Tipos de Mecanismos: Palancas, Poleas, Engranajes y Máquinas Térmicas

Palancas

Las palancas son mecanismos simples que consisten en una barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo llamado fulcro. Se clasifican en tres tipos, según la posición relativa de la fuerza aplicada (F), la resistencia (R) y el punto de apoyo (PA):

• Primer grado: El punto de apoyo se encuentra entre la fuerza aplicada y la resistencia (F - PA - R). Ejemplos: remos, tijeras, grúa, balanza.
• Segundo grado: La resistencia se encuentra entre la fuerza aplicada y el punto de apoyo (F - R - PA). Ejemplos: carretilla, sacacorchos, cascanueces.
• Tercer grado: La fuerza aplicada se encuentra entre la resistencia y el punto de apoyo (R - F - PA). Ejemplos: pinzas, escoba.

En una palanca en equilibrio, el producto de la fuerza aplicada por su brazo de palanca es igual al producto de la resistencia por su brazo de palanca (F · BF = R · BR).

Poleas, Polipastos y Tornos

• Polea: En una polea simple, la fuerza aplicada es igual a la resistencia (F = R).
• Polipasto: En un polipasto, la fuerza aplicada es igual a la resistencia dividida por el doble del número de poleas móviles (F = R / 2n).
• Torno: En un torno, el producto de la potencia (P) por el brazo de la potencia (Bp) es igual al producto de la resistencia (R) por el radio del tambor (BR) (P · Bp = R · BR).

Plano Inclinado

En un plano inclinado, la fuerza necesaria para subir un objeto es igual al producto de la resistencia (peso del objeto) por la altura del plano (a) dividido por la longitud del plano (b) (F = R · a / b).

Mecanismos de Transmisión

Los mecanismos de transmisión permiten transferir el movimiento y la fuerza entre diferentes partes de una máquina. Algunos ejemplos son:

• Engranajes: Ruedas dentadas que engranan unas con otras.
• Correa: Conduce el movimiento de una polea a otra.
• Cadena y catalina: Los eslabones de una cadena se acoplan a los dientes de una rueda.

Fórmulas de los Mecanismos de Transmisión

• Engranajes: Z1 · w1 = Z2 · w2
• Correa: D1 · w1 = D2 · w2
• Cadena: Z1 · w1 = Z2 · w2

Donde:

• Z1 y Z2: Número de dientes de la rueda 1 y 2, respectivamente.
• w1 y w2: Velocidad angular de la rueda 1 y 2, respectivamente.
• D1 y D2: Diámetro de la polea 1 y 2, respectivamente.

Tornillo sin Fin y Rueda

El tornillo sin fin y rueda es un mecanismo de transmisión entre ejes perpendiculares. Cada vuelta del tornillo hace avanzar un diente de la rueda. Para que la rueda dé una vuelta completa, el tornillo debe girar tantas veces como dientes tiene la rueda. Este sistema no funciona a la inversa.

Relación de Transmisión

La relación de transmisión (R) es el cociente entre la velocidad de la rueda conducida (w_conducida) y la velocidad de la rueda motriz (w_motriz):

R = w_conducida / w_motriz

• Si la velocidad conducida es mayor que la motriz, el sistema es un multiplicador de velocidad.
• Si la velocidad conducida es menor que la motriz, el sistema es un reductor de velocidad.

Mecanismos de Transformación

Los mecanismos de transformación convierten un tipo de movimiento en otro. Algunos ejemplos son:

Piñón-Cremallera

Transforma el movimiento circular en lineal o viceversa. Los dientes del piñón engranan en los de la barra (cremallera), de forma que un giro del piñón produce un desplazamiento lineal de la barra. Funciona a la inversa.

Husillo-Tuerca

Transforma el movimiento lineal en circular o viceversa. Si se gira la tuerca, esta desplaza linealmente el husillo, y viceversa.

Biela-Manivela

La barra que gira se llama manivela y la otra biela. Transforma un movimiento circular en movimiento alternativo (de vaivén) o viceversa.

Excéntrica

Convierte el movimiento circular en alternativo o viceversa. Consiste en una rueda que tiene una barra rígida unida en un punto de su perímetro.

Cigüeñal

Transforma simultáneamente el movimiento de giro en varios movimientos alternativos o viceversa. Es un sistema compuesto por la unión de múltiples manivelas acopladas a sus correspondientes bielas.

Leva y Seguidor

Transforma el movimiento de giro en un movimiento lineal alternativo, pero no viceversa. La leva es una pieza de forma ovalada que acciona a un seguidor, el cual vuelve a su posición gracias a un muelle.

Máquinas Térmicas

Las máquinas térmicas transforman la energía térmica en energía mecánica.

Máquinas de Combustión Externa

En las máquinas de combustión externa, el combustible se quema fuera del motor. Un ejemplo clásico es la máquina de vapor.

La Máquina de Vapor de Watt

La máquina de vapor de Watt se hizo famosa con el tren. Su funcionamiento se basa en los siguientes pasos:

1. Se calienta agua en una caldera al quemar carbón en un horno.
2. Se crea vapor a gran presión que pasa por un tubo hasta la válvula de entrada.
3. El vapor entra al cilindro y empuja el pistón, que está acoplado a un sistema de biela-manivela.
4. Luego, el pistón regresa y, al crearse vacío en el condensador, se abre la válvula de salida.
5. El vapor pasa al condensador, donde se condensa y vuelve a la caldera.

Movimientos del Pistón en la Máquina de Vapor

1. El vapor entra por la válvula de entrada.
2. El vapor se expande y empuja al pistón.
3. En el condensador se produce vacío y se succiona el vapor a través de la válvula de salida.
4. Cuando el pistón llega al final, comienza el ciclo de nuevo.