El treball extern, que depèn de l energia transmesa a l exterior de l organisme.

Transcripción

1

2 QUE ES L ENERGIA DE SANG? L home primitiu només disposava dels seus músculs i de la seva capacitat per a obtenir allò que la natura li oferia de forma molt propera. L energia dels aliments juntament amb l energia que l home obtenia del seu propi cos, mitjançant els seus músculs, van ser les primeres energies que l home va utilitzar directament. En tots dos casos es tracta d energia química. L aprofitament d animals o d altres essers humans, com per exemple en l esclavatge, no era més que una manera d obtenir la major quantitat d energia. L energia que obtenim directament d animals i persones se l anomena energia de sang. És interessant d observar la quantitat de ginys que l home ha inventat per tal d aprofitar els recursos de l energia de sang. Així doncs, jous, corretges, sistemes d enllaç d animals... són recursos que han fet mes eficaç el treball d homes i animals, i que podeu veure en els carros, equipaments d animals, etc. Energia muscular L energia necessària per a contraure els músculs prové en darrer terme dels aliments. En la contracció dels músculs hi intervé una molècula molt important: l ATP. Podem parlar de dos tipus de treball muscular: El treball extern, que depèn de l energia transmesa a l exterior de l organisme. El treball intern és aquell que s efectua a l interior muscular, per la contracció pròpiament dita. És en aquest nivell on, a través de diferents reaccions químiques, l energia continguda en enllaços químics d alta energia serà utilitzada per a la contracció de la fibra muscular. Per això quan estem aguantant una maleta, quiets, tot i que no fem un treball exterior, la tensió dels músculs fa que ens cansem. Fins a la mecanització del camp bous, cavalls, mules i ases van ser animals de treball imprescindibles per al pagès. Primer es van utilitzar els bous per a les feines dures del camp. La utilització de l arada romana per a llaurar camps, arrossegada per bous o cavalls, i la introducció del collar rígid en els equins van ser dos avenços importants per la millora agrícola. El collar es va introduir a Europa al llarg del segle VIII dc procedent, segons que sembla de la Xina. A partir del segle XI, el cavall i, sobretot, la mula i l ase van substituir els bous en els treballs agrícoles, ja que l adopció del collar i la ferradura van permetre l aprofitament de tota la força útil d aquests animals. El coneixement de l anatomia dels animals va portar a un millor aprofitament de la seva força per tal de convertir-la en treball útil. L aprofitament de l energia muscular dels animals i d altres humans el comerç d esclaus va ser un comerç energètic- i l aparició de les primeres màquines van ajudar a 1

3 incrementar la capacitat per a produir treball de l esser humà. Històricament, la domesticació dels animals va formar part d un dels esdeveniments clau de la humanitat: la Revolució neolítica. Exercicis 1. Llegiu el text següent El papel de la techné en el mundo Griego El trabajo manual era realizado por la población esclava, que constituía hasta el 50% de la población de las ciudades griegas. Por ello, entre la población libre, que disponía del conocimiento y el capital, no se podía concebir el uso de la tecnología como liberadora de trabajo mediante, por ejemplo, la automatización de tareas. Aún en caso de no disponer de esclavos se dice, existía mano de obra abundante y barata, lo que habría sido igualmente un freno de la mecanización. En otras palabras: la Antigüedad pues el argumento se extiende a Roma no tuvo necesidad de una sustitución del factor trabajo. En el caso de la agricultura, por ejemplo, ningún terrateniente estaría dispuesto arriesgar su dinero en innovaciones tecnológicas para sustituir una fuerza de trabajo abundarte y barata. Los griegos daban supremacía al conocimiento teórico frente al práctico, a la epistéme frente a la techné. En torno a 400 a.c., Jerofonte de Atenas escribiría: Las que llamamos artes mecánicas llevan un estigma social y son totalmente menospreciadas en nuestras ciudades. Ésta y otras pruebas documentales han llevado a sostener este argumento, que propone desde un simple desdén griego por el trabajo manual hasta un absoluto rechazo por el progreso técnico. En cualquier caso, se asegura que los miembros de las clases más prósperas, imbuidos de cierto ideal aristocrático, eran reacios a confiar en la innovación técnica para la solución de sus problemas. 2. Indiqueu el tema o idea principal del text. 3. Feu una breu descripció amb les vostres paraules del text. 4. Justifiqueu la idea principal del text. Perquè succeeia? Historia de la Automática Diego Moñux Chércoles Museu- 1. Observeu la diferència entre un jou de bous o el collar dels equins i relacioneu-la amb les seves característiques morfològiques i fisiològiques. 2. Esbrineu el paper de les ferradures per aprofitar millor la força dels equins 3. A partir del plafó introductori de l àmbit observeu quines mostren avui dia un ús lúdic de les energies de sang i quines no. 2

4 COM S APROFITA LA FORÇA DE L AIGUA I DEL VENT? Les primeres forces de la natura que l espècie humana aprofita són l aigua dels rius i el vent. L AIGUA L energia de l aigua és proporcional a la quantitat i a la velocitat. La manera d augmentar l energia és embassant-la així n augmentem la massa, o bé canalitzant-la per poder-la accelerar. LA RODA HIDRÀULICA La presència de molins d aigua en el paisatge europeu és constant des dels temps medievals, sobretot en les zones fluvials on el subministrament d aigua era assegurat. A Catalunya, la xarxa fluvial que ha proporcionat i proporciona el potencial energètic hidràulic, encara que no es pot comparar amb les abundoses conques dels grans rius europeus, ha esta important en el desenvolupament econòmic i social del país al llarg del temps. Les conques del Ter i del Llobregat, amb el seu afluent el Cardener, mostren encara en el seu paisatge el resultat de la utilització de l energia hidràulica: les colònies industrials del segle XIX. Els molins d aigua van tenir diverses aplicacions. L energia obtinguda per la roda hidràulica podia bombar aigua, moldre gra, fer pasta de paper a base de draps vells, moure serradores, fargues o premses d oli, etc. El molí va ser una de les construccions més emblemàtiques en els paisatges preindustrials fins ben entrat el segle XIX. Un dels més comuns va ser el molí fariner, present en totes les comunitats. El molí fariner és un exemple del canvi d utilització d una font energètica. El treball realitzat manualment per les dones amb molins manuals va ser substituït pel mecanisme de les rodes del molí accionat per l aigua en moviment. L energia obtinguda per la roda hidràulica es va fer servir també pel funcionament de les serradores. La fusta era un producte bàsic per a la societat preindustrial. Era el material indispensable en la construcció de cases, d objectes d ús quotidià, de carruatges, d infraestructures, com ponts, etc. Les serradores van facilitar l obtenció de taulons i bigues molt més fàcilment i ràpida que amb les serres manuals. A Catalunya, les serradores del Pirineu van funcionar fins a la primera meitat del segle XX. Bàsicament distingim dos tipus de rodes, adaptades a les diverses característiques del corrent d aigua en què s han d usar. La roda de pales: usada en corrents relativament horitzontals, però forts, propis de rius amb cabal important i regular. En aquest tipus de roda, l energia ve donada pel moviment d una certa massa d aigua. Així doncs, aquest tipus de rodes aprofiten l energia cinètica de l aigua, ara bé, tenen un rendiment energètic baix. 3

5 Rodes de pales La roda de calaixos o catúfols: En aquestes rodes s aprofita l energia potencials de l aigua, que vindrà donada per l existència d una certa massa d aigua emmagatzemada a una certa alçada. Per això aquest sistema requereix, normalment, la construcció d una presa o resclosa que retingui l aigua del riu, un canal que la condueixi fins a la roda i un altre canal que la torni al curs inferior del riu. Tant en les rodes de calaixos com en les centrals hidroelèctriques aquesta energia potencial es transforma en energia cinètica. Rodes de calaixos Gracies a les rodes hidràuliques, l energia cinètica que obtenim la podem transformar en energia mecànica, útil per a moure embarrats, màquines,... LES TURBINES HIDRÀULIQUES Una turbina és un sistema format per un eix que pot rodar entorn de si mateix, al qual s han adaptat unes culleres o àleps amb la forma i l orientació convenients per aprofitar al màxim l empenta que els proporciona l aigua quan hi xoca o quan hi circula a través. En una turbina, l aigua hi arriba degudament canalitzada a través de canonades, que en garanteixen la velocitat i la pressió convenients per al bon funcionament de la màquina. En les millors turbines hidràuliques s aconsegueix un rendiment energètic de fins el 96%. 4

6 A Catalunya, país pobre en recursos naturals, la manca de carbó de qualitat va fer retornar a la utilització de l aigua com a font d energia en la segona meitat del segle XIX. La roda hidràulica va donar pas a la turbina hidràulica, que obtenia un major rendiment energètic respecte a les rodes hidràuliques tradicionals. Les turbines hidràuliques van ser una alternativa a la màquina de vapor en zones on escassejava el carbó. Les primeres turbines van moure les fàbriques de les colònies industrials, després mitjançant el generador, van produir electricitat per al seu propi consum i, finalment, la utilització de la força de l aigua dels salts del Pirineu va fer que es construïssin embassaments i preses per obtenir energia elèctrica. Segons la forma de circular l aigua a l interior de la turbina podem classificar-les en turbines d acció i turbines de reacció. Les primeres funcionen gràcies al xoc directe de l aigua contra els àleps, i les segones roden gràcies a l efecte global de la circulació de l aigua a través seu. En aquest apartat estudiarem només algunes de les turbines hidràuliques. Les turbines hidràuliques van aparèixer al segle XIX i segons els model i els seus creadors tenim: Les turbines Francis, dissenyades per James Francis l any 1850, són turbines d acció. És apropiada per a salts i cabals petits. Consta d una part fixa amb unes guies corbades anomenades deflectors i d una part mòbil amb àleps, també corbats, anomenada rotor. Els deflectors tenen una inclinació que pot ser regulada i, d aquesta manera, orienten l aigua en la direcció més apropiada cap als àleps del rotor. Turbina Francis Les turbines Pelton, creades per Lester Pelton cap a l any 1870, són turbines de reacció. Té uns àleps amb forma de cullera doble que són molt eficients. L aigua es fa arribar en la direcció més idònia a aquests àleps a través d unes canonades o 5

7 toveres (amb una agulla interior que en regula el cabal). Es apropiada per a grans salts d aigua i petits cabals, com els que hi ha a les petites centrals hidroelèctriques del Pirineu, que aprofiten l aigua dels llacs de muntanya i la condueixen per grans canonades fins a la turbina. Turbina Pelton Les turbines Kaplan, degudes a Viktor Kaplan, que les va concebre l any L aigua circula en el mateix sentit de l eix i s utilitza per a petits salts i grans cabals com els dels embassaments. Té un rotor en forma d hèlix com la dels vaixells. En aquestes turbines la inclinació dels àleps del rotor també es pot regular per adaptar-se a les necessitats de potència de cada moment i així millorar encara més el rendiment energètic. Turbina Kaplan 6

8 EL VENT Diferències de pressió i temperatura en l atmosfera posen l aire en moviment, creant-se el vent. L energia del vent s aprofita oposant-li una resistència; així doncs, les pales dels molins i les veles són superfícies que s oposen a la direcció del vent. El màxim rendiment s esdevé quan el vent incideix perpendicularment a la superfície que li oposa resistència. Molí de vent El vent ha estat i és una energia important per al moviments de tot tipus de naus. Actualment, en el nostre entorn tècnic i econòmic, les úniques veles que mou el vent són les de les competicions esportives. Al llarg de la història el vent ha estat l energia de la natura, juntament amb la força dels galiots, per a desplaçar tot tipus de vaixells sobre les aigües. És al darrer terç del segle XIX que l energia eòlica fou desplaçada per l energia del vapor en el transport marítim. 7

9 En les últimes dècades la utilització de la força del vent per produir electricitat s ha desenvolupat molt. Els moderns aerogeneradors agrupats en llocs estratègics, formant els parcs eòlics, constitueixen una alternativa energètica en l època actual i promet un notable desenvolupament com a font per a produir electricitat. L adaptació al medi A les illes Balears, l aigua superficial és escassa, però en canvi hi ha un règim de vents més o menys constant, per això hi trobem els molins fariners de vent. En aquest tipus de molins també és una pedra la que finalment acaba aixafant el gra; ara bé, és en les aspes del molí on l energia eòlica es converteix en energia mecànica i l eix de transmissió és el responsable del moviment de la pedra circular. Exercicis 1. Llegiu el text següent Los orígenes de la mecanización del trabajo Durante la Alta Edad media, gran parte de la técnica dominada por los romanos se perdió. En algunos casos se tardaría mucho tiempo en recuperar las comodidades que proporcionaba la técnica romana. Basta pensar, por ejemplo, que hasta el siglo XVI, con la instalación de sistemas de abastecimiento en las ciudades como el instalado en Londres en 1582 por Peter Morice, éstas no dispondrán de agua corriente, algo a lo que un ciudadano libre romano estaba acostumbrado. En la Baja Edad Media cambiarían las tornas. Además de las aportaciones a las técnicas constructivas de las catedrales góticas, de los avances en la minería o la metalurgia, del telar de mano o la imprenta, hay dos hechos que convierten a este periodo en una época clave en la historia de la tecnología: la invención y difusión del reloj mecánico y la utilización masiva de molinos de viento y, especialmente, de agua. En cuanto a los molinos hidráulicos, algunos autores consideran revolucionario al proceso por el que Europa comenzó a partir del siglo VI a llenarse, lentamente pero de forma continua, de ruedas hidráulicas, utilizando, con leves modificaciones, la rueda hidráulica vertical que ya era conocida por los romanos. En torno al año 1100, decenas de miles de molinos sembraban las corrientes de agua de España a Suecia y de Italia a Inglaterra donde, según el Domesday Book of England, su censo era de 5624 en el año El aprovechamiento masivo de la energía del agua de los ríos fue más allá de su uso inicial para la molienda del grano. Con la recuperación del árbol de levas ya conocido por los griegos, para la transformación del movimiento de rotación en otro de vaivén los molinos fueron capaces de accionar batanes, serrar madera, afilar objetos de corte, exprimir semillas y, ya en el siglo XIV, fabricar papel. Es más, el accionamiento hidráulico de los fuelles que avivaban los hornos permitió alcanzar una temperatura adecuada para la fusión del hierro (en torno a 1500ºC), lo que permitió aumentar la cantidad y la calidad disponible de este metal para producir todo tipo de herramientas (Villas Tinoco, 2000, p.141). Antes de terminar el siglo XVI, no menos de 40 procesos industriales habían pasado a depender de la energía hidráulica (Reynolds, 1984, p.36). Esta tecnología era, en realidad, la única que singularizaba a la civilización occidental frente a la islámica, la bizantina, la india o la china. Su importancia fue tal que muchos autores como el propio Reynolds encuentran en su uso las raíces de la revolución industrial. 8

10 42 Censo elaborado por Guillermo el Conquistador. La cifra equivale aproximadamente a un molino por cada cincuenta familias (Reynolds, 1984). Historia de la Automática Diego Moñux Chércoles 1. Indiqueu el tema o idea principal del text. 2. Feu una breu descripció amb les vostres paraules del text. 3. Justifiqueu la idea principal del text. Perquè succeeia? Museu- 4. Un mateix procés com la mòlta de gra es pot realitzar amb diferents tipus de molí, tenint en compte consideracions com el règim de vents, la quantitat, la temporalitat i el cabal d aigua reflexiona sobre les diferents ubicacions d aquests tipus de molins. Realitza un mapa per marcar on poden predominar un o altre tipus de molins. A més el mapa de vents de Catalunya ens permet de reconèixer els principals vents del Principat i relacionar-los amb el possible establiment de les noves tècniques d aprofitament de l energia del vent: els parcs eòlics. 5. A partir de l observació del molí fariner descriure de quin material està fet; on es poden trobar elements de ferro; quina funció tenen les rodes del molí; per què s ha escollit una molinera en lloc d un moliner. 9

11 QUE ÉS LA COMBUSTIÓ? a) Una combustió es produeix quan es combinen desprenent b) En la combustió d un hidrocarbur qui és un combustible i qui el comburent? c) En la combustió dels hidrocarburs, aquests es combinen amb i obtenim d) Que es requereix per iniciar la reacció química de combustió? e) Es pot iniciar una reacció química de combustió de manera espontània? f) Si la reacció de combustió és produeix en un lloc tancat sota pressió que pot succeir? g) Com es poden reduir les emissions contaminants i millorar el rendiment d una combustió? Museu- 6. Si a l atmosfera hi hagués un 28% d oxigen en lloc d un 21%, que passaria amb els boscos? 10

12 COM SÓN ELS MOTORS DE COMBUSTIÓ EXTERNA? La màquina de vapor converteix l energia tèrmica en energia mecànica. Concretament, a partir de l energia química del combustible emprat, ja sigui carbó, fusta, gasoil, es transforma en energia tèrmica i aquesta en moviment. COM VA EVOLUCIONAR LA MÀQUINA DE VAPOR? Els grecs ja van disposar d una màquina de vapor, l eolípila d Heró. Al segle I d.c. els grecs ja van poder constatar que en el vapor hi ha via força i energia que era possible usar. Però els habitants de l antiga Grècia no van usar el vapor per moure maquinària. Al segle XVII Denis Papin va experimentar amb una màquina de vapor que havia de permetre bombejar l aigua cap a uns sortidors per crear una font màgica. Aquesta màquina de vapor va permetre obrir pas als nous investigadors, ja que constatava que quan es refreda el vapor se n redueix molt la pressió, amb la qual cosa pot xuclar líquids. Curiosament la idea de la màquina de vapor no va sorgir directament de la necessitat de disposar d un sistema de subministrament d energia a les màquines, sinó de la satisfacció d una altra necessitat com era la d eliminar l aigua que apareixia a les mines subterrànies i les inundava. A Anglaterra Thomas Savery al 1700 va construir la primera màquina de vapor per a bombar aigua de les mines, però tot i que la majoria de les mines n estaven equipades, val a dir que mai no va acabar de funcionar bé.. Posteriorment, un altre anglès, Thomas Newcomen al 1712 va experimentar amb una màquina de vapor que va tenir força èxit, i durant 60 anys cap altra màquina va poder competir amb ella. El seu funcionament es basa en el buit; la condensació del vapor a dins d un cilindre produeix el buit i, degut a aquest, la pressió atmosfèrica empeny el pistó, és per això que de fet és una màquina de vapor atmosfèrica. Pel funcionament d aquesta màquina un operari havia d obrir i tancar la clau de pas del vapor a la caldera. Basant-se en tots aquests antecedents un enginyer escocès, James Watt posà a punt, el 1769, una màquina de vapor segura i efectiva. James Watt treballava en una empresa que fabricava màquines de vapor molt primitives. Watt es va adonar de la raó per la qual 11

13 la màquina de Newcomen oferia un rendiment baix: a banda de les possibles pèrdues de vapor per les juntures, a la màquina de Newcomen, quan s havia de refredar el vapor per convertir-lo en aigua líquida (per condensar-lo), s introduïa aigua freda en el cilindre. Aquesta aigua no solament refredava el vapor sinó també la carcassa del cilindre; d aquesta manera, quan se n hi tornava a introduir, el primer vapor que hi entrava servia només per tornar a escalfar el cilindre i no per produir moviment. La idea de Watt va ser modificar el cilindre, introduint l anomenat cilindre de doble efecte, de manera que s expulsava el vapor del cilindre sense haver-lo de refredar prèviament. Fins a començaments del segle XIX no van aparèixer les primeres màquines d alta pressió i amb elles el desenvolupament del ferrocarril. L evolució de les màquines de vapor continua i, avui en dia, s usen màquines de vapor per generar electricitat. Actualment podem trobar turbines de vapor a centrals tèrmiques i termonuclears. QUINES SÓN LES PARTS MÉS IMPORTANTS? La caldera. La caldera és el lloc on es crema el combustible que proporciona l energia calorífica per transformar l aigua líquida en vapor. Dins la caldera hi havia uns tubs en forma de serpentí pels quals circulava l aigua, que per acció de la calor s escalfava i es transformava en vapor. El vapor, que adquiria així una pressió elevada, continuava per les canonades fins arribar al cilindre. La caldera, al ser un recipient tancat, la pressió era molt alta i per això la temperatura assolida pel vapor superava els 100ºC. Les calderes de les màquines de vapor funcionaven amb carbó o fusta. En produir-se la combustió, es generaven uns residus: els fums i les cendres. Els fums es llençaven a l atmosfera a través de les xemeneies (a Barcelona encara en queda alguna), i per eliminar les cendres calia parar la caldera per poder-la netejar, es per això que en algunes industries incorporaven dues calderes a la màquina de vapor, de manera que una sempre estava en funcionament i no s aturava la producció. 12

14 Distribuïdor i cilindre de doble efecte. Dins del cilindre es transforma l energia de pressió que té el vapor en energia en moviment. La idea de Watt va ser fer que l èmbol tornés endarrere introduint vapor a pressió per l altra banda: que l èmbol tornés enrere empès pel vapor i no xuclat pel buit. Per aconseguir-ho, va idear un sistema d entrada de vapor al cilindre pels seus dos extrems, amb una vàlvula a cadascun. Per dirigir aquest vapor a una banda i altra del cilindre, va dissenyar el distribuïdor, que obre i tanca espais de pas per al vapor. D aquesta manera quan l èmbol anava en un sentit, hi havia una vàlvula d entrada oberta i quan l èmbol anava en sentit contrari, s obria l altra. A més, també hi havia vàlvules de sortida del vapor a cada extrem del cilindre, que s obrien en tancar-se les d entrada. Biela-manovella El sistema biela-manovella d una màquina de vapor comunicava moviment de rotació a un eix. Normalment, aquest eix estava unit al volant d inercia. Volant d inèrcia A dins de la màquina de vapor, els punts morts són aquells punts del recorregut en els quals l èmbol del pistó assoleix els extrems del seu recorregut; perquè, en aquestes posicions, l èmbol canvia de sentit. Això origina uns moments en els quals la velocitat és nul la i, gràcies a la inèrcia del volant pesat, s aconsegueix un moviment continuat i uniforme. El volant d inèrcia és una roda gran, amb molta massa, que garanteix l estabilitat del moviment. Regulador de boles Un cop dissenyada la màquina de vapor, Watt es va haver d enfrontar amb el problema de regular la velocitat de la màquina. Com fer que la màquina proporcionés una potència constant i 13

15 no s accelerés ni és frenés? Watt va introduir un aparell anomenat regulador de boles per regular la velocitat de sortida de la màquina de vapor. El regulador funcionava de la manera següent: mentre la màquina anava a la velocitat desitjada, les boles del regulador giraven a una certa velocitat, amb una freqüència determinada. Si augmentava la velocitat de la màquina, augmentava també la de rotació de les boles, un mecanisme que hi estava connectat accionava una vàlvula que reduïa l entrada de vapor al cilindre. Com a conseqüència d aquest fet, la màquina disminuïa la seva velocitat, les boles baixaven i tornava a entrar més vapor al cilindre. 14

16 QUINES CONSEQÜÈNCIES VA TENIR LA INVENCIÓ DE LA MÀQUINA DE VAPOR? Es diu que James Watt va inventar la màquina de vapor. James Watt no va inventar la màquina de vapor d un dia per l altre, ni se la va treure de la màniga. Gràcies als esforços, les experiències i els descobriments que uns altres van fer abans que ell, va poder construir la seva màquina, i gràcies també al fet que va poder comptar amb la col laboració d hàbils artesans. En la invenció de la màquina de vapor hi conflueixen moltes causes: avenços tècnics, experiències científiques, la necessitat de mecanitzar una industria molt receptiva a tota mena de millores científiques... En el quadre següent pots veure algunes de les causes o els antecedents de tipus tècnic que van dur a la construcció de la màquina de vapor i al seu perfeccionament posterior. ALGUNES CAUSES QUE VAN FER POSSIBLE LA INVENCIÓ I EL PERFECCIONAMENT DE LA MÀQUINA DE VAPOR 15

17 Però la invenció, el perfeccionament i la utilització de la màquina de vapor també va tenir conseqüències importants, tant socials com econòmiques i tècniques. Entre les conseqüències que va tenir, explica n cinc: què va significar i quines repercussions va tenir la màquina de vapor per a la indústria tèxtil, el transport terrestre i el transport naval. I alhora, l ús massiu de màquines de vapor, quines conseqüències va tenir o de ºquina manera va implicar la industria del carbó i la indústria sidero-metal lúrgica. Escriu el que et sembli en les caselles corresponents. ALGUNES DE LES CONSEQÜÈNCIES QUE VA COMPORTAR LA INVENCIÓ DE LA MÀQUINA DE VAPOR CONSEQÜÈNCIES DEL DESENVOLUPAMENT D AQUESTS SECTORS EN Per al transport naval Mineria del carbó Per al transport terrestre Industria sidero-metal lúrgica Per a les fàbriques, sobretot les tèxtils 16

18 Museu- 7. El vapor es va aplicar per primera vegada als vaixells l any 1807 als EUA, però van haver de passar prop de 80 anys per que es va produis la gran expansió del tràfic marítim a vapor. A Catalunya el transport marítim de mercaderies era molt més important que el terrestre. Els vaixells de vela bergantins i fragates- eren construïts a les drassanes dels ports catalans i van dominar el transport marítim fins al 1870, data en què van començar a competir amb els vaixells de vapor Es fabrica el primer vaixell de vapor Superen la flota de vapors a la de velers. Perquè han de passar 80 anys per canviar de model? 17

19 COM FUNCIONA UN MOTOR ELÈCTRIC? L electricitat és una energia secundària generada a partir d altres tipus d energia. Gràcies a la seva versatilitat, ja que és una energia fàcil de transformar en altres formes d energia i també de transport senzill, s ha convertit en la forma d energia clau dels nostres dies, present a gairebé tot arreu. L energia elèctrica s obté directament a partir d energia mecànica, o bé a través d un pas intermedi d energia tèrmica. A més pot transformar-se en llum, calor, moviment, vibracions electromagnètiques i transformacions químiques. En el cas d un motor elèctric transforma l energia elèctrica en energia mecànica. COM ES VA INTRODUIR EL MOTOR ELÈCTRIC? Inicialment, degut a les dificultats de transportar l energia elèctrica a grans distàncies, el corrent elèctric es consumia prop dels llocs on es generava. Així a finals dels segle XIX només dues centrals tèrmiques eren importants comercialment: la Cia. Barcelonesa d Electricitat, propietària de la fàbrica del Paral lel barceloní i la Central Catalana d Electricitat. A principis del segle XX les tècniques de transmissió d electricitat a alta tensió van permetre el seu transport a llarga distància. A partir de 1910 es va iniciar la construcció de grans centrals hidroelèctriques al Pirineu. L energia mecànica de les turbines hidràuliques es transformava en elèctrica a partir d un generador. L electricitat obtinguda es transportava arreu del territori mitjançant una xarxa de torres d alta tensió. Aquest retorn a l aigua per obtenir energia va ser i és molt important a Catalunya. Primer les turbines hidràuliques van moure fàbriques de les colònies industrials, després mitjançant el generador, van produir electricitat per al seu propi consum i, finalment, la utilització de la força de l aigua dels salts del Pirineu va fer que es construïssin embassaments i preses per obtenir energia elèctrica. Les fortes inversions exigides per aquestes obres van donar lloc a la creació de grans companyies, com La Canadenca (Barcelona Traction, Light & Power) fundada l any Catalunya és un país pobre en conques carboníferes. Al començament del segle XX, Catalunya importava del País de Gal les i d Astúries quasi el 95% del carbó que consumia. Aquesta dependència energètica va encarir moltíssim la producció industrial. No es d estranyar que amb el desplegament de la xarxa elèctrica de mica en mica la màquina de vapor quedés arraconada pel motor elèctric, una energia més econòmica per moure les màquines de les industries. A més a més els motors elèctrics són màquines industrials que produeixen força motriu d una manera més neta i silenciosa que els motors de combustió interna. ELS IMANTS I L ELECTRICITAT COM ESTAN RELACIONATS? El danès Christian Oersted l any 1820 ja va demostrar que el corrent elèctric tenia un efecte magnètic: quan un corrent elèctric passa per un conductor, el conductor en qüestió es comporta com un imant, i com més gran sigui la intensitat de corrent que el recorre, més gran serà l efecte magnètic que produeix. 18

20 A partir d aquestes experiències, William Sturgeon va construir el 1825 el primer electroimant, un imant artificial creat a partir de l electricitat. Si enrotllem fil de coure al voltant d una barra de ferro, en fer passar el corrent elèctric a través del cable, el ferro queda imantat. Aquest és bàsicament el funcionament dels electroimants que tenen un gran nombre d aplicacions. L efecte magnètic d un electroimant és superior al dels imants naturals, i es pot controlar variant la intensitat del corrent o canviant el nombre d espires de la bobina. En desconnectar el corrent, el ferro perd el seu magnetisme. Si invertim el sentit del corrent, s inverteixen els pols de l electroimant. Trobem electroimants en moltes aplicacions industrials i domèstiques. En les industries quan es vol moure o subjectar algun objecte pesant de ferro s utilitzen electroimants. A casa trobem electroimants en els altaveus, en relés, en els timbres de campana i en els motors elèctrics. L any 1831, el científic anglès Michael Faraday va crear el primer generador elèctric que no utilitzava procediments químics. Consistia en un disc de coure que girava contínuament entre els pols d un imant de ferradura. Quan connectava l aparell a un voltímetre s observava que quan el disc girava es produïa corrent elèctric. El físic i inventor nord-americà Joseph Henry va pensar que si el moviment d un disc de coure dins del camp magnètic d un imant produïa corrent elèctric, també podia fer-se el contrari, és a dir, aprofitar l electricitat per produir moviment. Per demostrar-ho, va construir un motor elèctric que consistia en dues piles àcides que produïen l electricitat necessària per fer oscil lar dues barres horitzontals amb un moviment alternant. COM FUNCIONA UN MOTOR ELÈCTRIC DE CORRENT CONTINU? 19

21 Un motor elèctric de corrent continu consta bàsicament de dues parts: una que és fixa, anomenada l estator, i una altra de giratòria que rep el nom de rotor. A l estator hi ha els pols magnètics, que poden pertànyer a un imant permanent o bé als creats per unes bobines com en el cas dels electroimants. Al rotor hi ha una o diverses bobines que consten d una anima de ferro envoltada d un material conductor, generalment coure. Aquestes bobines estan situades sobre un eix de rotació entre els pols d un imant. La bobina es connecta a la font d alimentació (pila, bateria,...) a través de les escombretes i les delgues. Les delgues són unes làmines fixades a l eix de la bobina i fan contacte alternativament amb tots dos pols de la font d alimentació a través de les escombretes. Si connectem la bobina a una pila, es forma un electroimant. Els pols del mateix signe del imant i de l electroimant es repel liran i els de signe contrari s atrauran. El resultat serà que la bobina de l electroimant girarà fins que els pols de diferent signe quedin a prop. Quan la bobina arriba a mig gir, els pols del imant canviaran degut al gir de les delgues que entren en contacte amb les escombreta oposades. Aquest canvi de polaritat fa que els extrems de les bobines es tornin a trobar amb els pols oposats del imant. Això farà que novament es repel leixin i continuï girant sempre a la recerca del seu pol oposat. QUINS TIPUS DE MOTOR HI HA? Els motors de corrent continu només poden funcionar amb aquest tipus de corrent, per tant no els podrem connectar directament a la xarxa elèctrica. Trobem aquest tipus de motors en les joguines que funcionen amb piles. En un motor de corrent continu les bobines de coure es situen sobre un eix amb el qual giren. Aquesta part mòbil s anomena rotor. Al voltant del rotor, hi trobem la part fixa anomenada estator, està format per un imant fixat a la carcassa exterior. Motor d inducció Els motors dels electrodomèstics pertanyen a la família dels motors elèctrics d inducció. Estan composats d una part fixa, l estator, i una altra que gira, el rotor. Els dos estan folrat per un debanament d espires de cable elèctric. El corrent extern que circula pel debanament de l estator indueix el corrent en el del rotor. En l estret espai que separa el rotor de l estator es produeix un camp magnètic que és el responsable del moviment rotatori del rotor. Com són motors que utilitzen corrent altern, la velocitat de rotació depèn tan de la freqüència a què es rep el corrent elèctric (50 o 60 Hz) i del nombre d espires que formen el debanament. En els motors d inducció, com més gran és el nombre d espires, més lenta és la velocitat de rotació. 20

22 Exercicis 1. Llegiu el text següent Historia de las técnicas Veamos un ejemplo: el ferrocarril. Basado éste en la energía del carbón, forma indiscutiblemente parte del sistema técnico que corresponde a la primera fase de la Revolución industrial. En el sistema técnico de la segunda fase, las nuevas fuentes energéticas son la electricidad y los motores de combustión interna. Se presentan, además, alternativas al ferrocarril: el transporte por carretera, usando los motores de combustión interna, y el aéreo, que encuentra, por fin, el motor ligero adecuado. Durante un tiempo se prevé la muerte del ferrocarril; pero este sistema de transporte se adapta a las fuentes energéticas nuevas (aparecen las locomotoras eléctricas y diesel), y no sólo persiste, sino que, a las puertas del siglo XXI podemos constatar que está ganando terreno a sus rivales en el sector del transporte Prologo a la Introducción a la historia de las técnicas 1999 Santiago Riera i Tuèbols 2. Indiqueu el tema o idea principal del text. 3. Feu una breu descripció amb les vostres paraules del text. 4. Justifiqueu la idea principal del text. Perquè succeeia? 21

23 COM SÓN ELS MOTORS DE COMBUSTIÓ INTERNA? A diferència de la màquina de vapor, en què la caldera que produeix el vapor està separada dels pistons i les bieles que transmeten el moviment, en les màquines de combustió interna o motors d explosió el combustible es crea a l interior dels cilindres que contenen els pistons que produeixen el moviment, de manera que són molt més compactes que les màquines de vapor, i tot i que ocupen molt menys espai, produeixen una major quantitat d energia. La idea bàsica del funcionament d un motor de combustió interna és produir dins del cilindre (en una reacció química de combustió) el gas a pressió que haurà d empènyer l èmbol. Per aconseguir-ho, cal fer explotar, dins del cilindre, una certa quantitat finament polvoritzada de combustible líquid perquè produeixi diversos gasos (bàsicament, CO2 i H2O) Els gasos produïts, que tenen més pressió que la barreja de gasolina i aire inicial, empenyen l èmbol cap enfora. Aquests gasos són posteriorment eliminats del cilindre, al qual es fa entrar novament més gasolina i aire quan l èmbol ha recuperat la posició inicial, i així, succesivament. El moviment de vaivé produït en l èmbol es transmet i es converteix en moviment de rotació d un eix (anomenat cigonyal) gràcies a un sistema de biela-manovella. Aquest eix és el que posteriorment transmetrà moviment a les rodes del vehicle. COM HAN EVOLUCIONAT ELS MOTORS D EXPLOSIÓ? L aparició del petroli ha estat un element clau en el progrés tecnològic perquè és energia portàtil que pot ser utilitzable en qualsevol lloc. L explotació intensiva del petroli va tenir lloc als EUA l any 1859 amb la perforació realitzada pel coronel Drake als jaciments de Pensilvania. La utilització d un producte derivat del petroli, la gasolina, per fer funcionar el motor d explosió va revolucionar el sistema de transport. El motor d explosió aplicat a l automòbil, al camió o a l autobús va desplaçar definitivament el carro i la diligència en distàncies curtes. Al llarg del segle XX l automòbil va passar de ser un objecte d ús de classes benestants a objecte de consum multitudinari. A la segona meitat del segle XIX ja s havien construït els primers motors d explosió interna, que utilitzaven com a combustible gas, polvora, hidrogen i altres substàncies explosives, alguns d ells van arribar a funcionar acceptablement bé. Però no va ser fins el 1876 que el tècnic alemany Nikolaus Otto va fabricar el model de motor en què es van basa els futurs motors de benzina. Usava quatre moviments del pistó per produir energia; fou conegut amb el nom de motor de quatre temps. El 1886 Gottlieb Daimler i Karl Benz van adaptar el motor de Otto per que usés benzina, més profitosa que el gas per moure un vehicle, i van fabricar el primer automòbil. L any 1892, l enginyer alemany Rudolf Diesel va crear un motor de combustió interna que funcionava per principis diferents dels del cicle d Otto, ja que no es basava en l explosió del combustible sinó en la seva combustió progressiva a mesura que entrava en el cilindre. 22

24 L any 1900 els motors d explosió eren pràcticament com els actuals, i es pot dir que des d aleshores no s ha fet altra cosa que millorar-los. El primer automòbil popular va ser el Ford T americà, del qual se n van fabricar 15 milions entre 1908 i Els primers cotxes populars europeus van ser el Citroën 5CVC francès, de l any i el Volkswagen alemany, de l any 1934, conegut popularment com l escarbat-. A Espanya el primer cotxe popular va ser el Seat 600, sortit de la fàbrica de Seat de la Zona Franca de Barcelona l any 1955, encara que no es va popularitzar fins la dècada dels

25 24

26 Preparació de la visita al museu Museu- 1. Observeu la diferència entre un jou de bous o el collar dels equins i relacioneu-la amb les seves característiques morfològiques i fisiològiques. 2. Esbrineu el paper de les ferradures per aprofitar millor la força dels equins 3. A partir del plafó introductori de l àmbit observeu quines mostren avui dia un ús lúdic de les energies de sang i quines no. 4. Un mateix procés com la mòlta de gra es pot realitzar amb diferents tipus de molí, tenint en compte consideracions com el règim de vents, la quantitat, la temporalitat i el cabal d aigua reflexiona sobre les diferents ubicacions d aquests tipus de molins. Realitza un mapa per marcar on poden predominar un o altre tipus de molins. A més el mapa de vents de Catalunya ens permet de reconèixer els principals vents del Principat i relacionar-los amb el possible establiment de les noves tècniques d aprofitament de l energia del vent: els parcs eòlics. 5. A partir de l observació del molí fariner descriure de quin material està fet; on es poden trobar elements de ferro; quina funció tenen les rodes del molí; per què s ha escollit una molinera en lloc d un moliner. 6. Si a l atmosfera hi hagués un 28% d oxigen en lloc d un 21%, que passaria amb els boscos? 7. El vapor es va aplicar per primera vegada als vaixells l any 1807 als EUA, però van haver de passar prop de 80 anys per que es va produis la gran expansió del tràfic marítim a vapor. A Catalunya el transport marítim de mercaderies era molt més important que el terrestre. Els vaixells de vela bergantins i fragates- eren construïts a les drassanes dels ports catalans i van dominar el transport marítim fins al 1870, data en què van començar a competir amb els vaixells de vapor Es fabrica el primer vaixell de vapor Superen la flota de vapors a la de velers. Perquè han de passar 80 anys per canviar de model? 8. La volta catalana. Feu un croquis en secció de la volta catalana. Digueu amb quins materials està construïda i la funció dels tirants centrals. Analitzeu les 25

27 vessants i quin és el sistema de recollida de les aigües pluvials. Per què els finestrals estan orientats al nord i no al sud? (observa les ombres en el terra) 9. Les columnes. De quin material estan fetes. Quina és l empresa constructora. A quin any es van fer? 10. Feu un esquema del sistema de guiatge dels embarrats i la seva relació amb les columnes. 26

28 QUINES SÓN LES PARTS MÉS IMPORTANTS D UN MOTOR? EL PISTÓ És la peça que es mou, de dalt a baix, per l interior del cilindre. Únicament rep impuls durant la fase de combustió i expansió. Les altres etapes del cicle es realitzen gràcies a les forces d inèrcia. Té forma cilíndrica i en el centre hi ha un orifici en què s allotja un passador conegut per boló, que serveix d eix, on s articula la biela. La funció del pistó és suportar la pressió produïda per l explosió de la mescla i transmetre-la, mitjançant la biela, a l arbre motor. Porta a la part de dalt uns anells o segments l objecte dels quals és compensar la diferent dilatació deguda a la distribució de la temperatura. LA BIELA La biela és l element que transmet la força i el moviment del pistó fins al cigonyal. En els seus dos punts d articulació es posen coixinets que estan lubrificats per l oli del motor. Quan el pistó és al més a prop possible de la culata, diem que es troba en el punt mort superior (P.M.S.), i quan és al més allunyat possible, diem que es troba en el punt mort inferior (P.M.I.). Aquestes posicions s anomenen punts morts perquè el pistó no pot fer força sobre la biela. EL CIGONYAL La funció del cigonyal es transformar el moviment lineal dels pistons en moviment rotatori. Per fer la seva tasca el cigonyal està sotmès a la força alternativa de tots els pistons. Els pistons, durant el recorregut, tenen uns temps morts, per això el cigonyal té en llocs molt ben calculats, uns contrapesos que fan la mateixa funció que el volant d inèrcia de la 27

29 màquina de vapor, és a dir, el cigonyal fa girar el motor quan no hi ha força. A més a més, a un extrem del cigonyal s acobla una roda pesada d acer que serveix per regularitzar el moviment del motor. Si el cigonyal no estes ben equilibrat podria produir moltes vibracions. LA BUGIA La bugia és l element encarregat de provocar l explosió. Està situat a la culata del motor i amb una part que entre a l interior del cilindre. Si des de l exterior apliquem una tensió elèctrica elevada, farem saltar a l interior una descàrrega elèctrica (guspira) que provocarà l explosió. LES VÀLVULES Les vàlvules són les encarregades de deixar entrar el combustible i l aire per una banda i de permetre l expulsió dels gasos que es produeixen en la combustió per l altra. Als motors de 4T hi ha una sèrie de mecanismes basats en les lleves i les palanques que s encarreguen d obrir i tancar les vàlvules. Un motor de 16 vàlvules són motors que tenen 4 cilindres i 4 vàlvules per cilindre, dues d admissió i dues d escapament. D aquesta manera el rendiment i la potència del motor augmenta ja que els gasos de combustió i d escapament poden entrar i sortir del cilindre més ràpidament. EL CARBURADOR Un carburador funciona aplicant l efecte Venturi, és a dir de manera semblant a com funcionen els polvoritzadors manuals. Un tub amb un forat molt petit anomenat gicler té la part inferior submergida dins d una cubeta amb gasolina. La part superior és dins de la conducció que dirigeix a la vàlvula d admissió. Quan el pistó xucla l aire per aquesta conducció, del gicler surten unes petites gotes de gasolina que es mesclen amb l aire: s ha produït una vaporització. Actualment, però els motors d automòbils tenen sistemes d alimentació d injecció electrònica o turboalimentació. En la injecció electrònica la gasolina s introdueix al canal d admissió per uns injectors en lloc de passar pel carburador. Els injectors són controlats per un circuit electrònic de manera que en cada moment el motor rep la quantitat justa de carburant en funció de la potència que necessita. 28

30 En el sistema de turboalimentació els gasos combustibles s introdueixen al cilindre a una pressió superior a l atmosfèrica. D aquesta manera augmenta la quantitat i la velocitat d entrada dels gasos combustibles a l interior del cilindre, i per tant, la potència del motor. COM FUNCIONA UN MOTOR OTTO 4T? El funcionament d un motor Otto de 4T és el següent: 1r temps: fase d admissió En aquesta fase, el pistó o èmbol es desplaça del PMS al PMI. Alhora que es desplaça el pistó, s obre la vàlvula d admissió (que permet que entri al cilindre la barreja d aire i gasolina finament polvoritzada) i és manté tancada la vàlvula d escapament. En el recorregut durant la fase d admissió, el pistó crea un cert buit en el cilindre, amb la qual cosa pot aspirar amb més facilitat la mescla d aire i gasolina. 2n temps: fase de compressió El pistó que ja ha arribat a la posició PMI, retrocedeix fins a la posició PMS. Durant el recorregut, totes les vàlvules del motor són tancades, i l únic que aconsegueix el pistó en els seu desplaçament és comprimir la mescla d aire i gasolina. 3r temps: fase d explosió Quan tenim novament el pistó en la posició PMS (la part de cilindre que conté la mescla d aire i gasolina té ara un volum molt petit comparat amb el total del volum del recipient), comença la fase d explosió. Les dues vàlvules es mantenen tancades i l explosió s inicia amb una descàrrega elèctrica, dins del cilindre, provocada per la bugia. Els gasos produïts en l explosió tenen una pressió molt superior a la de la mescla combustible inicial, i obliguen el pistó a baixar al punt màxim, és a dir, fins al PMI: 4t temps: fase d escapament En la quarta fase, el pistó es desplaça novament del PMI al PMS. En aquest recorregut, a més, s obre la vàlvula d escapament de gasos, que són evacuats del cilindre. En aquesta fase la vàlvula d admissió resta tancada. 29

31 En arribar al PMS, el pistó torna a estar en condicions d iniciar novament el cicle sencer dels quatre temps. Dels 4 temps del cicle, només el tercer és productiu; els altres temps consumeixen part de l energia produïda pel tercer. Els motors de 4T disposen d un mínim de 4 cilindres. Amb un motor de 4 cilindres i tots 4 funcionant amb els temps sincronitzats amb un quart de cicle de diferència entre cadascun i el següent, un dels quatre pistons sempre rebrà la impulsió pròpia de la fase d explosió, i el motor, en el seu conjunt, podrà fer el mateix esforç en tot moment. COM FUNCIONA UN MOTOR DIESEL 4T? El funcionament d un motor Diesel de 4T podria semblar que és similar a un Otto 4T. En realitat hi ha algunes diferències que rauen en la manera d introduir el combustible al cilindre i de produir-ne l explosió. Per la manera com consumeix el combustible, el motor Dièsel és més econòmic i menys contaminant que el motor d explosió. El funcionament és el següent: 1r temps: fase d admissió El pistó es desplaça del PMS al PMI, amb la vàlvula d admissió oberta, això provoca l entrada d aire (sense combustible) al cilindre. La vàlvula d expulsió de gasos es manté tancada. 2n temps: fase de compressió El pistó es desplaça des del PMI fins al PMS, i durant el seu recorregut va comprimint l aire que hi ha a dins del cilindre. Totes les vàlvules es mantenen tancades, raó per la qual l aire es comprimeix ràpidament fins a acumular una pressió ben alta. D aquesta manera, com que és sotmès a una compressió molt ràpida, també s escalfa, fins a assolir una temperatura considerablement elevada. 30

32 3r temps: fase d explosió Quan el pistó torna a desplaçar-se del PMS al PMI, amb totes les vàlvules tancades, per un injector s introdueix combustible (gasoil) al cilindre. En aquest moment i a causa de l alta temperatura que s assoleix dins la cambra de combustió, el combustible s inflama i es produeixen una gran quantitat de gasos que empenyen amb força el pistó cap a la part inferior del cilindre. 4t temps: fase d escapament Aquesta fase és la mateixa que en el cicle d Otto. S obre la vàlvula d escapament i el pistó va del PMI al PMS arrossegant els gasos de la combustió. En un principi degut a les altes pressions que havia de suportar un motor Diesel per comprimir l aire de manera suficient per que assolís temperatures elevades, requeria que el motor fos molt robust. Els pesants motors Diesel no resultaven adequats per la primers automòbils, de manera que es van instal lar preferentment a vaixells, locomotores i camions. Els motors Dièsel van revolucionar el transport pesant de persones i mercaderies a partir del segle XX, i van fer possible l aparició de noves i potents màquines automotores. COM FUNCIONA UN MOTOR DE 2T? Les motocicletes utilitzen motors d explosió, les més grans i potents acostumen a dur motors de 4T mentre que les més petites utilitzen motors de 2T. Els motors de 2T són mes petits i lleugers. El seu funcionament és molt similar als de 4T. La diferència és que en un cicle el pistó va i torna només una vegada El funcionament d un motor de 2T és el següent: 31

33 1r temps: fases d admissió i compressió Durant aquesta primera fase el pistó es desplaça del PMI al PMS. Amb el seu moviment deixa obert l espirall d admissió i tanca el d escapament dels gasos. A més, mentre entra la mescla de gasolina, aire i oli (per lubricar el motor), el pistó la va comprimint i, quan arriba al PMS, la mescla ja està en condicions de reaccionar químicament. 2n temps: fases d explosió i escapament En esclatar els gasos (per l acció de la guspira), el pistó en rep la pressió i es desplaça des del PMS fins al PMI. En el seu moviment, el pistó obre l espirall d escapament i s evacuen els gasos resultants de la combustió cap al tub d escapament. Tanmateix, en el motor de 2T no s aconsegueix una combustió perfecte del combustible i, pel tub d escapament, a més dels gasos de la combustió s hi expulsa part del combustible mal cremat. Per aquest motiu, els motors de 2T són molt més contaminants que els de 4T. QUE VOL DIR: TINC UNA MOTO DE 125 c.c.? La cilindrada és la suma dels volums de tots els cilindres d un motor d explosió. Es pot conèixer el volum d un cilindre multiplicant la superfície del pistó per la carrera. La cilindrada està relacionada amb la potència del motor, normalment com més alta sigui la cilindrada, més potència tindrà el motor. On r és el radi del pistó Exercicis 1. El full de característiques d un automòbil presenta les dades següents: Potència 105 CV Diàmetre x carrera (en mm) 83 x 88 Relació de compressió 9,3 Cilindres Vàlvules 4 en línia 4 per cilíndre 32

34 Quina és la cilindrada del motor d aquest automòbil? 2. El full de característiques d un automòbil presenta les dades següents: Diàmetre del cilindre 50 mm Carrera Cilindres Vàlvules 120 mm 4 en línia 4 per cilíndre Quina és la cilindrada del motor d aquest automòbil? 33

35 QUE ÉS LA PRODUCCIÓ EN SÈRIE? Des de fa molt temps, la humanitat ha intentat optimitzar al màxim la producció dels béns de consum. Un dels mitjans per a aconseguir-ho ha esta la producció en sèrie. Aquest sistema consisteix a dividir en diverses fases la fabricació d un producte determinat. En cada una de les fases intervé personal especialitzat que du a terme exclusivament un mínim d operacions, de manera que es treballa en cadena. En contraposició amb els sistemes artesanals, el/la treballador/a no intervé en tot el procés de producció sinó solament en una part, de la qual ha de ser especialista. Aquest fet comporta la desaparició gradual de les arts i dels oficis i la divisió del treball. Aquest sistema es va posar en pràctica per primera vegada a la fàbrica de cotxes Ford. Henry Ford va ser un industrial nord-americà capdavanter de la industria automobilística. L any 1903 va crear la Ford Motor Company on inicià la fabricació de cotxes en sèrie. L any 1908, Henry Ford va iniciar la cadena de muntatge mòbil per a la fabricació del model FORD T. Va ser el primer cotxe del món produït en sèrie. Amb la cadena de muntatge mòbil es divideix la feina de muntatge del motor en 84 operacions, assignant cada operació a un operari; d aquesta manera es redueix el temps necessari per muntar un motor, que de 12 hores 28 minuts passa a ser de 5 hores 50 minuts. El nou sistema de producció va convertir el Ford en un cotxe barat i, per tant, immensament popular. Quan l any 1927 la fàbrica que feia aquest model va tancar, n havia produït 15 milions. Avui dia, gairebé tots els cotxes són fabricats per aquest mètode de producció en sèrie, que és el més ràpid i econòmic. Actualment, en la fabricació de cotxes s utilitzen les tècniques més avançades en la producció: automatització de les feines amb l aplicació de la robòtica. Malgrat tot, alguns cotxes de les marques més cares encara es fabriquen a mà i no en sèrie. Exercicis Desprès de veure les pel lícules contesta les preguntes següents: 1. Fes un resum dels dos pel lícules responent a les següents qüestions. Quan passa el que s explica? On passa la història? Quin és el tema? Quins personatges hi intervenen? 2. Dona la teva opinió sobre la producció en sèrie. 3. Busca informació sobre la pel lícula Temps Moderns. Què representa el film dins la història del cinema? 34

36 35

37 PERQUÈ VOLEN ELS AVIONS? Des de sempre, volar com les aus ha esta un dels desitjos de la humanitat. Fa més de 500 anys Leonardo da Vinci ja dissenyava màquines voladores. Però el primer vol es va realitzar l any 1783, en un globus d aire calent, construït pels germans Montgolfier. El problema que es plantejaven els dos germans era si l home es podria adaptar a les alçades o si moririen asfixiats per la manca d aire o pel fred. Podia el cos d una persona suportar les condicions atmosfèriques a una determinada alçada? Van prendre la decisió d enviar com a tripulants un gall, un ànec i una ovella. Aquests tres animals tenen l honor d haver estat els tres primers essers a realitzar un vol amb globus. Quan van aterrar van comprovar que els tres animals estaven en perfectes condicions i això va fer que el següent vol ja el tripulessin uns humans: van sobrevolar Paris durant 25 minuts. Mes endavant altres van provar aparells voladors construïts amb diferents màquines motrius: des de ales mecàniques, pesades màquines de vapor, dirigibles... Alguns van tenir cert èxit, però la majoria van fracassar. No va ser fins el 17 de desembre de 1903 que els germans Wright van realitzar el primer vol en avio. Havien adaptat un motor d explosió de gasolina per fer-lo més lleuger i potent que la resta: accionava una hèlix i van inventar un alerons mòbils per poder governar la nau. Per això se ls considera els pares de l avió. Alguns però consideren que no va ser un vol sinó només un salt ja que només es van enlairar durant 12 segons a una alçada de 3 metres. Els germans Wright van fer tres vols més aquell dia. El més llarg va durar 59 segons i es va desplaçar una distància de 250m. L aviació va evolucionar molt ràpidament i, en la Primera Guerra Mundial ( ), ja va ser usada en operacions militars. Al llarg del seu desenvolupament es van provar estructures amb ales amb un, dos i mes plans de sosteniment (avions monoplans, biplans, triplans), i també amb un o més motors (monomotors, bimotors,trimotors,...) Fins l any 1941, tots els avions eren d hèlices. El 2 d abril de 1941, Alemanya, va realitzar el vol de proves del primer avió dotat d un motor de reacció, sistema de propulsió que finalment s ha imposat en quasi tota l aviació comercial i militar. COM FUNCIONA UN MOTOR A REACCIÓ? Has llençat mai un coet de pirotècnia per Sant Joan? Quan la pólvora crema es produeixen uns gasos que s expulsen a gran pressió, això fa que el coet avanci en direcció contrària. Aquest fet constata el principi d acció i reacció. És un fet provat que les forces actuen per parelles seguint el principi que tota força genera una altra d igual intensitat, mateixa direcció però de sentit contrari. Llavors, per què no s anul len? Senzillament perquè no actuen sobre el mateix objecte. La força d acció actua sobre els gasos que es produeixen en la combustió de la pólvora i l altra força de reacció que serà igual que l anterior però de sentit contrari actua sobre la carcassa del coet que el farà enlairar-se ben amunt. Doncs be, els motors a reacció funcionen d una manera semblant, són impulsats cap endavant per la força dels gasos que surten a gran velocitat per la part posterior del motor. 36

38 En primer lloc, xucla l aire de l exterior i n augmenta la pressió amb un compressor. Llavors es fa passar l aire per una cambra de combustió, on l oxigen que conté reacciona amb el combustible i produeix els gasos a una pressió encara molt més elevada. L augment brusc de la pressió provoca que els gasos resultants tinguin molta energia, una part de la qual s aprofita per moure el compressor a què ens hem referit abans. Amb tot, els gasos encara tenen prou energia per constituir-se en un doll que surt del motor a gran velocitat. Els gasos que surten per darrere del motor del turboreactor impulsen l avió cap endavant. COM ES SOSTÉ UN AVIÓ? L efecte Venturi Perquè un avió pugui volar cal equilibrar les quatre forces que actuen sobre les ales: d una banda, l empenyiment i la resistència de l aire i, de l altra, la força d elevació i el pes. 37

39 L empenyiment necessari per vèncer la resistència de l aire el proporcionen els motors. La força d elevació la produeix el flux d aire sobre les ales. Pel seu perfil, quan un avió està volant la velocitat de l aire en contacte amb la part superior de les ales de la nau, és més gran que la que hi té en la part inferior. Per l efecte Venturi la pressió de l aire a la part superior de les ales serà menor que la qui hi exerceix en la part inferior. Aquesta diferència de pressions genera una força neta cap amunt, que és la que compensa el pes de l avió i el sosté a l aire. Naturalment, la força és més gran com més extenses són les ales i més ràpid vola l avió. QUINES SÓN LES PARTS D UN AVIÓ? El buc o fusellatge és el cos de l avió. Té una forma que recorda un fus o el cos d un ocell en vol, amb una part central, una cabina davantera de pilotatge i la cua. Dins del buc dels avions comercials, hi acostuma a haver, a la part inferior, la bodega d equipatges. Els timons de direcció i de profunditat, a la cua. Els timons de profunditat estan formats per planxes mòbils horitzontals, quan baixen, l avió s eleva, i quan pugen, l avió baixa. Els alerons estabilitzadors, articulats a la part posterior de les ales. En pujar l aleró d una ala, baixa el de l altra. Aquests moviments, combinats amb el moviment del timó de direcció, fan que l avió pugui girar a la dreta i a l esquerra. El tren d aterratge conté les rodes per moure s a terra. És retràctil, de manera que resta amagat dins l aparell quan vola. 38

40 Els motors poden ocupar diverses posicions: a les ales, enganxats al fusellatge en la serv part posterior, etc. Els flaps són elements mòbils que varien la curvatura de l ala o augmenten la superfície de sustentació; permeten que l avió pugui volar lentament amb seguretat i faciliten les maniobres d enlairament i aterratge. COM FUNCIONA UN SUBMARÍ NUCLEAR? El submarí és un vaixell capaç de navegar submergit gràcies a un sistema de bombes que permeten omplir o buidar grans tancs d aigua. Molt lluny de l embarcació que Narcís Monturiol va fer navegar en el fons del port de Barcelona l any 1859, els moderns submarins desplacen mes de tones, estan impulsats per reactors nuclears i poden romandre submergits durant alguns mesos de forma ininterrompuda. 39

41 1 dia COM FUNCIONA UN COTXE? 1. Quines forces actuen sobre el vehicle? 2. Com es refrigera el motor? 3. Com podem disminuir el fregament? 4. Com es transmet el moviment? 5. D on surt l electricitat? 6. Com es un cotxe segur? 40

42 CATALUNYA LA FÀBRICA D ESPANYA 1. De quins anys ens parla aquest documental? 2. Per què es significativa la fàbrica Bonaplata? 3. Com es caracteritzava la indústria manufacturera tradicional? 4. Quina era la indústria manufacturera més important a Catalunya? 5. Per què qualifica les fargues de siderúrgia preindustrial? 6. A què es deu l important desenvolupament de la indústria naval des del 1700 al 1850? 7. Què són les indianes? 41

43 8. Per què diu que la intensificació de la producció tèxtil a Catalunya mitjançant aquestes innovacions havia de preparar i quasi exigir la introducció de la màquina de vapor i del sistema fabril? 9. Quins són els trets característics de la nova indústria? 10. Quina diferència hi ha entre les fàbriques actuals i les del segle XIX? 11. A Catalunya, Quin any es construeix el primer vaixell a vapor? Quin any comença a funcionar el primer ferrocarril? 12. A què es deu el retorn a l'aigua com a font d'energia? 13. Vapor i colònia. Quines diferències hi ha entre les dues indústries fabrils? 14. Per què es multiplica la productivitat? 42

44 15. Per què es revolten els treballadors? 16. Quines altres indústries prenen força a Catalunya? 17. Per què una indústria com la Maquinista no es pot especialitzar en la construcció de màquines de vapor? 18. Per què l'electricitat dóna un gran impuls a la indústria catalana? El documental assenyala tres aspectes. 19. Per què diu que Catalunya l'any 1936 és una societat plenament industrialitzada? 43

45 20. Per què a finals de 1936 la Conselleria d'economia de la Generalitat de Catalunya arriba a la conclusió que Catalunya és la fàbrica d'espanya? 44

46 TALLER 45

47 46

48 COM SÓN LES ESTRUCTURES METÀL LIQUES? Qualsevol estructura ha de complir els següents requeriments: a) ha de ser rígida b) ha de ser estable c) ha de suportar els esforços als quals està sotmesa sense trencar-se ni deformarse en excés. COM PODEM DONAR RIGIDESA A UNA ESTRUCTURA? Usant barres d alumini foradades construir les estructures mostrades a la figura que tens a continuació: QUE SÓN LES BIGUES? Observa els catàlegs de bigues que tens a continuació. Que signifiquen les columnes de la taula? 47