Equilibri de la partícula. El cas del telefèric

Solucionar el problema del telefèric espatllat ens ha permès contextualitzar i relacionar entre si els feixucs temes de resistència de materials i d’estàtica de màquines. Aquest és l’enunciat i el procés de resolució del problema, les especificacions tècniques i la solució proposada pels Tecno-Lògics 1Batx al cas del telefèric, adaptat de l’eBook Multimedia Engineering Statics.

Objectiu: dimensionar els cables de la catenària a partir d’una sèrie de requeriments.

Procés seguit:

Determinació de les forces que actuen sobre el sistema (direcció i sentit), dibuixant el diagrama de cos lliure de la partícula en la qual concorren: el punt de suport de la cabina amb la catenària.

Càlcul de les forces que actuen sobre el sistema (pes de la cabina i tensions del cable), descomponent les forces i aplicant les equacions de l’estàtica (ΣFx = 0 / ΣFy = 0).

Dimensionat dels cables per suportar els esforços calculats sense trencar-se ni deformar-se, coneixent el límit elàstic del material, minorant-lo amb l’aplicació d’un coeficient de seguretat i consultant els diàmetres comercials de cables d’acer.

Càlcul de la deformació unitària i el allargament total dels cables carregats, coneixent la seva longitud inicial i el mòdul elàstic del material.

Comprovació de la idoneïtat del perfil normalitzat proposat per al suport de cabina.

Resultat dels nostres càlculs i recerques:

Cables d’acer laminat S 355 K2 de 28 mm de diàmetre amb ànima d’acer per a la catenària permetran el funcionament del telefèric a plena càrrega amb total seguretat. Aquests elements treballaran en el pitjor dels cassos per sota del límit elàstic del material utilitzat (335 N/mm2 ), ja què els càlculs s’han realitzat aplicant un coeficient de seguretat = 3. La deformació unitària calculada és del 0,05%.

S’ha comprovat què els perfils normalitzats tubulars quadrats 80×80 d’acer laminat S 275 J2 del suport original de la cabina del telefèric són capaços de suportar el seu pes a plena càrrega, treballant per sota del límit elàstic del material utilitzat minorat pel coeficient de seguretat aplicat.

Recursos utilitzats:

Classificació normalitzada dels acers. Normes d’aplicació
Ministerio de Fomento. Instrucción de Acero Estructural. EAE
Catàleg de cables d’acer. Tipus i diàmetres comercials
UPM. Promptuari de perfils d’acer normalitzats

Resolució de circuits mixts de CC

Un circuit elèctric pot alimentar diversos receptors connectats de diferents maneres: en sèrie o en paral·lel.
La resolució d’aquests circuits és senzilla, només cal tenir clara la llei d’Ohm i saber trobar la resistència equivalent en cada cas.

El procés de resolució dels circuits mixts (resistències connectades en sèrie i en paral·lel) és senzill, però si hi ha moltes branques pot resultar liós. Cal ser metòdic i polit, aquesta és la meva proposta de mètode:

Si voleu practicar, a la web de Celestí Capell teniu uns quants circuits interactius: poseu valors i obtindreu els resultats. Anar-hi >>>

Taula periòdica dels símbols electrònics

La funció principal de la taula periòdica és classificar i organitzar, establint un ordre específic agrupant elements químics o com aquesta, símbols electrònics. Bona idea que ens pot ser molt útil, trobada a simbologia-electronica.com Cliqueu sobre la imatge per accedir a tota la informació.

---

Tren de levitació magnètica

Maglev = Magnetic Levitation permet un sistema de transport que utilitza el magnetisme per la sustentació i la propulsió de trens. L’absència de contacte físic entre el rail i el vehicle fa que la única fricció sigui amb l’aire i aquesta està reduïda al mínim per la forma aerodinàmica. Per tant, amb un consum d’energia “raonable” es pot aconseguir velocitats properes als 600 km/h.

Els sistemes de trens Maglev més avançats són l’alemany i el japonès. Cadascun produeix i utilitza el camp de manera diferent: el model alemany utilitza electroimants DC controlats, el model japonès, més desenvolupat, utilitza l’aplicació de materials supercoductors. La següent infografia i els vìdeos ens permetran entendre com funcionen.

Hi ha solució permanent per als residus nuclears ¿?

El risc d’accidents a les centrals nuclears no és l’únic problema d’aquesta forma d’energia. Cada dia a tot el món, grans quantitats de residus d’alt nivell radioactiu generats per aquestes centrals es dipositen en magatzems provisionals, vulnerables a catàstrofes naturals o provocades per l’home.

A Onkalo, Finlàndia s’està construint el primer cementiri nuclear “permanent” per a residus d’alt nivell radioactiu a través d’un complex sistema de túnels subterranis tallats en el subsòl de roca sòlida. Un cop els residus estiguin emmagatzemats, les instal·lacions es segellaran i no es podran tornar a obrir fins passats almenys ¡¡¡ 100.000 anys !!! que és el temps durant el qual se suposa que els residus continuaran essent perillosos.

Però com podem garantir que …
La estructura aguantarà 100.000 anys sense presentar filtracions?
La zona continuarà essent estable geològicament durant 100.000 anys?
Podem advertir als nostres descendents durant 100.000 anys del perill invisible que els deixem a sota seu?

Aquestes són algunes de les preguntes que es fan experts en diverses matèries a un dels millors documentals del 2010: INTO ETERNITY. Podeu veure aquí el documental sencer gràcies a la llista de reproducció creada amb TubeSnack o accedint a la que he creat a YouTube, impossible d’inserir en aquest bloc.

Si no teniu temps o us fa mandra veure’l sencer, aquest és el trailer del documental. No hi ha excusa …

Simulem assajos de tracció

Aquest simulador de l’Instituto de Tecnologias Educativas del Ministerio de Educación per a Formació Professional pot ajudar als Tecnòlegs Industrials de Batxillerat a aprendre sobre els assajos de tracció i a situar-los en el seu context real. Accediu clicant sobre la imatge.

Lleis de Kirchhoff

Les lleis de Kirchhoff permeten resoldre de manera sistemàtica el càlcul de circuits elèctrics que no es podrien solucionar aplicant directament la llei d’Ohm. La seva aplicació no és complicada: només cal tenir clars els conceptes de nus, branca i malla en un circuit elèctric i aplicar dues lleis.

Llei dels nusos: La suma dels corrents que arriben a un nus és igual a la suma dels corrents que surten del nus.  ΣI = 0

Llei de les malles: En tota malla o circuit tancat, la suma de totes les fem és igual a la suma de les caigues de tensió.  ∑ε = Σ(R·I)

View this document on Scribd

Exercicis per practicar

View this document on Scribd

Exercici d’aplicació (per pujar nota): Aplicar les lleis de Kirchhoff per calcular els corrents que recorren les branques del circuit de la imatge:

Transformació del moviment

Us presento dos mecanismes que permeten aconseguir un moviment lineal a partir del moviment circular d’un motor. Potser aquestes idees constructives Lego ens poden ajudar a entendre com funcionen i a solucionar algun dels moviments que volem per al nostre robot FLL:

El mecanisme BIELA-MANOVELLA transforma el moviment circular del motor en moviment lineal alternatiu (de vaivè) d’una barra rígida (biela).

El mecanisme PINYÓ-CREMALLERA transforma el moviment circular del motor en avanç o retrocès d’una barra dentada (cremallera).

I recordeu: si voleu reduir dràsticament la velocitat del moviment de sortida o multiplicar brutalment la força del mecanisme, acobleu al motor un VIS SENS FI.

Exemples del llibre Tora no Maki, una joia d’idees constructives Lego que podeu descarregar aqui >>>

Petroli

Encara que a l’antiguitat ja s’utilitzaba el petroli a l’Orient Mitjà, va ser la Revolució Industrial i l’invenció de l’automòbil els factors que van disparar el seu consum. Avui dia està present en gairebé tots els productes que ens envolten … i s’està esgotant.
Aquesta és la presentació utilitzada a classe per conèixer aquest recurs natural del qual prové gairebé el 50% de l’energia consumida en tot el món. Els videos que hi ha enllaçats desenvolupen els conceptes bàsics. Activeu-los, una imatge val més que 1.000 paraules …

I si voleu més, no us perdeu aquesta presentació clicant sobre la imatge

… i més entrades a aquest bloc relacionades amb el petroli

Materials combustibles

Els combustibles són els recursos energètics més utilitzats per l’home, especialment els d’orígen fòssil (carbó, petroli i gas natural). Quan aquests materials es combinen amb l’oxígen s’obté energia tèrmica que ens permet escalfar alguna substància. Però … Quanta energia?

Arribats a aquest punt ja sou mig enginyers i podeu enfrontar-vos a aquests nous problemes energètics:

View this document on Scribd

Energia, Treball i Potència

Comencem el batxillerat tecnològic estudiant l’energia. Per què? Quina és la seva importància, tecnològicament parlant? Què és el que ens cal saber? Només tres coses, tot prenent com a punt de partida els coneixements proporcionats per la ciència per tal de, entre d’altres, contribuir al seu avanç.

Recursos per aclarir conceptes:
Laboratori virtual. Energia Mecànica - Treball i Potència
FisicaNet. Exercicis resolts de Treball, Energia i Potència

La vostra primera tasca com a enginyers:
Tenim una sèrie de problemes energètics que només vosaltres podeu solucionar, els trobareu al següent document. Endavant, nois!

View this document on Scribd

No us lieu amb les unitats! Si us cal un conversor d’unitats, cliqueu sobre la imatge

Plataformes petrolíferes

Deepwater Horizon era una plataforma petrolífera semi sumergible construïda l’any 2001 per perforar pous de petroli en el subsòl marí. Un cop acabada la perforació, la plataforma es traslladaba a un altre lloc i l’extracció era realitzada per altres equips.

El 20 d’abril de 2010, en la fase final de perforació d’un pou, l’alliberament descontrolat de gasos va provocar el que tots coneixem: explosió, incendi, enfonsament i vessament de petroli per tot el golf de Mèxic. Clicant sobre la imatge podem veure imatges de l’incident.

Els alumnes de Tecnologia Industrial I ens hem informat sobre aquestes instal·lacions industrials tan complexes i robustes que permeten explotar els pous de petroli o gas natural que es troben sota el fons marí tot suportant l’agressivitat del medi, les embestides de les onades, així com tota la maquinària. N’hi ha de fixes i de flotants, més de 4.000 en actiu només al golf de Mèxic.

Veient el documental de National Geographicdedicat a la plataforma Troll A, que opera al Mar del Nord, una de les obres d’enginyeria més complexes i més grans que existeixen, hem conegut els problemes estructurals que presenten: les enormes dimensions, la freqüència de resonància que provoquen les onades i que pot colapsar l’estructura, el tractament dels materials per suportar l’agressivitat del medi marí, el problema de les juntes en el formigonat dels pilars per on es pot colar l’aigua, la construcció en terra ferma i el transport fins al lloc d’operació, la fixació al fons del mar de l’estructura, de la qual només emergeix una petita part, … Clicant sobre la imatge podem veure el documental de National Geographic sobre la Troll A.

Entre les tasques què es desenvolupen en aquestes plataformes destaquen les operacions de perforar el subsòl fins assolir la zona on es troba el petroli, que pot ser centenars de metres per sota el fons marí. Clicant sobre la imatge podem fer unavisita virtual a una plataforma petrolífera.

A Second Life també hi ha plataformes petrolíferes: al campus virtual de la facultat d’enginyeria de la UNAM (Universidad Autónoma Nacional de México) n’han construït col·laborativament una. Clicant sobre la imatge podem veure el procés de construcció d’aquesta plataforma virtual.

Quan deixen de ser útils, les plataformes flotants es traslladen a altres llocs però les fixes en la majoria dels casos s’abandonen perquè desmantelar-les també és complex i car. Un exemple d’allargament de la seva vida útil és aquest projecte de reconversió en eco-hotel de luxe, de Morris architects. Clicant sobre la imatge podem conèixer el projecte.

I per acabar, una nova mostra de que amb Lego i amb Enginy es pot fer de tot: plataforma petrolífera a Legoland, al costat d’altres sistemes que permeten obtenir energia de manera menys agressiva.

Aquesta recerca ha estat realitzada a proposta del Consell Verd del nostre institut per cel·lebrar curricularment la diada del Medi Ambient tractant des de totes les àrees i amb diferents punts de vista el mateix tema: EL PETROLI. Més informació >>

Circuits pneumàtics

Presentacions de pneumàtica

Vídeos de funcionament d’algunes vàlvules pneumàtiques

Simulació de circuits pneumàtics amb FluidSim
Descarregar el simulador – el manual – les pràctiques

Simulació de muntatges reals amb LogicLab Pneumatic
Accedir al simulador online clicant sobre la imatge

Exercicis resolts d’anàlisi i de síntesi de circuits pneumàtics >>>
Pràctiques per realitzar amb el simulador FluidSim >>>

Bicicletes sense cadena

Les bicicletes amb transmissió per cardàn són l’últim crit quant a bici urbana. Trenquen els esquemes de 100 anys d’evolució d’aquesta màquina lligada a la cadena com a mecanisme de transmissió de la força de la pedalada fins a la roda motriu trasera, però presenten avantatges …

Aquest no és un invent nou. En realitat, la transmissió per cardàn ja s’utilitzaba en bicicletes des del 1900, un segle abans que s’inventès la cadena, però era massa pesat i es va acabar desestimant. Avui dia, les noves tecnologies i les noves aleacions lleugeres han permés rescatar aquest mecanisme de transmissió que, encara que continua sent més pessat que la cadena, ofereix molts avantatges: no se surt, no s’enganxa a la roba, no embruta, no fa soroll, no té manteniment, té un rendiment del 99% (més que la pringosa cadena millor engreixada).

En concepte el seu funcionament és molt senzill: utilitza engranatges cònics i un eix de transmissió perpendicular als eixos pedalier i al de la roda motriu de la bici. Aqui podeu veure una animació del seu funcionament

La combinació del cardàn amb un canvi de marxes intern acoblat a l’eix de la roda trasera de la bici permet fins a 14 velocitats (fins i tot en parat) que equivalen a les 27 teòriques d’un canvi tradicional de 3 plats i 9 pinyons.

Els canvis interns per bicicletes tampoc són un invent nou, van aparèixer al 1902. El seu funcionament és complicat: utilitza una sèrie d’engranatges planetaris (veieu animació) que, segons com estiguin col·locats, aconsegueixen diferents velocitats de gir d’una corona externa en la qual engrana l’engranatge cònic del cardàn.

Si us interessa això del canvi intern, aquí trobareu videos i explicacions del seu funcionament.

Transmissió de moviment

Als automòbils podem trobar la majoria dels mecanismes de transmissió que estem estudiant. Veure l’s en acció ens ajudara a entendre com funcionen. Som-hi!

Lleves, bieles, arbres de transmissió, corretja … al motor de combustió interna

Palanques, engranatges i embragatge al canvi de marxes

Engranatges cònics al diferencial

Pinyó-cremallera i cardàn en la direcció

Molles i mecanismes articulats al sistema d’amortiguació

Palanques i sistemes hidràulics als frens

I d’altres elements diversos …

Diagrama de cos lliure

El Diagrama de Cos Lliure és una eina bàsica en la primera fase del càlcul d’estructures, per determinar les forces que actúen sobre un cos o una partícula. Consisteix en col·locar la partícula en l’orígen d’un sistema de coordenades, i representar les forces que actuen sobre ella mitjançant els vectors corresponents. Per practicar utilitzeu aquesta aplicació >>

L’acer

Es consideren acers els aliatges de ferro amb un contingut de carboni comprés entre el 0,05 i l’1,7%. Quant més alta sigui la proporció de carboni, més duresa i resistència, menys ductilitat i tenacitat tindrà l’acer. L’aliatge amb altres elements es realitza durant el procés d’obtenció per tal de millorar algunes de les seves propietats. Coneguem-lo clicant sobre la imatge

L’acer s’obté per descarburació del ferro colat, mitjançant un procés que acaba amb l’obtenció de la colada contínua. Conegueu aquest procés en detall >>

Obtenció del ferro colat. L’alt forn

Obtenció d’acer

Els productes d’acer

Mitjançant diferents processos, la colada contínua es transforma per laminatge, en diferents productes què la indústria metàl·lica utilitzarà per fabricar objectes.

Propietats mecàniques dels materials

Cada material té un comportament diferent i particular quan li són aplicades forces externes. Així doncs, conèixer les  propietats mecàniques dels materials és bàsic per tal de poder triar el més adequat i per poder calcular les dimensions dels elements que formen una aplicació tecnològica.

Per conèixer i mesurar les seves propietats mecàniques, els materials se sotmeten a assaigs. Els conceptes i els valors obtinguts en aquests assaigs són la base de la disciplina coneguda com resistència de materials, fonamental en el disseny d’estructures i d’elements de màquines.

MecMovies Statics. Exemples, games & exercises

Enunciats dels exercicis realitzats a classe i alguns més >>

Taula Periòdica Interactiva

Què necessiteu saber? De quin element? Dades atòmiques, Valors de les diferents propietats, Per a què s’utilitza,  Articles, Fotos, Videos … I en castellà. Comprobeu-ho >>>

Interruptor magnetotèrmic

Els elements de les instal·lacions elèctriques estan dissenyats per suportar un corrent nominal. L’interruptor magnetotèrmic s’utilitza per protegir els circuits elèctrics contra les sobrecàrregues i els curtcircuits, augments de corrent que poden arribar a cremar-los. L’ICPM i els PIAs del nostre QCP són magnetotèrmics.

Aquests interruptors són els succesors dels antics “ploms”, avui prohibits pel REBT, que eren en realitat fusibles amb un fil de plom o de coure al seu interior que es fonia al produir-se una sobrecàrrega en la instal·lació.

El funcionament dels interruptors magnetotèrmics es basa en dos efectes:

Efecte tèrmic

Es produeix una sobrecàrrega quan el corrent que circula pel circuit és més gran que el nominal de la instal·lació (quan connectem massa aparells). En aquest cas, una làmina bimetàl·lica (dos metalls fermament units amb diferent coeficient de dilatació), es dilata per l’excés de calor i es corba fins que activa el mecanisme d’obertura de l’interruptor. Cliqueu aqui per entendre-ho millor >>

Efecte magnètic

Es produeix un curtcircuit quan els conductors entren en contacte, és a dir quan es connecta un receptor d’impedància (resistència) nul·la (o exageradament petita), produïnt una sobrecàrrega superior a 3 cops la nominal. En aquest cas, el camp magnètic creat per la bobina augmenta i atrau la tija, cas que provoca la desconnexió instantània. Cliqueu aqui per entendre-ho millor>>