Perquè es pugui entendre el funcionament d’un motor biodièsel, podem elaborar la maqueta següent on es podrà observar els quatre temps del motor.

PAS A PAS

Abans de començar el muntatge vam fer un petit disseny de com podríem emular el funcionament d’un motor dièsel i vam escollir el material que ens va semblar més adequat. Vam fer diferents plantilles per poder tallar les fustes amb precisió, ja que s’havien d’ajustar correctament entre elles. Base de fusta aglomerada de dimensions 445 mm x 636 mm
	Contrapès i biela
Llimem la superfície de la fusta que ens servirà de base perquè sigui regular.

ELABORACIÓ DELS PISTONS
Mesurem la boca de la llauna per fer el forat i fem el forat lateral.
	Mesurem amb el peu de rei el llistó de fusta que simbolitza la biela.
Fem el forat per ajuntar la biela amb el cigonyal i la introduïm al pistó.

ELABORACIÓ DELS CONTRAPESOS
Realització del dibuix de contrapesos.
	Tallem els contrapesos i llimem les irregularitats.

AJUNTEM CIGONYAL, BIELA I PISTONS
Ajuntem els contrapesos amb la biela i tot col·locat al seu lloc.
	Dibuixem l’espai del cigonyal, la biela i el pistó i ho tallem.
Moviment dels pistons.
	Enganxem els contrapesos.
Pintem i assequem la maqueta.
	Recobrim amb funda d’enquadernadors negres els cilindres i la part superior, amb fulls de transparència (per protegir el cilindre i poder-ho posar vertical)
Muntem el bloc del motor en una estanteria reciclada.

MUNTATGE DEL SISTEMA DE DEMOSTRACIÓ DEL FUNCIONAMENT DE LES VÀLVULES I L’INJECTOR
Per il·lustrar el funcionament de les vàlvules i de l’injector hem decidit representar, mitjançant un sistema de leds, l’obertura i el tancament de les vàlvules dels pistons en els diferents temps. Amb l’ajut del professor fem el disseny de la part electrònica:
	L’ordre del muntatge que fem és: 1.       Circuits integrats, els transistors de sortida amb les resistències de base, en la placa de control 2.       Connector font d’alimentació en la placa de control 3.       Muntatge del circuit antirebot (Apèndix I) 4.       Muntatge dels leds en la part que representa la culata del motor (placa de visualització) 5.       Connexió entre la placa de control i la de visualització (amb les resistències corresponents). Càlcul de les resistències en Apèndix II 6.       Muntatge del marcador connectat a un interruptor que controla cada volta del cigonyal

1. LA PLACA DE CONTROL DE LES VÀLVULES
En una placa de forats, soldem els sòcols dels circuits integrats i els transistors i les resistències de base corresponents.
	Connectem els pins del transistor a les resistències.
Fem els forats per col·locar el connector de la font d’alimentació. Hem aprofitat el connector d’un ordinador vell per poder-ho connectar a una font d’alimentació d’ordinador.
	Col·loquem cada integrat al seu sòcol:

2. LA PLACA DE VISUALITZACIÓ MITJANÇANT LEDS (VÀLVULES)
Col·loquem la plantilla que ens servirà de guia per soldar i connectar els leds a la placa de control. Com volem que el fons sigui de color negre aprofitem uns separadors que teníem.
	Fem els forats en una fusta amb una broca de 5 mm per posar els leds.
Col·loquem els leds grocs i verds en la posició correcte (recordar que els leds tenen polaritat) i els soldem i connectem.

3. UNIÓ DE LA PLACA DE CONTROL I LA PLACA DE VISUALITZACIÓ
El col·lector de cadascun dels transistors es connecta a una altra placa on hi ha les resistències calculades per a cadascuna de les branques dels leds (veure els càlculs en EXPERIÈNCIA EXTRA 1 al final del document). Soldem aquesta placa amb els leds corresponents, tot recordant el disseny.

4. MUNTATGE DEL MARCADOR AMB EL CIGONYAL (entrada placa de control)
Per poder saber en quina fase es troba el motor s’ha realitzat una doble lleva artesanal partint d’una politja de diàmetre 40 mm i de gruix 10 mm. Els dos extrems de la politja s’han rebaixat amb una llima de manera que s’hi puguin introduir dos tacs de varilla de fusta de 10 mm de diàmetre amb una llargada de 10 mm. La politja s’ha foradat amb una broca de diàmetre 10 mm de manera que es pugui encastar a l’eix que surt del cigonyal del motor.
	Hem utilitzat un interruptor extret d’un microones que marcarà cada vegada que canviï de fase el motor. L’interruptor s’ha ajustat al sistema de lleves.
Col·loquem un llistó que faci de palanca i accioni l’interruptor. La palanca transmet el moviment a l’interruptor.
Realitzem un forat de 10 mm de diàmetre per acoblar-ho a l’eix del cigonyal i tallem una maneta per poder accionar el motor. Ajustem el sistema que ens permetrà girar el motor i tallem la part d’eix sobrant.
	Ajustem la part de culata del motor (part superior que tanca el cilindre i on es troben les vàlvules) amb la placa que té implementat el control electrònic.
Destacar que a la placa hi ha tres polsadors (extrets de diqueteres de CD’s velles): RESET, INICI, MARCADOR
El polsador de RESET ens posa totes les vàlvules tancades.
	Per reiniciar l’equip de manera correcta cal posar el motor a la posició de la fotografia i prémer INICI i alhora MARCADOR i deixar-los els dos. Veurem que ens quedarà com a la figura següent:

Acabada la maqueta hem vist que aquest és el seu funcionament:

El pistó es troba a la part superior del cilindre (PMS) punt mort superior; s’obre la vàlvula d’admissió. El pistó baixa i entra l’aire al cilindre fins que arriba al punt mort inferior (PMI). En aquest moment, es tanca la vàlvula d’admissió. El pistó torna a pujar comprimint l’aire que ha quedat atrapat al cilindre fins arribar al punt mort superior (PMS). En aquest moment l’injector introdueix a pressió el biodièsel, l’aire de l’interior també es troba a elevada pressió, i es produeix la inflamació del biodièsel produint els gasos, que apliquen força al pistó desplaçant-lo fins al punt mort inferior. El desplaçament de la biela fa girar el cigonyal. En aquest instant s’obre la vàlvula d’escapament. El pistó desplaça els gasos cremats cap el tub d’escapament. La vàlvula d’escapament es tanca, s’obre la vàlvula d’admissió i torna a començar el cicle.

APÈNDIX 1: circuit antirebot

Un cop vam muntar el circuit la primera vegada vam observar que donava problemes alhora d’entrar les dades, ja que l’interruptor que hem posat quan el premíem una vegada vèiem com si el preméssim diverses vegades. Hem salvat la situació amb un circuit antirebots utilitzant dues resistències d’1K i un condensador d’1uF i un integrat 7414 que és un inversor amb una bàscula de Schmitt.

Constant de temps de descàrrega del condensador

τ = R x C = 1000 Ω x 0,000 001 = 0,001 s

Considerant el temps de descàrrega d’un condensador de 4τ :

4τ = 4 x 0,001 s = 0,004 s

Constant de temps de càrrega del condensador

τ = R x C = 2000 Ω x 0,000 001 = 0,002 s

Considerant el temps de càrrega d’un condensador de 4τ :

4τ = 4 x 0,002 s = 0,008 s

Temps suficient per que l’interruptor no marqui interferències en el moment de connexió i desconnexió.

APÈNDIX 2: càlcul de les resistències

EXPERIÈNCIA 1

Calcula la resistència R que caldrà posar per identificar cada fase en el corresponent cilindre (led de color vermell 1,5V de tensió). Identificats com a: L1, L2, L3, L4,

La font d’alimentació subministra 12V i el transistor quan treballa a saturació es queda 0,7V.

Càlcul a realitzar per l’alumne:

Vr = 12 V - 1,7 V - 0,7 V = 9,6 V

R = V / I = 9,6 V / 0,02 A = 480 Ω

EXPERIÈNCIA 2

Calcula la resistència R que caldrà posar per identificar quan una vàlvula d’admissió està oberta (1A3, 2A3, 3A3, 4A3) o la vàlvula d’escapament està oberta (1B3, 2B3, 3B3, 4B3).

La connexió que s’ha realitzat és de dues branques de  3 leds en sèrie connectades alhora en paral·lel. Cal recordar que tant els leds verds com grocs necessiten una tensió de 2,5 V.

A la vàlvula d’admissió els leds són de color verd (1A3, 2A3, 3A3, 4A3)

A la vàlvula d’escapament els leds són de color groc (1B3, 2B3, 3B3, 4B3)

La font d’alimentació subministra 12V i el transistor quan treballa a saturació es queda 0,7V.

Càlcul a realitzar per l’alumne:

Vr = 12V - 1,7V - 1,7V - 1,7V - 1,7V - 0,7V = 4,5V

R = V / I = 4,5V / 0,02A = 225 Ω

EXPERIÈNCIA 3

Calcula la resistència R que caldrà posar per identificar quan una vàlvula d’admissió està tancada (1A2, 2A2, 3A2, 4A2) o la vàlvula d’escapament està tancada (1B2, 2B2, 3B2, 4B2).

La connexió que s’ha realitzat és de dues branques de 2 leds en sèrie connectades alhora en paral·lel. Cal recordar que tant els leds verds com grocs necessiten una tensió de 2,5 V.

A la vàlvula d’admissió els leds són de color verd (1A2, 2A2, 3A2, 4A2)

A la vàlvula d’escapament els leds són de color groc (1B2, 2B2, 3B2, 4B2)

La font d’alimentació subministra 12V i el transistor quan treballa a saturació es queda 0,7V.

Càlcul a realitzar per l’alumne:

I = 0,02 A + 0,02A = 0,04 A

Vr = 12V - 2,5V - 2,5V - 2,5V - 0,7V = 3,8 V

R = V / I = 3,8V / 0,04A = 95 Ω

APÈNDIX 3: resistència de l’injector

EXPERIÈNCIA 4

La connexió de cadascuna de les branques 1A1, 1B1, 2A1, 2B1, 3A1, 3B1, 4A1, 4B1 es realitza en sèrie connectant els 5 leds i alhora totes elles en paral·lel directament a 12V (tensió que ens subministrarà una font d’alimentació d’ordinador). Cal recordar que els leds verds i grocs es queden 2,5 V cadascun d’ells. Per tant, si hi ha 5 leds en sèrie no caldrà posar-hi cap resistència.

Com a activitat a la classe es realitzarà el càlcul de la resistència R que cal posar en cada cas.

Calcula la resistència R que caldrà posar per identificar quan funciona l’injector (led de color vermell 1,5V de tensió). Veure en el dibuix anterior I1, I2, I3, I4. La font d’alimentació subministra 12V i el transistor quan treballa a saturació es queda 0,7V.

Càlcul a realitzar per l’alumne:

I = 0,02 A + 0,02A = 0,04 A

Vr = 12V - 2,5V - 2,5V - 0,7V = 6,3 V

R = V / I = 6,3 V / 0,04A = 157 Ω

APÈNDIX 3: funcionament de les vàlvules

EXPERIÈNCIA 5

D’esquerra a dreta i de dalt a baix tenim les vàlvules per a cada cilindre.

A partir dels quatre dibuixos següents cal omplir la taula.

Seqüència 1

Seqüència 2

Seqüència 3

Seqüència 4

A partir dels dibuixos anteriors omplir la taula amb un 1 (si els leds estan encesos)

 Solució:

A fi de controlar el sistema podem agrupar per colors columnes que siguin iguals

Observa quines són coincidents:

1r) 1A3 i 3B3 per un cantó i 1A2 i 3B2 per l’altra; fixa’t que si utilitzes una porta lògica NOT la negació de 1A3 és 1A2 ( quan 1A3 és 1, 1A2 és zero; quan 1A3 és 0, 1A2 és 1) la negació de 3B3 és 3B2 (quan 3B3 és 1, 3B2 és zero; quan 3B3 és 0, 3B2 és 1).

2n) de manera idèntica 1B3 i 2A3 són coincidents i la negació (porta NOT) és 1B2, 2A2.

3r) de manera idèntica 2B3 i 4A3 són coincidents i la negació (porta NOT) és 2B2, 4A2.

4t) de manera idèntica 3A3 i 4B3 són coincidents i la negació (porta NOT) és 3A2, 2B2.

Cal doncs utilitzar un integrat inversor 7404.

Amb quatre sortides podem fer la sèrie següent:

Podem realitzar aquest circuit amb un integrat 74164 mitjançant un circuit seqüencial.

Per poder introduir la programació d’aquesta sèrie necessitem també alhora utilitzar un integrat 7402 (porta NOR).