Componentes Clave en Ingeniería Mecánica: Transmisión y Gestión de Energía

Conceptos Fundamentales: Eje y Árbol

En ingeniería mecánica, es crucial comprender la distinción entre un eje y un árbol, dos componentes esenciales en la transmisión de movimiento y energía.

Eje

• Desde el punto de vista físico, un eje es una línea recta alrededor de la cual gira un cuerpo. Sirve de apoyo para piezas de rotación, pero no transmite potencia directamente.

Árbol

• Un árbol es un elemento mecánico que, por giro, transmite energía. Sobre él se montan componentes como poleas y engranajes.
• Se montan mediante chavetas, que son uniones desmontables.
• Existen cuatro tipos principales de árboles:
  • Rectos
  • Estriados
  • Acodados (como el cigüeñal)
  • Flexibles

Acoplamientos entre Árboles

Los acoplamientos son dispositivos que conectan dos árboles, permitiendo la transmisión de movimiento y potencia. Se clasifican según su rigidez y capacidad de compensar desalineaciones.

Tipos de Acoplamientos

• Rígidos: Transmiten el movimiento sin permitir desalineaciones.
  • Ejemplos: Acoplamiento Seller, bridas de platillos, manguitos.
• Elásticos: Permiten pequeñas desalineaciones y absorben vibraciones.
  • Ejemplo: Periflex.
• Móviles: Diseñados para transmitir movimiento entre árboles con desalineaciones significativas o variables.

  • Junta Cardán

    Se utiliza para transmitir movimiento entre dos árboles no alineados. Su principal inconveniente es que, si los árboles no están perfectamente alineados, la velocidad de las dos uniones no es la misma, provocando oscilaciones.

  • Junta Homocinética

    Funciona de manera similar a la junta Cardán, pero está diseñada para transmitir un movimiento de rotación uniforme, sin provocar oscilaciones en la velocidad angular, incluso con ángulos de desalineación.

  • Junta Oldham

    Se emplea para transmitir movimiento entre dos árboles paralelos, separados por una distancia muy pequeña.

  • Manguito Deslizante

    Permite que el árbol pueda variar su longitud axialmente, compensando expansiones o contracciones.

Acumuladores de Energía

Los acumuladores de energía son componentes que almacenan energía mecánica para liberarla cuando sea necesario, contribuyendo a la regularidad del movimiento.

Volante de Inercia

• Es un disco macizo, generalmente de fundición, que se monta en un eje. Su función principal es garantizar un giro regular del sistema, absorbiendo y liberando energía cinética para suavizar las fluctuaciones de velocidad.

Elementos Disipadores de Energía

Los elementos disipadores de energía son cruciales para controlar o detener el movimiento de una máquina, transformando la energía mecánica en otras formas de energía, como calor.

Freno Eléctrico

• Está formado por un disco de aluminio que gira entre dos polos de un electroimán.
• Cuando se hace pasar corriente eléctrica por el electroimán, se genera un campo magnético que induce corrientes parásitas en el disco, provocando una fuerza de frenado que lo detiene.
• Este tipo de freno se usa comúnmente en vehículos pesados, como camiones, debido a su eficiencia y durabilidad.

Cojinetes y Rodamientos: Fundamentos y Tipos

Los cojinetes y rodamientos son componentes esenciales que permiten el movimiento relativo entre piezas, reduciendo la fricción y soportando cargas.

Cojinetes de Fricción

• Son la pieza o conjunto de piezas sobre las que se soporta y gira el árbol transmisor de movimiento giratorio de una máquina.
• Son cilindros huecos por donde pasa el árbol o eje.
• Se fabrican de un material más blando que el del árbol con la finalidad de que se desgaste primero, protegiendo así el eje.
• Dependiendo de la dirección de la carga, se fabrican dos tipos de cojinetes de fricción:
  • Axiales: Soportan cargas en la dirección del eje.
  • Radiales: Soportan cargas perpendiculares al eje.

Rodamientos

• Son cojinetes formados por dos cilindros concéntricos (uno fijo al soporte y el otro al eje).
• Entre ambos se interponen rodillos o bolas que permiten que giren libremente, reduciendo significativamente las pérdidas de energía por fricción.
• Dependiendo del tipo de esfuerzo al que estén sometidos, se clasifican en:
  • Radial: Soportan esfuerzos principalmente perpendiculares al eje. Ejemplo: Rodamientos de rueda en bicicletas.
  • Axial: Soportan esfuerzos en el sentido longitudinal del eje. Pueden ser de bola o de rodillo.
  • Mixto: Soportan esfuerzos tanto radiales como axiales. Sus pistas suelen tener forma de cono para distribuir las cargas.