Fundamentos de Estructuras y Mecanismos: Principios y Tipos Esenciales

Fundamentos de Estructuras

Definición de Estructura

Una estructura es un conjunto de elementos de un cuerpo destinados a soportar peso, dar forma y mantener los demás elementos en su lugar.

Tipos de Esfuerzos en Estructuras

Las estructuras están sometidas a diferentes tipos de esfuerzos:

• Compresión: Esfuerzo que tiende a aplastar o acortar un cuerpo. Ejemplo: Las patas de una silla.
• Flexión: Esfuerzo que tiende a doblar un cuerpo. Ejemplo: Una viga soportando peso.
• Torsión: Esfuerzo que tiende a retorcer un cuerpo. Ejemplo: El eje de un motor.
• Tracción: Esfuerzo que tiende a estirar o alargar un cuerpo. Ejemplo: Una lámpara colgando de un cable.

Clasificación de Estructuras

Las estructuras se pueden clasificar según su forma y material:

• Estructuras Masivas

  Se caracterizan por su gran cantidad de material y pocos huecos, ofreciendo una gran resistencia. Ejemplo: Templos griegos.

• Estructuras Abovedadas

  El uso del arco y la bóveda permitió cubrir grandes espacios y aumentar los huecos. A menudo se sujetan sin necesidad de cemento. Ejemplo: Catedrales góticas.

• Estructuras Entramadas

  Constituidas por hormigón o acero, unidas de forma rígida, formando un emparrillado. Son comunes en edificios de vivienda.

• Estructuras Colgantes

  Se basan en cables de los que cuelgan elementos, actuando como tirantes o tensores. Ejemplo: Puentes colgantes.

• Estructuras Trianguladas

  Son metálicas o de madera. Se utilizan en construcciones verticales y siempre que se necesite rigidez, resistencia y versatilidad. Ejemplo: Torres de alta tensión.

• Estructuras Neumáticas

  Son desmontables y ligeras. Contienen aire a presión que sujeta la estructura. Ejemplo: Carpas inflables.

• Estructuras Laminares

  Formadas por láminas finas con gran resistencia, que distribuyen las cargas por su superficie. Ejemplo: Carcasas de aviones.

Mecanismos y Transmisión de Movimiento

Mecanismos Fundamentales

Los mecanismos son dispositivos que transforman fuerzas y movimientos. Algunos de los más comunes incluyen:

• Biela-Manivela

  Mecanismo formado por una biela y una manivela, que transforma el movimiento circular en lineal alternativo y viceversa.

• Cigüeñal

  Conjunto de bielas conectadas a un eje. Transforma el movimiento lineal alternativo de las bielas en movimiento circular de rotación.

• Leva

  Rueda con forma asimétrica que empuja una pieza móvil llamada seguidor. El seguidor se mantiene en contacto constante con el perfil de la leva, lo que le permite generar un movimiento lineal alternativo en función de la forma de la leva.

• Excéntrica

  Rueda cuyo eje de giro no coincide con su centro. Transforma un movimiento circular en un movimiento lineal alternativo de una varilla.

• Tornillo Sin Fin

  Mecanismo formado por un tornillo que engrana con una rueda dentada o piñón, permitiendo grandes reducciones de velocidad.

• Engranajes

  Ruedas dentadas que transmiten movimiento entre ejes. En ciertos casos, pueden invertir el giro o modificar la velocidad.

• Cadena-Piñón

  Sistema formado por dos ruedas dentadas (piñones) conectadas por una cadena, utilizado para transmitir movimiento entre ejes distantes.

Transformación de Movimiento

Los mecanismos se utilizan para transformar un tipo de movimiento en otro:

• Movimiento Circular a Lineal

  • Piñón-Cremallera: Formado por un piñón conectado a una barra dentada (cremallera). Cuando el piñón gira, la cremallera se desplaza linealmente.
  • Sistema Tornillo-Tuerca: Formado por un tornillo o varilla roscada y una tuerca cuyo diámetro interior coincide con el del tornillo. El giro del tornillo provoca el desplazamiento lineal de la tuerca.
  • Sistema Manivela-Torno: Formado por un tambor o cilindro que gira alrededor de su eje, accionado por una manivela. Permite enrollar o desenrollar un cable.
  • Polea: Una rueda que gira alrededor de su centro, utilizada para cambiar la dirección de una fuerza o para ganar ventaja mecánica.
    • Polea Fija: Su eje está sujeto a una superficie. Cambia la dirección de la fuerza.
    • Polea Móvil: Conjunto de poleas en las que una está fija y la otra se desplaza linealmente, reduciendo la fuerza necesaria.
    • Polipasto: Es un tipo de asociación de poleas móviles y fijas, diseñado para multiplicar la fuerza aplicada.

• Movimiento Circular a Circular

  • Ruedas de Fricción: Sistema formado por dos o más ruedas que se encuentran en contacto, de tal forma que el giro de la rueda motriz provoca el movimiento de la arrastrada.
  • Poleas con Correa: Formado por dos poleas cuyos ejes suelen ser paralelos y que giran simultáneamente mediante la transmisión de movimiento de la polea motriz a la arrastrada a través de una correa.

Máquinas Simples

• Palanca

  Barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo (fulcro), utilizada para multiplicar la fuerza o la distancia.