Mecanismos

Mecanismos y Máquinas Tema 3 Nerea López Carrasco, 3ºESO-A

¿Qué es una máquina?

Una máquina es un conjunto de elementos que realizan un trabajo o aplican una fuerza, interactuando entre sí.

Estos elementos son los mecanismos.

Palancas

Es una máquina simple.

Una máquina porque puede multiplicar la fuerza; y simple porque la componen pocos elementos(barra rígida y punto de apoyo)

La fuerza ejercida(F1) por su distancia al punto de apoyo (B1) es igual a la resistencia ( R) por su distancia al punto de apoyo(B2) Ley De La Palanca: F1xB1=RxB2

La fuerza y la resistencia se miden en Newton(N)

Tipos de palancas

Hay tres tipos según la posición de: la fuerza, la resistencia y la distancia al punto de apoyo.

Primer Grado: punto de apoyo entre la fuerza y la resistencia. La fuerza es mayor, menor o igual que la resistencia, según la longitud de los brazos.

Segundo Grado: resistencia entre el punto de apoyo y la fuerza. Tienen ventaja mecánica(poca fuerza vence gran resistencia)

Tercer Grado: fuerza entre punto de apoyo y resistencia. Tienen desventaja mecánica(mucha fuerza vence poca resistencia)

Palancas articuladas

Consisten en el enlace de varias palancas con uniones móviles, que forman mecanismos complejos con funciones complicadas. Ej.: vehículo elevador, cuerpo humano.

Poleas y polipastos

La polea: es una rueda con una hendidura en la llanta, por la que se pasa una cuerda o una correa.

-Elevan cargas más cómodamente: Cambian la dirección de la fuerza.

Polipasto: conjunto de poleas combinadas que elevan un gran peso haciendo muy poca fuerza.

-Formado por: polea fija y otra móvil. La polea fija gira cuando se tira de la cuerda y la polea móvil gira y se desplaza hacia arriba.

- Dividen la fuerza para elevar una carga.

Torno

Es un cilindro compuesto de una manivela que lo hace girar, levantando pesos con poco esfuerzo.

La manivela gira al aplicar fuerza, la cuerda se enrrolla en el cilindro, la carga sube.

Es una palanca: eje del cilindro(p.apoyo); barra de la manivela y radio del cilindro (brazos) F x Bf = R x Br

Longitud manivela > radio torno = Fuerza que hacemos < resistencia

Plano Inclinado

Una rampa que eleva cargas con menos esfuerzo.

Rampa menos inclinada=Menor fuerza, pero mayor distancia a recorrer.

Fórmula: F = R x (a:b) Donde F es fuerza, R resistencia, a altura de la rampa y b longitud de la misma. (Aunque no se cuenta con el rozamiento)

Cuña

Es un plano inclinado doble. La fuerza que se aplica es perpendicular a la base y se transmite multiplicada a las caras de la cuña.

La fuerza aumenta cuanta mayor longitud tienen las caras y menor longitud tiene la base.

Tornillo

Es un plano inclinado enrrollado sobre un cilindro.

Al aplicar presión y enrroscar se multiplica la fuerza aplicada. Cada “filete” de la rosca hace de cuña y se introduce en el material.

Mecanismos de Transmisión

- Aquellos que comunican el movimiento de un componente de una máquina a otro.

TRANSMISIÓN POR ENGRANAJES

-Ruedas dentadas que para engranarse deben tener el mismo tamaño de dientes.

-Mayor Nº de dientes (Z) = Menor velocidad (w (omega)) (que otro con menos dientes)

- La velocidad se mide en rpm(revoluciones por minuto).

-Fórmula: Z1 x W1 = Z2 x W2

-Los dientes de los engranajes no deslizan entre sí.

TRANSMISIÓN POR CORREA

-Mecanismo compuesto por una correa que conduce el movimiento entre dos poleas. Las hendiduras de éstas son iguales y la tensión es la adecuada.

-Menor tamaño=mayor velocidad

-Fórmula: d1 * w1 = d2 * w2 (d=diámetro; w=velocidad)

-Es más silenciosa que la transmisión por engranajes. Pero la correa puede patinar, aunque a veces esto es positivo.

TRANSMISIÓN POR CADENA

- Mecanismo compuesto por una cadena y ruedas dentadas.

-Fórmula: Z1 *W1=Z2 * W2 (Z=nº dientes; W=velocidad)

TORNILLO SIN FIN Y RUEDA

-Transmisión de movimientos entre ejes perpendiculares entre sí.

-La rosca del tornillo engrana con los dientes del engranaje. Cada vuelta del tornillo la rueda avanza 1 diente.

-La rueda no podría mover al tornillo, se bloquearía.

RELACIÓN DE TRANSMISIÓN

-Al transmitir un movimiento se transmite energía y esta se usa para elevar cargas o mover otro mecanismo.

-La relación de transmisión es el cociente entre las velocidades de los 2 elementos que se mueven, se representa por r: r= Wconducida : Wmotriz

-La velocidad motriz es del elemento que acciona el mecanismo; la conducida del elemento que recibe el movimiento.

-Wconducida > Wmotriz = multiplicador de velocidad.

-Wconducida < Wmotriz = reductor de velocidad.

Trenes de Mecanismos

Son la unión de mecanismos simples.

SISTEMA DE TRANSMISIÓN REDUCTOR

-Unión de un sistema de poleas a uno de engranajes.

-Una polea y un engranaje han de estar en el mismo eje y giran a la mismma velocidad: solidarios

-Velocidad de elementos conducidos(grandes) < elementos motrices (pequeños)

Tren de Poleas

Unión de varias poleas con una correa usada para reducir la velocidad de un motor.

Se transmite el movimiento del eje de la polea 1 al de la polea 2, y del 2 a la 3, reduciédose la velocidad(w) cada vez. W1< W2; W2<W3

La energía transmitida es la misma a cada elemento es la misma.Se reduce la velocidad y aumenta la fuerza. El eje 3 es el más lento, pero el más fuerte, capaz de elevar más peso.

Tren de Engranajes

Unión de engranajes o poleas acoplados, de menor a mayor tamaño, que aumentan la velocidad de un mecanismo.

El engranaje más pequeño tiene el movimiento más rápido.

La energía mecánica es igual para todos los elementos del mecanismo. El que gira más rápido tiene menos fuerza en su eje; el que gira más despacio tiene más fuerza.

Mecanismos de Transformación

Cambianel tipo de movimiento: de lineal a circular, o viceversa; y de alternativo a circular, o viceversa.

PIÑÓN CREMALLERA:

-Transforma mov. Circular en lineal o lineal en circular.

-Sistema compuesto por: engranaje (piñón) y barra dentada.

-Los dientes del piñón engranan en los de la barra. El mov. Circular del piñón produce mov. Lineal de la barra.

HUSILLO TUERCA:

-Compuesto por un eje roscado(husillo) y una tuerca en la misma rosca que el eje.

-Se gira la tuerca y esta se desplaza linealemente sobre el husillo. Y al revés.

Mecanismos de Transformación de Movimiento Circular a Alternativo

BIELA-MANIVELA:

-Mecanismo compuesto de dos barras articuladas. Una gira( manivela ) y la otra se desplaza( biela ) por una guía.

-Transforma mov.circular en alternativo ode vaivén.

- La manivela gira, la unión biela-manivela se abre, empuja la barra.

Cuando están alineadas, alcanzan el máx.desplazamiento.

La manivela sigue girando, la biela se inclna, la barra retrocede.

La biela se superpone a la biela, se invierte el mov. lienal.

EXCÉNTRICA:

- Convierte mov. Circular en alternativo, y viceversa.

-Es una rueda con una barra rígida unida en un putno de su perímetro .

(Como una manivela cricular, funciona igual que la biela-manivela)

EL CIGÜEÑAL:

-Sistema que transforma un mov.de giro en varios mov. Alternativos.

-Compuesto por: unión de múltiples manivelas acopladas a sus correspondientes bielas.

LEVA Y SEGUIDOR:

-Transforma un mov.de giro en un mov.lineal alternativo.

-Dispositivo que al girar acciona un elemento al que no está unido y lo mueve de forma alternativa.

-Leva tiene forma ovoide; el seguidor,rectangular.

Máquinas Térmicas

Transforman energía térmica en energía mecánica.

Según cómo realicen la combustión del combustible pueden ser:

-De Combustión Externa:el combustible se quema fuera del motor. Máquina de vapor.

-De Combustión Interna:el combustible se quema dentro de la máquina. Motor de un coche.

COMBUSTIÓN EXTERNA: MÁQUINA DE VAPOR.

-La máquina de vapor de Watt se empleó en trenes, barcos de vapor y máquinas que sustituyeron el trabajo manual.

-Aparecen nuevas profesiones (mineros...)Aparece la clase social obrera.

Funcionamiento:

-Caldera. La ebullición del agua genera vapor a presión.

-Se mueve un pistón que activa un sistema biela-cigüeñal y transforma el mov.del émbolo de vaivén en circular.

-Condensador. Agua de regrigeración condensa el vapor, produciéndo vacío.

COMBUSTIÓN INTERNA:

-Los motores de combustión interna son más eficientes porque el calor se produce dentro de la máquina y hay menos pérdidas de energía.

Motor de Cuatro Tiempos:

-Es el más utilizado(usado en los coches)

-Para generar energía necesita: combustible y aire(que tiene oxígeno que quema el combustible)

-Tiene 4 fases:

1.Admisión - La válvula de admisión se abre, entra aire y combustible en el cilindro.Baja el pistón, se hace el vacío.

2.Compresión - Pistón sube.Se cierran las vávulas y se comprime la mezcla(gasolina y aire). La 1ª vez que sube el pistón lo ayuda el motor de arranque. Luego por giro del cigüeñal.

3. Explosión- La mezcla comprimida explota, por la chispa de la bujía. Los gases muy calientes se expanden y bajan el pistón.

4. Escape- Se abre la válvula de escape y se expulsan los gases de la combustión, al subir el pistón, por esa válvula. Los gases pasan al tubo de escape que los expulsa al exterior.

Vuelve a empezar el ciclo.

MOTOR DE DOS TIEMPOS:

-Más secillo. Utilizado, por ej. en motos.

-Hace lo mismo que el motor de 4 tiempos, pero en 2 fases en un solo cilindro:

1.Compresión-Explosión: Pistón sube y comprime la mezcla. Arriba se enciende la bujía provocando la explosión de la mezcla. Los gases muy calientes se expanden y bajan el pistón son mucha energía.

2. Escape-Compresión: Con el pistón abajo, los gases de la combustión escapan por la lumbrera, y a la vez entra la mezcla de aire y gasolina por otra lumbrera. Vuelve a repetirse el ciclo.

-Hay que refrigerar los cilindros y los pistones. En las motos son visibles la rejillas de ventilación.

MOTOR DIÉSEL:

-Su combustible es gasoil.

-No tienen bujía.

-La mezcla de aire+combustible se comprime tanto que alcanza los 600ºC, la mezcla explota sin bujía.

Motores para volar

-Los inventos de Leonardo da Vinci para que volasen las máquinas fracasaron. Los hermanos Montgolfier lo lograron, construyendo el 1er globo aerostático. El 1er avión con motor que despegó fue de los hrmns. Wright en 1903.

PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN:

-Es aquel por el cual: Al aplicar una fuerza sobre un elemento, dicho elemento “responde” a esa fuerza haciendo sobre el que la aplicó la fuerza contraria.

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

COHETE:

-Es un reactorque tiene un tanque con combustible y otro con corburente, sustancia que reacciona con el combustible para provocar la combustión, (oxígeno).

-Los gases se calientan, se dilatan y salen a gran velocidad.

Mayor velocidad de salida de los gases= mayor velocidad del cohete.

m gas * v gas = m cohete * v cohete (m=masa,v=velocidad)

MOTORES DE AVIONES:

-Hay 2 tipos de motores:

-Turborreactor, turbofán y turbohélice. Con una turbina compresora (utilizados en aviones comerciales)

-Estratorreactor y pulsorreactor. No llevan turbina (utilizados en aviones experimentales no comerciales)

Turborreactor

-Entra aire aspirado por las hélices de un compresor. En la cámara de combustión: oxígeno (corburente) comprimido reacciona con el queroseno(combustible). Los gases muy calientes se expanden y salen por detrás a gran velocidad. Impulsan el avión hacia delante. Al salir giran una turbina, que gira el compresor: entra más aire del exterior.

Turbofán:

-Motores de aviones comerciales.Ventaja: muy silencioso.

-El ventilador(fan) tiene dos efectos: Ventilador refrigera el turborreactor. Mayor avance del avión(empuje ventilador+salida de gases).

Turbopropulsor (o turbohélice):

-Muy parecido al turborreactor. Diferencia:turbina posterior hace girar al compresor y a una hélice delantera exterior.

-Propulsión por: salida de gases por parte posterior(con poca velocidad) y empuje de la hélice.

Turbohélice

Turbofan

Estatorreactor:

-Consiste en: un tubo abierto por los 2 extremos.

-Propulsión por: Oxígeno entra por delante, reacciona con el combustible. Los gases se expanden por el calor de la combustión, iniciada por la chispa de la bujía; salen por la parte posterior a gran velocidad, impulsando el avión.