MÀQUINES TÈRMIQUES

El funcionament de les màquines tèrmiques es basa a cremar una energia primària (combustible) per convertir-la en energia mecànica



Motor

TRANSFORMACIÓ DE L'ENERGIA

ELS MOTORS TÈRMICS

TREBALL I ENERGIA

El treball és l'acció d'aplicar una força o més sobre un cos per desplaçar-lo o modificar-ne de moviment o repós.

S'expressa amb una W.

La unitat són els joules (J).

La fòrmula és:

W= F·s



On; W és el treball expressat en joules (J), F, la força aplicada expressada en Newtons (N) i s el desplaçament del cos expressat en metres (m).

 

La capacitat per fer un treball l'anomenem energia.

POTÈNCIA

La potència és la quantitat de treball efectuat per unitat de temps.

S'expresa amb una P.

La unitat són els watts (W) però també ho poden ser els cavalls de vapor (CV).

 

1CV = 736W

La fòrmula és:

P= W/t

 

On; P és la potencia en watts (W), W el treball en joules (J) i t el temps en segons (s).

 

RENDIMENT



És l'eficàcia de transformació energètica. Els motors tèrmics tenen un rendiment baix. En canvi, els motors elèctrics tenen un rendiment molt alt, al voltant del 90%. Totes les transformacions energètiques tenen un rendiment inferior al 100%.
De l'energia d'entrada (Ee) que entra a una màquina tèrmica, en surt l'energia útil (Eu) i la energia perduda (Ep).
S'expressa amb el %.
La fòrmula és:

n=(Eu/Ee)· 100

 

On n és el rendiment, Eu l'energia útil i Ep, l'energia perduda.

 

Rendiment del treball

 

Del treball consumit, obtenim el treball útil i pèrdues.

La fòrmula és:

n=(Wu/Wc)·100

 

On; n és el rediment, expressat en %, Wu el treball útil expressat en joules (J) i Wc el treball consumit expressat en joules (J).

Rendiment de la potencia

De la potencia consumida, obtenim la potència útil i pèrdues.
La fòrmula és:


n=(Pu/Pc)·100

 

On; n és el rediment, expressat en %, Pu la potencia útil expressada en watts (W) i Pc la potencia consumida expressada en watts (W).

 



MÀQUINES I MECANISMES



Màquina d'escriure antiga

Una màquina és un conjunt de mecanismes que ens ajuda a fer un treball o transformar una força d'energia en un altre tipus d'energia.

 

Les màquines es poden clasificar seguint diferents criteris, però la manera més usual és fer-ho segons la seva complexitat.
 

• Màquines simples: són dispositius senzills, amb un o dos elements. S’utilitzen per multiplicar forces o moviment. Ex: palanca, roda, pla inclinat...
  

  

  Rodes de fusta.
  Exemple de màquines simples

• Màquines complexes: tenen diversos mecanismes que transformen energia i acostumen a ser motrius. Ex: un automòbil, una turbina, un tractor... 

Cotxe
Exemple de màquines complexes

                 

PARTS D'UNA MÀQUINA

• Estructura: part fixa
• Dispositius de control: govern de la màquina
• Motor: transforma l'energia
• Mecanismes: elements de transmissió 

MÀQUINES SIMPLES

LA PALANCA

És una barra rígida capaç de girar al voltant d'un punt de suport o fulcre.

La palanca ens permet multiplicar la força que fem; com més lluny del punt de suport estiguem, menys força haurem de fer.

 

Per tal que la palanca estigui en equilibri, cal que el producte de la força F pel seu braç o distància al suport (d1) sigui igual al producte de la resistència pel seu braç o distància (d2), també anomentat llei de la palanca:

F·d1= R·d2

 

 

Esquema de la palanca, on F representa la força (Newtons), la d1, la distància del lloc on s'aplica la força fins al put de suport, d2, la distància de la resistència al punt de suport i la R, la resistència que cal superar (Newtons).

 

Segons la posició del punt de suport respecte de les forces, podem distingir tres tipus de palanques: de  primer grau, de  segon grau i de  tercer grau.

 

                    

                    

                     

LA POLITJA



 

És una roda que té la superfície central en forma de canal per la qual es fa passar una corda o una corretja. No s'estalvia força però es guanya comoditat.



Politja

 

Si fem que la politja sigui mòbil, podrem duplicar la força que fem. Si encara volem incrementar més la nostra força, llavors hem de fer una combinació de politges; és el que anomenem  polispast. En funció del nombre de politges mòbils usades, podem obtenir avantatges mecànics més grans.                        

 

Els polispasts estan formats per politges fixes i politges mòbils. La fòrmula per calcular la força que fem és:

 

F= R/2n

 

On, F, és la força necessaria per elevar la càrrega, R el valor de la càrrega i n el nombre de politjes mòbils.

 



  

Polipast

 

EL PLA INCLINAT

 

És una rampa que permet elevar càrregues, fent menys força que si ho féssim verticalment.

 



Pla inclinat



Si pugem la càrrega per la rampa, recorrerem una distància (L) més gran. En canvi, ens costarà  menys esforç (F) que si la pugéssim a pols de B a C (h) .

                          

 

Per calcular la força que fem, apliquem la següent fòrmula, on R equival a la resistència (Newtons), F a força (Newtons), L, longitud del pla (metres) i h, alçada.

F= (R·h)/L

     

EL CARGOL: EXEMPLE DE PLA INCLINAT
Els cargols estan formats per  rosques, que són plans inclinats enrotllats sobre una superfície cilíndrica. Quan s’aplica una força i es cargola, es multiplica la força aplicada. La rosca està formada per  filets, que es van introduint en el material a roscar amb poc esforç. El  pas de rosca és la distància que avança un cargol quan gira una volta.

Per calcular la força, s'aplica la següent fòrmula, on F és força, R, resistència, 2πr el radi o longitud del volum i p el pas de rosca.

 

R=2πr · F/p

 

MECANISMES

 

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

Una bicicleta, una rentadora, una màquina de cosir; tot estan compostos per diferents mecanismes (pinyons, corretges, etc.).

En funció de si modifiquem o traslladem el moviment, parlem de  transmissió del moviment o  transformació del moviment.

 

En funció de si modifiquem o traslladem el moviment, parlem de  transmissió del moviment o transformació del moviment.

MECANISMES DE TRANSMISSIÓ DE MOVIMENT

Els mecanismes de transmissió del moviment permeten passar el moviment d’un eix a un altre, modificant la velocitat i el sentit de gir.

RODES FRICCIÓ

Rodes que estan en contacte. La roda connectada al motor s'anomena roda motriu i la que rep el moviment és la roda conduïda. La roda conduïda gira en sentit contrari.



Rodes fricció



 

CORRETGES

Les rodes no estan en contacte i giren cap al mateix costat. La corretja sol ser de cautxú o goma. Reben el nom en funció de la forma de corretja.

 

Corretges

CADENA

La roda motriu també s'anomena plat i la roda conduïda pinyó. Està formada per

diferents peces que es van encaixant. Estan formades per un conjunt de baules.

Cadenes

ENGRANATGES
Es toquen però no són llises i per tant no són rodes fricció. Tenen dents.

Engrantages

ASPECTES COMUNS A LES TRANSMISSIONS
Totes les transmissions tenen
a. Roda o engranatge motriu: connectat directament al motor
b. Roda o engranatge conduït: rep el moviment de la motriu
c. Mecanismes: poden ser reductors (redueixen la velocitat) o multiplicadors (multipliquen la velocitat).
d. Relació de transmissió (i): relació entre la roda conduïda i la roda motriu. Fòrmula:

i= n2/n1

 

N2: velocitat roda/engrantage conduïda.

N1: velocitat roda/engranatge motriu.

 

Les unitats són les revolucions per minut (rpm).

 

 

TRANSMISSIONS SIMPLES I COMPOSTES

 

TRANSMISSIONS SIMPLES

Tenen menys de dues rodes o engranatges.

Càlcul en cas de rodes:

 

n1·d1=n2·d2

 

n1= velocitat roda motriu     n2= velocitat roda conduïda

d1= diàmetre roda motriu     d2=diàmetre roda conduïda



Càlcul en cas d'engranatges:

 

n1·z1=n2·z2

n1= velocitat engranatge motriu     n2= velocitat engranatge conduït

z1= número dents engranatge motriu     z2= número dents engranatge conduït

 

 

TRANSMISSIONS COMPOSTES

Transmissió formada per més de dues rode o engranatges.
Càlcul:

n1 = d2·d4·d6.....dN

----     ----------------------

nN = d1·d3·d5...dN-1

Càlcul de transmissió simple

 

Prova de la relació de transmissió




ESTRUCTURES I ESFORÇOS MECÀNICS

FORCES
 

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

 

La fòrmula per calcular les forces és:

F=m·g

On F representa força, M, massa i G, gravetat. Cal tenir en compte que la gravetat és de 9,8 m/s²

També cal diferenciar que una força no implica desplaçament. En aquest cas, s'anomenaria treball. 

Força magnètica d'un imant

 

Les forces no es poden veure, però sí que podem notar o observar-ne els efectes. Les forces es poden dur a terme per contacte entre dos cossos, però també es poden originar a distancia, com per exemple, la força magnètica.

Dinamòmetre

Les forces es mesuren amb el dinamòmetre. És un aparell inventat per Isaac Newton, que es basa en la Llei de Hooke. Aquests instruments estan formats per una molla a dins d'un cilindre de plàstic, cartró o metall, amb dos ganxos, un a cada extrem. Els dinamòmetres porten marcada una escala en unitats de força al cilindre que envolta la molla. Al penjar pesos o exercir una força sobre el ganxo inferior, el cursor que hi ha a sota la molla, es mou sobre l'escala exterior, indicant el valor de la força. Com més gran és la força, més gran és l'allargament de la molla.

REPRESENTACIÓ DE LES FORCES

 

Les forces es representen amb vectors. Un vector és una representació geomètrica semblant a una fletxa. La seva longitud mostra el valor de la força; l'orientació del segment indica la direcció amb què actua, i la punta de la fletxa n'assenyala el sentit.

• Direcció
• Mòdul
• Sentit
• Punt d'aplicació

Representació de les forces