dimecres, 25 de novembre del 2009

El Gran Col·lisionador d'Hadrons (LHC)

El Gran Col·lisionador d'Hadrons és un dels majors acceleradors de partícules mai construït, amb un anell de 27 kilòmetres de longitud situat entre les fronteres de França i Suïssa, als voltants de la ciutat de Ginebra, seu del CERN. La seua construcció va començar el 1995, amb un pressupost estimat de sis mil milions d'euros, i va començar a operar el 10 de Setembre del 2008 amb la primera injecció de protons a l'anell principal.

Dins d'aquest túnel els feixos de protons i nuclis són accelerats fins a velocitats relativistes, de l'ordre del 99,9999991% de la velocitat de la llum, és a dir, 299 792 455 m/s, a les quals les partícules recorren 11000 vegades l'anell principal en un segon, per a després fer-los xocar a l'interior de sis grans detectors de partícules, amb energies de fins a 14 TeV. Aquests detectors tenen les següents funcions:
  • ALICE: Detecció de col·lisions d'ions pesants a altes energies (5,5 TeV).
  • ATLAS: Detecció de col·lisions entre protons i nuclis a altes energies (14 TeV) i del Bosó de Higgs.
  • CMS: Detecció de col·lisions entre protons i nuclis a altes energies (14 TeV).
  • LHCb: Estudi de l'asimetria entre matèria i antimatèria sobre el quark Beauty (bellesa) a altes energies.
  • LHCf: Estudi de les partícules emeses a angles febles en col·lisions entre protons.
  • TOTEM: Mesura de diferents paràmetres dels feixos de partícules.
Ací teniu un diagrama amb l'ubicació dels principals detectors de partícules del LHC i les temperatures pròpies de cada secció:
Actualment el LHC es troba en fase de proves al CERN, i recentment s'ha tornat a connectar mesos després d'haver quedat danyat a causa de una mala connexió elèctrica en una de les barres que alimenten els imants necessaris per a contenir els feixos de partícules prèviament accelerats. Aquest esdeveniment va provocar la pèrdua del buit, que va desencadenar en una fuita d'Heli, substància que manté tot l'anell a temperatures extremadament baixes, de l'ordre de 2 K, per a fer ús del fenomen de superconductivitat en els imants, i va requerir treballs de reparació i neteja dels sectors afectats. Les proves més recents (23 de novembre) han fet col·lidir feixos de partícules a energies de 450 GeV dins dels detectors principals, i permetran la correcta calibració dels sistemes de medició.

S'estima que quan el LHC entre en operació als nivells d'energia nominals produirà 15 petabytes de dades a l'any, i aquesta immensa quantitat d'informació es distribuirà a diferents centres de càlcul i procés per a poder extraure les dades útils del projecte. Els experiments programats aniran augmentant el nivell d'energia dels feixos gradualment fins a una parada tècnica prevista per al 2010, a partir de la qual el LHC operarà a màxima potència.

Els resultats de les medicions als diferents sensors de col·lisions entre feixos es processen en complexos centres de càlcul i es visualitzen en gràfiques com aquesta:
L'objectiu de les experiències al LHC és obtenir més informació sobre el model quàntic actual, i més particularment resoldre les questions plantejades sobre les interaccions i forces entre els objectes elementals, així com l'estructura de l'espai-temps. Per a demostrar el model actual, caldria trobar proves de l'existència del bosó de Higgs, objecte que estaria a la base de l'existència de la massa, i mai observat amb anterioritat. També caldria clarificar l'existència de dimensions suplementàries, incloses a la teoria de cordes, i investigar sobre l'antimatèria i l'origen de l'Univers.

dimecres, 2 de setembre del 2009

Salutacions des de Lyon

En primer lloc m'he d'excusar per haver abandonat aquest projecte virtual durant algun temps, primerament per no tenir una connexió a Internet estable i més avant per no disposar de la quantitat de temps necessària per a mantenir el bloc al dia a causa de les inscripcions del nou any acadèmic.

Aquests anys vinents seran lleugerament diferents en quant a la part acadèmica es referix, ja que començaré el tercer curs a Lyon (França), continuant amb el conveni de doble diploma vigent entre la Universitat Jaume I, on he cursat els dos primers anys, i l'INSA de Lyon. Si els resultats són satisfactoris, tindré l'opció de cursar el quart any en aquesta mateixa universitat i després continuar amb les assignatures no convalidades i les pràctiques i estades en empresa a Castelló.

Pel moment em trobe matriculat a un curset intensiu de francés organitzat per l'INSA, i el dia 21 d'aquest mes començaré les classes a la facultat d'Enginyeria Elèctrica.

Espere disposar de temps suficient i nous temes interessants per a poder actualitzar aquest bloc amb regularitat, podeu deixar els vostres comentaris i suggerències a la secció corresponent.

dimecres, 24 de juny del 2009

Solsticis, Equinnocis i l'Equació del temps

Aprofite l'ocasió del solstici d'estiu produït el dia 21 a les 5.46 hores UTC per escriure aquest article sobre els solsticis, equinnocis i altres fenòmens astronòmics relacionats amb el temps.

Els solsticis són els moments de l'any en què el Sol assolix les màximes declinacions respecte de l'equador celeste, i representen dos dels quatre dies singulars que es produeixen en un any solar (els altres dos dies són els equinnocis), separant les estacions de primavera i estiu al juny i de tardor a hivern al desembre al nostre hemisferi. Aquestes ocurrències celestes determinen els màxims i mínims de la duració del dia solar al llarg de l'any, i poden ser distingits clarament a l'analema, una gràfica que representa la declinació del sol front al azimut, com el següent, calculat per a l'observatori de Greenwich:

En aquesta gràfica podem apreciar que els solsticis es donen en declinacions φ±ε, on ε representa la inclinació de l'eix de la terra amb respecte a l'equador celeste, és a dir, 23.439º, i φ és 90-Lº, on L representa la latitud de l'observador, i coincideix amb la declinació solar els dies d'equinnoci.

L'equació del temps és la diferència entre l'hora solar aparent i l'hora solar mitjana mesurada en un lloc i un instant ben definit. L'hora solar aparent (o real) és la indicada per un rellotge de sol o a través de la mesura de l'angle entre el Sol i l'horitzó, mentre que l'hora mitjana és la indicada per un rellotge ideal que no avança ni retarda al llarg de l'any. A continuació teniu la representació dels valors que pren l'equació per als distints dies de l'any:

La nomenada equació del temps varia al llarg de l'any, assolint les màximes desviacions aproximadament el 12 de Febrer (-14.06 min) i el 23 de Novembre (+16.33 min). Les causes en són l'obliqüitat de l'eclíptica (23.439º) i l'excentricitat i forma de l'òrbita terrestre entorn del Sol. Aquestes dades poden ser utilitzades per posar en hora un rellotge si coneixem l'instant en què es produeix el migdia solar, simplement corregint aquesta observació amb la dada de l'equació del temps, amb una precisió considerable. En aquesta plana podeu trobar el conjunt de dades de l'equació del temps d'aquest any: Equació del Temps 2009.

dissabte, 23 de maig del 2009

Fonaments de la conducció eficient

La conducció eficient és un conjunt de tècniques de conducció que faciliten la reducció del consum de carburant del vehicle, reduint per tant la contaminació que aquest genera i augmentant la sensació de confort i la seguretat de la circulació.

Aquestos avantatges estan lligats a una disminució important del règim de gir del motor, que comporta una reducció significativa del consum i del soroll produït. Pel que fa a la seguretat de la circulació, la conducció eficient comporta un augment de la distància de seguretat i de l'anticipació a possibles situacions perilloses per part del conductor, per tal d'aprofitar l'energia cinètica emmagatzemada pel vehicle pel fet de viatjar a una determinada velocitat. Aplicant els consells que seguidament descriuré s'aconseguix reduir el desgast del motor i caixa de canvis, així com del sistema d'amortiguació i frenatge, i finalment dels pneumàtics.

Cal dir que alguns dels consells són aplicables només a cotxes moderns dotats d'injecció electrònica, i no són convenients per als models anteriors a 1993.

En els cotxes actuals, el combustible que s'injecta al motor depén de factors com el nivell d'accelerador, la càrrega del motor en un determinat moment, o la temperatura del refrigerant, i aquesta regulació es du a terme al control electrònic d'injecció. Com sabreu, l'estil de conducció influeix dràsticament en el consum del vehicle, mesurat habitualment en litres consumits per cada 100 km recorreguts. Aquest consum depén principalment del règim de gir del motor, i per a un determinat nivell de potència demandada el consum augmenta en relació directa amb les revolucions (a partir d'un nivell de 1000-1500 rpm). La següent gràfica mostra el consum front a la velocitat per a les distintes velocitats per a un cotxe de cilindrada mitjana:
Com és evident, si exigim una menor potència el motor consumeix menys, però el ralentí n'és una excepció, ja que el motor genera la potència mínima per tal de seguir girant i superar els fregaments interns, però el consum expressat en L/100km es dispara, ja que en aquest període la velocitat del cotxe sol ser molt baixa o nul·la. El consum d'un cotxe a ralentí oscil·la entre 400 i 700 mL per hora de funcionament, segons la cilindrada i el tipus de motor.

L'energia necessària per al funcionament del vehicle es troba en forma d'enllaços químics dins les molècules del carburant, i d'aquesta energia només n'aprofitem una petita part, ja que el rendiment del conjunt sol ser de l'ordre del 15-20% en els vehicles propulsats per gasolina, i d'un 20-25% en els dièsel, i a més el dièsel té un poder calorífic superior en un 13% al de la gasolina, fet que explica els menors consums dels darrers. Aquesta energia s'invertix en véncer les forces resistents, entre les quals es troben la resistència a la rodadura, l'aerodinàmica i la de transmissió, com es pot apreciar en aquesta gràfica:
A baixes velocitats predomina la resistència a la rodadura, causada per les lleugeres deformacions del pneumàtic en el seu cicle de funcionament, i és depenent del pes del vehicle, del tipus de pneumàtics i de la pressió d'aquestos, mentre que a altes velocitats predomina el factor aerodinàmic, ja que aquest depèn de la velocitat relativa del vehicle respecte al vent elevada al quadrat. Aquest factor té un pes determinant en el consum, i es veu afectat per les modificacions en la forma exterior del vehicle, per exemple obrir les finestres o instal·lar un accesori per al transport de càrrega.

Per això, una de les recomanacions de la conducció eficient és utilitzar tant com siga possible els dispositius de circulació forçada d'aire, i limitar l'ús del climatitzador per l'alt consum extra que aquest suposa, establint la temperatura interior a 23-24ºC en tot cas. Cal tenir en compte també factors com la càrrega del vehicle o el manteniment deficient, que augmenten el consum significativament, i per tant es recomana circular amb la menor càrrega possible, situant aquesta a l'interior del vehicle i efectuar controls de nivells i filtres per evitar consums excessius.

Les regles principals de la conducció eficient són les següents:
  • Circular sempre a baixes revolucions amb la marxa més llarga possible
  • Mantenir constant la velocitat de circulació
  • Canviar de velocitats en règims baixos, entre 2000 i 2500 rpm en motors de gasolina i entre 1500 i 2000 en motors dièsel
  • En processos de deceleració, canviar per a reduir la velocitat només quan siga estrictament necessari, sempre amb anticipació i previsió segons l'estat del trànsit
  • Si circulem fent ús del frenatge motor, el consum és nul mentre la velocitat del motor siga superior a unes 1200 rpm
Altres pràctiques que afavorixen un millor rendiment del vehicle són arrancar el motor sense prémer l'accelerador, iniciant la marxa immediatament en els motors gasolina, i esperant uns segons en el cas dels motors dièsel. Es recomana canviar a 2ª velocitat quan el vehicle haja recorregut uns 5 metres, o als dos segons d'haver engranat primera velocitat, passant a tercera velocitat a partir d'uns 30 km/h, a 4ª a partir d'uns 40 km/h, i a cinquena a partir d'uns 50 km/h, sempre que aquest darrer canvi no implique baixar de 1500 rpm. Després dels canvis es modificarà el nivell d'accelerador per obtenir el comportament desitjat amb suavitat, evitant grans acceleracions.

Els salts entre velocitats afavorixen un menor consum, encara que només es poden efectuar quan l'estat i la velocitat del trànsit ho permeten. En cas d'estar circulant en segona a una velocitat similar a la del trànsit precedent, canviarem a quarta si el motor es troba en el règim de canvi, mentre que si no hi ha trànsit o aquest circula amb fluïdesa canviarem a tercera fins adequar la velocitat a la del trànsit, i posteriorment canviarem a cinquena velocitat. Com es pot observar en la següent gràfica, la velocitat del vehicle és proporcional a la del motor en cada marxa (cliqueu per ampliar-la):
Si la situació no permet progressar en els canvis, continuarem en segona fins que el motor arribe al règim de canvi, on passarem a tercera. Posteriorment, si la situació ho permet, passarem a marxes llargues amb rapidesa per tal d'estalviar carburant.

L'ús del fre motor està recomanat, ja que aquest anul·la el consum del vehicle, limitant l'ús del fre a l'ajust puntual de la velocitat i a la detenció total. La seqüència de deceleració eficient és la següent:
  1. Deixar d'actuar sobre l'accelerador
  2. Aprofitar l'inèrcia del vehicle per a circular amb una marxa engranada (fre motor), ajustant la marxa segons la força de retenció necessària.
  3. Utilitzar el fre per a corregir la velocitat en situacions puntuals.
Per tal de mantenir aquest ritme de circulació és necessari anticipar-se al trànsit i mantenir una distància de seguretat suficient, observant en tot moment les accions dels vehicles precedents. Cal dir que moderar la velocitat ajuda a augmentar la seguretat i també a disminuir el consum, i per tant és recomanable circular a velocitats constants i moderades.

En el transcurs de maniobres d'una perillositat considerable, com incorporacions o adelantaments es prioritzarà la seguretat front a la eficiència, reduïnt la marxa per tal de revolucionar més el motor i obtenir una major acceleració. En aquest apartat cal dir que realitzar adelantaments per avançar pocs llocs no reduïx significativament el temps del trajecte, però causa consums elevats i compromet la seguretat de la circulació en la via.