Máquinas Simples y Mecanismos de Transmisión: Fundamentos de Ingeniería Mecánica
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Conceptos Fundamentales de Mecánica Aplicada
I. Las Palancas: Principio de Funcionamiento
Una palanca se define como una barra rígida que gira alrededor de un punto de apoyo fijo.
Clasificación de las Palancas
- Palanca de 1.er Grado: El punto de apoyo está situado entre la fuerza aplicada y la resistencia a vencer.
- Palanca de 2.º Grado: La resistencia se encuentra entre el punto de apoyo y el punto donde se aplica la fuerza.
- Palanca de 3.er Grado: La fuerza aplicada se sitúa entre el punto de apoyo y la resistencia.
II. Sistemas de Elevación y Poleas
La Polea
Una polea es una rueda acanalada que gira sobre un eje fijo. Se utiliza para cambiar la dirección de la fuerza aplicada.
El Polipasto
Un polipasto es una combinación de poleas fijas y móviles, diseñada para reducir significativamente el esfuerzo necesario para levantar cargas.
- Poleas Fijas: Su función principal es cambiar el sentido de la fuerza aplicada. Es importante notar que una polea simple (fija) no divide la fuerza a la mitad; esto lo hacen las combinaciones de poleas móviles.
El Torno
El torno es un cilindro que incorpora una manivela para hacerlo girar. Este mecanismo permite levantar pesos con un esfuerzo considerablemente menor. Puede ser conceptualizado como una aplicación práctica de una palanca de 1.er grado.
III. Máquinas Simples Derivadas del Plano Inclinado
Plano Inclinado
El plano inclinado es esencialmente una rampa que facilita la elevación de cargas, permitiendo realizar el trabajo con menores esfuerzos que si se levantara verticalmente.
Cuña
La cuña puede considerarse como un plano inclinado doble. La fuerza aplicada perpendicularmente a su base se transmite y multiplica a través de sus caras inclinadas.
Tornillo
El tornillo es la representación de un plano inclinado que ha sido enrollado sobre la superficie de un cilindro.
IV. Mecanismos de Transmisión de Movimiento
Transmisión por Engranajes
Para que dos ruedas dentadas (engranajes) engranen correctamente entre sí, es indispensable que el tamaño de los dientes de cada una sea igual.
Transmisión por Correa
Es un mecanismo que utiliza una correa flexible para conducir el movimiento rotatorio de una polea a otra.
Transmisión por Cadena
Este sistema se compone de una cadena que conecta y transmite el movimiento entre ruedas dentadas específicas.
Tornillo sin Fin y Rueda
Esta es otra configuración de transmisión de movimientos, utilizada específicamente cuando los ejes de los elementos que se mueven son perpendiculares entre sí.
Relación de Transmisión
La relación de transmisión (representada por $r$) se define como el cociente entre las velocidades angulares de los dos elementos que están en movimiento relativo.
V. Mecanismos de Conversión de Movimiento
Excéntrica
Una excéntrica es una rueda que posee una barra rígida unida a un punto situado en su perímetro, lo que permite convertir el movimiento rotatorio en otro tipo de movimiento lineal o alternativo.
Cigüeñal
El cigüeñal es un sistema mecánico complejo compuesto por la unión de múltiples manivelas acopladas a sus correspondientes bielas, fundamental para convertir el movimiento alternativo en rotatorio (o viceversa).
VI. Motores Térmicos
Motor de 4 Tiempos
Para que un motor de combustión interna genere energía, requiere la mezcla adecuada de combustible y aire. Se denomina de 4 tiempos debido a las cuatro fases bien diferenciadas que componen su ciclo operativo:
- Admisión
- Compresión
- Explosión (o Expansión)
- Escape
Motores de Aviación
Existen principalmente dos categorías de motores utilizados en aeronáutica:
Motores de Turbina (con turbina compresora)
- Turbojet, Turbofan y Turbohélice: Estos sistemas incorporan una turbina compresora y son utilizados predominantemente en aviones comerciales modernos.
Motores de Reacción Pura (sin turbina compresora)
- Estatorreactor (Ramjet) y Pulsorreactor (Pulsejet): No llevan turbina compresora y su uso se restringe, en gran medida, a aviones experimentales o aplicaciones no comerciales.