Tecnologia 4 - Unitat de mostra (ESO)

TECNOLOGIA 4Xavier Àgueda, Ramon Alujas, Jordi Mazón, Montse Prats

www.ecasals.net/alumnes/tecnologia4eso

ELS TEUS RECURSOS DIGITALS A:

TEC

NO

LOG

IA 4

Tecnologies 4 CAT cs5.5.indd 1 21/03/12 16:39

1. Introducció a la pneumàtica

2. Introducció a la hidràulica

3. Les característiques dels fluids

4. Els circuits pneumàtic i hidràulic

5. El grup compressor del circuit pneumàtic

6. Els elements de regulació i control dels circuits pneumàtic i hidràulic

7. Els actuadors dels circuits pneumàtic i hidràulic

8. Aplicacions dels circuits pneumàtic i hidràulic

5ComPetènCies bàsiques

Comunicativa, lingüística i audiovisualValoració de la importància del dibuix tècnic en la transmissió dedades i idees. Interpretació de la simbologia normalitzada als circuitspneumàtics i hidràulics.Utilització de la representació gràfica per a la descripció tècnicade circuits pneumàtics i hidràulics.Interpretació correcta dels textos descriptius i instructius.

Artística i culturalValoració del dibuix com a llenguatge comunicatiu pel que fa a lesrepresentacions gràfiques dels circuits pneumàtics i hidràulics.

Coneixement i interacció amb el món físicUtilització dels materials i eines de representació gràfica i leseines del taller i de casa.

Matemàtica Càlcul de magnituds relacionades amb la mecànica de fluids.

Autonomia i iniciativa personal Valoració crítica dels avantatges de l’ús de maquinària ambcircuits pneumàtics i hidràulics.

Pneumàtica i hidràulica

098-121_TECNO_U05_04_CAT.qxd:Maquetación 1 20/02/12 17:41 Página 98

99

Heró d’Alexandria va desenvolupar un seguit de ginyspneumàtics i hidràulics dissenyats per entretenir els comensalsd’un simposi o impressionar els fidels en una cerimònia religiosa.A la imatge es pot observar el sistema d’obertura i tancament deportes d’un temple un cop s’encenia foc a l’altar.

Qui era i en quina època va viure Heró d’Alexandria?Podries explicar el funcionament d’aquest enginyóssistema?

La utilitat de l’aire comprimit és ben coneguda des del’antiguitat, però no va ser fins a l’any 1950 quan es vacomençar a utilitzar en el control de processos industrials.Actualment existeixen nombroses aplicacions que fan ús del’aire comprimit com a font d’energia, com per exemplel’excavadora pneumàtica de la imatge.

Quin element pneumàtic s’observa en la imatge? Proposa altres exemples on s’utilitzi l’aire comprimit com afont d’energia.

Joseph Bramah va construir la primera premsa hidràulica l’any1770. Consistia en dos cilindres de diferent secció que escomunicaven per mitjà d’una canonada. El seu interior estavacompletament ple d’un líquid que podia ser aigua o oli.

La premsa hidràulica és una aplicació directa d’un conegutprincipi. Quin és aquest principi? Fes-ne una breuexplicació.

Aquest fragment del documental de Diamond Diggers se centraen la mina d’Ekati, al Canadà, situada 200 km al sud del cerclepolar àrtic, on s’utilitzen supermàquines per treballar a la tundra.Aquestes enormes màquines manipulen més de cinc milions dequirats de diamants l’any.

Quins tres tipus de màquines cooperen entre si per extreureles riqueses del subsòl a la mina de diamants d’Ekati?Quin sistema incorpora la pala en una de lessupermàquines?

5. Pneumàtica i hidràulica


1. introducció a la pneumàtica

L’aire comprimit és una forma d’energia que l’ésser humà va descobrir a l’anti-guitat. El grec Ctesibi d’Alexandria, que va viure al segle III aC, va escriure el pri-mer tractat sobre aire comprimit i per aquest motiu se’l considera el pare de lapneumàtica. El seu deixeble, Heró d’Alexandria, va redactar un treball relacio-nat amb les aplicacions de l’aire comprimit i del buit, que no van poder ser desenvolupades per la falta de recursos.

El progrés de les aplicacions pneumàtiques va patir una aturada durant un llargperíode de temps. Els descobriments de científics com Galileu Galilei, RobertBoyle i d’altres contemporanis seus als segles xVI i xVII van fer possible que esreprengués el progrés de la pneumàtica.

Al segle xIx es va començar a fer ús de l’aire comprimit en les obres públiquesamb la presència d’eines com el martell pneumàtic o màquines com la primeraperforadora d’aire comprimit que es va utilitzar per a la construcció del túnel deMont Cenis l’any 1857.

Per tant, s’observa que les característiques bàsiques de la pneumàtica formenpart dels coneixements tecnològics més antics del món occidental. No obstantaixò, no és fins aproximadament l’any 1950 quan la pneumàtica s’aplica a la in-dústria per tal d’automatitzar els processos de producció.

S’entén com a pneumàtica el conjunt de tècniques basades en la utilit-zació de l’aire comprimit com a fluid transmissor d’energia per a l’accio-nament de màquines i mecanismes.

Alguns dels avantatges i inconvenients de la utilització de l’aire comprimit enles aplicacions industrials són els següents:

100


L’any 1857 l’enginyer francès Germain Sommeillerva inventar una perforadora d’aire comprimit queaconseguia una velocitat d’avançament de 2 mdiaris davant dels 60 cm que s’obtenien amb els mitjans tradicionals.

Avantatges Inconvenients

• L’aire comprimit s’obté fàcilment a partir de l’aire atmosfèric. L’aireatmosfèric és de fàcil captació i es troba en abundància.

• L’aire comprimit s’emmagatzema amb facilitat en dipòsits. L’aireemmagatzemat es pot utilitzar quan sigui necessari.

• L’aire comprimit és un fluid net i els sistemes que en fan ús elmantenen net.

• Els sistemes pneumàtics estan indicats per treballar en ambientshumits.

• Els sistemes pneumàtics no emeten espurnes, per tant no comportenperill d’incendi o deflagració i estan indicats per treballar en ambientsen què l’ús de l’electricitat representa un perill.

• L’aire comprimit necessita un pretractament que comporta la netejad’impureses, l’eliminació d’humitat, etc. per evitar la corrosió en elsequips i d’aquesta manera poder realitzar la tasca proposada.

• A causa de les propietats físiques de l’aire comprimit, no és possibleobtenir baixes velocitats.

• La descàrrega de l’aire comprimit a l’atmosfera produeix un alt nivell desoroll.

• Es requereixen instal·lacions especials per tal de recuperar l’aireprèviament utilitzat.


101


activitats

Què significa i d’on prové el prefix pneuma?

Quin fluid transmissor d’energia utilitza la pneu-màtica?

1n n

2n

Per què creus que s’utilitzen sistemes pneumàticsen les indústries alimentària i farmacèutica?

3n

La pneumàtica es troba present en diferents aplicacions del nostre entorn, comper exemple:

Aplicacions mòbils. L’aire comprimit proporciona l’energia necessària per podertransportar, aixecar, excavar, perforar, manipular materials, impulsar, etc. Ambaquestes aplicacions, l’aire comprimit és present en els sistemes d’obertura itancament de portes, en les atraccions de parcs temàtics, etc. A més, es podentrobar aplicacions pneumàtiques en els següents vehicles: tractors, grues, ca-mions d’escombraries, vehicles per a la construcció i manteniment de carrete-res, etc.

Aplicacions industrials. L’aire comprimit s’utilitza per controlar, impulsar, po-sicionar, manipular i mecanitzar elements o materials en els processos de fa-bricació automatitzats. Amb aquestes aplicacions, l’aire comprimit és present enla maquinària per a les indústries plàstica, alimentària, paperera, farmacèutica,etc.; en l’equipament per a la robòtica i manipulació automatitzades, etc.

Altres aplicacions. Es poden trobar sistemes que utilitzen l’aire comprimit eneines com el martell i el trepant pneumàtics, les grapadores, pistoles, etc.

Sistema d’obertura i tancament de portes i plata-forma.

Atracció de fira. Grua mòbil.

Planta d’embotellament. Planta d’envasat al buit. Cadena de muntatge d’automòbils.



2. introducció a la hidràulica

Des de ben antic, l’home ha aprofitat l’aigua per regar o transportar materials,però una de les primeres societats de què es té constància que va intentarcontrolar l’energia del flux d’aigua va ser la grega cap al segle III aC. El mate-màtic i físic Arquímedes va ser qui va contribuir més en els fonaments de lahidràulica, ja que va descobrir el primer principi de la hidrostàtica, la flotabili-tat. L’any 30 aC l’Imperi romà va conquerir Grècia i va aprofitar els seus co-neixements per millorar invents grecs com ara la roda hidràulica i elsaqüeductes.

Després d’una llarga aturada en el desenvolupament de les aplicacions hidràu-liques, a l’edat mitjana es van millorar les prestacions dels molins d’aigua.

Als voltants del segle xVII, el matemàtic francès Blaise Pascal va redactar unTractat sobre l’equilibri dels líquids. Per primera vegada a la història de la cièn-cia es feia una descripció completa de la hidrostàtica. L’anglès Joseph Bramahva posar en funcionament el principi de Pascal l’any 1770 amb la invenció de laprimera premsa hidràulica.

Fins a mitjan segle xIx l’energia hidràulica s’obtenia a través de l’aprofitament del’energia de l’aigua en moviment. Però això va canviar amb el descobriment delpetroli l’any 1859. L’ús de l’oli mineral com a fluid hidràulic va convertir la premsahidràulica en una eina essencial en les fàbriques, especialment en la indústriade l’automòbil amb els invents dels frens i la suspensió hidràulics. A partir de lasegona meitat del segle xx, la hidràulica s’introdueix en els processos d’auto-matització de la indústria.

S’entén com a hidràulica el conjunt de tècniques basades en la utilitza-ció de líquids sota l’efecte de la pressió per a l’accionament de màquinesi mecanismes.

Alguns dels avantatges i inconvenients de la utilització dels sistemes hidràulicssón els següents:

Els rellotges d’aigua de l’antiguitat, les clepsidres,eren recipients de terrissa que es buidaven per un petit orifici en un temps calculat. Al segle III aC, Ctesibi d’Alexandria va idear la primera clepsidra hidràulica, que es reprodueixen aquesta il·lustració.

102

Avantatges Inconvenients

• La força i la velocitat es poden regular de forma precisa.

• El fluid utilitzat en el sistema (oli, per exemple) es pot recuperarfàcilment.

• El fluid s’adapta a les canonades i transmet la força com si fos unabarra d’acer.

• L’oli, a més d’actuar com a fluid transmissor d’energia, actua com aautolubrificant i això allarga la vida útil dels elements.

• Es poden transmetre grans forces utilitzant petits dispositius.

• Existeix el risc de produir-se una fuga del fluid a alta pressió.

• Es necessita personal qualificat per realitzar el manteniment delsistema.

• En el cas de l’oleohidràulica s’utilitza un fluid contaminant i car (oli mineral).

• Presenten un cost i una complexitat elevades ja que necessitencanonades de retorn i alguns dels elements són cars.

La hidrostàtica és la part de la física queestudia els fluids en repòs.

A la indústria, el fluid que s’utilitza generalment com a transmissor d’energiaés l’oli mineral, per la qual cosa aquesta tècnica s’anomena oleohidràulica.


103


activitats

Què significa i d’on prové el prefix hidra?

Quin fluid transmissor d’energia utilitza la hidràu-lica?

4n n

5n

Per què s’utilitzen olis minerals en comptes d’ai-gua en els sistemes hidràulics de la indústria?

6n n

La hidràulica, de la mateixa manera que la pneumàtica, es troba present en mol-tes aplicacions del nostre entorn, com per exemple:

Aplicacions mòbils. Proporciona l’energia per sostenir i moure càrregues enor-mes, perforar, etc. S’aplica en els sistemes hidràulics de les excavadores, per-foradores de túnels, etc.

Aplicacions industrials. Els sistemes hidràulics s’utilitzen per transportar, po-sicionar, embotir, estampar, manipular i mecanitzar elements o materials en elsprocessos de fabricació automatitzats. Podem trobar exemples de sistemes hi-dràulics en la indústria de la mineria i siderúrgia, en plegadores i premses in-dustrials, entre d’altres.

Altres aplicacions. Podem trobar sistemes hidràulics en aplicacions automo-trius com ara el mecanisme de frenada dels automòbils, en els ascensors i gatshidràulics, en aplicacions relacionades amb la medicina com ara instrumentalquirúrgic i la taula d’operacions, en aplicacions aeroespacials como ara simu-ladors de vol, en aplicacions militars i nàutiques, etc.

Mecanisme de frenada. Gat hidràulic. Emmotlladora de plàstic.

Pala excavadora. Tuneladora. Bomba extractora de petroli.


104


3. Les característiques dels fluids

L’aire comprimit que s’utilitza en els circuits pneumàtics i el líquid a pressió uti-litzat per al funcionament dels sistemes hidràulics són els fluids encarregats detransmetre energia. Les magnituds més importants en els sistemes on hi inter-venen fluids són:

La pressió

La pressió és la força que exerceix el fluid per unitat de superfície.

P és la pressió resultant [Pa]

on F és la força exercida pel fluid [N]

S és la superfície d’actuació [m2]

L’instrument que s’utilitza per a la mesura de la pressió és el manòmetre. La uni-tat de pressió en el SI és el pascal i es representa amb el símbol Pa. En ocasions,se solen utilitzar altres unitats per expressar la pressió, com ara el bar, l’atmosfera(atm) o el quilogram per centímetre quadrat (kg/cm2).

Normalment, l’aire comprimit que s’empra en els sistemes pneumàtics està sotmès a una pressió que oscil·la entre els 4 i 8 bars.

P =F

S

El pascal és un unitat molt petita en relació a les pressions que s’empren en la indústria.Per aquesta raó s’utilitzen múltiples del Pa o altres unitats.

1 kPa = 1 000 Pa1 MPa = 1 000 000 Pa1 atm = 101 325 Pa1 bar = 100 000 Pa

eXemPLe: Anàlisi d’un circuit pneumàtic

El circuit pneumàtic més senzill és el compost per un únic cilindre i l’aire comprimit subministrat. En aquestexemple es disposa de les dades de la pressió de l’aire comprimit i de la secció del cilindre.

Determina la força que exerceix l’èmbol del cilindre en el moviment d’avançament.

Per determinar la força de l’èmbol utilitzarem l’expressió que relaciona la pressió, la força i la superfície. Aquestesdades les expressarem en les unitats del SI, amb l’ús de factors de conversió, si s’escau.

S = 30 cm2

6 bar 6 bar

P =F

Sg F = P · S

= 600 000 Pa100 000 Pa

1 barP = 6 bar·

S = 30 cm2 ·(1 m)2

(100 cm)20,003 m2

F = 6 · 105 Pa · 3 · 10-3 m2 = 1 800 N


105


activitats

Aplica els factors de conversió adients en cada casper tal d’expressar les següents magnituds en uni-tats del SI.

7n n

Creus que els sistemes hidràulics són sistemes ca-paços de multiplicar forces? Raona la resposta.

8n n

El cabal

El cabal és el volum de fluid que circula per un punt de la canonada en una uni-tat de temps.

C és el cabal [m3/s]

on V és el volum de fluid [m3]

t és el temps d’actuació [s]

L’instrument que s’utilitza per a la mesura del cabal és el cabalímetre.

La unitat de cabal en el SI és el metre cúbic per segon (m3/s), però en ocasionsse solen utilitzar altres unitats com ara el litre per minut (L/min), el litre per segon(L/s), el metre cúbic per minut (m3/min) o el metre cúbic per hora (m3/h).

eXemPLe: Anàlisi d’un circuit hidràulic

El circuit hidràulic de la imatge és conegut amb el nom de premsa hidràulica i és una aplicació directa del principi dePascal, segons el qual la pressió d’un fluid en un circuit tancat es transmet per igual en totes direccions. En aquestexemple es disposa de les dades de la força aplicada a l’èmbol petit i de les seccions dels dos cilindres.

Determina la força que es produirà al segon èmbol.

Per determinar la força produïda al segon èmbol, utilitzarem l’expressió que relaciona la pressió, la força i la secció. Ellíquid, que és un fluid incompressible, transmetrà la pressió al segon èmbol i es generarà una força.

F1 = 500 N

S1= 10 cm2

S2= 100 cm2

P1 =F1

S1

P2 =F2

S2

P1 = P2

F1 = 500 · 100

= 5 000 N10

F1

S1

F2

S2= g F2 = F1 ·

S2

S2

3,8 bar 5 atm 360 L/min 18 m3/h

C =V

t

PP

F1

S1 S2

F2



4. els circuits pneumàtic i hidràulic

Un circuit pneumàtic o hidràulic és el conjunt d’elements units de tal manera quemitjançant aire comprimit o líquid a pressió aconsegueix realitzar un treball o ac-cionar màquines i mecanismes. Els elements que formen part dels circuits pneu-màtics i hidràulics són els grups compressor i d’accionament, les canonades,les vàlvules i els cilindres.

El circuit elèctric té diversos elements en comú amb els circuits pneumàtic i hi-dràulic, i que exerceixen la mateixa funció. La seva comparació ajuda a enten-dre la funció de cada element.

106

Comparació entre els elements dels circuits elèctric, pneumàtic i hidràulic

Circuit elèctric Circuit pneumàtic Circuit hidràulic

Generador: És el dispositiu encarregat desubministrar l’energia elèctrica al circuit.

Exemple: pila.

Grup compressor: És el dispositiu encarregatde subministrar l’aire comprimit al circuit.

Exemple: compressor d’aire.

Grup d’accionament: És el dispositiu encarregatde subministrar el líquid a pressió al circuit.

Exemple: bomba hidràulica.

Conductor: És l’element que permet el pas delcorrent elèctric en el circuit.

Conducte o canonada: És l’element que canalitza el fluid en el circuit.

Elements de control: Són els dispositiusencarregats de gestionar el pas del correntelèctric en el circuit. Exemples: interruptor,polsador, etc.

Elements de comandament, regulació i control: Són els elements encarregats de regular icontrolar el fluid en el circuit.

Exemples: vàlvules distribuïdores, vàlvules de control, etc.

Receptors: Són els elements finalsencarregats de transformar l’energia elèctricaen altres formes d’energia. Exemples:làmpada, timbre, etc.

Actuadors pneumàtics i hidràulics: Són els dispositius encarregats de realitzar un treball oaccionar màquines i mecanismes.

Exemples: cilindres, motors, etc.

En primer pla, operari treballant amb un martellpneumàtic.

generador làmpada

interruptor

fusible

conductor

grupcompressor

vàlvula de control

conducte

vàlvula distribuïdora

cilindre grup


107


Entre els circuits pneumàtic i hidràulic existeixen unes diferències bàsiques queen determinen el comportament i l’aplicació.

activitats

Indica quins dels elements de la llista següent cor-responen al circuit elèctric i quins als circuits pneu-màtic o hidràulic:

grup d’accionament, generador, vàlvula de control,vàlvula de distribució, interruptor, compressor d’aire,actuador, timbre.

Què vol dir que els circuits pneumàtics són circuitsoberts?

9n

10n

De ben segur que algun cop hauràs vist treballar unmartell pneumàtic com el de la fotografia. Justificacom pots esbrinar ràpidament que es tracta d’una mà-quina que funciona amb aire comprimit.

11n

Circuit elèctric Circuit pneumàtic/hidràulic

Comparació funcional entre els circuits pneumàtic i hidràulic

Característica Sistema pneumàtic Sistema hidràulic (oleohidràulic)

Fluid

Tipus Aire. Líquid (oli).

Característiques És un fluid que es pot comprimir. És un fluid que no es pot comprimir.

Força i velocitatSón sistemes adequats per treballar en escenaris on es requereixi poca forçai gran velocitat.

Són sistemes adequats per treballar en escenaris on es requereixi molta forçai poca velocitat.

Característiques de l’entornSón sistemes insensibles a les variacionsde temperatura i que no produeixen explosions.

Són sistemes sensibles a les variacions de temperatura i a la brutícia. Existeix la possibilitat de perill d’incendi en cas de fuga de l’oli.

ContaminacióAcústica: l’aire que surt a pressió del sis-tema produeix un soroll molest.

Ambiental: l’oli és un producte contaminant.

Control dels actuadorsEls cilindres són difícilment controlablesperquè l’aire és un fluid compressible.

Els cilindres són fàcilment controlables perquèl’oli és un fluid incompressible.

Resposta d’accionament Ràpida. Lenta.

Tipus de circuit Obert. Tancat.

CostTenen un cost i una complexitat reduïts jaque no necessiten canonades de retorn.

Tenen un cost i una complexitat elevats ja quenecessiten canonades de retorn i alguns ele-ments són cars.



5. el grup compressor del circuitpneumàtic

El grup compressor del circuit pneumàtic està constituït pels conjunts de pro-ducció i condicionament d’aire comprimit.

Conjunt de producció d’aire comprimit

La producció d’aire comprimit es realitza en una única màquina. En aquesta mà-quina s’integren els tres elements següents: el compressor, el refrigerador i l’a-cumulador.

Compressor: És el dispositiu encarregat de la producció de l’aire comprimit. Laseva funció consisteix a aspirar aire de l’atmosfera, augmentar-ne la pressió iconfinar-lo a un espai més reduït del que ocupava. Va proveït d’un filtre per tald’eliminar les impureses. Els mecanismes d’aquests dispositius són accionatsper mitjà de motors elèctrics o tèrmics de combustió interna.

Per a l’elecció del compressor s’han de tenir en compte els paràmetres del cabalde fluid a subministrar i de la pressió de treball. Existeixen una gran varietat decompressors, però els més emprats en els sistemes industrials són els com-pressors de pistó o d’èmbol, en què la pressió de l’aire a la sortida del disposi-tiu sol estar compresa entre 4 i 8 bars.

Refrigerador: A la sortida del compressor l’aire té una temperatura elevada, jaque en el procés de compressió el fluid s’ha escalfat. El refrigerador és un in-tercanviador de calor constituït per un tub enroscat o doblegat en ziga-zaga ano-menat serpentí, a l’interior del qual circula el líquid refrigerant.

El contacte de l’aire comprimit calent amb el líquid refrigerant fa possible el re-fredament de l’aire a una temperatura pròxima als 25 ºC (temperatura ambient).

Acumulador: És un dipòsit que emmagatzema l’aire comprimit per fer front a lademanda en els moments de màxim consum. Els acumuladors mantenen esta-ble la pressió del circuit i descarreguen de feina els motors que formen part delscompressors. A més, incorporen un seguit d’accessoris de protecció i controlcom ara el manòmetre, el termòmetre, la vàlvula de seguretat o limitadora depressió, etc.

108

activitats

Si la pressió de l’aire a la sortida del compressor sol estarcompresa entre 4 i 8 bars, quin guany proporciona? (Dada: La pressió a nivell del mar equival a 1 atm)

Quina funció realitzen el termòmetre, el manòme-tre i la vàlvula de seguretat de l’acumulador d’airecomprimit?

12n n

13n n

n

Assenyala el compressor, el refrigerador i l’acumula-dor en aquest equip compressor d’aire.

14n n

Compressor d’èmbol.

Acumulador.

Refrigerador.

procésprocés

vàlvula de seguretat aire calent

aigua calentaaigua

airerefrigerat aigua

condensada

vàlvula limitadorade pressió

vàlvula limitadorade pressió

termòmetre

manòmetre



Conjunt de condicionament de l’aire comprimit

L’aire procedent del conjunt de producció ha de rebre un seguit de tractaments abansd’ésser distribuït al circuit pneumàtic. Els tractaments més habituals són la filtració,la regulació i la lubrificació, accions realitzades per la unitat de manteniment.

Filtració: L’aire se sotmet a un procés de centrifugació per tal d’eliminar impu-reses com ara pols, vapor d’aigua, etc.

Regulació: Assegura una pressió constant de l’aire comprimit a la sortida. Lapressió s’ajusta a un valor seleccionat que queda reflectit en el manòmetre.

Lubrificació: S’afegeix oli nebulitzat a l’aire comprimit per tal de greixar les partsmòbils del circuit pneumàtic. D’aquesta manera, disminueix la fricció de les peceslliscants i se n’evita l’oxidació.

Distribució de l’aire comprimit

L’aire comprimit es canalitza des del grup compressor fins als punts de consumper una xarxa de canonades. Les canonades solen ser d’acer o coure i estan dis-senyades per suportar altes pressions. La xarxa de distribució s’ha d’instal·lar demanera que hi hagi un pendent del 2 o 3% en el sentit de circulació de l’airecomprimit.

109

activitats

Per què creus que la unitat de manteniment també esconeix amb el nom de conjunt FRL? Per a què serveix?

15n n

Investiga perquè la xarxa de distribució d’airecomprimit ha de tenir un petit pendent.

16

LubrificadorRegulador Filtre

Unitat de manteniment.

Representació esquemàtica del grup compressor

Aire atmosfèric

Conjunt de producció d’aire comprimit Conjunt de condicionament

Filtre previ Compressor Refrigerador Acumulador Filtre Regulador Lubrificador



6. els elements de regulació i controldels circuits pneumàtic i hidràulic

En els circuits pneumàtic i hidràulic és necessari regular el pas, la direcció, elsentit i la pressió del fluid. Totes aquestes funcions de regulació i control les efec-tuen uns elements anomenats vàlvules. En funció de les accions que realitzen es classifiquen en:

Vàlvules distribuïdores o de control direccional

Són els elements encarregats de controlar el pas i el sentit del fluid pels diferentscomponents del circuit. Aquest tipus de vàlvules s’identifiquen per dues xifresque queden determinades pels paràmetres següents: el nombre d’orificis ovies de què disposa la vàlvula per fer circular el fluid i el nombre de posicionsde treball de la vàlvula. Així, una vàlvula distribuïdora 4/2 és una vàlvula de 4vies i 2 posicions de treball o commutació.

La numeració sempre comença per l’entrada de fluid comprimit (1). Els nombresparells corresponen a sortides de treball (2, 4, 6...) i els nombres imparells sem-pre corresponen a sortides d’escapament d’aire (3, 5...).

A la posició de repòs, les vies es numeren d’acord amb la seva funció. Si l’orificid’entrada del fluid (1) és bloquejat, la vàlvula rep el nom de normalment tancada(NT). En canvi, si l’orifici 1 és obert, la vàlvula rep el nom de normalment oberta(NO).

Tipus d’accionament. Indica el mode d’accionament i de retorn de la vàlvula.Existeixen multitud d’accionaments per comandar una vàlvula, com per exem-ple el polsador, el pedal, el rodet, etc.

110

Vàlvula 3/2

Vàlvula 4/2

Vàlvula 5/2

amb pedalamb polsador amb corró per pressió amb encebament

Vàlvula 2/21

2

1

2

3

1

2

3

4

31

24

5

eXemPLe: Anàlisi d’una vàlvula distribuïdora 3/2 nt

Nombre de vies: 3Nombre de posicions de treball: 2Tipus d’accionament: pilotada per polsador i retorn per mollaEstat de repòs: normalment tancada (el fluid a pressió té l’entrada bloquejada)

1 3

2



Vàlvules de control, regulació i bloqueig

Són els elements encarregats de gestionar el cabal, la pressió i la velocitat delscomponents del circuit. També gestionen la sortida del fluid en funció de les con-dicions d’entrada.

• Vàlvules unidireccionals. Permeten el flux del fluid en un únic sentit i n’evi-ten el pas en sentit contrari. Es coneixen amb el nom de vàlvules antiretorn.

• Vàlvules reguladores de cabal. Permeten regular la velocitat dels actuadors(normalment cilindres). La velocitat es gestiona mitjançant la regulació del cabald’alimentació (s’estrangula el pas del fluid).

• Vàlvules selectores de circuit. Permeten el pas del fluid cap a la sortida sem-pre que hi hagi senyal en alguna de les dues entrades. Compleixen la funciólògica OR de dues entrades. Aquest tipus de vàlvula és adequada per fer fun-cionar una màquina des de dos punts diferents.

• Vàlvules de simultaneïtat. Permeten el pas del fluid cap a la sortida sempreque hi hagi senyal en les dues entrades simultàniament. Compleixen la funciólògica AND de dues entrades. Aquest tipus de vàlvula és adequada com a sis-tema de seguretat, per assegurar que les dues mans del treballador estan ocu-pades en accionar-la i, per tant, lluny d’altres perills.

111

activitats

Com es poden classificar les vàlvules segons la sevafunció? Fes-ne un breu resum.

Dibuixa l’esquema d’una vàlvula 2/2 NO. Què signifi-quen les sigles NO?

Quina funció lògica realitzen les vàlvules selectoresde circuit i les vàlvules selectores de simultaneïtat?

Escriu les característiques més importants de lesvàlvules que observes en el circuit de la dreta.

17n

18n

19n n

20n n

Vàlvules de control, regulació i bloqueig

Unidireccional Reguladora de cabal Selectora de circuit De simultaneïtat

Antiretorn Bidireccional Unidireccional Funció OR Funció AND

no circula fluid regula el cabal

Vàlvula reguladora de cabal.

Vàlvula selectora de circuit.

vis de regulació

P1 P2

P1 P2

S



7. els actuadors dels circuitspneumàtic i hidràulic

En els circuits pneumàtic i hidràulic els actuadors són els elements finals en-carregats de transformar l’energia de l’aire comprimit o del líquid a pressió en energia mecànica, que s’utilitza per a l’accionament de màquines i mecanismes.

En funció del tipus de moviment que realitzin, els actuadors es poden classificaren cilindres, motors i actuadors de gir.

Els cilindres

Són uns elements que estan constituïts per un tub de secció circular tancat pelsseus extrems. A l’interior del tub hi llisca un èmbol (pistó) solidari amb una tija,que separa el cilindre en dues cambres. L’entrada i la sortida de l’aire comprimito el líquid a pressió es canalitza a través d’una o dues obertures.

Els cilindres es classifiquen segons el mode de funcionament en:

Cilindres de simple efecte: Aquests actuadors disposen d’una sola obertura pera l’entrada i la sortida del fluid a pressió, per tant, només efectuen treball en elsentit d’avançament. El retorn s’aconsegueix per mitjà d’una molla o d’una forçaexterna. S’utilitzen per subjectar, expulsar, prémer o aixecar peces i en els sis-temes de frenada dels autobusos, trens, etc.

112

Bomba d’aire del segle xVIII. Funciona fent girar lamaneta. Mentre un dels cilindres xucla l’aire del re-cipient col·locat a la safata, l’altre l’expulsa. Des-prés es produeix el moviment contrari.

Cilindre de simple efecte

Cilindre de doble efecte

Cilindres de doble efecte: Aquests actuadors disposen de dues obertures pera l’entrada i la sortida del fluid a pressió, per tant, realitzen treball tant en el sen-tit d’avançament com en el de retrocés. S’utilitzen per subjectar, expulsar, pré-mer o aixecar peces i en els sistemes d’obertura i tancament de portes delsautobusos, trens, etc.



Accionament de cilindres

Els cilindres dels circuits pneumàtic i hidràulic s’accionen per mitjà de vàlvulesdistribuïdores. Vegem-ne uns exemples.

Accionament directe de cilindres de simple efecte: Els cilindres de simpleefecte s’accionen per mitjà de vàlvules distribuïdores 3/2. En l’estat de repòs, l’o-bertura d’entrada del fluid a pressió roman tancada (1). En accionar el polsador,la vàlvula commuta el seu estat i el fluid a pressió es canalitza a través de lavàlvula (1-2). El fluid entra a la cambra del cilindre on empeny l’èmbol en el sen-tit d’avançament. La vàlvula retorna a l’estat de repòs mitjançant la molla iaquesta torna a commutar el seu estat. En el retorn del cilindre per acció de lamolla, el fluid abandona la cambra (2) i es canalitza a l’exterior de la vàlvula (3).

Accionament directe de cilindres de doble efecte: Els cilindres de dobleefecte s’accionen per mitjà de vàlvules distribuïdores 4/2 o 5/2. En accionar elpolsador, la vàlvula commuta el seu estat i el fluid a pressió es canalitza a tra-vés de la vàlvula (1-4). El fluid entra a la cambra esquerra del cilindre on empenyl’èmbol en el sentit d’avançament. La vàlvula retorna a l’estat de repòs mitjan-çant la molla i aquesta torna a commutar l’estat. En aquest moment, el fluid apressió es canalitza a través de la vàlvula (1-2) i entra a la cambra dreta del ci-lindre, on empeny l’èmbol en el moviment de retrocés. El fluid existent a la cam-bra esquerra abandona el cilindre en direcció a la vàlvula (4-3).

113

activitats

Dibuixa un cilindre de doble efecte i assenyala-hitots els elements importants.

En els cilindres de doble efecte, on creus que es realitza més força, en el moviment d’avançament ode retrocés?

21n

22n n

n

Dibuixa l’esquema d’accionament directe del cilin-dre de doble efecte per mitjà d’una vàlvula 5/2. Ex-plica’n el funcionament.

23n n

1 3

2

1 3

2

1 3

24

1 3

24

Estat de repòs. Estat de treball.

Estat de repòs. Estat de treball.

Algunes de les aplicacions on només intervéun únic cilindre de simple o doble efectesón: premsar una peça, tallar un material, ai-xecar un pes, obrir una porta, etc.


114


8. Aplicacions dels circuitspneumàtic i hidràulic

Accionament indirecte d’un cilindre de simple efecte

En ocasions no existeix la possibilitat de comandar un cilindre directament ja queles vàlvules d’accionament no s’hi poden col·locar a prop. La solució consisteixen situar una altra vàlvula que s’encarregui de rebre la informació de la resta.

Accionament des de diferents punts

De vegades és necessari poder accionar un cilindre des de diversos punts. Perexemple, en el sistema d’obertura de portes d’un autobús, el xofer és l’encarre-gat d’accionar el sistema d’obertura des del seu seient. Normalment existeix lapossibilitat d’accionar l’obertura de portes per mitjà d’un sistema d’emergència.En aquest cas, el comandament del cilindre des de dos punts és de gran utilitat.

eXemPLe: estampadora

Element de treball: Cilindre de simple efecte (1.0)Òrgan de govern: Vàlvula distribuïdora 3/2 amb accionament perpressió i retorn per molla (1.1)Captador d’informació: Vàlvula distribuïdora 3/2 amb accionamentper polsador i retorn per molla (1.2)

L’operari prem el polsador de la vàlvula 1.2. El fluid a pressió es canalitza a travésd’aquesta vàlvula i acciona la vàlvula 1.1, que en rebre la informació commuta elseu estat i condueix el fluid a pressió cap a la cambra del cilindre 1.0. En aquestmoment la pressió del fluid empeny l’èmbol en el moviment d’avançament il’estampadora realitza la seva tasca.

1.0

1.1

1.2

eXemPLe: sistema d’obertura de portes

Element de treball: Cilindre de simple efecte (1.0)Òrgan de govern: Vàlvula selectora de circuit (1.1)Captador d’informació: Vàlvula distribuïdora 3/2 amb accionamentper polsador i retorn per molla (1.2) i vàlvula distribuïdora 3/2 ambaccionament per pedal i retorn per molla (1.3).

El xofer de l’autobús prem el pedal de la vàlvula 1.3. El fluid a pressió escanalitza a través d’aquesta vàlvula i acciona la vàlvula selectora de circuit 1.1,que condueix el fluid a pressió fins a la cambra esquerra del cilindre 1.0. Enaquest moment la pressió del fluid empeny l’èmbol en el movimentd’avançament i les portes de l’autobús s’obren.En cas d’emergència es pot accionar el polsador de la vàlvula 1.2. El procésd’obertura segueix les mateixes pautes que en el cas d’accionament per pedal.

1.0

1.1

1.31.2


115


Aplicació completa

Les aplicacions més complexes són les que estan constituïdes per vàlvules cap-tadores d’informació, per cilindres de simple o doble efecte, per vàlvules que s’en-carreguen de governar el sistema i per vàlvules que regulen algun paràmetre comara el cabal o la pressió.

activitats

Realitza l’esquema de l’accionament indirecte d’uncilindre de doble efecte. Recorda que en aquest es-cenari, el cilindre realitza treball tant en el movi-ment d’avançament com en el de retrocés.

Dibuixa l’esquema d’un sistema d’accionament desde quatre punts diferents. Quantes vàlvules selec-tores has utilitzat?

En l’exemple d’aplicació completa del text, quinafunció realitza la vàlvula amb accionament percorró? Què passaria si aquesta vàlvula se suprimísde l’esquema?

24n

25n

26n n

Explica el funcionament de l’esquema de la figura desota. Dibuixa’n un de similar que realitzi la mateixafunció utilitzant una vàlvula de simultaneïtat.

27n n

eXemPLe: túnel del terror

Element de treball: Cilindre de doble efecte (1.0).Òrgan de regulació: Vàlvula reguladora de cabal (1.01)Òrgan de govern: Vàlvula distribuïdora 5/2 ambaccionament per pressió (1.1)Captador d’informació: Vàlvula distribuïdora 3/2 ambaccionament per pedal i retorn per molla (1.2) i vàlvuladistribuïdora 3/2 amb accionament per rodet i retorn permolla.

L’usuari puja a una vagoneta del passatge de l’horror. En passar per cert punt del circuit, les rodes del tren pressionen el pedal de la vàlvula1.2. El fluid a pressió es canalitza a través d’aquesta vàlvula i acciona la vàlvula 1.1 que, en rebre la informació, commuta el seu estat icondueix el fluid a pressió cap a la cambra esquerra del cilindre 1.0. En aquest moment la pressió del fluid empeny l’èmbol en el movimentd’avançament i provoca la sortida de Freddy Krueger.

Al final del moviment d’avançament, la tija del cilindre 1.0 acciona la vàlvula 1.3. El fluid a pressió es canalitza a través d’aquesta vàlvula icomanda la vàlvula 1.1 que, en rebre la informació, torna a commutar el seu estat i condueix el fluid a pressió cap a la cambra dreta del cilindre1.0. En aquest moment la pressió del fluid empeny l’èmbol en el moviment de retrocés i provoca la sortida del fluid existent de la cambraesquerra, que abandona el cilindre 1.0 en direcció a la vàlvula 1.1. En el seu recorregut, el fluid passa per una vàlvula reguladora de cabal 1.01que provoca la desaparició de Freddy Krueger d’una manera progressiva.

1.0

1.1

1.2

1.3

1.01


activitats

L’ús de l’aire comprimit com a font d’energia, ésuna tècnica d’ús recent? A quin segle es va utilitzarl’aire comprimit per automatitzar els processos deproducció?

Què s’entén com a pneumàtica?

Escriu dos avantatges i dos inconvenients de l’ús del’aire comprimit en les aplicacions industrials.

Enumera unes quantes aplicacions (industrials i noindustrials) on es faci servir la pneumàtica.

Quina societat va ser pionera en intentar controlarl’energia del flux d’aigua?

Quin matemàtic francès dóna nom al principi queregeix la premsa hidràulica?

Què s’entén com a hidràulica?

Escriu dos avantatges i dos inconvenients de l’ús delfluid a pressió en les aplicacions industrials.

Enumera unes quantes aplicacions (industrials i noindustrials) on es faci servir la hidràulica.

Quines dues magnituds caracteritzen els sistemeson intervenen els fluids? Defineix-les i indica-hi lesunitats de mesura.

Per a què serveixen el manòmetre i el cabalímetre?

La força exercida per l’èmbol d’un cilindre de simpleefecte en el moviment d’avançament és de 2 000N.Determina a quants bars de pressió està sotmès el fluid, si se sap que la superfície de l’èmbol és de40 cm2.

Quins quatre elements formen part d’un sistemahidràulic? Fes-ne un breu resum de cadascun.

Quines funcions realitza el grup compressor d’uncircuit pneumàtic?

28n

29n

30n

31n n

32n

34n

35n

36n n

37n

38n

39n n

33n

40n

41n n

Calcula la força que s’ha d’exercir en el cilindre del’èmbol petit per tal d’elevar el cotxe de 6 500 N.

S1 = 40 cm2 S2 = 200 cm

2

Quin conjunt està representat a l’esquema de la fi-gura? Fes un breu resum dels quatre elements re-presentats.

Els compressors més emprats a la indústria són elscompressors d’èmbol. Explica’n el funcionament.

Quina funció realitzen les vàlvules? Dibuixa l’es-quema d’una vàlvula distribuïdora 3/2 NT amb ac-cionament per pedal i retorn per molla i una vàlvulade simultaneïtat.

Com s’anomenen els elements encarregats detransformar l’energia continguda en el fluid enenergia mecànica?

43n n

45n

46n

44n n

42n n

116


F = 2 000 N i S = 40 cm2

PP

F1

S1 S2

F2


Imagina’t que estàs treballant en una empresa i elteu cap t’encarrega el disseny d’un sistema d’ober-tura i tancament d’una barrera llevadissa d’un pàr-quing. A la reunió amb els propietaris del pàrquinget mostren un croquis de l’escenari i t’expliquen elmode de funcionament de la barrera llevadissa.

En arribar al pàrquing, l’automòbil frenarà i se si-tuarà prop de la barrera. Aquesta tanca s’elevarà demanera progressiva quan el cotxe trepitgi un pedalsituat a terra i a més l’usuari del cotxe premi el po-sador ubicat a l’exterior de la garita. La barrera retornarà a la seva posició inicial horitzon-tal un cop la tanca hagi arribat al seu punt més alt, onhi haurà un dispositiu que captarà aquesta informació.Si en algun moment la tanca s’avaria, existeix la pos-sibilitat de tornar-la a la seva posició mitjançant unpolsador de seguretat ubicat a l’interior de la garita delvigilant. En les dues situacions, la barrera retornarà ala posició horitzontal de manera progressiva.Per realitzar l’esquema pneumàtic del sistema, con-testa les següents preguntes que et serviran de guia.

47 a) Quin cilindre utilitzaràs, de simple efecte o de dobleefecte? Per què?

b) L’accionament serà directe o indirecte? Per què?Quina vàlvula distribuïdora utilitzaràs per governarel cilindre anterior?

Utilitza vàlvules 3/2 per accionar la vàlvula que governiel circuit pneumàtic.

c) Quantes vàlvules 3/2 necessites per realitzar el mo-viment d’obertura de la barrera? Quin accionamentutilitzaràs per a cadascuna de les vàlvules? Quina vàl-vula de control utilitzaràs per gestionar-les?

d) Quantes vàlvules 3/2 poden realitzar el moviment detancament de la barrera? Quin accionament utilitza-ràs per a cadascuna de les vàlvules? Quina vàlvula decontrol utilitzaràs per gestionar-les?

e) Quina vàlvula de control utilitzaràs per gestionar lavelocitat del cilindre en el moviment d’obertura i tan-cament de la barrera?

f) Amb aquesta informació ja pots dibuixar l’esquemapneumàtic.


competencies en construccio,,

117

pedal de detecció del vehicle

polsador exterior peractivar la barrera

polsador de seguretat

garita

la situació de la barrera

g g

r o polsador de seguretat


118


La font d’Heró és un dispositiu pneumàtic inventat pelfamós matemàtic i científic d’Alexandria en el qual lapressió de l’aire produeix i manté un raig d’aigua vertical.Físicament es basa en el principi de Pascal segons el qualqualsevol pressió exercida sobre un fluid tancat i en repòses transmet en totes direccions sense pèrdues.

Materials i eines• Tres ampolles d’aigua mineral de 330 ml• Quatre palles, dues del mateix color• Goma d’enganxar impermeable • Gotes de tint de la roba, tinta de bolígraf o colorant ali-mentari

• Trepant i broca de 8 ø mm• Tisores• Peça de fusta de qualsevol mida (per recolzar el trepant)

Procediment1. Talla en dues meitats una de les ampolles.

2. Realitza dos forats iguals i a la mateixa distància en ca-dascun dels tres taps amb el trepant. Pots utilitzar elprimer tap foradat com a model per als altres. Utilitzala fusta per recolzar els taps.

3. Realitza dos forats iguals i a la mateixa distància al culde les dues ampolles i al de la meitat de l’ampolla ambel trepant. Utilitza un dels taps foradats com a model.

4. Encaixa les dues palles del mateix color.

5. Munta les palles seguint l’esquema que et proposem.

6. Omple d’aigua fins a la meitat les ampolles 2 i 3.

7. Enganxa amb goma d’enganxar tot el muntatge pro-curant que no quedin porus.

8. Afegeix el tint o colorant en un recipient amb aigua illença aquesta aigua poc a poc al cul d’ampolla 1.

ResultatAcomplint el principi de Pascal, quan afegim aigua al cul d’ampolla 1, aquesta baixa cap a l’ampolla 2. La pressióexercida a l’aigua de l’ampolla 2 es transmet a l’aire de lamateixa, i d’aquesta a l’aire i després a l’aigua de l’ampolla3 provocant el flux d’aigua vertical cap al cul d’ampolla 1.

Més idees En lloc de palles pots utilitzar tres fragments de tub flexi-ble dels que s’usen als aquaris, dos iguals i un del doble dela mida dels altres. Aleshores no cal que les tres ampollesestiguin connectades en vertical, poden estar-ho de formalateral.

La font d’Heró

ACtiVitAts PRàCtiques

ampolla 1

ampolla 2

ampolla 3

una palla

una palla

dues pallesencaixades


119


Una bomba és un aparell que serveix per extreure, elevaro impulsar fluids, tant si són líquids com gasos, d’un lloca un altre. Les bombes industrials tenen un motor elèctrico de combustió que realitza el treball. Ara bé, també són bombes les manxes de mà o de peud’inflar les bicicletes, les peres de goma dels laboratorisque s’empren per succionar líquids de recipients, etc. En aquesta activitat pràctica et proposem que fabriquisuna bomba casolana per extreure líquid d’un recipientamb materials i aparells ben senzills.

Materials• Una xeringa de 6 ml • Una xeringa de 2,5 ml• 2 boles metàl·liques (han de cabre en la xeringa petita)• Goma d’enganxar instantània• Tisores• Recipient amb aigua

Procediment1. Desmunta les dues xeringues i treu la goma de l’extrem

del pistó.

2. Posa una de les boles de metall a la xeringa petita.

3. Tapa l’extrem ample de la xeringa petita amb la gomadel pistó que li correspon.

4. Fes un forat amb les tisores a la goma del pistó de la xe-ringa gran.

5. Enganxa amb goma d’enganxar instantània la goma fo-radada del pistó gran amb la boca de la xeringa petita.La boca de la xeringa petita ha de quedar inserida a lagoma. Has de veure el forat.

6. Fes un forat lateral a l’extrem oposat de la punta del ci-lindre de la xeringa petita.

7. Posa la segona bola de metall a la xeringa gran.

8. Insereix la xeringa petita dins la gran.

9. Succiona aigua amb el mecanisme muntat, de seguidaveuràs que la bomba actua.

Qüestions Quina funció fan les boles? Què passaria si no hi fossin?

Et sembla que l’invent funcionaria igual amb aire? Perquè?

Més ideesPots pensar en altres tipus de bombes fetes a partir d’ob-jectes casolans. Per fer-ho, has de tenir en compte duesqüestions: la primera, que la bomba ha de tenir una sortidaa la mateixa superfície del pistó o a la camisa de la bomba,i la segona, que en tot cas has de col·locar una vàlvula quedeixi circular el fluid en un sol sentit.

bomba d'aigua amb dues xeringues


Llevar el tap d’una ampolla de vi és unaacció que requereix un bon llevataps. Elsmés comuns i usuals són els de tira-buixó. Hi ha diferents models de lleva-taps de tirabuixó però tots es basen enl’efecte palanca. A mesura que es fa girarel llevataps, un vis va penetrant en elsuro fins a una determinada fondària apartir de la qual fent palanca amb l’obri-dor el tap surt.

Existeix, però, un llevataps de disseny quelleva els taps de les ampolles de vi apli-cant la pneumàtica. L’estructura bàsica ésuna agulla molt fina, buida per dins, quecomunica amb un èmbol que l’usuari ac-ciona. El funcionament és el següent: esperfora completament el tap de l’ampolla

amb l’agulla del llevataps, i es comença abombar aire amb un petit braç que comu-nica amb l’èmbol, talment com si esti-guéssim inflant la roda d’una bicicleta. Amesura que la pressió s’incrementa entrela base interior del tap i la superfície delvi, el tap comença a sortir poc a poc. Des-prés d’unes quantes manxades, el tap surtcap a l’exterior, seguit d’un “plop!”, que in-dica que l’aire a pressió ha sortit disparatcap a fora de l’ampolla, on la pressió ésmenor.

Com funciona el llevataps de què parlael text?

Creus que el fet d’introduir aire a pres-sió al vi pot afectar-lo? En què?

Un dels rellotges més antics dels que es téreferència és la clepsidra, paraula que ve delgrec klepsydra (klepto, robar, amagar i hydro,aigua), present ja a l’època dels babilonis iegipcis, fa uns 3 500 anys. Les primeres clep-sidres consistien en un recipient de fang quecontenia aigua fins a un cert nivell, amb unorifici a la base de la mida adequada perquèl’aigua anés caient al ritme desitjat. L’aiguaes recollia amb un altre recipient que teniaunes marques a l’interior per mesurar el ni-vell del líquid, que equivalia a un determinatlapse de temps. Tot i la senzillesa d’aquest

mecanisme de mesura del temps, el seu úses va estendre per moltes cultures.

El grec Ctesibi d’Alexandria va idear unaclepsidra hidràulica en què l’aigua anava d’unrecipient a un altre amb un sistema de tubs isifons. Un punter que surava en un dels reci-pients marcava l’hora sobre un tambor gira-tori connectat a un sistema d’engranatges.Les marques horàries tenien una separaciódiferent en funció de la variació horària esta-cional. A les dotze de la nit de cada dia, eldipòsit amb el marcador quedava buit i unaroda girava per col·locar el punter a la posiciócorrecta per tornar a començar.

Els rellotges hidràulics van ser usats perconèixer i limitar el temps en multitud d’ac-cions, com per exemple per acotar els dis-cursos dels pensadors i polítics grecs,l’estona que els advocats romans tenien da-vant dels tribunals, etc. A diferència dels re-llotges de sol, els d’aigua podien funcionartant de dia com de nit, raó per la qual vanacabar substituint-los fins que al segle xVII

Cristian Huygens va aplicar el pèndol a lamesura del temps i va donar pas als rellot-ges moderns.

Creus que les clepsidres de terrissa erenmolt exactes? Per què?

Pensa i proposa altres maneres de me-surar el temps.

PAssAt, PResent i FutuR

120


CLePsidRA, eL ReLLotge HidRàuLiC

LLeVAtAPs PneumàtiCs


L’aire de sortida a l’exterior és més net queel d’entrada, ja que en el compressor hi hauns filtres de carbó actiu que el netegenabans de ser emmagatzemat a alta pres-sió. D’aquesta forma doncs, els vehiclesd’aire comprimit purificarien i refrescarienl’aire de les nostres ciutats.

Alguns dels prototips construïts fins al moment han estat exitosos. El procés decompressió i càrrega de 90 m3 d’aire a 300 bars (aproximadament 300 vegades lapressió atmosfèrica) és d’unes 4 hores,amb un cost proper als 2 euros. L’autono-mia d’alguns d’aquests prototips és de 200 km a una velocitat urbana de 45 km/hi d’uns 70 km si la velocitat s’incrementa a110 km/h.

Per a grans trajectes l’empresa MDI ha de-senvolupat un vehicle híbrid aire-gasolina,el RoadCAT’s, amb una autonomia de2 000 km amb una càrrega de combusti-ble de 100 m3 d’aire comprimit i tan sols 50litres de gasolina.

El MultiCAT’s és un altre prototip per altransport de moltes persones, com si fosun tren amb rodes pneumàtiques mogutper aire comprimit. Permet transportar

T’imagines un cotxe que pel tub d’escapa-ment només expulsés aire prou net perquèpoguéssim acostar-hi el nas i respirar airemolt pur? Seria una solució als greus pro-blemes de contaminació atmosfèrica deles ciutats causada pels actuals motorsd’explosió, que emeten gasos i partículescontaminants.

Des que l’any 1993 l’enginyer Guy Nègre vatenir la idea de dissenyar un motor que fun-cionés amb aire comprimit, se n'han desen-volupat diversos prototips fins al dia d’avui. Elprincipi del motor d’aire comprimit és bensenzill. Actua descarregant l’energia de l’aire,prèviament comprimit a alta pressió en unsdipòsits sota el xassís del vehicle, amb unsistema de pistons que transmet aquestaenergia a uns engranatges que fan moure elvehicle. L’alta pressió de l’aire a l’interior deldipòsit fa augmentar la temperatura d’aquestfins als 400 ºC. Però la ràpida i brusca ex-pansió d’aquest fa que la temperatura del’aire a la sortida del tub d’escapament dis-minueixi a valors d’entre els 0 ºC i -20 ºC. Defet, la climatització del vehicle utilitza l’airefred de la sortida del tub d’escapament coma aire condicionat a l’estiu, i la calor del dipò-sit com a calefacció a l’hivern.

135 persones a un cost de 2,5 euros cada100 km, un preu molt reduït si es comparaamb els actuals transports públics.

Fins ara, el principal entrebanc per al de-senvolupament d’aquests motors ha estatel dipòsit d’alta pressió, ja que en cas d’ac-cident pot provocar explosions violentes enel vehicle. Sembla ser que això aviat tindràsolució amb l’ús d’un nou material per a lafabricació del dipòsit, resistent a altes pres-sions i que en cas d’accident s’esquerda-ria i deixaria escapar de forma controladal’aire emmagatzemat, sense que es pro-duïssin explosions perilloses.

Per quina raó en comprimir l’aire s’as-soleix una temperatura tan elevada? Iper què a la sortida és tan baixa? (pensaen la llei dels gasos ideals).

Com funciona el motor d’aire compri-mit?

Pot semblar que 400 ºC és una tempe-ratura molt elevada. Compara-la amb latemperatura que s’assoleix a l’interiord’un motor d’explosió.


121

VeHiCLes d’AiRe ComPRimit


Tecnologia 4 - Unitat de mostra (ESO)

Documents

Transcript of Tecnologia 4 - Unitat de mostra (ESO)