Mecanismos y Mecanismos y máquinasmáquinas

Nombre: Ignacio Melchor Conde

Curso: 3ºE.S.O.-C

Fecha: 24 de febrero de 2008

SupermáquinasSupermáquinas

Una máquina es un conjunto de elementos que interactúan entre sí y que es capaz de realizar un trabajo o aplicar una fuerza. Los elementos que constituyen las máquinas se llaman mecanismos.

PalancasPalancasLa palanca es una máquina simple. Es una

máquina porque es capaz de multiplicar la fuerza y es simple porque está compuesta por muy pocos elementos.

La ley de la palanca:

Cuando una palanca está en equilibrio, se cumple que:

La fuerza por su brazo es igual a la resistencia por su brazo.

F·BF=R·BR

Tipos de palancasTipos de palancas

Según la posición relativa de la fuerza, de la resistencia y del punto de apoyo, las palancas se clasifican en tres tipos:

– Palanca de primer grado: el punto de apoyo está entre la fuerza y la resistencia.

– Palanca de segundo grado: la resistencia está entre el punto de apoyo y la fuerza. Estas palancas tienen ventaja mecánica.

– Palanca de tercer grado: La fuerza está entre el punto de apoyo y la resistencia. Estas palancas tienen desventaja mecánica.

Poleas y polipastosPoleas y polipastos

• La polea es una rueda con una hendidura en la llanta por donde se introduce una cuerda.

Las poleas sirven para elevar cargas con más comodidad porque cambian la dirección de la fuerza.

• Un polipasto es un conjunto de poleas combinadas de tal forma que puedo elevar un gran peso haciendo muy poca fuerza.

TornoTorno

Un torno es un cilindro que consta de una manivela que lo hace girar, de forma que es capaz de levantar pesos con menos esfuerzo.

Es una palanca cuyo punto de apoyo es el eje del cilindro y los brazos son la barra de la manivela y el radio del cilindro.

F·BF=R·BR

Plano inclinado, cuña y tornilloPlano inclinado, cuña y tornillo• El plano inclinado es una rampa que sirve

para elevar cargas con menos esfuerzos.F=R·ª/b• La cuña es un plano inclinado doble.• El tornillo es un plano inclinado, pero

enrollado sobre un cilindro.

Mecanismos de transmisiónMecanismos de transmisión

Cundo arrancamos el motor de un coche, para que se mueva el motor es necesario comunicar el movimiento del motor a las ruedas. Y esto se hace con mecanismos de transmisión. Los más importantes son:

• Transmisión por engranajes: los engranajes son ruedas dentadas y engarzan unas con otras.

• Transmisión por correa: la correa conduce el movimiento de una polea a otra.

• Transmisión por cadena: los eslabones de una cadena se acoplan a los dientes de una rueda

Transmisión por engranajesTransmisión por engranajesEl número de dientes de un engranaje se

representa por la letra Z.

La rapidez con la que giran los engranajes se mide con la velocidad angular, que se representa con w y se mide en revoluciones por minuto (rpm).

Z1·1=Z2·2

Transmisión por correaTransmisión por correaLa ecuación que relaciona el movimiento de

dos poleas unidas por una correa es:

1·1=2·2 : diámetro : velocidad angular

La transmisión por correas es más silenciosas que la transmisión por engranajes, pero la correa puede patinar cuando quieres transmitir mucho esfuerzo.

Transmisión por cadenaTransmisión por cadenaSe cumple la ecuación de equilibrio de la

transmisión por engranajes:

Z1·1=Z2·2 Z: dientes : velocidad angular

Tornillo sin fin y ruedaTornillo sin fin y ruedaEs otra forma de transmisión de movimientos

pero entre ejes que son perpendiculares entre sí.

La rosca del tornillo engrana con los dientes del engranaje. Cada vuelta de tornillo la rueda dentada avanza un diente.

El sistema no funciona a la inversa, la rueda no puede mover al tornillo porque se bloquea.

Relación de transmisiónRelación de transmisiónLa relación de transmisión es el cociente de las

velocidades de los dos elementos que se mueven y se representa por r.

r=conducida/motriz

La velocidad motriz es la del elemento que acciona el mecanismo, y la conducida, la del elemento que recibe el movimiento.

Cuando la velocidad conducida es mayor que la motriz, se dice que el sistema es multiplicador de velocidad. Si es al contrario, se dice que es reductor de velocidad.

Trenes de mecanismosTrenes de mecanismosLos trenes de mecanismos son la unión de

varios mecanismos simples.• Sistema de transmisión reductor: para unir un

sistema de poleas a un sistema de engranajes, es necesario que una polea y un engranaje estén en el mismo eje y giren a la misma velocidad; es decir, que sean solidarios.

• Tren de poleas: cuando queremos reducir la velocidad de un motor, se puede hacer con varias poleas unidas con correa.

• Tren de engranajes: si queremos aumentar la velocidad de un mecanismo se utilizan varios engranajes o poleas acoplados, pasando de mayor a menor.

Mecanismos de transformaciónMecanismos de transformaciónLos mecanismos de transformación son los que

cambian el tipo de movimiento, de lineal a circular, o a la inversa, y de alternativo a circular, o inversa. Los más importantes son:

Piñón cremallera y husillo-tuerca: para transformaciones de movimiento circular en lineal o lineal a circular.

Biela-manivela, excéntrica, cigüeñal y leva: para transformaciones de movimiento circular en alternativo.

Piñón cremalleraPiñón cremalleraEs un sistema compuesto por un engranaje,

llamado, piñón, y una barra dentada. Los dientes del piñón engranan en los de la barra, de forma que un movimiento de giro del piñón produce un desplazamiento lineal de la barra. También puede funcionar a la inversa.

Husillo-tuercaHusillo-tuercaEstá compuesto de un eje roscado (husillo) y

una tuerca con la misma rosca que el eje. Si se gira la tuerca, esta se desplaza linealmente sobre el husillo; y al revés, si giro el husillo, también se desplaza la tuerca.

Biela-manivelaBiela-manivelaEs un mecanismo compuesto de dos barras

articuladas, de forma que una gira y la otra se desplaza por una guía. La barra que gira se llama manivela, y la otra, biela. Este sistema transforma un movimiento circular en un movimiento alternativo o de vaivén.

ExcéntricaExcéntricaConvierte el movimiento circular en alternativo y

a la inversa.

La excéntrica es una rueda que tiene una barra rígida unida en un punto de su perímetro.

El cigüeñalEl cigüeñalEs un sistema que transforma simultáneamente

un movimiento de giro en varios movimientos alternativos.

El cigüeñal es un sistema compuesto por la unión de múltiples manivelas acopladas a sus correspondientes bielas.

Leva y seguidorLeva y seguidorLa leva transforma un movimiento de giro en un

movimiento lineal alternativo.

La leva es un dispositivo que al girar es capaz de accionar un elemento al que no está unido y moverlo de forma alternativa.

Las máquinas térmicasLas máquinas térmicasLas maquinas que transforman la energía

térmica en energía mecánica se denominan máquinas térmicas.

Las máquinas térmicas, según la forma de realizar la combustión del combustible, pueden ser de dos tipos:

• De combustión externa: el combustible se quema fuera del motor, como la máquina de vapor.

• De combustión interna: el combustible se quema dentro de la máquina, como en el motor de un coche.

Combustión externa: la Combustión externa: la máquina de vapormáquina de vapor

La máquina de vapor de Watt se hizo muy popular gracias al tren, a los barcos de vapor y a multitud de máquinas que sustituyeron el trabajo manual. Aparecieron nuevas profesiones: mineros, mecánicos, etc., con lo que emergió la clase obrera.

Combustión internaCombustión internaLos motores de combustión interna son más

eficientes porque el calor se produce dentro de la máquina y hay menos pérdidas de energía.

• El motor de cuatro tiempos

El más utilizado es el motor de cuatro tiempos, que es el que usan la mayoría de los coches. Para que un motor genere energía necesita el combustible y el aire.

Se llama de cuatro tiempos porque tiene cuatro fases bien diferenciadas.

1. Admisión: La válvula de admisión se abre; entran el aire y el combustible en el cilindro.

2. Compresión: Al subir el pistón, se cierran las válvulas y se comprime la mezcla.

3. Expansión: Cuando la mezcla está muy comprimida, la bujía lanza una chispa que hace explotar la mezcla

4. Escape: Se abre la válvula de escape y, al subir el pistón, expulsa los gases producidos en la combustión.

• El motor de dos tiempos

Es un motor más sencillo que se utiliza mucho en las motos. Al igual que el de cuatro tiempos, tiene que admitir combustible, comprimirlo, explotar y expulsar los gases, pero lo hace en dos fases en un solo cilindro:

1. Compresión-explosión: el pistón sube y se comprime la mezcla. Cuando está arriba la bujía provoca la explosión de la mezcla.

2. Escape-compresión: Cuando el pistón está abajo, salen por el escape los gases procedentes de la anterior combustión y, al mismo tiempo, entra por la lumbrera de admisión la mezcla de aire y gasolina.

A pesar de que se les pone aceite para eliminar el rozamiento, los cilindros y los pistones se calientan, por lo que hay que refrigerarlos .

• Los motores diéselEn los motores diésel se usa el gasoil y no

tiene bujía. La mezcla del aire y el combustible se comprime tanto que alcanza los 600 ºC, temperatura a la que explota la mezcla sin necesidad de la chispa de la bujía.

Motores para volarMotores para volarHace 200 años los hermanos Montgolfier

construyeron el primer globo aerostático, que vuela gracias al aire caliente que lo hace ascender. Pero el primer avión con motor que logró despegar se debe a los hermanos Wright en el año 1903.

Un reactor es un motor que se basa en el principio de acción-reacción.

• Cohete: es un reactor que lleva en un tanque el combustible y en el otro el comburente, normalmente es el oxígeno.

Los gases al calentarse se dilatan y salen a gran velocidad. Cuanta más velocidad de salida tengan los gases producidos por la combustión más velocidad tendrá el cohete. Se cumple que:

mgas·vgas=mcohete·vcohete

Motores de avionesMotores de avionesHay dos tipos de motores de aviones:– Turborreactor, turbofan y turbohélice. Tienen

una turbina compresora y se utilizan en los aviones comerciales.

– Estatorreactor y pulsorreactor. No llevan turbina y se utilizan en aviones experimentales no comerciales.

• Turborreactor: en estos motores, el aire entra aspirado por las hélices de un compresor. En la cámara de combustión, el oxígeno del aire que entra comprimido reacciona con el queroseno. Los gases a las altísimas temperaturas de combustión, se expanden y

salen por la parte posterior a gran velocidad.

• Turbofan (ventilador): estos motores son los que utilizan la mayoría de los aviones comerciales. La gran ventaja es que es silencioso.

• Turbopropulsor (o turbohélice): es muy parecido al turborreactor. La diferencia está en que la parte posterior hace girar no solo al compresor, sino a una hélice.

• Estatorreactor: Consiste en un tubo abierto por los dos extremos. El aire entra a altas velocidades, y reacciona con el combustible. Los gases se expanden y de esta forma salen por la parte posterior a gran velocidad.

Ventajas: tiene poco peso y es silencioso.

Inconveniente: si la velocidad no es muy alta, los gases pueden retroceder hacia delante.

• Pulsorreactor: para mejorar el inconveniente del motor anterior se instalan unas válvulas que permiten la entrada del aire y se cierran cuando explota la mezcla.

Espero que hayáis aprendido mucho con esta presentación de mecanismos y máquinas.

Un saludo.