MÀQUINES TÈRMIQUES

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

ENERGIA, TREBALL I POTÈNCIA
TREBALL
Quan fem un treball, apliquem una força o més d'una sobre un cos i provoquem o modifiquem el seu moviment.
Per calcular el treball fet, fem servir aquesta formula, on:

W= treball (J)
F= força (N)
s= desplaçament (m)

ENERGIA
L'energia és la capacitat de fer un treball

POTÈNCIA
La potència és el treball fet en un temps determinat. Dóna la idea de la rapidesa en la que es pot fer un treball.
Per calcular la potència fem servir la següent formula:

P= potència (W)
W= treball (J)
t= temps (s)



MÀQUINES DE COMBUSTIÓ INTERNA

El tipus de combustible determina el disseny específic del motor per aconseguir l’alliberament d’energia esperat. Hi ha de dos tipus: 

 → Motors d’encesa per guspira o de cicle Otto

 → Motors d’encesa per compressió o de cicle dièsel. 

També hi ha diferents solucions estructurals que es diferencien pel nombre de cicles: 

 → A dos temps (2T)

 → A quatre temps (4T)

MOTOR D'ENCESA PER GUSPIRA O DE CICLE OTTO

Nikolaus Otto va disenyar un motor de gas amb peces semblants al motor de vapor.(el nom del motor es deu a ell). 
El cicle de funcionament d’aquest motor constava de quatre o fases i va suposar la base del motor d’explosió de gasolina.

La inflamació de la gasolina a l’interior de la cambra de combustió es provocada per guspira elèctrica que es produeix a la bugia.

1er temps: ADMISSIÓ

L’èmbol es troba en el PMS (punt mort superior). La vàlvula d’escapament està tancada, i la d’admissió s’obre. A mesura que l’èmbol comença a baixar, provoca una succió que aspira 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 PMI (punt mort inferior).

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.

3er temps: EXPLOSIÓ

La bugia fa de saltar la guspira per inflamar la barreja d’aire i gasolina. Es produeix una forta explosió i els gasos s’expandeixen i empenyen fortament l’èmbol cap al PMI.

4rt temps: ESCAPAMENT

Quan l’èmbol arriba al PMI, ’obre la vàlvula d’escapament, i els gasos surten a l’exterior empesos per la pujada de l’èmbol. Quan aquest arriba al PMS, aquesta vàlvula es tanca i el cicle torna a començar.

MOTOR D'ENCESA PER COMPRESSIÓ O DE CICLE DIÈSEL

CARACTERÍSTIQUES DELS MOTORS
CILINDRADA
La cilindrada és una característica dels motors que està relacionada amb la potència que pot lliurar i el seu consum.
El volum d’un cilindre (Vc) es calcula a partir del seu radi (r) i de la cursa (c). La cursa és la distància màxima que recorre l’èmbol: entre el PMS i el PMI.

El volum d’un cilindre (Vc) es calcula a partir del seu radi (r) i de la cursa (c). La cursa és la distància màxima que recorre l’èmbol: entre el PMS i el PMI.

La cilindrada del motor (Vt) dependrà del nombre de cilindres (nc) que tingui:

EL MEDI I ELS MOTORS
Els motors de combustió són perjudicials pel medi ambient, per això hem de deixar-los de fer servir i començar a utilitzar motors híbrids (motors que combinen un motor elèctric i un motor de combustió) o millor encara, motors elèctrics que converteixen l'energia elèctrica en mecànica, aquests motors no utilitzen benzina, es carreguen elèctricament. 
A les ciutats, quan hi ha dies de alta contaminació i per fer que hi hagi un impacte menor,  fan que alguns cotxes no puguin circular aquell dia.
Tot i això, volen deixar de fabricar cotxes de combustió i en un futur deixar-los de vendre.

ELS MECANISMES

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

SISTEMES DE TRANSMISSIÓ DE MOVIMENT
Mecanisme capaç de transportar el moviment des del punt on el generem   fins al punt que el necessitem (punt d'aplicació). 

   → Engranatges
   → Rodes de fricció
   → Transmissió per cadena
   → Politges / per corretja

ELEMENTS D'UNA TRANSMISSIÓ

    
1) Roda o engranatge motriu: està connectat al motor (normalment, en un dibuix,          el situem a l'esquerra).
2) Roda o engranatge conduït: és el que rep el moviment.

TIPUS DE TRANSMISSIÓ
1) Multiplicador: quan la velocitat de la roda conduïda augmenta.

2) Reductor: quan la velocitat de la roda conduïda disminueix.

RELACIÓ DE TRANSMISSIÓ (i)
La relació de transmissió, es representa amb la lletra "i", i indica el nombre de voltes que fa l'eix conduït (n₂) per cada volta que fa l'eix motriu (n₁)
i= relació de transmissió.
n₂= velocitat de la roda conduïda.
n₁= velocitat de la roda motriu.
La velocitat és calcula en rpm (revolucions per minut).

CÀLCUL DE TRANSMISSIONS SIMPLES

n₁= velocitat de la roda motriu (rpm).
n₂= velocitat de la roda conduïda (rpm).
_d1= diàmetre roda motriu.
_d2= diàmetre roda conduïda. 
Z₁= nombre de dents de la roda motriu.
_Z2= nombre de dents de la roda conduïda.


↪ Mecanisme de con escalonat

És un sistema de transmissió format per dos grups de politges ordenades per la mida del diàmetre, estan col·locades en posició inversa i estan muntades en l'eix motriu i en l'eix conduït. 

CÀLCUL DE TRANSMISSIONS COMPOSTES

n₁= velocitat de la roda motriu (rpm).
n₂= velocitat de la roda conduïda (rpm).
_d1= diàmetre roda u.
_d2= diàmetre roda dos. 
_d3= diàmetre roda tres.
_d4= diàmetre roda quatre.  
Z₁= nombre de dents de la roda u.
_Z2= nombre de dents de la roda dos.
_Z3= nombre de dents de la roda tres.
_Z4= nombre de dents de la roda quatre.

MÀQUINES EN EL MEDI AMBIENT

Els frigorífics, les rentadores, aires condicionats, televisions, llampares, tots aquells aparells electrònics que s'han convertit en residu i que els hem de llançar contenen unes substàncies tòxiques i contaminants com ara el mercuri, plom o cadmi. 
Moltes màquines contaminen el medi ambient, però ara, en algunes fabriques s'està substituint la maquinaria industrial per unes altres noves que contaminen molt menys.

LES MÀQUINES

excavadora

Una màquina és un conjunt de mecanismes, amb moviments coordinats, que transforma una forma d'energia en un treball útil o en un altre tipus d'energia

Les màquines faciliten el treball suplint o multiplicant l'esforç. Hi ha diferents tipus de màquines i produeixen efectes diferents segons les transformacions que fan.

PARTS D'UNA MÀQUINA

Parts d'una rentadora

→ L'estructura: on es fixen totes les altres parts.
→ El motor: és la peça fonamental encarregada de produir 
la transformació d'energia.
→ Els dispositius de control.
→ Els mecanismes: permeten transmetre la força i el moviment.




LES MÀQUINES SIMPLES

Com ja he explicat abans, les màquines simples són dispositius senzills, que només estan format per un element. Serveixen per ampliar l'efecte d'una força i són la base per la construcció d'altres màquines.

LA PALANCA
Barra rígida capaç de girar al voltant d'un punt de suport o fulcre. La seva funció és multiplicar l'efecte de la força aplicada.

F= força, es calcula en Newtons (N).

d1= és la distància entre la força aplicada i el punt de suport, en metres.

R= resistència, també es calcula en Newtons (N).

d₂= distància entre la resistència i el punt de suport, en metres.

Segons la posició del punt de suport respecte les forces podem diferenciar tres tipus de palanques: 

LA POLITJA
La politja o corriola és una roda que té la superfície central en forma de canal per la qual es fa passar una corda. El seu principal funcionament ve d'una palanca de primer grau.
És un sistema més còmode, i amb ell podem duplicar la força que fem.

Fórmula politja
normal 

               F= força, es calcula en Newtons (N).

               R= resistència, també es calcula en Newtons (N).

               La força i la resistència estan col·locades a la                       mateixa distància

↪ POLISPAST O POLITJA COMPOSTA

Els polispast estan formats per politges fixes i politges mòbils, i depenen  de quantes en fem servir, podem obtenir avantatges mecànics més grans.

Podem saber la força que hem de fer a través d'aquesta l'expressió:

F= força, es calcula en Newtons (N).

R= resistència, també es calcula en Newtons (N).
n= nombre de politges mòbils. 

Per poder saber la longitud de la corda que hem d'estirar fem servir una altra fórmula:

l1= longitud de la corda estirada.

l2= alçada que puja la càrrega.

EL PLA INCLINAT

Rampa que permet elevar càrregues amb menys esforç del que caldria fer, si ho féssim verticalment.

L= longitud del pla.

h= amplada del pla.

↪ EL CARGOL
Les rosques que formen els cargols, són plans inclinats que estan enrotllats sobre una superfície cilíndrica. Quan s'aplica una força i es cargola, es multiplica la força aplicada.

                                                                   Equivalència entre un                                      Parts d'una rosca 
pla inclinat i un cargol

F= força, es calcula en Newtons (N).

R= resistència, també es calcula en Newtons (N).
2πr= radi de gir (longitud de la clau).
p= pas de rosca (separació entre els filets).

FORCES I ESORÇOS

FORCES

La força és tota acció que es capaç de deformar un cos o de modificar-ne l'estat de moviment o de repòs.

Les forces no les podem veure, però podem veure els seus efectes que aquests poden estar produïts per contacte entre cossos o a distància.

                 

Per contacte

 

A distància

REPRESENTACIÓ DE LES FORCES

Per representar les forces, fem servir els vectors, que tenen:

• Direcció
• Mòdul
• Sentit
• Punt d'aplicació

Exemples: 

Força A més petita que la força B.
Les dues tenen actuen en el
mateix sentit i direcció.

La força A més gran que la força B.
Actuen en una direcció diferent.

La força A i la força B són iguals.
Actuen en la mateixa direcció,
 però en sentit contrari.

Força A més gran que la força B.
Actuen en una direcció diferent.

DINAMÒMETRE

El dinamòmetre és un aparell que es fa servir per mesurar forces o per pesar objectes i està relacionat amb la llei de Hooke.

Hi ha dos tipus de dinamòmetres:

  → Dinamòmetres mecànics (els més antics): són més precisos i                       més còmodes ja que no necessiten electricitat.

  → Dinamòmetres digitals: són més sofisticats i valen més.

LES PROPIETATS DELS MATERIALS
Les propietats dels materials determinen el comportament dels materials quan estan sotmesos a diverses forces.

ESFORÇOS

L'esforç és la força a la que és sotmesa un cos, en una part determinada que fa que: s'estiri, s'aixafi, es corbi, es torci o es talli.
Cada objecte té una resistència diferent quan els sotmetem a un esforç. Depèn de quatre factors:

1. El material de que està fet
2. Les dimensions
3. La forma
4. Tipus d'esforç al que està sotmès

ESFORÇ DE TRACCIÓ

L'esforç de tracció passa quan dues forces de sentit contrari actuen sobre un cos i fan que s'estiri o que s'allargui. 

Podem veure aquest esforç en la vida quotidiana 

Quan fem servir un tira xines

Quan juguem al joc d'estirar la corda

ESFORÇ DE COMPRESSIÓ

L'esforç de compressió es produeix quan dues forces actuen 

cap a l'interior d'un objecte i tendeixen a aixafar-lo o escurçar-lo.

El vinclament és la deformació dels cossos sotmesos a  

compressió quan son llargs i prims.

Quan aixafem un objecte, estem
fent un esforç de compressió

Quan un atleta salta a la perxa,
fa que hi hagi un vinclament.

ESFORÇ DE FLEXIÓ

L'esforç de flexió es produeix quan la força que actua sobre un objecte, s'aplica en seu l'eix longitudinal i fa que aquest es corbi.

La barra fixa d'un atleta
produeix aquest esforç

els llibres d'una prestatgeria fan
que hi hagi un esforç de flexió

ESFORÇ DE TORSIÓ

L'esforç de torsió consisteix en fer dues forces en sentit oposats i que fan girar l'objecte sobre si mateix o retorçar-lo.

Fem aquest esforç quan girem
el volant o un tornavís

ESFORÇ TALLANT O DE CISALLAMENT

L'esforç tallant o de cisallament, passa quan dus forces estan aplicades en la mateixa zona del objecte i intenten tallar-lo.

Quan fem servir eines que serveixen per tallar, apliquem l'esforç de cisallament.