la vegetació i contaminen les aigües i el terra, quedant sec i desert.

D'altra banda, cal tenir present que l'extracció dels combustibles genera problemes importants de risc de contaminació i fa malbé grans extensions de territori o del mar. En el transport del petroli per mar s'han produït greus accidents amb vessaments que han contaminat grans extensions de costa i han afectat la fauna marina.

Per exemple, en el gràfic del fons rosa, es pot observar que hi ha una relació entre la concentració del diòxid de carboni i l'escalfament global. Això està provocant un canvi climàtic com mai abans havia passat en el planeta per l'acció dels humans. Segons els científics, aquest problema està provocant el desglaç de grans àrees, especialment en els pols, i el canvi del clima de l'àmbit global. 

Tanmateix, l'altre gràfic ens mostra l'evolució del consum mundial d'energia durant els anys. Ens ensenya l'estadística del petroli, el carbó, el gas... del 1970 fins al 2010.

Vídeos:

• https://www.youtube.com/watch?v=cHqFMI1op4M

MÀQUINES I MECANISMES

QUÈ ÉS UNA MÀQUINA?

Una màquina és un conjunt de peces que ens ajuda a efectuar un treball de manera més còmoda i ràpida. El seu objectiu és reduir l'esforç necessari per a realitzar una activitat, i arriben a realitzar coses que serien impossibles per a les capacitats humanes.

Exemples de màquines:

                                   

                                                       TIPUS DE MÀQUINES

Podem distingir dos tipus de màquines: les màquines simples i les màquines complexes.

• Màquines simples: són dispositius senzills, amb un o dos elements que només requereixen d'una força per funcionar. Les màquines simples s'utilitzen per multiplicar forces o moviment. Exemples: un trencanous, un martell, una pala, un obrellaunes...
• Màquines complexes: transformen l'energia d'entrada, que pot provenir de la natura o d'algun combustible en energia mecànica o altres energies. Exemples: un coet, un rentaplats, una moto, un ascensor...

QUÈ ÉS UN MECANISME?

Un mecanisme és un conjunt de peces que fan funcions de guiatge, transformació i transmissió del moviment relacionat amb les forces que actuen en una màquina.

Exemples de mecanismes:

 

CONTAMINACIÓ VEHICULAR

Els vehicles amb els que anem a treballar, al col·legi, o a qualsevol altre lloc, són considerats màquines que tenen molt a veure amb la contaminació ambiental. A l'actualitat, apareixen com a elements indispensables, circulant per les carreteres milions d'ells.

Conseqüències per la salut:
Principalment, la contaminació de l'aire que respirem és la responsable de l'augment de símptomes de les persones que tenen asma i altres malalties pulmonars, concretament MPOC (Malaltia pulmonar obstructiva crònica) i càncer de pulmó.

Conseqüències per al medi ambient:

Bàsicament es resumeix en la contaminació del terra i la contaminació de l'aigua amb substàncies tòxiques procedents dels líquids (olis i combustibles), així com la degradació de les peces que formen els vehicles i la seva permanència a la naturalesa.

Vídeos
https://www.youtube.com/watch?v=Ajs0fmSoJdY
https://www.youtube.com/watch?v=yrGdEFoRbgE&t=8s

TIPUS DE MÀQUINES I INVENTS SEGONS LA CONTAMINACIÓ

MÀQUINES I INVENTS QUE REDUEIXEN LA CONTAMINACIÓ DEL MEDI AMBIENT

• Cotxes elèctrics: Els cotxes elèctrics són una aposta mediambiental capaç de restaurar per complet l'aire de les nostres ciutats, un dels objectius de la UE pel 2030. 

En particular, aquests objectius impliquen:

1. Almenys un 40% de reducció de les emissions de gasos de l'efecte hivernacle.
2. Un 27% d'energies renovables aproximadament.
3. Més o menys un 27% de millora de l'eficiència energètica.

• Plaques solars: Els raigs solars xoquen contra unes plaques fetes de materials semiconductors que transformen l'energia rebuda en electricitat. Les encarregades de realitzar aquesta transformació són les anomenades plaques solars. Consisteixen en transformar la radiació solar en energia elèctrica (en cas dels panells fotovoltaics) o bé en energia tèrmica (cas dels panells tèrmics). 

Tot i això, també hi ha un altre tipus de plaques solars anomenades termodinàmiques, que proporcionen energia els 365 dies de l'any, les 24 hores del dia i, en qualsevol situació meteorològica: funcionen perfectament amb pluja, vent i, inclús neu. També pot funcionar de nit i fins i tot, amb temperatures de -7ºC.

Beneficis de l'energia que fan: 

- És renovable

- No contamina

- És disponible per tot el planeta

També contribueix en el desenvolupament sostenible i a la generació de llocs de treball.

• Aerogeneradors: Un aerogenerador és una màquina que converteix l'energia cinètica del vent en energia elèctrica. Generalment, s'agrupen en un mateix lloc diversos aerogeneradors, donant lloc als anomenats parcs eòlics. Si generen importants quantitats d'energia també reben el nom de centrals eòliques.

Beneficis de l'energia que generen:

- És renovable

- És inesgotable

- No contamina

- Redueix l'ús de combustibles fòssils

- Redueix les importacions energètiques

- Contribueix al desenvolupament sostenible

AVANTATGES I INCONVENIENTS DE LES MÀQUINES

Avantatges:

1. Les persones s'estalvien feina
2. Poden treballar constantment
3. La rapidesa amb la que poden treballar

Inconvenients: 

1. Contaminen el medi ambient
2. Poden sortir productes defectuosos
3. Es poden espatllar

L'INVENT DE LA MÀQUINA DE VAPOR

La primera màquina de vapor a ser inventada l'any 1633 per l'enginyer escocès James Watt.

Al 1781 va desenvolupar la seva segona màquina de vapor millorant el mecanisme. I al 1775 van començar a fabricar màquines de vapor i continuant amb les investigacions permetent crear altres invents com el motor rotatiu, el motor de doble efecte i l'indicador de vapor. Per fer servir aquestes màquines, havies de transformar l'aigua en vapor per produir energia mecànica.

No obstant això, aquest tipus de màquines generaven molta contaminació atmosfèrica:

• Es desprèn fum a causa de la crema de carbó necessari per fer calor. La majoria  d'aquest fum és diòxid de carboni (CO2) i monòxid de carboni (CO), tot i que també porta òxid de sofre i de nitrogen.

Vídeos
https://www.youtube.com/watch?v=h20bJDZCaCk

https://www.youtube.com/watch?v=Ext_rwcbE7g

UN MAR DE PLÀSTICS

EL PLÀSTIC EN EL MAR

El plàstic és un material molt present en el nostre dia a dia. Gran part del que utilitzem està fet d'aquest material: envasos de menjar, joguines, roba, cosmètics, utensilis... 

Es calcula que aproximadament a l'any unes 100 milions de tones de plàstic i gran part d'aquestes acaben en els mars i oceans formant el 80% de la brossa marina. Però el problema, no és només que contaminen el medi ambient, sinó que també produeixen un efecte nociu sobre la nostra salut.

QUANT DE TEMPS TRIGARÀ EN DESAPARÈIXER?

No està clar quant de temps trigarà, però es calcula que entre 450 anys i mai. 

Tot i així, es creu que el plàstic que envaeix els oceans mata a milions d'animals marins a l'any. S'intueix que afecta a prop de 700 espècies, algunes en perill d'extinció. En alguns casos, els danys són visibles: animals estrangulats per xarxes de pesca abandonades o per els aros que uneixen els packs de les llaunes de refresc. En canvi, en molts altres casos, són invisibles.

Vídeos

https://www.youtube.com/watch?v=4d7G-OvVfAs&list=WL&index=2&t=0s

https://www.dailymotion.com/video/x7ak58x