Efecte de la massa en el consum energe tic d un vehicle ele ctric

Texto completo

(1)Efecte de la massa en el consum .. energè tic d’un vehicle elè ctric. Nom: Àngela Ciutat Camps Grup: 2n Batxillerat C Any escolar: 2020/2021 Modalitat: ciències i tecnologia Tutor: Alex Abad Farré i Joan Roca Enrich.

(2) Agraïments Primerament, vull agrair els meus tutors, Alex Abad i Joan Roca, per la seva orientació i ajuda constant en el meu projecte de recerca. També vull apreciar l’ajuda que m’ha proporcionat el meu pare, un enginyer agrònom amb coneixements molt avançats en aquest tema, i el meu germà Elies, estudiant d’enginyeria mecànica, que ha seguit el progrés del meu treball i m’ha ensenyat conceptes que no hauria pogut resoldre pel meu compte. A més, m’agradaria reconèixer l’ajuda de José Manuel Pardos, un professor de tecnologia jubilat que m’ha ensenyat com es treballa en un taller i m’ha donat un cop de mà a la meva construcció, i del seu fill David Pardos, estudiant d’enginyeria mecànica, que m’ha ajudat en els detalls tècnics. Finalment, valoro l’esforç de la meva mare, que ha dedicat molt temps a corregir els errors ortogràfics del document i a millorar-ne l’expressió..

(3) Índex 1.. Presentació del projecte ............................................................................................................................... 1. 1.1 Motivacions ......................................................................................................................................................... 1 2.. Problemàtiques del transport i possibles alternatives ................................................................................... 2 2.1 Contaminació i escassetat de l’energia ............................................................................................................... 2 2.1.1 Evolució del consum d’energia relatiu al transport de persones a escala mundial ..................................... 3 2.1.2 Energia renovable i energia no renovable ................................................................................................... 4 2.1.3 Importància de canviar el paradigma energètic .......................................................................................... 5 2.2 Nou model de gestió de l’energia ....................................................................................................................... 6 2.2.1 Relació amb la crisi climàtica actual ............................................................................................................ 6 2.2.2 Transformació del transport ....................................................................................................................... 7. 3.. Introducció als vehicles elèctrics ................................................................................................................... 8 3.1 Història ................................................................................................................................................................ 8 3.2 Avantatges i inconvenients dels cotxes elèctrics ................................................................................................ 9 3.2.1 Conclusions ............................................................................................................................................... 11. 4.. Planificació de la recerca............................................................................................................................. 12 4.1 Objectius ........................................................................................................................................................... 12 4.2 Metodologia ...................................................................................................................................................... 12. 5.. Fase de disseny i construcció del remolc ..................................................................................................... 13 5.1 Introducció ........................................................................................................................................................ 13 5.2 Disseny del remolc ............................................................................................................................................ 13 5.3 Construcció del remolc...................................................................................................................................... 15 5.4 Dificultats .......................................................................................................................................................... 23. 6.. Estudi del rendiment .................................................................................................................................. 24 6.1 Planificació de l’estudi....................................................................................................................................... 24 6.2 Hipòtesi ............................................................................................................................................................. 28 6.3 Resultats............................................................................................................................................................ 29 6.3.1 Càrrega mínima (3 kg) o vehicle sense càrrega ......................................................................................... 29 6.3.2 Càrrega màxima (11,80 kg) o vehicle carregat .......................................................................................... 30 6.3.3 Sinopsi de les dades obtingudes................................................................................................................ 31 6.4 Anàlisi i comparació dels resultats .................................................................................................................... 31 6.4.1 Sinopsi de l’anàlisi ..................................................................................................................................... 40 6.5 Dificultats .......................................................................................................................................................... 41. 7.. Extrapolació de les dades al transport quotidià........................................................................................... 42 7.1 Adaptació dels resultats de l’estudi a un cas real ............................................................................................. 42 7.1.1 Càlcul de proporcions ................................................................................................................................ 43 7.1.2 Càlcul de les característiques reals ............................................................................................................ 45 7.1.3 Sinopsi dels resultats ................................................................................................................................. 47 7.2 Possibles solucions ............................................................................................................................................ 47. 8.. Conclusions................................................................................................................................................. 48. 9.. Bibliografia web.......................................................................................................................................... 50. 10.. Annex ......................................................................................................................................................... 52.

(4) Índex d’il·lustracions Il·lustració 1. Energia primària i final per sectors a Espanya......................................................... 1 Il·lustració 2. Llei 5/2017 sobre la prohibició del lliurament gratuït de bosses de plàstic ............ 2 Il·lustració 3. Consum d’energia mundial al sector del transport per fonts ................................. 3 Il·lustració 4. Formació del carbó .................................................................................................. 4 Il·lustració 5. Fonts d'energia utilitzades a nivell mundial (2016)................................................. 5 Il·lustració 6. Predicció de l’evolució del consum de combustibles fòssils ................................... 6 Il·lustració 7. La Jamais Contente .................................................................................................. 8 Il·lustració 8. Ford Model T ........................................................................................................... 8 Il·lustració 9. Cotxe teledirigit “Traxxas” ..................................................................................... 12 Il·lustració 10. Esborrany del desglossament de la carreta ........................................................ 13 Il·lustració 11. Disposició de les reactàncies ............................................................................... 13 Il·lustració 12. Reactància ........................................................................................................... 13 Il·lustració 13. Càlcul de les mides .............................................................................................. 14 Il·lustració 14. Rodes de la carreta .............................................................................................. 14 Il·lustració 15. Ganxos d'acer inoxidable .................................................................................... 14 Il·lustració 16. Comprovació de l’encabiment ............................................................................ 15 Il·lustració 17. Xapa marcada amb retolador .............................................................................. 15 Il·lustració 18. Xapa tallada per les línies exteriors ..................................................................... 15 Il·lustració 19. Xapa tallada per les línies interiors ..................................................................... 15 Il·lustració 20. Demostració del mètode de plegat de xapa ....................................................... 16 Il·lustració 21. Mètode de plegat de xapa .................................................................................. 16 Il·lustració 22. Decapant ............................................................................................................. 16 Il·lustració 23.Demostració d'una soldadura interior ................................................................. 16 Il·lustració 24. Resultat del procés de llimadura ......................................................................... 17 Il·lustració 25. Llimes utilitzades ................................................................................................. 17 Il·lustració 26. Marques a la base de la capsa ............................................................................. 17 Il·lustració 27. Suport del remolc ................................................................................................ 17 Il·lustració 28. Proves de la bola d'enganxament ....................................................................... 18 Il·lustració 29. Lloc d'enganxament amb el cotxe ....................................................................... 18 Il·lustració 30. Demostració del mètode d'enganxament ........................................................... 18 Il·lustració 31. Bloquejador de l'enganxament ........................................................................... 18 Il·lustració 32. Aleró predeterminat del cotxe ............................................................................ 18 Il·lustració 33. Placa de la peça de l'aleró ................................................................................... 19 Il·lustració 34. Nou aleró enganxat ............................................................................................. 19 Il·lustració 35. Ús del torn ........................................................................................................... 19 Il·lustració 36. Vista de l'aleró des de baix .................................................................................. 19 Il·lustració 37. Forats acabats ..................................................................................................... 20 Il·lustració 38. Mascle de roscar casolà....................................................................................... 20 Il·lustració 39. Amarratge del suport amb la capsa .................................................................... 20 Il·lustració 40. Comprovació de la construcció ........................................................................... 20 Il·lustració 41. Rodes i eix ............................................................................................................ 21 Il·lustració 42. Suport de l'eix enganxat ...................................................................................... 21.

(5) Il·lustració 43. Suport de l'eix ...................................................................................................... 21 Il·lustració 44. Vista de la capsa des de baix ............................................................................... 21 Il·lustració 45. Femella autoblocant ............................................................................................ 22 Il·lustració 46. Greix per rodaments d'alt rendiment ................................................................. 22 Il·lustració 47. Tisores de planxa i alicates .................................................................................. 22 Il·lustració 48. Cables de seguretat ............................................................................................. 22 Il·lustració 49. Cargols que sobresurten de la peça .................................................................... 23 Il·lustració 50. Ruta per la ciutat de Lleida .................................................................................. 24 Il·lustració 51. Tesla model 3 ...................................................................................................... 25 Il·lustració 52. Mesures i parades de la ruta ............................................................................... 27 Il·lustració 53. Motor del cotxe teledirigit .................................................................................. 27 Il·lustració 54. Bateria del cotxe teledirigit ................................................................................. 27 Il·lustració 55. Cotxe teledirigit sobre una bàscula ..................................................................... 28 Il·lustració 56. Remolc sobre una bàscula ................................................................................... 28 Il·lustració 57. Cotxe carregat ..................................................................................................... 30 Il·lustració 58. Realització de l'estudi .......................................................................................... 41 Il·lustració 59. Tesla Model 3 Performance ................................................................................ 42. Índex de taules Taula 1. Dades obtingudes a l'estudi per bateria gastada .......................................................... 31 Taula 2. Comparació dels resultats calculats .............................................................................. 40 Taula 3. Comparació entre la diferència de característiques ..................................................... 47. Índex de gràfics Gràfic 1. Evolució del voltatge durant el temps quan la càrrega és mínima .............................. 32 Gràfic 2. Evolució del voltatge durant el temps quan la càrrega és màxima .............................. 33 Gràfic 3. Comparació de l'evolució del voltatge en funció de la distància ................................. 34 Gràfic 4. Treball del cotxe durant el temps ................................................................................. 38 Gràfic 5. Treball del cotxe durant el temps ................................................................................. 44.

(6) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 1. Presentació del projecte 1.1 Motivacions La intenció d’aquest projecte de recerca és contribuir a resoldre alguns dels problemes més preocupants avui dia: l’escassetat de combustibles fòssils i el canvi climàtic. Per tal de no quedarnos-en sense, s’haurà de prescindir de molts dels usos que tenen actualment. Se sap que el sector de la mobilitat de persones és un dels que requereix més quantitat de combustibles fòssils (il·lustració 1) i, per tant, dels que més contaminen l’atmosfera. Una de les maneres més populars d’estalviar energia és el transport públic o anar a peu en comptes d’utilitzar el transport particular. Tanmateix, a l’hora de la veritat és més fàcil agafar el cotxe individual perquè no depèn de cap horari i va més de pressa. Així doncs, l’objectiu d’aquest treball de recerca és demostrar que els vehicles elèctrics valen la pena i centrar-se a trobar un aspecte tècnic per optimitzar-ne el rendiment. D’aquesta manera, no només es reduiran les emissions que produeixen els motors de combustió, sinó que hi haurà un gran estalvi d’energia a cada trajecte.. Il·lustració 1. Energia primària i final per sectors a Espanya. 1.

(7) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 2. Problemàtiques del transport i possibles alternatives 2.1 Contaminació i escassetat de l’energia Aquests últims anys, molts problemes d’escala mundial (com la conservació de la natura, l’escassetat d’aigua i de menjar en algunes parts del món, la superpoblació, les pandèmies...) han amenaçat la població i s’han convertit en assumptes que afecten a tothom. Generalment, les solucions proposades han estat útils només a curt termini. Això fa que ens hàgim de plantejar si realment tenim cap mena de pla a llarg termini. Una altra forma de veure-ho és que s’analitza cada problemàtica de manera separada i ràpida quan el millor és buscar una solució conjunta, ja que molts d’ells estan relacionats. D’aquesta manera, les respostes extretes serien molt més eficaces. Ara bé, com és que no s’afronten conjuntament? Uns dels problemes mundials que més preocupen són el canvi climàtic i l’exhauriment dels combustibles fòssils. El govern ha anat implantant lleis per combatre’ls, com fer pagar les bosses de plàstic als comerços (il·lustració 2), motivada per la generació de residus que causen. Malgrat això, queda clar que amb aquestes petites restriccions no n’hi ha prou. Es necessita una mena de pla que proposi solucions conjuntes i que siguin eficaces a llarg termini. En aquest cas, caldrà buscar una manera de substituir l’ús dels combustibles fòssils per una alternativa totalment sostenible que respecti l’atmosfera.. Il·lustració 2. Llei 5/2017 sobre la prohibició del lliurament gratuït de bosses de plàstic. 2.

(8) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 2.1.1 Evolució del consum d’energia relatiu al transport de persones a escala mundial El creixement a escala mundial que ha tingut el transport aquests darrers anys l’ha transformat en un dels sectors que més pes té quan parlem de l’àmbit energètic juntament amb el sector industrial. Per tant, s’ha convertit també en la causa principal d’emissions. Avui dia, l’àmbit del transport consumeix, més o menys, un 25% de l’energia. Il·lustració 3. Consum d’energia mundial al sector. mundial. Cal afegir que els derivats del petroli són del transport per fonts els que abasteixen un 98,5% de la demanda.. L’èxit que ha comportat el transport de mercaderies i persones ha resultat en l’augment d’un 70% la longitud de la xarxa d’autopistes en els últims 40 anys. El sector del transport ha experimentat una gran crescuda (il·lustració 3) i actualment la indústria de l’automòbil és la més important dins l’economia europea i dels països industrialitzats. Les empreses més grans facturen cada any 1,5 bilions d’euros, corresponent al 2% del PIB europeu. Tot i haver introduït millores en els motors més nous, que han fet que redueixin el seu consum mitjà, el parc automobilístic mundial ha superat ja els 550 milions i segueix creixent. Per tant, aquestes reformes no han aturat la despesa energètica global, només han servit per no augmentar-ne tant el consum. A escala mundial, els automòbils emeten actualment uns 4 bilions de tones de CO2, que representa, aproximadament, un 20% de les emissions que produïm els humans (tenim en compte que el CO2 contribueix al canvi climàtic perquè potencia l’efecte hivernacle). Altrament, el 43% de les emissions al nostre país tenen el seu origen en el sector de la mobilitat. Si es té en compte que no disposem d’un substitut igual d’eficient que el petroli, ens trobem que l’escassetat d’aquest combustible (que estem començant a experimentar) comportarà la pujada del seu valor econòmic i molts usuaris es quedaran sense tenir-hi accés.. 3.

(9) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 2.1.2 Energia renovable i energia no renovable Quan es parla del terme ‘’energia renovable’’, hom es refereix a la que ve d’una font d’energia inexhaurible. És a dir, una font d’energia renovable es regenera naturalment més de pressa del que la consumim. Per exemple, l’energia solar és renovable perquè, tot i que el Sol algun dia morirà, serà d’aquí tants milions d’anys que no resulta pràctic tenir-ho en compte. Les energies no renovables són aquelles que consumim més de pressa del que es regeneren. Els combustibles fòssils són producte de la biomassa enterrada que, durant milions d’anys, va experimentar pressió i augment de temperatura i es va convertir en combustible fòssil (il·lustració 4), que té un alt poder calorífic. Els més utilitzats són el carbó, el gas natural i el petroli. S’exceptua l’urani, que obté la seva energia de ser un element inestable, i l’energia geotèrmica, que utilitza la calor de la Terra. Com a reflexió, s’ha tardat milions i milions d’anys a acumular tota aquesta energia i estem tardant menys de 200 anys a gastar-la. Per tant, si seguim consumint a la velocitat actual, d’aquí a pocs anys ens en quedarem sense.. Il·lustració 4. Formació del carbó. 4.

(10) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 2.1.3 Importància de canviar el paradigma energètic I per què es necessita un canvi en el model de creixement energètic? Anteriorment s’ha vist que gairebé tots els automòbils funcionen amb combustibles fòssils i aquest sistema no és gens sostenible. La facilitat amb què qualsevol ciutadà té accés a un automòbil personal i els hàbits de vida de cadascú de nosaltres han fet que el cotxe particular sigui un element imprescindible. Sí que és veritat que ha augmentat la capacitat de desplaçar-se comparada amb anys enrere, però l’increment del nombre de cotxes i del seu ús han fet que els inconvenients superin els avantatges. De manera general, més o menys el 85% de l’energia s’obté de fonts d’energia no renovables (il·lustració 5), la meitat de les quals és el carbó. Durant el procés de transformació d’energia, la Terra es veu afectada per les emissions de gasos a l’atmosfera. Altrament, no hi ha cap mena de Il·lustració 5. Fonts d'energia utilitzades a nivell mundial (2016). control sobre aquest fenomen, ja que les. multinacionals són les encarregades de produir i distribuir aquesta energia i no hi posen gaires mesures. A més, aquestes transformen i distribueixen electricitat, i estan més enfocades en enriquir-se que a cuidar el planeta. És evident que el sistema energètic establert actualment no és gens previsor amb l’escassetat que provocarà d’aquí a uns anys. Actualment, els combustibles fòssils es consumeixen a nivells tan immensos que, en qüestió de pocs anys, n’hi haurà escassetat. En conseqüència, no hi haurà cap manera d’abastir tota la població amb electricitat. Amb tot això, l’augment del consum d’energia causarà danys irreversibles al nostre entorn dins d’una etapa on ja hem entrat. Per combatre aquests problemes de manera conjunta i a llarg termini, molts especialistes han establert que la solució més adequada és el canvi del model de gestió de l’energia.. 5.

(11) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 2.2 Nou model de gestió de l’energia Queda clar que el model de creixement energètic actual no és sostenible. Molts estudis han comprovat que, si seguim consumint combustibles fòssils al nivell actual, al voltant de l’any 2060 no ens en quedaran. A més a més, l’aire que respirem, els carrers on caminem i la nostra qualitat de vida es veuran perjudicats per la contaminació ocasionada durant aquests 40 anys. El més alarmant és que ja hi hem entrat. El que proposa un nou model de gestió de l’energia és un món on les energies renovables abastiran tot el consum energètic de la població, un fet que resultaria impossible actualment, ja que estem acostumats a utilitzar massa energia. Per tal de fer possible que les energies renovables abasteixin tota la població, haurem de reduir dràsticament el nostre consum d’energia. Tenir aquesta facilitat d’accedir a l’electricitat ha obert pas a malbaratar-la i a gastar-ne massa per assumptes fugaços i trivials. Tanmateix, no podem oblidar que el fet de tenir a l’abast una gran quantitat d’energia ha facilitat l’accés a moltes comoditats i, per tant, al progrés de moltes societats. El problema principal, per tant, és que ens serà molt difícil acostumar-nos a fer servir només l’energia necessària. Tot això sense afegir la gran quantitat d’energia que es dissipa, ja sigui per pèrdues de transport, de fàbrica.... 2.2.1 Relació amb la crisi climàtica actual Com. s’ha. mencionat. anteriorment, aquests 40 anys seran decisius pel futur del planeta. Si se segueix consumint al nivell actual, i tenint en compte que el consum tendeix a l’alça, al Il·lustració 6. Predicció de l’evolució del consum de combustibles fòssils voltant de l’any 2060 s’acabaran les reserves de carbó i el sistema de consum energètic que coneixem actualment col·lapsarà (il·lustració 6). Ara més que mai, el canvi climàtic és un fet que determinarà el futur de la raça humana. Sabent que el consum d’energia augmentarà en els pròxims anys, no es disposa de cap mena de pla per combatre tota la contaminació ambiental que ocasionarà aquesta despesa d’energia ni d’abastir. 6.

(12) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C tota la població amb energia. Amb tot això, aquest és un problema irreversible, per això és molt important actuar com més aviat millor. Com més temps es tardi a canviar el paradigma energètic, menys reserves de combustibles fòssils quedaran. El futur és incert, i més en aquest tema, per això és quasi impossible saber quan s’establirà aquest canvi i quina quantitat de combustibles fòssils quedaran.. 2.2.2 Transformació del transport Els vehicles han estat un dels invents més revolucionaris del planeta: han obert pas al comerç globalitzat, ens han fet la vida més fàcil a l’hora de desplaçar-nos... Cada tipus de vehicle té una funció: des de camions de repartiment fins a autobusos públics. Malgrat això, els cotxes particulars representen prop d’un 74% de la producció anual de vehicles a tot el món. Es calcula que, actualment, se supera els 1.015 milions de cotxes particulars en funcionament. Per la gran preocupació que tinc pel medi ambient i per les raons que he establert anteriorment, he decidit enfocar-me en un dels camps que més perjudica el medi ambient: el transport. Per tant, el meu objectiu inicial ha estat pensar una manera de disminuir la petjada climàtica que tenen aquests vehicles. Quan pensem en un cotxe particular, el que ens ve al cap és un vehicle que funciona amb alguna mena de combustible fòssil. I és que pràcticament tots aquests automòbils funcionen mitjançant derivats del petroli, que són altament perjudicials per al nostre entorn. En conseqüència, és lògic enfocar-se a buscar una millora tècnica dels cotxes particulars per convertir-los en una eina més eficient i alhora més sostenible. El sector del transport es troba en un període de transformació molt important: la revolució de la mobilitat elèctrica ha portat innovacions tècniques i qui no s’hi adapti es quedarà enrere. La demanda dels cotxes elèctrics creix cada cop més i l’oferta avui dia ja és molt gran. Tot i que encara no igualen els cotxes de combustió, s’està invertint cada cop més a investigar en el camp dels vehicles elèctrics per millorar els models actuals i superar els avantatges dels vehicles de combustió. Així doncs, és interessant contribuir a aquest procés d’investigació i enfocar el meu treball en una millora tècnica d’un cotxe elèctric per millorar-hi el rendiment.. 7.

(13) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 3. Introducció als vehicles elèctrics Un vehicle elèctric funciona mitjançant energia emmagatzemada en una bateria. Els motors que utilitzen són màquines elèctriques rotatòries que converteixen l’energia subministrada en energia mecànica de rotació en un eix. El seu funcionament es basa en les forces d’atracció i repulsió establertes entre un imant i una bobina per on es fa circular un corrent elèctric.. 3.1 Història A finals del segle XIX la indústria automobilística va començar a donar importància als vehicles elèctrics perquè es van començar a fer bateries elèctriques recarregables. Es van comercialitzar i van tenir molt èxit a França, el Regne Unit i els Estats Units. "La Jamais Contente” (il·lustració 7) va ser el primer cotxe que va superar els 100 quilòmetres per hora i, casualment, era elèctric.. Il·lustració 7. La Jamais Contente. El 1907 ja semblava que els vehicles elèctrics serien el futur de la indústria automobilística. Els avenços havien aconseguit una bateria elèctrica amb un rang d’autonomia acceptable i permetia arribar als 130 quilòmetres per hora. A més, la gent els preferia perquè no feien soroll i no calia encendre’ls amb una manovella. Amb qüestió de pocs mesos el gruix de les vendes totals de vehicles elèctrics representava el 30% del total. Tanmateix, l’esclat de la primera Guerra Mundial va provocar una gran inversió en els motors tèrmics, que comptaven amb més autonomia i menys problemes de subministrament. En aquell moment, la comercialització del Ford Model T (il·lustració 8) va facilitar l’accés al transport a molts ciutadans de classe mitjana, ja que tenia un preu molt assequible. Això, lligat a la disminució del preu del petroli va afavorir encara més l’oblit del vehicle elèctric en el sector automobilístic.. Il·lustració 8. Ford Model T. Avui dia la situació s’ha capgirat: s’espera que el preu del petroli augmenti mentre s’exhaureix, la xarxa elèctrica abasteix la població mundial i el canvi climàtic juga en contra dels cotxes de combustió. Molts estudis consideren que, en 25 anys, el transport es basarà en vehicles elèctrics.. 8.

(14) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 3.2 Avantatges i inconvenients dels cotxes elèctrics Avantatges Petjada ecològica: és evident que un automòbil que funciona amb un motor elèctric no contaminarà tant com un que funciona amb un motor de combustió, que té més emissions a l’atmosfera. Eficiència: es calcula que els motors elèctrics aprofiten prop d’un 90% de l’energia. En canvi, els motors de cicle dièsel oscil·len entre el 30 i el 45% de rendiment, en altres paraules, aprofiten menys de la meitat de l’energia. Manteniment: l’estructura dels cotxes elèctrics és menys complexa que la dels de combustió. Per tant, tenen menys avaries i, si n’hi ha, són més fàcils de solucionar. Simplicitat: es controlen amb precisió, no necessiten gaires marxes per assolir les corbes de potència, cosa que elimina la necessitat d’afegir-hi un canvi de marxes i convertidors de parell. Independència: pels països no exportadors de petroli, ja no caldrà dependre dels països exportadors perquè l’electricitat es podrà generar amb energies renovables. A més, tampoc s’haurà de dependre del petroli en si. Comoditat dels trajectes: els motors elèctrics no contribueixen a la contaminació acústica, ofereixen una operació suau i silenciosa. En conseqüència, emeten menys so i vibracions que els cotxes amb motors de combustió i el trajecte resulta molt més agradable. Llibertat de circulació: molts vehicles ja no poden circular per algunes ciutats a causa d’algunes polítiques relacionades amb la contaminació atmosfèrica. Aquestes restriccions no afecten els elèctrics perquè no emeten gasos nocius per l’atmosfera. Preu del combustible: l’energia emprada en els motors elèctrics és tres cops més barata que en els motors de combustió interna. Frenada regenerativa: quan un automòbil elèctric frena, l’energia ocasionada es retorna al sistema. Per tant, un motor elèctric funciona com un generador en una frenada.. 9.

(15) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C Inconvenients Inversió: la inversió inicial a l’hora de comprar un cotxe elèctric és més elevada que la d’un vehicle amb un motor de combustió. És veritat que s’estalvia molt amb un automòbil elèctric pel poc manteniment que necessita, però el preu d’adquisició mitjà és al voltant dels 35.000 euros, molt més elevat que el preu mitjà d’un vehicle de combustió interna. Els vehicles híbrids tenen un preu mitjà una mica més barat, però quasi no hi ha diferència. Cal afegir que són les bateries elèctriques que tenen un cost elevat, però els motors elèctrics no són més grans que els de combustió. Punts de càrrega: actualment no hi ha gaires punts de càrrega instal·lats a les gasolineres ni als aparcaments públics. En el cas de les places d’aparcament privat, instal·lar un carregador pot suposar una inversió molt costosa que oscil·la entre 1.000 i 1.500 euros. Pes d’una bateria: les bateries dels cotxes elèctrics són cada cop més lleugeres i proporcionen més autonomia. Malgrat això, segueixen suposant una gran part del pes del vehicle comparantlo amb la seva autonomia. Autonomia: encara avui dia és limitada en comparació amb un motor de combustió interna. El valor mitjà de l’autonomia d’un cotxe elèctric avui dia és de 300 quilòmetres (un vehicle elèctric de gamma alta pot arribar als 600 quilòmetres). Malgrat que el 80% dels conductors no superen els 80 quilòmetres diaris en desplaçaments, en un viatge llarg s’hauria de parar a carregar. Tot això sense parlar de si es fa servir l’aire condicionat, l’equip de so o la calefacció. Vida útil: la vida útil d’una bateria elèctrica equival més o menys a 3.000 cicles de càrrega. Això vol dir que, carregant-la completament cada dia, duraria 8 anys, aproximadament. Pel contrari, la vida útil dels motors elèctrics és molt superior a la dels motors de combustió. Eficiència i comoditat: en temperatures baixes, els automòbils elèctrics encara perden certa eficiència. A més, les bateries de liti, que són les més utilitzades, omplen el 80% de la seva capacitat en uns 20 minuts. No obstant això, es tarda 4 minuts a omplir un dipòsit de combustible en un vehicle convencional. ‘’Petjada ecològica’’: les bateries de Liti no es reciclen amb facilitat i això genera molts residus a llarg termini. A més, l’energia proporcionada als cotxes elèctrics sovint prové de fonts no ecològiques com l’energia nuclear, per exemple.. 10.

(16) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 3.2.1 Conclusions Tot i que la tecnologia relacionada amb els cotxes elèctrics no està tan avançada com la dels cotxes de benzina, s’està invertint cada cop més a descobrir aspectes que milloraran la qualitat dels trajectes i del seu consum. Per tant, encara és aviat per decidir quina és la millor opció. Ara mateix, queda clar que els cotxes que funcionen amb gasolina tenen més avantatges a curt termini perquè el seu disseny està més avançat. A mesura que passi el temps, els seus avantatges respecte als cotxes elèctrics (com l’alta autonomia o el poc temps que es tarda a omplir el dipòsit) acabaran sent irrellevants, ja que sense combustibles fòssils no podran funcionar. Els cotxes elèctrics, en canvi, compleixen amb totes les característiques que els cotxes de gasolina no poden obtenir, com l’alt rendiment pel que fa als motors de gasolina i la falta de vibracions i soroll. Partint d’aquesta base tan favorable, és normal que s’estigui invertint tant a dissenyar millores tècniques relacionades amb l’autonomia, el temps de càrrega, etc. La introducció dels vehicles elèctrics a la societat convé a tothom. És per això que hi ha nombrosos incentius per incrementar-ne l’ús i tanta recerca per aconseguir un model de vehicle que superi el de benzina.. 11.

(17) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 4. Planificació de la recerca 4.1 Objectius Sovint se sent a parlar dels avantatges dels cotxes elèctrics quan es tracta de tenir cura del medi ambient: en teoria, contaminen molt menys que els cotxes convencionals. El que amaga aquest tipus de vehicles és que l’energia que utilitzen pot provenir de fonts no renovables i, a vegades, la manera d’obtenir aquesta energia és més nociva per la natura. La intenció de la part pràctica és estudiar un aspecte d’un cotxe que provoqui una baixada del rendiment. Fent una mica de recerca, he pogut observar que no hi ha gaires estudis sobre com la massa d’un vehicle afecta el seu consum. Sembla lògic pensar que, com més pes tingui un cotxe, menys autonomia tindrà. Malgrat aquest fet, no es parla prou d’aquest fenomen i, actualment, els automòbils elèctrics tenen una massa d’aproximadament 2.000 kg. És veritat que un cotxe és una màquina complexa que necessita molts components per funcionar i és inevitable que tingui una massa considerable. A l’hora de la veritat, però, el cotxe és també una eina de transport d’objectes que sovint es queden al maleter, els vehicles acaben transportant pesos innecessaris. Al final, el propòsit d’un vehicle és transportar persones, no la massa del propi vehicle. Sovint, un vehicle transporta 1 o 2 persones (150 kg), que és molt menys que la massa d’un cotxe sencer, 2.000 kg, aproximadament. Per tant, és interessant definir l’objectiu d’aquest treball a estudiar si és veritat que l’autonomia d’un automòbil disminueix considerablement quan se li afegeix una càrrega.. 4.2 Metodologia Primer de tot, és necessari planificar teòricament la part pràctica. Treballar amb un cotxe a escala real resulta complicat perquè significa haver-lo de conduir i disposar d’una esplanada molt gran. A part, els cotxes elèctrics encara no són gaire comuns i el més normal és no disposar-ne de cap. En canvi, utilitzar un cotxe teledirigit és una opció millor donades les condicions perquè, tot i ser a petita escala, es poden comparar i extrapolar els. Il·lustració 9. Cotxe teledirigit “Traxxas”. resultats obtinguts i la càrrega necessària és molt menor. La tria ha estat un cotxe teledirigit propietat de la UdL (il·lustració 9) per realitzar les proves. 12.

(18) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 5. Fase de disseny i construcció del remolc 5.1 Introducció Per començar, cal aclarir que aquest remolc tindrà una càrrega que simularà el pes del vehicle, i es podrà posar molt o poc pes segons sigui necessari. El que és el mateix, el remolc consistirà en una caixeta amb rodes i un amarratge al darrere del cotxe teledirigit. A més, qualsevol objecte pesat serveix per a posar-lo dins. Per fer l’estudi en condicions, el cotxe necessita tenir una càrrega que es pugui posar i treure amb facilitat. Una manera d’aconseguir-ho és fabricant un remolc on es pugui posar i treure pes lliurement, que s’adapti al cotxe i que no hi deixi cap marca. És una feina complexa i complicada, cal tenir-hi molts factors en compte, però si es fa ben feta, el resultat és un remolc personalitzat que s’adequa perfectament a les condicions del cotxe i que és perfecte per realitzar l’estudi de la manera més còmoda possible.. 5.2 Disseny del remolc Primer de tot, s’ha de fer un primer esborrany abans de fer els plànols amb un programa de dibuix tècnic (il·lustració 10). Les dimensions de la caixa han de ser una mica més petites que les dimensions del cotxe, però és interessant mantenir la raó entre l’amplada i la llargada del cotxe per motius estètics. Il·lustració 10. Esborrany del desglossament de la carreta. Abans d’establir cap mesura, convé buscar algun objecte dens i, a partir d’aquí, establir les dimensions necessàries per encabir-hi el pes. Sobraven unes quantes reactàncies (il·lustració 12) i s’ha considerat que serien un bon pes perquè cadascuna té una massa de 0,75 kg i les seves dimensions són 150 Il·lustració 12. Reactància mm x 40 mm x 35 mm. Sabent que la massa del cotxe teledirigit és d’aproximadament 3 kg, convindria tenir una càrrega del doble, és a. Il·lustració 11. Disposició de les reactàncies. dir, de 6 kg. Per tant, (6⁄0,75 = 8), es necessiten, com a mínim, 8 peces.. Tenint en compte les mides de cada peça, les dimensions ideals de. la base del carruatge són 220 mm x 160 mm: d’aquesta manera, es poden distribuir les peces en dues files i cinc columnes (il·lustració 11) (40 × 5 = 200), (200 < 220 𝑖𝑖 150 < 160). A més,. aquesta distribució té un marge on es poden encabir dues peces més si és necessari i encara hi 13.

(19) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C queda un marge per poder-les introduir sense dificultat. En el cas de l’alçada, és interessant que cobreixi l’alçada de dues peces per poder-les moure amb seguretat (35 × 2 = 70), per tant,. l’alçada de la carrossa serà de 70 mm.. Tot seguit, s’ha d’establir la quantitat de material que farà falta per la carrosseria (il·lustració 13): per la llargada total seran 220 mm a la base, 70 mm a cada costat d’alçada i 12 mm a cada costat per les solapes (220 + 70 × 2 + 12 × 2 = 384): 384 mm de llargada; en referència a l’amplada, 160 mm de la base, 70 mm a cada costat d’alçada i 12 mm a cada costat. per les solapes (160 + 70 × 2 + 12 × 2 = 324): 324 mm. d’amplada (il·lustració 13). Per tant, farà falta una làmina de 384 mm x 324 mm (384 × 324 = 124.416) i en total són. 1.244 cm2 de material. He decidit utilitzar xapa d’1 mm de Il·lustració 13. Càlcul de les mides gruix per fer la caixa perquè és un material molt resistent i alhora no és molt difícil de doblegar i, a més a més, és un material molt econòmic, té un acabat molt estètic i el color gris de la xapa es camuflarà amb el de l’estany quan sigui hora de soldar-la. Després, faran falta dues rodes de goma (il·lustració 14) de 30 mm de radi i de 17 mm d’amplada, situades a baix de la carrosseria per no alterar el seu espai interior. El seu eix serà una barra de 6 mm de diàmetre de ferro, i estarà enganxat a la caixa a dins de dues peces de polietilè amb un coixinet a. dins que minimitzaran la fricció. També s’hi posarà greix d’alt rendiment per a rodaments per reduir al màxim la fricció de. Il·lustració 14. Rodes de la carreta. l’eix. El mètode d’enganxament serà semblant al de tipus americà i constarà de tres barres de ferro: la primera serà quadrada, buida per dins i de 190 mm de llargada i 10 mm de costat, i les altres dos seran cilíndriques, massisses i de 10 mm de diàmetre, una de 75 mm de llargada i l’altra de 25 mm. Convindrà fer una peça a mida al cotxe amb una bola de ferro a la punta per enganxarhi el remolc. En comptes de posar-hi una tapa, és més pràctic construir la caixeta amb pestanyes a cada costat i així poder-hi enganxar cables de seguretat fets de cordó de goma elàstica i ganxos d’acer inoxidable (il·lustració 15). Il·lustració 15. Ganxos d'acer inoxidable. 14.

(20) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 5.3 Construcció del remolc La carrossa Primer de tot, s’han de marcar les mesures a la xapa amb un retolador permanent. Es necessita molta precisió, per això s’ha d’utilitzar un escaire i un regle. El fet de marcar el quadrat exterior abans de començar a mesurar ajuda molt.. Il·lustració 17. Xapa marcada amb retolador. Il·lustració 16. Comprovació de l’encabiment. A continuació, s’ha de tallar la xapa amb una esmoladora. Donada la forma còncava del plànol, convé retallar primer el quadrat exterior per fer més fàcil la feina de tallar la forma final.. Il·lustració 19. Xapa tallada per les línies interiors. Il·lustració 18. Xapa tallada per les línies exteriors. 15.

(21) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C El següent pas és el plegat de xapa per donar-li la forma de capsa. Es poden seguir diversos procediments, un d’ells és fixar la xapa a la taula amb dos serjants i, amb un suport de ferro, utilitzar un martell per doblegar-la. En les condicions de la capsa, val la pena doblegar primer les vores exteriors i després les parets.. Il·lustració 21. Mètode de plegat de xapa. Il·lustració 20. Demostració del mètode de plegat de xapa. Després de fer tot això, s’han de soldar les vores de la capsa per fora i per dins amb estany. En general, és recomanable portar guants quan es treballa amb xapa per evitar talls a les seves vores, però a l’hora de soldar, els guants són imprescindibles per evitar accidents. Els materials necessaris per fer la soldadura són fil d’estany, un soldador i decapant.. Il·lustració 22. Decapant. Il·lustració 23.Demostració d'una soldadura interior. 16.

(22) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C Tot seguit, s’han de llimar les vores per aconseguir un acabat suau i homogeni. Per aquesta feina, hi ha diversos tipus de llimes de mides diferents, les més gruixudes treuen més quantitat de soldadura i les més fines es fan servir per als vèrtexs i per aconseguir acabaments més suaus.. Il·lustració 24. Resultat del procés de llimadura. Il·lustració 25. Llimes utilitzades. El suport del remolc Per començar, s’ha de marcar amb regle i escaire on anirà enganxat el suport del remolc a la xapa.. Il·lustració 26. Marques a la base de la capsa. Abans d’enganxar-lo al remolc, convé soldar les tres barres de ferro i posteriorment llimar la soldadura per aconseguir un acabat estètic i segur.. Il·lustració 27. Suport del remolc. 17.

(23) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C Amb el torn, s’ha de fer un forat de 8 mm amb forma esfèrica per la part de baix de la barra petita. En un tros de ferro s’ha de fer una esfera de 7,5 mm (també amb el torn) que s’encabirà dins del forat.. Il·lustració 29. Lloc d'enganxament amb el cotxe. Il·lustració 28. Proves de la bola d'enganxament. Per assegurar que aquestes dues peces no es moguin, una peça de ferro les mantindrà unides, però permetrà un ampli rang de moviment gràcies a la seva forma de semicercle.. Il·lustració 30. Demostració del mètode d'enganxament. Il·lustració 31. Bloquejador de l'enganxament. El següent pas és enganxar aquesta construcció al cotxe. Aquest té un aleró posterior que està enganxat amb cargols. La millor opció és treure’l i enganxar una peça a mida amb cargols als mateixos forats.. Il·lustració 32. Aleró predeterminat del cotxe. 18.

(24) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C La bola s’enganxarà a una placa de ferro de 2 mm de gruix feta a mida. Un tros de fusta de 85 mm d’alçada aguanta aquesta nova peça i la posa a l’alçada de la barra.. Il·lustració 33. Placa de la peça de l'aleró. Una peça de polietilè unirà la peça de la bola amb el cotxe. Les mesures necessàries són 72 mm x 20 mm x 40 mm, amb un tall de 10 mm de profunditat a una alçada de 29 mm de la peça.. Il·lustració 35. Ús del torn. Il·lustració 34. Nou aleró enganxat. Després d’això, se li fan dos forats a cada costat i tres a baix per passar-hi cargols i s’uneix la peça al cotxe i a la placa de ferro mitjançant cargols.. Il·lustració 36. Vista de l'aleró des de baix. 19.

(25) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C A continuació, el mètode per enganxar aquesta construcció a la carrossa serà mitjançant cargols de cap pla (per no alterar gaire l’espai interior de la capsa). Per encabir-los-hi, s’han de foradar les peces: primerament amb el torn i després amb un mascle de roscar.. Il·lustració 38. Mascle de roscar casolà. Il·lustració 37. Forats acabats. Per assegurar els caragols, s’hi han de posar femelles.. Il·lustració 39. Amarratge del suport amb la capsa. Un cop acabat aquest procediment, s’ha de comprovar que totes les peces encaixin.. Il·lustració 40. Comprovació de la construcció. 20.

(26) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. Les rodes Per fer l’eix, s’han de tallar 200 mm d’un cilindre de ferro de 6 mm de gruix. A continuació, s’han de fer marques amb retolador permanent a la meitat de la llargada, que és on es col·locaran les rodes.. Il·lustració 41. Rodes i eix. A l’hora d’enganxar l’eix a la capsa fa falta que una peça s’hi enganxi per baix i, a través d’uns forats hi passarà l’eix. Hi haurà una peça a cada costat del remolc i seran de polietilè per poderhi donar forma fàcilment amb el torn. Per minimitzar la fricció de l’eix amb aquesta peça, portarà un coixinet.. Il·lustració 43. Suport de l'eix. Il·lustració 42. Suport de l'eix enganxat. Les peces s’enganxaran amb 4 cargols de cap pla a cada costat. S’han de foradar les peces i la part de la capsa.. Il·lustració 44. Vista de la capsa des de baix. 21.

(27) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C Després d’aquest pas, es col·loca l’eix i les rodes al remolc i es fixa amb una femella autoblocant a cada costat, per reduir al màxim les vibracions.. Il·lustració 45. Femella autoblocant. Com a últim pas, cal posar greix per rodaments d’alt rendiment als coixinets per assegurar el seu correcte funcionament.. Il·lustració 46. Greix per rodaments d'alt rendiment. La tapa Amb goma elàstica i ganxos d’acer inoxidable, s’han de fabricar cinc cables de seguretat per assegurar la càrrega dins del remolc. Les tisores de planxa i les alicates són una bona ajuda per fer aquesta feina.. Il·lustració 47. Tisores de planxa i alicates. Il·lustració 48. Cables de seguretat. 22.

(28) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 5.4 Dificultats 1- El model inicial del remolc era una caixa amb tapa, però al final va ser molt més senzill assegurar la càrrega amb cordes de seguretat. 2- Com que eren les primeres vegades utilitzant un torn, la forma desitjada per la bola d’amarrament no va sortir a la primera, es van fer unes quantes proves abans d’aconseguir la forma definitiva. 3- Les peces per on passa l’eix eren quadrades, però arrodonir les vores era més estètic. A l’hora d’unir-les, els cargols sobresortien i, per seguretat, es van haver de substituir per uns de més curts (il·lustració 49).. Il·lustració 49. Cargols que sobresurten de la peça. 4- Plegar la xapa va ser una feina de treballar l’enginy perquè la forma còncava de la capsa impedia el plegatge amb comoditat. Al final, es van aprofitar diferents peces per fer de suport i també es van tallar peces de fusta a mesura per poder plegar la xapa sense problemes. 5- Primerament, les rodes escollides estaven fetes per un eix de 4 mm de diàmetre. A l’hora del procediment, va ser més convenient utilitzar un eix de 6 mm de diàmetre per seguretat. Llavors es va haver de fer més gran el forat de la roda perquè hi passés el nou eix. 6-Tot i que el remolc tenia les mesures ben marcades, l’eix no estava perfectament col·locat i es van necessitar uns cops de martell per centrar-lo. 7- Quan es va acabar amb el procediment, es van haver de treure totes les marques de retolador permanent amb dissolvent per aconseguir un acabat polit.. 23.

(29) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 6. Estudi del rendiment Per simular un recorregut urbà quotidià, la ruta que s’estudiarà es basarà en un recorregut per la ciutat de Lleida a escala reduïda en dos casos: el primer sense cap càrrega addicional, amb un pes de 3 kg i el segon amb una càrrega de 8,80 kg addicionals de pes que el cotxe.. 6.1 Planificació de l’estudi Primerament, cal establir una ruta que creui Lleida i que sigui bastant extensa. Per posar un exemple, es pot anar des del camp de futbol de La Bordeta, que és una entrada a la ciutat, fins a l’hospital Arnau de Vilanova (il·lustració 50).. Il·lustració 50. Ruta per la ciutat de Lleida. Les parades Aquestes destinacions estan situades als extrems de Lleida i la distància que les separa és de 5 km. La ruta consta de 42 passos de zebra i 3 cartells de cedir el pas (per realitzar l’estudi s’equivaldran), 19 semàfors i 6 rotondes. Sempre que hi ha un semàfor hi ha un pas de zebra, excepte per un semàfor. Suposant que la probabilitat de trobar-se un semàfor en verd és del 50%, s’hauran de fer 10 parades en 19 semàfors. Per l’altra part, dels 45 passos de zebra totals, 18 van acompanyats d’un semàfor. Això vol dir que de 27 passos de vianants restants, s’haurà de parar a la meitat, a 14. A més, de les 6 rotondes que pertanyen a la ruta, aproximadament se n’haurà de parar a 4. Llavors, la suma total de parades és de 14 passos de vianants, 10 semàfors i 4 rotondes, 28 parades en total.. 24.

(30) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C L’escala Com que el vehicle té una escala reduïda, s’ha de reduir la ruta a la mateixa escala per establir unes condicions correctes per l’estudi. Un dels models de cotxe elèctric més estàndard és el Tesla Model 3 (ilustració 51); té incorporada la tecnologia més avançada dels vehicles elèctrics: pilot automàtic, seguretat avançada, càrrega ultraràpida, autonomia de 580 km en una sola càrrega... Les dimensions d’aquest model d’automòbil són de 4.694 mm x 1.850 mm x 1.443 mm. Han estat pensades perquè l’optimització del cotxe sigui òptima. Per l’altra part, les mides del vehicle a radiocontrol són de 490 mm x 245 mm x. Il·lustració 51. Tesla model 3. 150 mm, i se sap que és un vehicle que està fet a una escala 1:10. Per comprovar que l’escala és correcta es poden fer uns càlculs aproximats de les mesures dels dos vehicles 4.694 ≈ 10, 490. 1.850 ≈ 8, 245. 1.443 ≈ 10 150. I els resultats s’aproximen bastant, demostrant que el vehicle a radiocontrol està fet a escala 1:10 i que el Tesla Model 3 és un cotxe amb mesures estàndard.. 25.

(31) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C L’establiment de la ruta La ruta establerta per fer l’estudi s’ha de reduir a escala 2×. 5000 𝑚𝑚 = 1000 𝑚𝑚 10. el recorregut total simularà l’anada i la tornada del camp de futbol de La Bordeta fins l’Hospital Arnau de Vilanova, el vehicle teledirigit assolirà aquest recorregut quan faci 1.000 m. El nombre de parades per simular l’anada i la tornada serà 28 × 2 = 56. I aquestes parades s’hauran de fer cada 18 metres.. 1.000 ≈ 18 56 Les proves es faran al pavelló de l’institut Màrius Torres, que té un camp de voleibol de 18 m x 9 m i es seguiran les línies de camp; la distància recorreguda serà el perímetre del camp 18 × 2 + 9 × 2 = 54. Com que la ruta establerta és de 1000 metres, caldran aproximadament 19 voltes a la pista per completar la ruta. 1000 ≈ 19 54. Com que és segurament la bateria farà més recorregut que la ruta, l’estudi es basarà en la diferència de voltes en funció del pes que s’hagi de transportar i es tindrà en compte quants cops s’ha completat la ruta establerta. Com és evident, es farà amb les mateixes condicions en ambdós casos i només es variarà el pes. Cada 20 voltes es mesurarà el voltatge.. 26.

(32) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C Metodologia i procediment Com que només es disposa d’una cinta mètrica de 3 metres, un rotlle de cinta de pintor farà una marca cada 3 metres per comprovar que les distàncies són correctes. Les línies de camp ja marquen el recorregut que ha de seguir el cotxe i tres parades caben perfectament en una volta, les parades es situen als 18 metres, Il·lustració 52. Mesures i parades de la ruta als 36 metres i als 52 metres (il·lustració 52). Característiques del vehicle El motor del cotxe teledirigit (il·lustració 53) és un motor de corrent continu amb escombretes. La mesura de la ‘’potència’’ d’aquest tipus de cotxes es mesura amb les voltes que porta el cablejat; en aquest cas són 21 T. Aquesta mesura equival a uns 200 W. El seu voltatge es compren entre 6,5 V i 14 V.. Il·lustració 53. Motor del cotxe teledirigit. La bateria utilitzada (ilustració 54) s’anomena “LiPo”, que significa Polímer de Liti. Les característiques d’aquest tipus de bateries són una gran densitat d’energia, pes lleuger i velocitat de càrrega i descàrrega. La capacitat d’aquesta pila són 5000mAh, té 3 cel·les (cada cel·la és individual i estan connectades en sèrie, cadascuna té un voltatge nominal mitjà de 3,7 V) i un voltatge nominal mitjà Il·lustració 54. Bateria del cotxe teledirigit. d’11,10 V (la bateria carregada assoleix 12,64 V). El C-Rating és la mesura que indica amb quina càrrega es descarrega o carrega una bateria. Els C-Rating d’aquesta bateria són 25 C continus, 50 C a màxima potència i 2 C quan es carrega.. 27.

(33) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C La massa del vehicle és de 3 kg (il·lustració 56) i la massa del remolc és de 8,80 kg (il·lustració 55). Per tant, la càrrega mínima del vehicle seran 3 kg i la càrrega màxima seran 11,80 kg, 4 cops la massa del vehicle.. Il·lustració 55. Cotxe teledirigit sobre una bàscula. Il·lustració 56. Remolc sobre una bàscula. 6.2 Hipòtesi De manera general, sembla evident pensar que un cotxe amb molta càrrega haurà de fer molta més força per desplaçar-se, caldrà més energia per accelerar-lo i la seva bateria durarà menys temps. Exactament, el vehicle amb el remolc té, aproximadament, 4 cop més massa que el 11,8. vehicle sense el remolc (. 3. ≈ 4). A més, provocarà la velocitat màxima sigui menor degut a la. pèrdua per fregament a les rodes.. Per una circulació sense pendent i a velocitat constant, caldrà fer una força de tracció sobre el vehicle i aquesta serà igual a la força de resistència a l’avançament. Aquesta força augmentarà amb la massa del vehicle, però no de manera proporcional. Llavors, l’energia consumida per recórrer una distància “d” es resumirà amb la fórmula: 𝐸𝐸 = 𝑊𝑊 = 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 × 𝑑𝑑. En el moment d’accelerar, la força necessària per accelerar-lo serà proporcional a la seva massa. L’energia consumida del vehicle per arribar a una velocitat “v” partint del repòs serà proporcional a la massa al quadrat d’aquesta velocitat concreta, i vindrà donada per la fórmula següent: 𝐸𝐸 =. 1 × 𝑚𝑚 × 𝑣𝑣 2 2. Cal afegir que en el moment d’una frenada, tota l’energia cinètica es perdrà en forma de calor.. 28.

(34) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 6.3 Resultats 6.3.1 Càrrega mínima (3 kg) o vehicle sense càrrega El vehicle amb càrrega mínima ha assolit un temps d’autonomia de 58 minuts i 44 segons, 58 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚. 60 𝑠𝑠 + 44 𝑠𝑠 = 3.524 𝑠𝑠 1 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚. equivalents a 3.524 segons abans de gastar-se completament la bateria. L’espai recorregut total han estat 7 sessions de 20 voltes i 1 sessió de 19 voltes i 18 metres �20. 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 7 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 + 19𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣� × 54 + 18 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 8.604 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠ó 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣. equivalents a 8.604 metres de distància per gastar la bateria completament. Aquest resultat equival a completar 8,604 la ruta establerta. 8.604 = 8,604 1.000. En altres paraules, es podria anar des del camp de futbol La Bordeta fins l’Hospital Arnau de Vilanova i tornar 8 cops i quedaria prou bateria per desplaçar-se més de la meitat de la ruta. Les parades són proporcionals a la distància (es fan 3 parades cada 54 metres). S’han fet 478 parades d’1 s de durada i es tardava 0,5 m per passar de velocitat màxima a 0 m/s i viceversa. El voltatge final de la bateria són 10,80 V. La diferència de voltatge sense càrrega (ΔVsc) és de 1,84 V. ΔVsc = Vf − Vo ⇒ ΔVsc = 10,80 V − 12,64 V ⇒ ΔVsc = 1,84 V. 29.

(35) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 6.3.2 Càrrega màxima (11,80 kg) o vehicle carregat El vehicle amb càrrega màxima ha assolit un temps d’autonomia de 32 minuts i 41 segons, 32 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚. 60 𝑠𝑠 + 41 𝑠𝑠 = 1.961 𝑠𝑠 1 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚. equivalents a 1.961 segons abans de gastar-se completament la bateria. L’espai recorregut total han estat 3 sessions de 20 voltes i 1 sessió de 2 voltes i 36 metres �20. 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 × 3 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 + 2 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣� × 54 + 36 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 3.384 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠ó 𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣. equivalents a 3.384 metres de distància per gastar la bateria completament. Aquest resultat equival a completar 3,384 la ruta establerta. 3.384 = 3,384 1.000. En altres paraules, es podria anar des del camp de futbol La Bordeta fins l’Hospital Arnau de Vilanova i tornar 3 cops i es podria continuar un terç del recorregut. Les parades són proporcionals a la distància (es fan 3 parades cada 54 metres). S’han fet 188 parades d’1 s de durada i es tardava 0,3 m per passar de velocitat màxima a 0 m/s i viceversa. El voltatge final de la bateria són 9,90 V. La diferència de voltatge amb el vehicle carregat (ΔVc) és de 2,74 V. ΔVc = Vf − Vo ⇒ ΔVc = 9,90 V − 12,64 V ⇒ ΔVc = 2,74 V. Il·lustració 57. Cotxe carregat. 30.

(36) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. 6.3.3 Sinopsi de les dades obtingudes Pes mínim (29,4 N). Pes màxim (115,64 N). 58 minuts i 44 segons. 32 minuts i 41 segons. 3.524 s. 1.961 s. Voltatge inicial de la pila. 12,64 V. 12,64 V. Voltatge final de la pila. 10,80 V. 9,90 V. Temps de descàrrega. Caiguda de voltatge de la 1,84 V. 2,74 V. pila Espai recorregut. 8.604 metres. 3.384 metres. Nombre de parades (d’1s). 478 parades. 188 parades. Taula 1. Dades obtingudes a l'estudi per bateria gastada. 6.4 Anàlisi i comparació dels resultats Temps d’autonomia Afegir 8,80 kg addicionals de càrrega i fer parades constants ha reduït notablement el temps d’autonomia del vehicle, ha disminuït 1.563 segons l’autonomia del vehicle. 3.524 𝑠𝑠 − 1.961 𝑠𝑠 = 1.563 𝑠𝑠. Significa un 44,3% del temps total.. 100 ×. 1.563 = 44,3% 3.524. Per tant, aquest augment de pes i parades constants suposa un 44,3% menys de temps d’autonomia.. 31.

(37) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C Autonomia L’espai recorregut total del vehicle s’ha reduït un 60,67%. 100 − 100 ×. 3.384 ≈ 60,67% 8.604. Per tant, aquest augment de pes suposa un 60,67% menys d’autonomia. Voltatge de la pila El voltatge mitjà de la pila són 11,10 V. Aquest voltatge mitjà pot augmentar quan la bateria està completament carregada i quan s’acaba la bateria, el voltatge disminueix dràsticament en comparació amb la disminució normal del voltatge fins arribar a 0 V. No obstant això, les bateries d’aquest tipus no s’arriben a descarregar del tot perquè les danya i pot arribar a ser perillós. Quan la càrrega és mínima, el voltatge final és 0,30 V més baix que el voltatge mitjà. 11,10 𝑉𝑉 − 10,90 𝑉𝑉 = 0,30 𝑉𝑉. Evolució del voltatge durant el temps quan la càrrega és mínima. Voltatge (V). 13 12,5 12 11,5 11. y = 12,733x-0,07 R² = 0,9766. 10,5 10 9,5. 0. 534. 1095. 1518. 1926. 2328. 2749. 3110. 3523. Temps (s). Gràfic 1. Evolució del voltatge durant el temps quan la càrrega és mínima. Al gràfic 1 s’observa que la disminució del voltatge s’accentua al principi de la ruta i moments abans de descarregar-se.. 32.

(38) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C Quan la càrrega és màxima, en canvi, el voltatge final és 1,20 V més baix que el voltatge mitjà. 11,10 𝑉𝑉 − 9,90 𝑉𝑉 = 1,20 𝑉𝑉. Voltatge (V). 13. Evolució del voltatge durant el temps quan la càrrega és màxima. 12,5 12 11,5 11 10,5. y = -2E-07x2 - 0,0009x + 12,583 R² = 0,9435. 10 9,5. 0. 500. 1000. 1500. 2000. Temps (s). Gràfic 2. Evolució del voltatge durant el temps quan la càrrega és màxima. Al gràfic 2 es pot observar que la disminució del voltatge s’accentua al principi de la ruta i moments abans de descarregar-se.. 33.

(39) Àngela Ciutat Camps 2n Batxillerat C. Voltatge (V). 13. Comparació de l'evolució del voltatge en funció de la distància. 12,5 12 11,5 11 10,5 10 9,5. 0. 1,08. 2,16. 3,24. 3,384. 4,32. Carrega mínima. 5,4. 6,48. 7,56. 8,604 Temps (s). Càrrega màxima. Gràfic 3. Comparació de l'evolució del voltatge en funció de la distància. Al gràfic 3 s’aprecia clarament la caiguda de voltatge en els dos casos durant el temps de funcionament. La caiguda de voltatge després dels 11,10 V és més accentuada quan el vehicle té càrrega màxima, i s’observa que, en general, la corba més accentuada és la del voltatge del vehicle amb càrrega màxima.. 34.