Principios de Funcionamiento de Maquinaria: Mecanismos y Transmisión de Movimiento

¿Qué es una Máquina?

Una máquina es un artefacto capaz de aprovechar, transformar o regular la energía que recibe para producir un efecto deseado. Sus elementos fundamentales son: la estructura, el motor, el mecanismo, el circuito y los elementos de maniobra y control.

Mecanismos: Transmisores y Transformadores de Movimiento

Los mecanismos son los elementos o combinaciones de elementos que transmiten y transforman las fuerzas y los movimientos. Para su estudio, es esencial comprender los diferentes tipos de movimientos:

Tipos de Movimientos Mecánicos

• Lineal o rectilíneo
• Circular o giratorio (ej: aspas de molino)
• Lineal alternativo o de vaivén (ej: sierra de calar)
• Circular oscilante (ej: péndulo)

Clasificación de Mecanismos por Función

Según su función, los mecanismos se dividen en:

• Mecanismos que transmiten el movimiento.
• Mecanismos que transforman el movimiento, los cuales pueden ser de transmisión lineal o transmisión circular.

Mecanismos de Transmisión Lineal

Estos mecanismos incluyen:

• Palancas
• Poleas
• Polipastos

Palancas

Las palancas se clasifican según la posición de sus elementos:

• Primer género: El punto de apoyo está entre la fuerza y la resistencia (ej: balancín).
• Segundo género: La resistencia está entre el punto de apoyo y la fuerza (ej: carretilla de mano).
• Tercer género: La fuerza está entre el punto de apoyo y la resistencia (ej: caña de pescar).

Ley de Equilibrio de la Palanca

La ley fundamental que rige el equilibrio de una palanca es:

P × BP = R × BR

• P: Fuerza aplicada.
• BP: Brazo de la fuerza (distancia de la fuerza al punto de apoyo).
• R: Resistencia a vencer.
• BR: Brazo de la resistencia (distancia de la resistencia al punto de apoyo).

Nota importante: Cuanto mayor sea la distancia de la fuerza aplicada al punto de apoyo (BP), menor será la fuerza (P) necesaria para vencer la resistencia.

Recordatorio de conversión: 1 kgf ≈ 10 N

Poleas

Existen dos tipos principales de poleas:

• Fijas: Funcionan de manera similar a una palanca de primer género, donde la fuerza aplicada es igual a la resistencia (P = R).
• Móviles: Actúan como una palanca de segundo género. La relación es P × BP = R × BR. Si el brazo de la resistencia es la mitad del brazo de la fuerza (BP = 2 × BR), entonces P × 2BR = R × BR, lo que simplifica a P = R / 2. Esto significa que la fuerza necesaria es la mitad de la resistencia.

Polipastos

Un polipasto es un conjunto formado por varias parejas de poleas fijas y móviles. La fuerza necesaria para levantar una carga se calcula como:

P = R / (2^n), donde 'n' es el número de poleas móviles.

Ejemplo de Cálculo con Palanca

Problema: Calcula la fuerza que tendremos que hacer para levantar un armario de 150 kg con una palanca de longitud 1,2 m. Si la distancia entre el punto de apoyo y la carga es 20 cm.

Solución:

Primero, convertimos la masa a fuerza (peso): 150 kg × 10 N/kg = 1500 N (Resistencia R).

Convertimos la distancia a metros: 20 cm = 0,2 m (Brazo de la resistencia BR).

Asumimos que el brazo de la fuerza (BP) es la longitud total de la palanca menos el brazo de la resistencia: BP = 1,2 m - 0,2 m = 1 m.

Aplicamos la ley de equilibrio: P × BP = R × BR

P × 1 m = 1500 N × 0,2 m

P = (1500 N × 0,2 m) / 1 m

P = 300 N

Por lo tanto, la fuerza a aplicar es de 300 N.

Mecanismos de Transmisión Circular

Estos mecanismos permiten transferir movimiento de rotación entre ejes.

Ruedas de Fricción

Consisten en dos ruedas en contacto directo. La rueda motriz (donde se origina el movimiento) transmite el movimiento circular a la rueda conducida por rozamiento.

Nota: Para que dos ruedas giren en el mismo sentido, se intercala una tercera rueda "rueda loc") entre ellas.

La relación entre sus velocidades y diámetros se rige por la fórmula:

d1 × n1 = d2 × n2

• d1: Diámetro de la rueda 1.
• n1: Velocidad angular de la rueda 1.
• d2: Diámetro de la rueda 2.
• n2: Velocidad angular de la rueda 2.

Poleas y Correas

Este sistema utiliza dos poleas conectadas por una correa para transmitir el movimiento circular por rozamiento.

Nota: La ecuación para calcular la relación de velocidades es la misma que para las ruedas de fricción: d1 × n1 = d2 × n2. Para invertir el sentido de giro de la rueda conducida, se cruza la correa.

Engranajes

Los engranajes son ruedas dentadas que transmiten movimiento circular entre ejes cercanos mediante el engrane de sus dientes.

Relación de Transmisión (i)

Los sistemas de transmisión de movimientos permiten modificar la velocidad. La relación de transmisión (i) indica cómo cambia la velocidad:

i = Velocidad de la rueda conducida / Velocidad de la rueda motriz

• Si i > 1: El sistema es un multiplicador de velocidad.
• Si i = 1: La velocidad se mantiene constante.
• Si i < 1: El sistema es un reductor de velocidad.

La relación de transmisión también se puede calcular como:

• Para sistemas con poleas: i = Diámetro de la rueda motriz / Diámetro de la rueda conducida
• Para sistemas con engranajes: i = Número de dientes de la rueda motriz / Número de dientes de la rueda conducida