Motor de explosión postindustrial?

Transición a unha mobilidade pospetróleo.

Motor de explosión postindustrial?

Mensaxepor Casdeiro » 29 Ago 2014, 09:14

Temos un debate aberto entre o compañeiro MiguelAnxo mais eu acerca da viabilidade do motor de explosión nunha era postindustrial. Segundo el "o motor de explosión está aquí para quedarse", mesmo nun contexto de declive terminal da era industrial, pero eu teño moitas dúbidas de que se poida fabricar e manter/reparar un motor deste tipo sen dispoñer das industriais actuais metalúrxica, eléctrica, etc. simplemente con recursos locais e medios artesáns.

Gustaríame saber as vosas opinións, sobre todo dos que teñades coñecementos de mecánica e historia da revolución industrial. Grazas!
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Re: Motor de explosión postindustrial?

Mensaxepor Casdeiro » 29 Ago 2014, 09:24

Eu, en principio, e sen controlar moito nin nada de mecánica vexo os seguintes problemas:
- Conseguir fabricar as pezas nun ferreiro artesán: non teñen que ser de aceiro? Vale con facelas de ferro para as tensións que teñen que soportar? Xa se pode fabricar aceiro nunha forxa? O mineral parece que non será problema imposible conseguilo de refugallo, pero xa se poden conseguir esas temperaturas e traballar ben o aceiro sen un forno e moldes industriais?
- Que hai das buxías? Podemos contar con reutilizar durante moito tempo as xa existentes, porque pensan pouco e poden ser trasportadas longas distancias como un elemento valioso, pero imaxino que non serán sinxelas de fabricar. Porque a explosión con algo hai que producila no motor... Iso lévanos tamén ao problema das baterías, que sabemos que non son eternas e imaxino que non son demasiado sinxelas de fabricar. E por suposto, na orixe, á produción de electricidade, que tamén precisa de elementos industriais, que por suposto poderán ser reutilizados durante moitos anos (bobinas, etc.).

Sen dúbida haberá que botar a ollada aos comezos da automoción para ver de qué tipo eran os motores e como se construían, e ver ata que punto podemos replicar aquelas tecnoloxías cos medios de hoxe ou mellor dito... de mañá.
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Re: Motor de explosión postindustrial?

Mensaxepor marcosceleiro » 29 Ago 2014, 21:06

Conseguir fabricar as pezas nun ferreiro artesán: non teñen que ser de aceiro? Vale con facelas de ferro para as tensións que teñen que soportar? Xa se pode fabricar aceiro nunha forxa? O mineral parece que non será problema imposible conseguilo de refugallo, pero xa se poden conseguir esas temperaturas e traballar ben o aceiro sen un forno e moldes industriais?


O aço (=aceiro) atual dos motores tem características na sua fabricação dificultosas para a fabricação artesã:

PUREZA
O aço é essencialmente ferro (Fe + diversos óxidos de Fe presentes no mineral de ferro) e carbono. A sua resistência, ductilidade, maleabilidade e elasticidade (módulo de Young) dependem diretamente do teor de carbono, ou seja, da proporção de carbono que contém. Com um teor de carbono maior de 2,1% tens aço (e segundo a quantidade, diversos tipos de aço), com teor menor de 2,1% e maior de 0,15% tens o que popularmente chamamos «ferro», e com teor inferior a 0,15% tens o que se denomina «forja» ou «ferro forjado», ainda que incorretamente se chama a isso também «ferro». O aço ferro-carbono só pode chegar ao teor do 6%, a partir daí há que incorporar outros metais (aleações), podendo chegar então ao 20% de carbono e dando lugar a um aço de altíssimas resistências, como é o caso do aço inoxidável, que se fabrica engandindo cromo e níquel ao ferro e aumentando a proporção de carbono. Mas é caríssimo, claro.

Quanto menos teor tenha, o ferro é mais duro, mas menos elástico, ou seja, tem um comportamento «similar» ao vidro. Se dás com um martelo na forja, rompe. Se dás no ferro, dobra e fica dobrado. Se dás no aço, dobra um pouquinho recuperando logo a posição inicial. Ou seja, que para um motor (altos esforços) só serve o aço. Também pola temperatura, a forja e o ferro derretem-se com a temperatura da combustão no motor.

É fundamental controlar o teor de carbono, e isso faz-se nos altos fornos da produção industrial siderúrgica. Neles o mineral funde-se com o carvão (não qualquer tipo, senão os que têm mais carbono puro) como combustível, mas ao mesmo tempo, parte fica mesturado com o metal. No alto forno, o Fe + carbono fundididos distribuem-se por densidades, e fabricam-se de vez metais com diverso teor. O processo é muito complexo e requer uma grande infraestrutura: fornos altíssimos, crisol para que não se funda também o recipiente, e sobre tudo, controlar muito todo o processo, as composições em cada parte do forno, as densidades, achegar escórias de outros minerais para «limpar» cinzas e subprodutos da combustão, etc.

O aço dum motor é impossível de fabricar sem o processo industrial, porque sería impossível controlar o teor de carbono. Também só se pode fabricar em altos fornos, em grandíssimas quantidades, para que se distribua por densidades.

Um artesão só pode fabricar num forno não industrial forja e ferro a partir de mineral com altíssima concentração de Fe, e sem carvão, senão com lenha, que é como se fazia antes da revolução industrial.


MICROESTRUTURA
O aço tem uma estrutura metálica característica que é o que dá a resistência. Depende da orientação molecular das partículas. Dito muito rápido, sem falarmos de tensões axiais e tangenciais nem as teorías do sólido rígido, numa direção o aço estrutural (edificação, motores, engenharia) tem o duplo de resistência do que a 90º dessa direção. Ou seja, a mesma peça, segundo como esteja fabricada pode resistir um esforço de X Nw/cm2 ou a metade de X. E isso é muito relevante num motor, o desenho do molde e das peças basicamente consiste em resolver isso.

Para fazer-vos uma ideia, o Titanic fundiu-se por isso, porque uma linha de roblões de aço que remachavam as peças tinham as partículas orientadas na direção oposta, mas meteram esses pequenos elementos defeituosos subestimando a sua importância.

No aço a orientação das partículas (orientação da microestrutura molecular) faz-se a golpes. Tradicionalmente o ferreiro batendo com o martelo no metal quente, e enfriando com água (processo de temple). Na produção industrial, o aço líquido saido do alto forno é extruisionado como churros a alta pressão para orientar a microestrutura na direção axial, e logo é enfriado.

Esse é o aço base para a indústria, uma matéria prima, não o aço final. Essa orientação faz-se a altas pressões e altas temperaturas, antes de que o aço fundido saido do alto forno enfrie. Logo pode voltar a fundir-se e moldear-se sempre e quando seja a baixa temperatura, nunca à do alto forno, porque senão já se estropia essa orientação molecular.

E não sempre, pois determinados usos (as vigas de aço da construção, é dizer os perfiles laminados IPE, HEB, etc, cabos de alta resistência, etc) não admitem que o metal se funda e se verta em moldes, como num motor. Há peças do motor que não podem ser fabricadas em molde (bielas, pistões, etc) senão que são feitas cortando, furando e polindo dum bloque de aço laminado (laminado quer dizer «com as partículas orientadas»).

O ferreiro não pode fabricar determinadas peças, que devem ser fabricadas na indústria pesada siderúrgica, e logo «esculpidas» por um torneiro do metal tendo muito em conta qual é a direção axil da orientação das partículas.

A dia de hoje a indústria consegue fabricar peças com orientações das estruturas cristalinas do aço muito além duma direção (orientações radiais, em diagonal, etc) com aplicação de campos eletromagnéticos na fabricação, mas é altíssima tecnologia.

ALEAÇÕES
Um motor dum automóvel atual não é de aço, senão duma aleação com outros metais, aumentando a resistência às altas temperaturas, as dilatações, a dureza ante o desgaste, baixando o peso, etc. Os engenheiros de Audi chegaram a fabricar um motor onde o principal metal era o alumínio.

A ciência das aleações é a famosa alquímia, e requer altíssimos conhecimentos e muita tecnologia, pois amais de saber as proporções, há que ter as técnicas para conseguir ligar esses materiais, que são mais dificultosas ainda do que a fabricação do aço.

Um motor não pode ser de aço puro (o aço inoxidável é uma aleação de cromo e níquel na fabricação) e para uma fabricação artesanal é um handicap insalvável.

No momento de aparecer uma aleação no metal, aparece o problema da soldadura: segundo seja a aleação, as peças não se podem soldar. O aço da construção, do naval, da maquinária industrial, etc é aço puro, porque as cousas fabricadas com esse metal exigem soldaduras. Num motor, não se pode soldar, porque precisamente está desenhado para que não soldem as peças que se movem dentro dele no contexto das altas temperaturas que alcançam.


Concluindo:

- Um ferreiro não pode fabricar o metal do motor. Nem da transmissão, nem as engranagens, nem a maioria das peças mecânicas que se movem, todo o mais, o chasis do veículo.
- Um torneiro, furando, cortando, fresando peças de aço fabricado industrialmente, sim poderia fabricar motores e muito mais.
- O torneiro precisa de energia e maquinária, com brocas, discos, fresas, prensas, etc com uma composição de elementos mais duros do que o aço. Essas ferramentas serão valiosíssimas, pois os seus componentes vão ser mais escasos do que o aço.
- A quantidade de veículos fabricados desde os anos 70 é tal, que realmente não necesitas fabricar mais, senão reutilizar. Esses veículos foram fabricados com obsolescéncia induzida na mente do consumidor, e obsolescência programada em elementos menores, mas não nas partes fundamentais como o bloco de metal do motor, a transmissão, etc. Afortunadamente a loucura capitalista ainda não chegou fabricar um motor que rebente aos 200.000 Km)

- Que hai das buxías? Podemos contar con reutilizar durante moito tempo as xa existentes, porque pensan pouco e poden ser trasportadas longas distancias como un elemento valioso, pero imaxino que non serán sinxelas de fabricar. Porque a explosión con algo hai que producila no motor... Iso lévanos tamén ao problema das baterías, que sabemos que non son eternas e imaxino que non son demasiado sinxelas de fabricar. E por suposto, na orixe, á produción de electricidade, que tamén precisa de elementos industriais, que por suposto poderán ser reutilizados durante moitos anos (bobinas, etc.).


Esses são elementos submetidos a obsolescência programada, ou prescindíveis (há motores que arrancam sem bateria). Muitos deles são facilmente recuperáveis ou fabricáveis. De facto, limpando e regulando a distância do eletrodo das velas de ignição (=bugias) podes conseguir 6 ou 7 vezes a vida útil teórica. Tampouco é o elemento mais difícil de fabricar artesanalmente. E os motores diesel não levam... ;)

Nesses pequenos elementos (ainda que essenciais) o verdadeiro problema é o desenho dos últimos carros, onde tudo depende duma centralinha eletrônica. Por exemplo, o meu Opel Astra não acende na marcha, porque bloqueia o motor. Em teoria é para evitar danos na árvore de levas, em realidade é para que dependas da assistência na estrada da tua companhia de seguros.

Há uma grande involução no desenho nos últimos anos, fazendo complexas as cousas simples, para aumentar a dependência de «serviços auxiliares» e introduzir a obsolescência programada em pequenos elementos das máquinas mecânicas onde é difícil nos elementos mais grandes. Como o teu carro tenha «centralita» já estás fodido, a dependência é absoluta. Nem sequer o podes reparar se não é pola própria marca, que acede aos elementos eletrônicos protegidos com claves.
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Re: Motor de explosión postindustrial?

Mensaxepor marcosceleiro » 29 Ago 2014, 21:22

O motor de explosão não está aqui para ficar no caso dos veículos não industriais, e o problema é a obsolescência programada.

O motor dum carro atual está desenhado para durar 350.000 Km no caso dos de gasolina e até 400.000 Km nos diesel. Mas ambos estão desenhados para ter muitas avarias a partir dos 300.000.

O motor do meu Fort Transit, Turbodiesel de 100cv, como é um veículo industrial leva 700.000 Km sem qualquer avaria.
O motor dum camião de 25 toneladas, está feito para durar 1.000.000 Km
O motor dum trator agrícola não está feito para durar Km, senão horas. Os construidos nos anos 80, onde a durabilidade era essencial, estão feitos para durar trabalhando ininterrumpidamente mais de 30 anos.

Nos motores industriais, onde o comprador faz uma alta inversão e a durabilidade/confiabilidade é essencial, não existe a obsolescência programada, e uma vez esgotada a longa vida útil, os motores ainda renascem: é o rectificado do motor. Consiste em furar no bloco do motor nos cilindros, rectificando o desgaste. Isto aumenta a cilindrada (ao comer das paredes há mais volume) e há que aumentar os segmentos dos pistões. Com isto o motor renasce e pode ter uma segunda vida.

Essa é a verdadeira solução.

A maioria desses camiões dos anos 60 que ainda se podem ver nas nossas estradas, ainda têm o motor novo porque foi rectificado. Ou nos carros típicos de Cuba. Ou nos clássicos que os colecionistas restauram. Realmente esses velhos motores estão como novos graças a isso. Ora bem, essa «ressurreição» só se pode fazer uma vez.

Também é habitual que os adolescentes «truquem as motos» retificando o motor. Isto fazia-se muito para conduzir uma moto de maior cilindrada da que permite o carnet de conduzir aumentando-a desde o motor original. Mas no caso dos motores de 2 tempos, é nefasto, aumenta a pontência, mas reduz a vida util à metade.
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