El sensor de lluvia del coche

18 12 2007
Esta mañana cuando iba hacia el trabajo, estaba lloviendo, y como es obvio he puesto en funcionamiento el limpiaparabrisas. Mi coche tiene un sensor de lluvia que regula la frecuencia de barrido del “limpia”. Me he preguntado, fijándome en los “limpias” cual sería su principio de funcionamiento, como algo tan cotidiano como evacuar el agua a diferente velocidad se podía hacer automáticamente.
Pues bien, resulta que el “limpia” automático tiene como elemento principal el sensor de lluvia. Su funcionamiento se basa en los principios físicos de refracción y reflexión de la luz. Cuando un rayo de luz atraviesa un elemento puede pasar: que lo atraviese sin cambiar su dirección, que lo atraviese y cambie de dirección, o bien que se refleje como si se tratara de un espejo.
Para que no cambie de dirección, el rayo tiene que incidir perpendicularmente. El rayo cambia ligeramente de dirección (refracción) cuando el ángulo es menor que 90º. Si el rayo de luz se refleja como si fuera un espejo, el ángulo de incidencia tiene cierto valor (reflexión) y depende del medio.

 

Para que estos principios físicos se transformen en alguna utilidad, el sensor de lluvia se compone de un diodo que emite un haz de luz infrarroja con determinado ángulo, de tal forma que incide en la superfície exterior del cristal y se refleja en un fotosensor central. En el caso que el agua de lluvia quede sobre el cristal, las características de la superficie varían (aumenta el grosor aparente de la superfície) y una parte del haz de luz se refleja. Esta parte del haz de luz reflejada se recoje en el diodo sensible a la luz que en función de la cantidad de luz recibida deja pasar más o menos corriente. Mediante un microchip, se estima la cantidad de agua hay en la zona, de manera que a menor reflexión de luz, mayor cantidad de agua (recordemos que aumenta el grosor aparente de la superfície) y por tanto un aumento de la frecuencia de barrido. De manera inversa también puede disminuir la frecuencia e incluso parar el barrido. La sensibilidad del sensor de lluvia se puede modificar mediante un interruptor selector.

 

Este sistema también puede llevar sensores que detecten la luz ambiental para adecuar la frecuencia de barrido en función de las condiciones de visibilidad (por la noche es necesario aumentar la frecuencia).

 

Estos sensores pueden reaccionar en menos 120ms en caso de lluvia torrencial o bien cuando pasas al lado de un trailer de 8 ejes y te baña entero.

Más info: km77, Volkswagen, Bosch

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El motor Wankel (o motor rotativo)

31 05 2007
Aprovechando que veo en Motorpasion que Mazda cumple sus 40 años de motores rotativos, os cuelgo unos videos para que os hagais a la idea de como funcionan estos motores (este es de los que te gustan David!). La particularidad de estos motores es que no tienen pistones sino que un rotor que hace las 4 fases de la combustión en una misma cavidad, bueno mejor lo veis con vuestros propios ojos. El primer vídeo es un poco comercial , es de Mazda (obviamente no dirá sus desventajas como la de que cuesta cumplir con la legislación sobre emisiones), pero está en castellano y se entiende mejor. El segundo vídeo es un poco más técnico pero está en inglés (no se puede tener todo en esta vida!).

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Las centrales de ciclo combinado

17 03 2007
Otra petición que me hizo Kike es que explicara el funcionamiento de una central de ciclo combinado y que hablara un poco de las emisiones de gases de efecto invernadero que esta tiene respecto a otro tipo de centrales. Pues ahí voy! Para ello he rescatado los temidos libros de termodinámica que tengo para profundizar un poco más en el tema.
Una central de ciclo combinado es una central térmica (me autocorrijo, Kike) que usa como combustible el gas natural en vez de fuelóleo o carbón, ya de entrada el gas natural tiene menos contenido en azufre que los otros dos combusibles y, por tanto, generará menos gases contaminantes (concretamente SOx, responsable de la lluvia ácida). Entonces el ciclo combinado ofrece ventajas tanto medioambientales como de rendimiento ya que con la misma cantidad de combustible se produce una mayor cantidad de electricidad. Los rendimientos de una central térmica convencional están alrededor del 33% mientras que las de ciclo combinado llegan hasta el 57%, esto quiere decir que de 100 unidades de combustible que entran, 57 se convierten en electricidad (imaginad lo ineficiente que es un motor térmico!). Paso a la demostración.

El proceso
El ciclo combinado se basa en la unión de dos ciclos de potencia (ciclos de producción de energía) de manera que el calor que genera uno lo aprovecha el otro ciclo. En concreto, se utiliza un ciclo de potencia de gas y un ciclo de potencia de vapor.


En lo que hace referencia al ciclo de gas (o también ciclo superior) se lleva a cabo una combustión, esto es combustible (gas natural) + aire. El aire se capta de la atmosfera (punto 1) y pasa por un compresor, este lo que hace es aumentar la presión del aire y elevar su temperatura según la ley de los gases ideales (punto 2). Al elevar la temperatura del aire de entrada se necesita menos combustible para llevar a cabo la combustión. En una combustión se genera CO2, vapor de agua, SOx y NOx, nitrógeno y oxígeno (gases de escape). Los gases de escape están a una temperatura muy elevada (punto 3)(unos 1350 ºC, actualmente la limitación la ponen los materiales con los que se construyen los equipos) y se hacen pasar por una turbina que disminuye la presión y con ello la temperatura, sobre unos 600 ºC (punto 4). Esta turbina se acopla a un alternador y ya tenemos el primer punto de producción de electricidad.
Los gases de escape se hacen pasar por un intercambiador de calor (es un equipo que permite el intercambio de calor entre un fluido caliente y un fluido frío (con estos equipos se hacen subir y bajar temperaturas de las corrientes en las industrias!) lo que hace que disminuya su temperatura para poder ser emitidos por la chimenea a la atmosfera (punto 5). Aquí ya interviene el segundo ciclo, el de vapor.
Al enfriar los gases de escape en el intercambiador, se cede calor a otra corriente que es la de agua, con lo que se aumenta su temperatura y se genera vapor de agua (punto 7). Este vapor entra en una turbina de vapor que hace disminuir su presión y su temperatura (punto 8), y a la vez, obtener energía. Acoplando esta turbina a un alternador ya tenemos el segundo punto de generación de electricidad.
El vapor que sale de la turbina se condensa (punto 9), con la ayuda de agua de refrigeración, y se le vuelve a subir la presión mediante una bomba (punto 6) para volver a empezar el ciclo.


Los rendimientos
Ahora la demostración de porque tiene más rendimiento una central de ciclo combinado. Si definimos el rendimiento como el cociente entre la energía producida y la energía necesaria para llevarla a cabo, esto es R = Eproducida / Enecesaria, tenemos que en nuestro ciclo convencional de gas o de vapor los rendimientos serian, Rgas = Wgas/Qe y Rvapor = Wvapor/Qe. Mientras que en el ciclo combinado el rendimiento nos quedaría, Rcc = (Wgas + Wvapor) /Qe. De ahí que con la misma cantidad de combustible se obtenga más electricidad.

Medio ambiente
Como he dicho anteriormente, al emplear un combustible más limpio se generarán menos emisiones de SOx a la atmosfera. Con las centrales de ciclo combinado se pueden llegar a reducir hasta un 50% las emisiones de CO2 (345gr/kWh frente a 820-940gr/kWh), un 100% las de SOx y un 80% las de NOx. Aunque sigue empleando combustible fósil, la energía que genera es más verde y limpia que no la que generan otro tipo de centrales térmicas.


El tema de generación de energía es un tema complicado porque sobretodo genera controversia social. Se tendría que tender a la generación de energía mediante fuentes renovables, pero siempre habrá sectores de población que se opondrán. Por ejemplo, la energía eólica es muy limpia, pero donde la ubicamos? Si ponemos molinos en las montañas nos cargaremos a la fauna avícola. Si los ponemos en el mar, como los paises nórdicos, nos cargamos a la fauna marina. Otro tanto con la energía solar, para generar suficiente energía se necesitan grandes extensiones de terreno para ubicar las placas, con el coste que eso conlleva, tanto económico como ambiental. Pasemos a la nuclear, por muchos considerada peligrosísima (porque solo se acuerdan de Chernobyl) cuando en realidad una central nuclear es el sitio más seguro que pueda haber. La energía nuclear es una energía muy limpia, no emite gases de efecto invernadero y se necesita muy poco combustible para generar energía, pero hay un gran problema, qué hacemos con los residuos? Tienen períodos de desactivación muy largos y son peligrosos y radiactivos.
En fin, en mi opinión hay mucho ciudadano con el síndrome CAVE (Citizens Against Virtually Everything, ciudadanos que están aparentemente contra todo) y pocos que realmente se estrujen los sesos para encontrar soluciones al problema energético de este país. Amén hermanos.





Funcionamiento de una depuradora

14 03 2007
Kike, uno de mis lectores y de los pocos que se DIGNAN a comentar en el blog, me pedía hace poco que le explicara como funciona una depuradora o EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales) y como se hacía para captar el agua. Para ello vamos a ir al origen del problema: NOSOTROS.
Al utilizar el agua, ya sea para cocinar o lavarnos, ésta luego se va a la cloaca para su posterior tratamiento antes de ser vertida al mar. Entre medio de este proceso se encuentran las EDARs, que no son más que una especie de fábricas que “limpian” el agua de la porquería que nosotros le añadimos (aceites, grasas, detergentes, caquitas, papeles, trapos, etc.) para poder luego ser vertida al mar o ser utilizada para regar los campos de las comunidades de payeses. Una cosa que os tiene que quedar muy clara es que el agua que sale de una depuradora NO ES POTABLE.

Y cómo llega el agua hasta la depuradora?
Pues en las ciudades y pueblos, normalmente si están urbanizados, las viviendas estan conectadas a la red de cloacas, por cada calle pasa una cloaca que a su vez conecta con otra principal, que se le puede llamar colector. Viene a ser como el río Ebro (colector principal) al que llegan diferentes afluentes como el Segre (cloacas de las calles). Todos los colectores de una ciudad se unen en uno solo (imaginaos el tamaño de la tubería!) y este constituye la tubería de entrada de la depuradora.


Esquema de funcionamiento
Básicamente una depuradora tiene dos líneas, la línea de agua (que es la que todos conocemos), y la línea de fangos (la menos conocida y la más problemática, porque de la mierda que se saca del agua, algo hay que hacer con ella). En lo referente a la línea de agua se hacen los tratamientos siguientes:
· Pretratamientos. Lo que hacen es preparar el agua para poder ser tratada en la depuradora. Para ello se hace un desbaste previo al agua mediante unas rejas gruesas y finas que retienen cuerpos voluminosos (trapos, maderas, corchos, etc.). Después se hace un desengrasado y desarenado del agua mediante unos sopladores de aire que permiten recoger la arena y las grasas.

Desbaste

Desarenado-desengrasado

· Tratamiento primario. Se hace una eliminación de materia suspendida (es como si se filtrara el agua, se elimina la porqueria que se ve). Para ayudar a la eliminación de la matéria suspendida se realiza un tratamiento físico-químico al agua pretratada. Este consiste en añadir un coagulante y un floculante para facilitar que las particulas de mierda se junten y se compacten para formar partículas más grandes. Después de este tratamiento el agua pasa a un decantador primario, que es como un cono invertido muy grande donde el agua con las partículas de mierda engrandecidas entra, y es aquí donde estas partículas de mierda caen por su propio peso al fondo del decantador, estás particulas se llaman fangos primarios. De esta manera se separa el agua del fango primario.

Decantación primaria

· Tratamiento secundario. Se hace una eliminación de materia orgánica (se elimina la porqueria que no se ve). Para ello se dispone de un reactor biológico que opera en condiciones aerobias (en presencia de oxígeno). Esto que parece una palabrota es un tanque que en el fondo tiene una especie de rovellones con agujeros (miles de ellos) por donde inyectan aire al agua. De esta manera se oxida la materia orgánica biodegradable (la que se puede oxidar) en presencia de bacterias (que más adelante diré para que sirven). Seguidamente del reactor biológico hay un decantador secundario que hace la misma función que el primario, lo que aquí los fangos se llaman fangos secundarios y parte de ellos se recirculan al reactor para proporcionar el cultivo bacteriano que acelerará la oxidación de la materia orgánica. Los fangos secundarios no recirculados también se espesan, al igual que los fangos primarios.

Reactor biológico

· Desinfección. El agua se condiciona para poder ser vertida al mar o usarla para regadío. Para ello el agua que sale del decantador secundario pasa por un canal de cloración donde se le añaden dosis de cloro con la finalidad de desinfectar el agua y eliminar patógenos y bacterias.

En lo referente a la línea de fangos se hacen los siguientes tratamientos:
· Espesamiento. Se trata de concentrar los fangos producidos para que ocupen menor volumen. Para ello se disponen de dos espesadores, uno para los fangos primarios que vienen del decantador primario y otro para los fangos secundarios que vienen del decantador secundario.
· Digestión. Al fango se le hace una fermentación controlada para eliminar materia orgánica y patógenos, y producir biogás. El fango que sale de los espesadores se hace entrar en unos digestores. Estos son unos recipientes cerrados que operan en condiciones anaerobias (sin presencia de oxígeno). En ellos se hace entrar al fango a cierta temperatura para producir una serie de reacciones bioquímicas que producen biogás (una mezcla de metano y CO2). Este biogás se guarda en un recipiente denominado gasómetro. El mismo biogás se quema en una caldera para generar vapor que se utiliza para calentar el fango que entra a los digestores. El biogás sobrante se quema en una antorcha.

Digestor anaerobio

· Deshidratación. Que viene a ser un prensado del fango para extraerle toda el agua posible. Los fangos líquidos que salen del digestor se deshidratan en un filtro prensa, aquí se trata de quitar el máximo de agua posible al fango.

Filtro prensa

Curiosidades
· En algunas depuradoras el fango deshidratado se mezcla con corteza de arbol para hacer compost para jardineria. El fango no utilizado para esto se utiliza en agricultura como abono (si cumple con los requisitos) o se lleva a un vertedero (si no cumple con los requisitos).
· Actualmente se tiende a que el biogás sobrante de la digestión se utilice como combustible para un motor de cogeneración acoplado a un alternador, el cual permite generar electricidad para autoabastecer a la planta.
· Ya que toda esta agua que se depura gran parte va a parar al mar, y es como si tiráramos un recurso valioso, ya que estamos en períodos de sequía; se estudia la posibilidad de reutilizar esta agua para la industria (como agua para sus procesos o como agua para torres de refrigeración). Pero existe gran confrontación con la sanidad sobretodo en temas como la Legionella, cosa que hace que estas medidas no acaben de aplicarse y se queden encerradas en un cajón.
· Como cuando llueve mucho la depuradora no puede abosorber todo el cabal que le llega, debido a sus condiciones de diseño, en algunas ciudades se construyen los denominados depósitos anti inundaciones o anti-DSU. Estos depósitos permiten acumular agua en ellos para irla liberando poco a poco a la depuradora y así tratar el agua que antes no se trataba.

Antiguamente, en la Edad Media, las casas desaguaban a unos pozos subterráneos y más tarde a unas letrinas. Cuando estas se llenaban, el contenido se utilizaba como fertilizante para la agricultura o simplemente se vertía en los cursos de agua.
Ya en el siglo XX, las ciudades eran conscientes de la necesidad de depuración y se empezó a introducir la fosa séptica como sistema de tratamiento doméstico. Para instalaciones públicas se empezaron a utilizar filtros por goteo y más tarde procesos de lodos activados (reactores biológicos).

Espero que os haya sido de provecho la información, y si teneis alguna duda solo teneis que preguntar!





¿Cómo funciona el ESP?

20 01 2007
A través de Microsiervos encuentro un vídeo de la Bosch donde explican como funciona el programa electrónico de estabilidad (ESP) que llevan algunos vehículos. Este sistema funciona cuando el vehiculo entra en los límites de estabilidad, para ello efectua correcciones en cada rueda permitiendo el giro o frenado en la rueda o ruedas que sean necesarias para mantener la trayectoria correcta que permita al vehículo recuperar su estabilidad.




¿Cómo funciona el código de barras?

19 01 2007
El código de barras, o mejor dicho sistema EAN (European Article Numbering), nos permite identificar los productos que compramos mediante un lector especial conectado a un equipo informático. Este sistema de codificación permite controlar al fabricante el movimiento de sus productos y por otra parte evitar errores al pasar por la caja de los supermercados.

Este código consta de 13 números, los cuales están transcritos en forma de barras. Los dos primeros dígitos definen la asociación que asigna los códigos a fabricantes y distribuidores, la Asociación Española de Codificación Comercial (AECOC). En este caso es el 84, es decir, todos los productos fabricados por empresas españolas empiezan por ese número.
Los 5 dígitos siguientes corresponden al código asignado a la empresa y los 5 dígitos siguientes se utilizan para designar el producto de dicha empresa.
El último dígito sirve de control, que resulta de aplicar un algoritmo matemático a los otros 12 dígitos. 

Si al leer el código de barras el dígito de control no coincide con el resultado de la aplicación del algoritmo, significa que se ha producido un error y pide una nueva lectura.
Cada uno de los dígitos se representa por un grupo de 7 módulos de tonalidades claras y oscuras, de manera que cada dígito está formado por dos zonas claras y dos zonas oscuras de ancho variable. Dicha anchura es lo que permite que el lector decodifique las barras del sistema EAN.

Seguro que ahora cuando veáis un código de barras, lo veis con otros ojos!!

Más info: Ya está el listo que todo lo sabe