DEMO
INCLUYE
PROYECTO DIGITAL BANCO DE RECURSOS Y LIBRO DIGITAL
2 ESO
t
a í g o l o n ec M . P.
s . Santo J , s o y o ez, I. H Blázqu
SUMA
piezaS
ASÍ ES
tu libro Apertura de unidad
on los or visual c Organizad lacioigitales re recursos d ado. cada apart n a d o s co n
Cada unidad comienza con un breve texto que pretende acercar al alumnado las relaciones entre ciencia, tecnología y sociedad a través de algún hecho relevante relacionado con los contenidos que se van a desarrollar.
Compromiso ODS. Actividades para reflexionar en grupo y proponer acciones para alcanzar las metas de desarrollo sostenible propuestas en cada una de las unidades.
Desarrollo de los contenidos y actividades Comprende, piensa, investiga… Actividades para afianzar el aprendizaje y relacionar conocimientos.
Los ejemplos resueltos permiten el aprendizaje de procesos de razonamiento y estrategias de resolución de problemas.
que genes Las imá xto te l an a a co m p a ñ irir u q d a rán a te ayuda lave. dizajes c los apren
s guiaPráctica co n s das para aprentruir los aso a dizajes p p a s o.
Los iconos incluidos en algunas actividades sugieren la clave del proyecto que puede aplicarse en cada caso.
Las claves
del proyecto
ODS Compromiso ODS
Plan Lingüístico
Desarrollo del pensamiento
Aprendizaje cooperativo
Descubre los Objetivos de Desarrollo Sostenible y forma parte activa de nuestro compromiso para lograr un mundo más igualitario y habitable.
Pon en práctica tus destrezas comunicativas en los diferentes tipos de texto que te proponemos. El lenguaje siempre está presente, ¡comunícate!
Trabaja estrategias de pensamiento: reflexiona sobre los contenidos que estás aprendiendo, genera ideas, organízalas, priorízalas, arguméntalas, exponlas…
Implícate en tu aprendizaje y participa en el de todo el grupo; comprobarás que cooperar mejora el rendimiento y la convivencia en clase.
TALLER DE Tecnología
Las experiencias del apartado Taller de tecnología permiten recordar y aplicar los contenidos desarrollados a lo largo de la unidad.
Trabaja con lo aprendido zar s para afian Actividade do n a z li ti do u lo estudia s de estrategia diferentes trabajo.
Cuestiones sobre los aspectos esenciales de la unidad, con las que podrás hacer tu propio resumen.
imágenes para que trabajes la observación y la interpretación.
Educación emocional
Cultura emprendedora
TIC
académica y profesional
Evaluación
Aprende a conocerte; identifica las situaciones que te generan emociones bloqueantes y gestiónalas con experiencias de autoafirmación constructiva.
Confía en tus aptitudes y conocimientos, desarrolla la creatividad, adáptate a las situaciones cambiantes y ten una actitud proactiva y responsable.
Aprende a obtener información, seleccionarla y aplicarla; a planificar, gestionar y elaborar trabajos; a colaborar en Red de forma ética y segura.
Valora tus capacidades personales, descubre y despierta tu vocación, entrénate en la toma de decisiones y aprende a orientarte entre distintas opciones.
Descubre diversas estrategias para analizar qué has aprendido y cómo lo has aprendido; entrénate para asumir compromisos o superar dificultades.
Orientación
ASÍ ES
el PROYECTO
DIGITAL
www.anayaeducacion.es
libro digital Banco de recursos
Regístrate en www.anayaeducacion.es. Solo necesitas tener un correo electrónico, el código que se indica en la primera página de este libro y el permiso de tu padre, madre, tutor o tutora legales. Así podrás acceder al banco de recursos y descargar el libro digital.
Una versión digital de tu libro, que podrás usar en condiciones offline y online, con acceso a los recursos digitales tanto agrupados por tipologías como asociados a los contenidos de cada unidad.
Un espacio con recursos, técnicas y actividades, diseñado para afianzar tus conocimientos. Más sobre las claves
Recursos relacionados con LAS CLAVES del proyecto ODS
Compromiso ODS, con microvídeos que te ayudarán a conocer cuáles son las metas para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible trabajadas en el proyecto.
Plan Lingüístico, con infografías que te darán las pautas para abordar el trabajo por medio de distintos tipos de textos (descriptivo, narrativo, expositivo, etc.).
Desarrollo del pensamiento, donde se incorporan explicaciones sobre cómo aplicar las distintas estrategias de pensamiento planteadas en el proyecto.
Aprendizaje cooperativo, que incluye la descripción de las técnicas de aprendizaje cooperativo propuestas en el proyecto. Educación emocional, con orientaciones para superar la inquietud generada en diferentes situaciones de tu proceso de aprendizaje (inicio del curso, enfrentarte a un examen, etc.). TIC, mediante fichas que reforzarán tu uso saludable, correcto y seguro de las tecnologías de la información y la comunicación.
Orientación académica y profesional, con información sobre diferentes profesiones vinculadas a los contenidos tratados en la asignatura.
0:40/1:33
Evaluación, se presentan orientaciones para hacer tu portfolio, así como rúbricas y dianas que facilitan tu autoevaluación.
Recursos DESTACADOS de la materia Qué necesitas saber Lecturas relacionadas con la materia Simulaciones Aprende jugando Vídeos Videotutoriales
Recursos clasificados por unidades
Todos los recursos clasificados para que puedas localizar fácilmente los relacionados con cada apartado de tu unidad.
ASÍ SON
LOS contenidos del curso
1
Diseño y construcción de objetos
Pág. 8
1. La tecnología y sus espacios de trabajo .................... 10 2. Diseño de objetos ................................................................ 12 3. Software de planificación ................................................. 20 Taller de tecnología. Planifica una campaña informativa usando GanttProject ....................................... 22 Trabaja con lo aprendido ...................................................... 24
2
Diseño e impresión 3D
Pág. 26
1. Introducción a la tecnología de impresión 3D ......... 28 2. Tinkercad ................................................................................ 30 3. Tinkercad codeblocks ........................................................ 38 4. Exportación de archivos para impresión 3D ............. 41 Taller de tecnología. Skatepark .......................................... 46 Trabaja con lo aprendido ...................................................... 49
3
Sistemas mecánicos
Pág. 50
1. Movimientos en mecanismos .......................................... 52 2. Los mecanismos rotatorios .............................................. 54 3. Mecanismos transformadores del movimiento ........ 58 4. Las máquinas y los motores ............................................ 60 Taller de tecnología. CCrgador de baterías
............ 66
Trabaja con lo aprendido ...................................................... 67
4
Electricidad
Pág. 70
1. El circuito eléctrico ............................................................ 72 2. Los generadores eléctricos ............................................ 73 3. Conductores y aislantes ................................................... 74 4. Los receptores eléctricos................................................. 75 5. Elementos de control y protección ............................. 77 6. Simbología eléctrica .......................................................... 78 7. La resistencia eléctrica ..................................................... 79 8. La potencia eléctrica ......................................................... 80 9. Disposición de receptores en un circuito .................. 81 10. La medida de magnitudes básicas. El polímetro ... 85 Taller de tecnología. EMedidas eléctricas ....................... 87 Trabaja con lo aprendido ...................................................... 89
5
Fuentes de energía. Energía eléctrica
Pág. 90
1. Introducción al concepto de energía ........................... 92 2. Las energías renovables .................................................... 96 3. Fuentes de energía no renovables ................................ 100 4. LLa transición hacia las energías renovables ............ 102 5. Generación y transporte de la energía eléctrica ..... 106 6. El consumo en los hogares .............................................. 108 7. El código de eficiencia energética ................................ 110 Taller de tecnología. Decisión multicriterio ................... 112 Trabaja con lo aprendido ...................................................... 113
6
Uso de Internet y telefonía
Pág. 116
1. Aspectos legales de Internet .......................................... 118 2. La identidad digital ............................................................. 121 3. Las comunicaciones móviles ........................................... 123 4. Los servicios de telefonía móvil ..................................... 126 5. Riesgos y uso responsable del teléfono móvil ......... 128 Taller de tecnología. Configuración de seguridad de una cuenta de Instragram ............................................... 131 Trabaja con lo aprendido ...................................................... 135
3
Sistemas mecánicos ¿Para qué sirven las máquinas? Las fuerzas y la energía nos rodean y nos afectan. El desarrollo técnico de la humanidad comenzó con el empleo de primitivos útiles y herramientas que permitían realizar trabajos con mayor facilidad que solo con el uso de las manos. Con el tiempo, los seres humanos han ido creando mecanismos y máquinas cada vez más complejos para poder controlar su entorno y así utilizarlo en su beneficio. Existe una gran variedad de mecanismos: unos convierten movimientos; otros los trasladan, y algunos modifican su velocidad, su amplitud, su sentido, etc. Todo ello para hacer funcionar multitud de máquinas que nos hacen la vida más sencilla.
compromiso ODS Objetivo 9. Construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación. Los mecanismos presentes en la industria son muy anteriores al desarrollo de las tecnologías asociadas a la electricidad y la electrónica. De hecho, en la actualidad, se complementan y es difícil imaginar algún tipo de maquinaria que no sea movida por energía eléctrica e, incluso, que no esté controlada por medio de algún dispositivo electrónico.
1 Anota alguna máquina que esté compuesta solo de mecanismos y no tenga ninguna parte eléctrica o electrónica.
2 ¿Cómo crees que han mejorado esas máquinas con la incorporación de elementos eléctricos o electrónicos?
3 ¿Qué alternativas crees que se pueden utilizar para suministrar energía a una máquina?
Recuerda que en nuestra web anayaeducacion.es podrás encontrar vídeos con información sobre las metas más importantes del objetivo número 9.
50
LOS Recursos en la web DE ESTA UNIDAD VÍDEO
«Objetivos de Desarrollo Sostenible». SIMULACIÓN
DOCUMENTO
Sistemas mecánicos
PRESENTACIONES
¿Para qué sirven las máquinas?
Funcionamiento de engranajes. DOCUMENTO
Cómo aplicar las técnicas: «Relacionar - ampliar - preguntar», «Intuyo y deduzco» y «¿Qué pasaría si...?». VÍDEO
El motor de cuatro tiempos. INTERACTIVOS
Para estudiar. ¡Ponte a prueba! DOCUMENTO
«Consejos para elaborar tu portfolio».
Tipos de movimientos. Tipos de palancas. PRESENTACIONES
Ley de equilibrio.
VÍDEO
Plan Lingüístico: Textos descriptivos.
1 Movimientos en mecanismos
2 Los mecanismos rotatorios
3
Los mecanismos transformadores del movimient o
4
Sentido de giro en las transmisiones circulares. Sistema de transmisión de la bicicleta. VÍDEO
Funcionamiento de la leva, la rueda excéntrica, la biela-manivela y el cigüeñal. DOCUMENTO
Textos expositivos y textos narrativos.
Las máquinas y los motores
PRESENTACIÓN
Taller de tecnología Cargador manual de baterías
INTERACTIVO
Trabaja con lo aprendido
Elementos de las máquinas. Aprende jugando: El mecanismo misterioso.
DOCUMENTO
Cómo aplicar la técnica: «Cadena de secuencias».
51
1 MOVIMIENTOS EN MECANISMOS
Los mecanismos se forman a partir del ensamble de dos o más piezas mecánicas para transmitir y transformar fuerzas y movimientos. De esta forma, se puede multiplicar una fuerza, reducir el efecto de un peso o, incluso, cambiar la forma de cómo se mueven las cosas. A fin de clasificar los mecanismos, el principal criterio es el movimiento al que está sometido un determinado cuerpo. Los tipos de movimientos habituales son:
➜➜ Movimiento lineal, en el que la pieza del mecanismo se mueve en una única dirección, normalmente a lo largo de una línea recta.
➜➜ Movimiento rotativo, propio de los mecanismos con piezas giratorias, en los que se pretende modificar la velocidad de giro de un eje final a partir de la velocidad del eje inicial.
➜➜ Movimiento alternativo, en el que el mecanismo se mueve en línea recta y en ambos sentidos, produciendo un movimiento lineal de vaivén.
➜➜ Movimiento oscilante, que, al igual que el movimiento alternativo, actúa en ambos sentidos, pero describiendo arcos de un ángulo concreto.
➜➜ Movimiento intermitente, por medio del cual el elemento del mecanismo actúa en base a marchas y paradas, siendo lo más habitual, secuencias de movimientos encadenados.
Movimiento lineal
Movimiento rotativo
Movimiento oscilante
Movimiento alternativo
En un mecanismo, estos movimientos pueden aparecer de forma individual o de forma combinada, pero hay que tener en cuenta que todos los mecanismos existentes se basan en cinco máquinas simples que ya has estudiado en otros cursos anteriores. Estos son:
➜➜ El plano inclinado, que facilita el movimiento de pesos de una altura a otra.
➜➜ La cuña, que consigue dividir una fuerza ejercida sobre un cuerpo en dos fuerzas laterales.
➜➜ El conjunto rueda-eje, con el que se transmite un movimiento de rotación.
➜➜ El tornillo, que convierte un movimiento de rotación en uno lineal. ➜➜ La palanca, con la que se puede modificar la fuerza aplicada. 52
anayaeducacion.es Consulta la presentación «Tipos de movimientos» de nuestra web.
Unidad 3
Máquinas simples
La bancada
El plano inclinado
El conjunto rueda-eje
Fuerza a vencer para lograr el movimiento
La cuña Peso de la carga
El tornillo
La palanca
• El plano inclinado divide el peso de la carga en dos fuerzas, de manera que la fuerza que tenemos que vencer para elevar la carga es menor.
• La cuña consigue dividir una fuerza ejercida de forma perpendicular a la superficie de un cuerpo en dos fuerzas laterales para separar o hendir el cuerpo.
Para que desempeñen correctamente su función, los mecanismos deben estar fijos o, al menos, guiados por una estructura que mantenga el conjunto coordinado. En ocasiones, la estructura es la base de los mecanismos y también de la máquina en la que están integrados, en cuyo caso recibe el nombre de bancada.
• El conjunto rueda-eje es la base de numerosos mecanismos de transmisión de movimiento. Cuando es solidario, es decir, cuando eje y rueda giran unidos, multiplica la fuerza aplicada en la rueda (como en el caso de un volante).
• El mecanismo del tornillo convierte un movimiento de rotación en uno lineal, pero además multiplica la fuerza aplicada.
• Dependiendo de la palanca que se emplee, se consigue aumentar la fuerza aplicada, incrementar la amplitud de un movimiento o, simplemente, facilitar un movimiento.
Comprende, piensa, investiga... 1
En las ilustraciones de la derecha puedes observar diferentes mecanismos. Haz una ficha de cada mecanismo por separado, con un dibujo identificando las partes que lo constituyen y una explicación de cómo funciona. Explica también si su función es la de transmitir movimiento a otras partes de una máquina o la de transformarlo en otro tipo de movimiento.
a
b
anayaeducacion.es Repasa tus conocimientos con la presentación «Tipos de palancas» y trabaja con el laboratorio virtual de la ley de equilibrio que te ofrecemos en nuestra web.
c
d
53
2 LOS MECANISMOS ROTATORIOS Relación de transmisión Rueda dirigida Rueda motriz
Los motores generan movimientos de tipo rotatorio que transmiten al eje que tienen acoplado. Los mecanismos rotatorios sirven para:
➜➜ Variar la velocidad del eje de salida. ➜➜ Variar la potencia transmitida al eje de salida. ➜➜ Modificar el sentido de giro. Uno de los elementos más comunes en los mecanismos rotatorios es la polea, que consiste en una rueda dotada de eje. Su finalidad es transmitir el movimiento rotativo a otra polea por medio de una correa.
ää 2.1 Los sistemas de poleas Los sistemas de poleas constan, al menos, de una etapa compuesta por un par de ruedas que giran conjuntamente por la acción de una correa que las une. De esta forma, la etapa recibe el movimiento del eje de la rueda motriz que, a través de la correa, lo transmite a la rueda dirigida, o conducida y, por tanto, a su eje. Dependiendo de los diámetros relativos de las ruedas motriz y dirigida, los sistemas serán:
➜➜ Multiplicador, cuando el diámetro de la rueda motriz sea mayor que el diámetro de la rueda dirigida, haciendo que esta última gire a mayor velocidad. Rueda dirigida Rueda motriz
El índice o relación de transmisión es un parámetro que identifica si el mecanismo es reductor o multiplicador. De forma general, se calcula dividiendo las velocidades de las ruedas última, o dirigida, y primera, o motriz. vd i=v m • Si el resultado es menor que 1, el sistema será reductor.
➜➜ Reductor, cuando el diámetro de la rueda motriz sea menor que el diámetro de la rueda dirigida, provocando que esta última gire a menor velocidad.
¿Cómo se calculan las velocidades de las ruedas? Si denominamos Dm al diámetro de la rueda motriz y Dd al diámetro de la rueda dirigida, tan solo hemos de saber cuál es la velocidad de una de las dos ruedas para calcular la velocidad de la otra. Normalmente, conocerás cuántas vueltas o revoluciones dará la rueda motriz en un cierto tiempo, es decir, la velocidad vm. Aplicando la siguiente fórmula, conoceremos la velocidad vd de la rueda dirigida: vm · Dm = vd · Dd
• Si el resultado fuera mayor que 1, el mecanismo sería multiplicador.
Ejemplo resuelto En un sistema multiplicador, la rueda motriz tiene 20 cm de diámetro y está conectada a una rueda dirigida de 8 cm de diámetro. Si la rueda motriz gira a 250 revoluciones por minuto (r. p. m), ¿a qué velocidad gira la rueda dirigida? Solución: Aplicamos la fórmula y sustituimos los datos que conocemos: 250 r. p. m · 20 cm = vd · 8 cm Despejando obtenemos la velocidad de la rueda dirigida: vd =
250 r. p. m · 20 cm = 625 r. p. m 8 cm
Observa que el valor que hemos obtenido es superior a la velocidad de la rueda motriz, por lo que se demuestra que se trata de un sistema multiplicador.
54
Unidad 3
ää 2.2 Los engranajes Los sistemas de ruedas dentadas o engranajes se emplean para transmitir y trasladar movimiento rotatorio a lo largo de una o varias etapas de engranajes. Difieren de los sistemas de poleas en que sus elementos están en íntimo contacto unos con otros, de la misma forma que las ruedas de fricción. Esto requiere permanente lubricación para favorecer el funcionamiento y alargar la vida de los engranajes.
g
g=h
Se denomina módulo, M, de una rueda a la relación entre su diámetro, D, y el número de dientes de que consta, Z: M=
D Z
Hay que tener en cuenta que solo podrán engranarse ruedas que sean del mismo módulo.
h
En una rueda dentada como la de la figura, el grosor de los dientes, g, y la distancia a la que se encuentran entre sí, h, son idénticos.
Cálculo de velocidades Los datos que necesitamos para calcular la velocidad de un engranaje son el número de dientes de las ruedas motriz, Zm, y dirigida, Zd, y la velocidad del otro engranaje, utilizando la fórmula: vm · Zm = vd · Zd
Ejemplo resuelto Un sistema reductor dispone de dos ruedas dentadas formando un engranaje. La rueda motriz de 10 cm de diámetro y 8 dientes está engranada a una rueda dirigida de 30 cm y 24 dientes. Si la rueda motriz gira a 750 revoluciones por minuto (r. p. m), ¿a qué velocidad gira la rueda dirigida?
B
Solución: En primer lugar, comprobamos que ambas ruedas tienen el mismo módulo: 10 5 5 30 MA = = ; MB = = 8 4 4 24 Aplicando la fórmula y sustituyendo los datos, obtenemos: 6 000 r. p. m = 250 r. p. m 24 Este valor indica que se trata de un sistema reductor.
A
750 r. p. m · 8 dientes = vd · 24 dientes 8 vd =
ZB = 24 ZA = 8
Comprende, piensa, investiga... 2 Repite los cálculos anteriores para los siguientes datos y determina qué tipo de sistema es:
sistema es cada uno de los siguientes:
Rueda motriz: vm = 100 r. p. m; Dm = 40 cm
a) Rueda motriz: vm = 100 r. p. m; Dm = 40 cm; Zm = 80 dientes.
Rueda dirigida: Dd = 4 cm
3
4 Calcula las velocidades y determina qué tipo de
Los polipastos son sistemas de poleas que, por su configuración, reducen el esfuerzo que se requiere para levantar objetos pesados. Investiga acerca de estos sistemas y haz un gráfico explicativo de cómo funcionan.
Rueda dirigida: Dd = 4 cm; Zd = 8 dientes. b) Rueda motriz: Dm = 10 cm; Zm = 30 dientes. Rueda dirigida: vd = 500 r. p. m; Dd = 25 cm; Zd = 75 dientes.
55
2 LOS MECANISMOS ROTATORIOS
ää 2.3 Tipos de engranajes Hay distintos tipos de engranajes, que se diferencian en la forma de sus ruedas y de sus dientes, y en las distintas maneras de colocarlos. Tanto su forma como su colocación dependen de la posición relativa de sus ejes y del efecto que se quiera conseguir.
Ruedas dentadas para ejes paralelos
Ruedas dentadas para ejes perpendiculares
Cilíndrico recto Cónico de dientes rectos
Helicoidal
Cónico hipoide
Engranajes especiales
De rueda y tornillo sin fin
De piñón y cremallera
Planetario
Comprende, piensa, investiga... 5
Averigua los usos que se le pueden dar al tornillo sin fin y describe al menos tres.
A
B
6 Analiza los engranajes de las fotografías de la derecha. Investiga cómo se llaman, el tipo de diente que emplea cada uno y por qué sus dientes tienen diferentes formas y configuraciones.
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Podrás observar algunos de estos mecanismos en movimiento en anayaeducacion.es.
Unidad 3
ää 2.4 Los trenes de engranajes Cuando un sistema de engranajes posee más de una etapa, se denomina tren de engranajes. En este caso, como puedes ver en las figuras, los trenes más simples son los de tres ruedas simples o aquellos que disponen de una rueda doble que determina dos etapas.
Trenes simples
Trenes compuestos
La función de la rueda loca no es otra que la de hacer que las ruedas motriz y dirigida giren en el mismo sentido.
Las ruedas 1 y 3 son engranajes simples, pero la rueda 2 está compuesta por dos ruedas unidas que pertenecen al mismo conjunto y giran a la misma velocidad.
Condición de funcionamiento: todas las ruedas del conjunto han de poseer el mismo valor de módulo.
Condición de funcionamiento: las dos ruedas de la misma etapa han de poseer el mismo módulo. No es necesario que los módulos de las ruedas de las distintas etapas sean iguales.
Rueda motriz
Rueda 2
Rueda dirigida
Rueda 3
Rueda 1
Rueda loca 2b
2a
Cálculo de velocidades Para obtener la velocidad de la rueda dirigida, habrá que dividir el problema en tres pasos: 1. Se comienza calculando el valor de la velocidad vl de la rueda loca como si fuera una etapa simple con la rueda motriz. vm · Zm = vl · Zl 8 vl =
vm · Zm
vl · Zl Zd
=
vm · Zm Zd
3. Como se aprecia en la expresión anterior, la rueda loca no interviene en la velocidad de la rueda dirigida; por tanto, la relación de transmisión del sistema es: i=
vd vm
=
Zm Zd
1. Se calcula el valor de velocidad en la primera etapa con los datos de las ruedas 1 y 2a. v1 · Z1 = v2a · Z2a 8 v2a =
v1 · Z1 Z2a
La relación de transmisión de esta primera etapa es:
Zl
2. Usando el valor obtenido vl, se repite el cálculo para la segunda etapa formada por la rueda loca y la rueda dirigida. vl · Zl = vd · Zd 8 vd =
Cálculo de velocidades
i1 =
v2a v1
=
Z1 Z2a
2. Después, se calcula el valor de velocidad en la segunda etapa con los datos de las ruedas 2b y 3, teniendo en cuenta que la velocidad de las ruedas 2a y 2b es la misma. v2b · Z2b = v3 · Z3 8 v3 =
v2b · Z2b Z3
La relación de transmisión de esta segunda etapa es: i2 =
v3 v2b
=
Z2b Z3
3. La relación de transmisión del sistema será: i = i1 · i2
anayaeducacion.es Podrás complementar los contenidos de estas páginas con las presentaciones: «Sentido de giro en las transmisiones circulares» y «Sistema de transmisión de la bicicleta» que hallarás en nuestra web.
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3 LOS MECANISMOS TRANSFORMADORES DEL MOVIMIENTO Leva y rueda excéntrica Leva
Rueda excéntrica
Aplicaciones de la leva
Existen ciertos mecanismos que por su configuración no trabajan de forma continua en un mismo sentido, sino que efectúan movimientos tipo vaivén o se mueven de un lado a otro. Estos son conocidos como mecanismos de movimiento alternativo.
ää 3.1 Las levas y las ruedas excéntricas Estos mecanismos tienen la utilidad de convertir el movimiento rotatorio de sus ejes en movimiento lineal alternativo. Una leva es una pieza con perfil frecuentemente ovoide, mientras que una rueda excéntrica es una pieza cuyo perfil es un círculo perfecto; ambas giran unidas a ejes cuyos centros de giro no coinciden con los centros geométricos de las piezas. Las dos van acompañadas de un elemento móvil denominado palpador, o seguidor, que está en permanente contacto con la superficie curvada de la pieza rotatoria. Tanto la leva como la rueda excéntrica tienen los puntos de su periferia a distancia desigual del centro de giro, por lo que el palpador tendrá un movimiento lineal alternativo. El palpador alcanza el punto más alto cuando está en contacto con los puntos de máximo radio de la leva, y el punto más bajo cuando está en contacto con los puntos de mínimo radio. La distancia total recorrida por el palpador se llama carrera. Palpador
Leva
Una leva tiene muchas aplicaciones, pero es especialmente importante en el control y el cierre de válvulas de forma cíclica.
Carrera del palpador
Rueda excéntrica Movimiento secuencial de giro de una leva y una excéntrica.
Comprende, piensa, investiga...
58
7 Dibuja una rueda excéntrica que cumpla que la
8 Dibuja en tu cuaderno, de forma aproximada, una
carrera de su seguidor sea de 10 centímetros. ¿Cuál tendría que ser la distancia entre el centro geométrico y el centro de giro?, ¿y el radio mínimo de la excéntrica?
leva ovalada con un radio menor de cinco centímetros, de manera que la carrera del palpador sea de tres centímetros. ¿Cuál debe ser el radio mayor de la leva?
Comprenderás mejor el funcionamiento de la leva y la rueda excéntrica visionando en anayaeducacion.es las animaciones de estos mecanismos.
Unidad 3
ää 3.2 El árbol de levas Uno de los mecanismos más empleados en los motores de combustión para la sincronización de movimientos alternativos es el árbol de levas. Como puedes observar en la figura, consta de un eje a lo largo del cual se han dispuesto varias levas con diferentes orientaciones. La finalidad de este mecanismo es mover diversos seguidores que a su vez abren y cierran las válvulas en el momento adecuado.
ää 3.3 El mecanismo biela-manivela
Un árbol de levas de montaje común en los motores de explosión.
Biela-manivela
Una biela es una pieza mecánica que sirve de elemento transmisor de movimiento. Una manivela puede estar formada por una barra o por una rueda, en cuyo caso, el centro geométrico coincide con el centro de giro, y el punto desde el que se extrae el movimiento está a una distancia del centro igual al radio. La unión de ambos elementos se denomina conjunto biela-manivela y permite convertir un movimiento rotatorio en un movimiento lineal alternativo, y viceversa.
ää 3.4 El cigüeñal El mecanismo conocido como cigüeñal está formado por varias manivelas asociadas en un único eje. Estas manivelas llevan acopladas sus respectivas bielas. Su utilidad fundamental es convertir el movimiento lineal alternativo de los pistones de un motor de explosión en movimiento rotativo, aunque también se emplea para convertir el movimiento rotativo de un motor en varios movimientos alternativos. Manivelas
Contrapesos
Eje
Esquema de biela-manivela en secuencia de movimiento de corredera. Eje
Eje
Contrapesos
Manivelas
Comprende, piensa, investiga... 9 Identifica en la imagen de la derecha el mecanismo biela-manivela y dibújalo en tu cuaderno, destacando la forma de las piezas que componen el conjunto. ¿Qué otros mecanismos puedes identificar? ¿Para qué se emplea esta máquina?
10
Documéntate y describe en tu cuaderno, textual y gráficamente, formas diferentes de manivelas.
11 ¿Sabes si las bicicletas tienen bielas? Identifica dónde se encuentran y di cuál es su función.
Observa el funcionamiento de la biela-manivela y del cigüeñal en anayaeducacion.es.
59
4 LAS MÁQUINAS Y LOS MOTORES
Los mecanismos simples forman mecanismos compuestos, y estos han de sostenerse sobre una bancada, o estructura rígida. A partir de que estos elementos están montados solidariamente, solo queda transmitirles energía para transformarla y obtener el movimiento que necesitamos. En realidad, ese es el principal motivo por el que los seres humanos hemos desarrollado las máquinas, para aprovechar la energía en nuestro beneficio.
ää 4.1 La máquina de vapor La máquina de vapor está considerada como una invención técnica que cambió el mundo y que permitió el desarrollo de una sociedad industrializada a partir del siglo xviii. Aunque la fuerza del vapor ya era conocida en la Grecia clásica (como sabemos por los trabajos de Herón de Alejandría), fueron muchos los que perfeccionaron y adaptaron los mecanismos necesarios para generar movimiento median te la regulación y el control del vapor, como Thomas Newcomen, Denis Papin o James Watt. La máquina de vapor pertenece al grupo de máquinas denominadas de combustión externa, dado que el vapor, como elemento motriz, se genera fuera de los límites de la máquina. Esencialmente, una máquina de vapor funciona de la siguiente forma: 1. El vapor generado en la caldera se lleva hasta una cámara con un pistón y provoca su desplazamiento. 2. El pistón está unido por medio de una biela-manivela a un volante de inercia, que comienza a girar gracias al impulso del pistón. 3. Unida al volante hay otra biela-manivela que mueve la válvula corredera en sentido contrario al del pistón.
Manómetro
Válvula de seguridad Vapor
Movimiento de la corredera
Giro continuo
Flujo de vapor a presión Corredera
Caldera
Agua Flujo de agua fría Pistón Energía calórica
Biela-manivela
Flujo de retorno
Volante de inercia
Condensador
60
anayaeducacion.es Completa la información de estas páginas con la presentación «Elementos de las máquinas».
Unidad 3
4. La válvula corredera, al desplazarse, convierte la lumbrera de salida en lumbrera de entrada, y viceversa, haciendo que el pistón se mueva a izquierda y derecha alternativamente.
Corredera A la biela excéntrica
Lumbrera
5. El vapor que sale de la cámara se hace pasar por un condensador y es reconducido en forma de agua hasta la caldera.
El sistema de corredera
Lumbrera
El sistema de corredera, junto con el volante de inercia, son los elementos que contribuyen a que la máquina de vapor pueda funcionar de forma continuada. Observa con detenimiento la figura del margen, en la que se muestra un detalle del mecanismo de corredera, mientras lees la explicación: 1 E l vapor procedente de la caldera se expande en el cilindro y mueve el émbolo. Hay dos entradas de vapor (lumbreras), que funcionan alternativamente como lumbreras de admisión y de escape, controladas por una válvula de corredera. 2 I nicialmente, el vapor caliente entra por la lumbrera de la izquierda (y el frío sale por la de la derecha) e impulsa el émbolo hacia la derecha; simultáneamente, la corredera es desplazada hacia la izquierda por la acción de su biela-manivela. 3 C uando la corredera ha llegado al final de su recorrido, deja abierta la lumbrera derecha, que pasa a ser de admisión. Por ella entra el vapor caliente, mientras que el vapor frío saldrá por la lumbrera de la izquierda. El émbolo es empujado hacia la izquierda y, simultáneamente, la corredera es movida hacia la derecha por su manivela y vuelve a la posición inicial. El volante de inercia, que estaría unido al vástago del émbolo por medio de una biela-manivela, ayuda a que el movimiento sea más suave y sin tirones.
Pistón
Vástago del pistón
A la biela y el volante de inercia
1 Admisión
Escape
2
3 Escape
Si la máquina no dispusiese de corredera, el volante de inercia empujaría el émbolo de vuelta y expulsaría el vapor a través de una válvula de salida. Esta máquina sería mucho menos eficiente, ya que solo se aprovecharía la mitad de los movimientos del pistón.
Admisión
Comprende, piensa, investiga... 12
Relacionar-ampliar-preguntar. Busca información acerca de cómo funciona una bomba para inflar neumáticos de bicicleta y compara su funcionamiento con el del pistón que has estudiado.
13
Busca en Wikipedia «máquina de vapor» y accede a la página que la describe. Observa la animación disponible y trata de relacionar el movimiento del pistón con el del mecanismo de corredera para entender la sincronización de los movimientos de la máquina.
14
Investiga el uso de la válvula de seguridad en los sistemas de vapor. Trata de explicar su funcionamiento a tus compañeros y compañeras y describe también qué ocurriría en el caso de que una máquina de vapor careciera de ella.
15 Crea un póster para mostrar información sobre el uso de la máquina de vapor en tres grandes áreas de la técnica del siglo xix: – La explotación minera. – La fabricación industrial. – Los transportes.
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4 LAS MÁQUINAS Y LOS MOTORES
ää 4.2 Los motores de combustión interna: el ciclo Otto
Los millones de vehículos de combustión interna que circulan por el mundo son la prueba de que su motor probablemente es hoy por hoy la máquina más extendida del planeta. El nombre genérico de motores de combustión interna se debe a que disponen en su interior de una o más cámaras, donde se producen la ignición y la explosión de combustible de forma controlada, que proporcionan la energía para mover el resto de las partes mecánicas del motor.
La historia de un vistazo El primer motor de explosión fue inventado por Nikolaus Otto en el año 1876 y empleaba gasolina como carburante, un combustible moderno por aquel entonces, ya que la primera vez que se destiló gasolina del petróleo fue en 1857. El motor de Otto, también llamado «de cuatro tiempos», fue empleado por Karl Benz en 1885 para construir el primer vehículo de tracción mecánica con motor de explosión.
La primera reparadora de coches de la historia ¿Te suena el nombre de Benz? Bertha Benz financió con su dote la construcción del prototipo Benz Patent Motorwaggen, que fue patentado por Karl Benz en 1886. En agosto de 1888, Bertha condujo el prototipo durante unos 100 km, demostrando con esto que el triciclo de Karl Benz era capaz de recorrer distancias largas. Ese recorrido supuso el viaje más largo realizado hasta entonces en un automóvil, y dado que tuvo que hacer algunos ajustes y reparaciones durante el trayecto, pasó a la historia como la primera automovilista y reparadora de coches. Ese mismo año se vendió el primer Benz Patent Motorwaggen. En Internet encontrarás más información, como los vídeos Bertha Benz y el viaje que lo cambió todo y Bertha Benz: The first driver.
Por otra parte, Rudolf Diesel, destilando combustible de plantas vegetales, inventó en 1883 un motor de explosión que no requería ser encendido mediante chispa, sino que deflagraba a alta temperatura cuando el gas estaba suficientemente comprimido. El motor que actualmente lleva su nombre emplea el gasóleo como combustible. En 1887, la firma alemana de vehículos de carga para la que Diesel trabajaba comenzó la producción de estos motores, que a lo largo del siglo xx han sido empleados en todo tipo de vehículos de transporte.
Los motores de ciclo Otto Los motores térmicos, denominados «de dos tiempos» (2T) y «de cuatro tiempos» (4T), forman el grupo de motores de ciclo Otto. Existen diferencias constructivas entre ambos, aunque su misión es la de contener una mezcla de combustible y aire, hacerla deflagrar y obtener energía mecánica en un eje, que será transmitida a un sistema motriz. Aparte de los aspectos constructivos, la diferencia mayor entre los ciclos 2T y 4T reside en que un ciclo 2T el eje motor ejecuta una revolución, mientras que en un ciclo 4T se producen dos revoluciones. El motor de dos tiempos no dispone de válvulas por las que se admite y escapa el gas, sino que tiene unas aberturas, llamadas lumbreras, que el propio pistón, elemento que se mueve a lo largo de la cámara de combustión, se encarga de tapar o destapar según su posición en el ciclo.
ää 4.3 El motor de cuatro tiempos El motor de cuatro tiempos debe su nombre a cada una de las cuatro etapas de las que consta un ciclo completo de cada uno de sus cilindros (un motor puede tener hasta 16 cilindros). Cada módulo del motor consta de:
➜➜ Un cilindro hueco, o cámara de combustión. ➜➜ Un émbolo, o pistón, que se desplaza con movimiento alternativo en el interior del cilindro.
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Unidad 3
➜➜ Al menos dos válvulas, de admisión y de escape, situadas en uno de los extremos del cilindro, que sirven para introducir la mezcla de combustible y aire, y para expulsar los gases, respectivamente.
➜➜ Una bujía, situada entre ambas válvulas, que provoca una chispa en cada ciclo para la ignición del combustible. Por otro lado, para aprovechar el movimiento lineal alternativo del pistón, este se une a una biela, que por el otro extremo se conecta a un segmento del cigüeñal, y hace los movimientos propios de una manivela. En definitiva, la potencia desarrollada por la ignición del combustible es transmitida directamente a través del conjunto pistón-biela hasta el cigüeñal, que gira como eje de rotación primario en el motor. En un motor de combustión, en general, son necesarios dos componentes para que se genere una ignición: el combustible, normalmente un derivado del petróleo, y un comburente, es decir, el oxígeno del aire. Ambos se juntan y forman la mezcla de combustión. A partir de aquí se inicia el ciclo del motor en cuatro etapas o tiempos.
Funcionamiento del motor de cuatro tiempos Admisión
Compresión
Combustión
Escape Bujía
Combustible
Gases
Válvula Cámara Pistón
La válvula de admisión se abre y la mezcla de combustible y oxígeno entra en la cámara. El pistón baja.
El pistón se mueve hacia arriba comprimiendo la mezcla en la cámara (las dos válvulas están cerradas).
La chispa de la bujía produce la combustión de la mezcla y los gases resultantes empujan hacia abajo el pistón.
La válvula de escape se abre y los gases salen ayudados por el pistón, que asciende. El ciclo se reinicia.
Comprende, piensa, investiga... 16 Elige, en una revista especializada tres modelos de vehículos de precios muy diferentes. Busca la información sobre el número de cilindros, su volumen y el número de válvulas. ¿Qué relación existe entre estos valores y la potencia que desarrolla el motor? Saca tus propias conclusiones.
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Intuyo y deduzco. Un hecho conocido es que el biodiésel no incrementa la cantidad de CO2 en la atmósfera, mientras que un combustible derivado del petróleo sí lo hace, aunque ambos pueden ser empleados en el mismo vehículo. Busca evidencias que corroboren esta afirmación y discute en clase esta situación.
anayaeducacion.es Acude a nuestra web y visualiza el vídeo: «El motor de cuatro tiempos» para comprender mejor su funcionamiento.
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4 LAS MÁQUINAS Y LOS MOTORES
ää 4.4 Vehículos eléctricos híbridos Poco a poco, los vehículos dotados de motor de combustible derivado del petróleo van dando paso a automóviles con propulsión eléctrica. El primer paso en esta transición fue la aparición en las carreteras de vehículos híbridos, que utilizan de forma combinada un motor de gasolina y un motor eléctrico. La primera ventaja en el uso de los vehículos híbridos es el mayor aprovechamiento de la energía, ya que mientras los motores de combustión tienen su techo de rendimiento en el 20 %, la eficiencia energética de un sistema con propulsión híbrida sube hasta el 30 %. El hecho de disponer de baterías que alimentan el motor eléctrico permite que estas baterías sean recargadas cuando el vehículo se impulsa por el motor térmico de gasolina o cuando se emplean los frenos gracias a los sistemas de frenada regenerativa que recuperan la energía cinética. Su funcionamiento depende de la configuración de los dos motores. Circulando hoy en día por las carreteras del mundo hay tres sistemas:
➜➜ Sistema de motores en paralelo. El motor térmico actúa como la principal fuente de energía, siendo asistido por el motor eléctrico cuando el vehículo arranca y en la aceleración. Tiene la ventaja de ser una configuración de fácil adaptación en los vehículos de motor convencional.
➜➜ Sistema de motores combinados. Siempre que se circule a baja velocidad, funcionará únicamente el motor eléctrico. A altas velocidades en carretera o autopista, el motor térmico y el eléctrico trabajarán conjuntamente.
➜➜ Sistema de motores serie. El motor de explosión solo se emplea como central de generación de electricidad manteniendo las baterías cargadas. El vehículo se impulsa por el motor eléctrico.
Sistema de vehículos híbridos Sistema híbrido paralelo
Batería
Convertidor de energía
Depósito de combustible
Motor eléctrico
Motor térmico
Embrague
Embrague
Sistema híbrido combinado
Convertidor de energía
Batería Generador eléctrico
Depósito de combustible
Sistema híbrido serie
Depósito de combustible
Batería
Transmisión diferencial
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Motor eléctrico Transmisión dual por engranaje planetario Embrague
Motor térmico
Embrague
Transmisión diferencial
Motor térmico
Convertidor de energía
Motor eléctrico
Transmisión diferencial
Generador eléctrico
Unidad 3
ää 4.5 Los modernos motores. Turbinas y reactores Las turbinas Una turbina basa su funcionamiento en el giro que produce un fluido que pasa a través de una rueda compuesta por álabes, o palas, con forma de hélice. El empleo de las turbinas es muy amplio y se extiende desde las turbinas de los aerogeneradores, que captan la energía eólica, hasta las presentes en las máquinas hidráulicas de una central eléctrica, que transforman en energía eléctrica la energía del movimiento del agua que desciende desde lo alto de una presa.
Flujo de gases de escape a alta presión
Combustible
Toma de aire comprimido
El uso de turbinas es especialmente útil en los motores térmicos conocidos como «sistemas turbo», como el mostrado en la figura.
Compresor
Se aprovecha la propiedad que tienen estos sencillos sistemas de comprimir el fluido que circula entre sus álabes, introduciendo mayor cantidad de combustible y oxígeno en menor volumen, lo que es aprovechado para generar más potencia en dichos motores.
Turbina de gas
Entrada de aire ambiente
Los reactores Un reactor, o motor de reacción, también emplea el sistema turbocompresor para propulsarse. Su nombre es debido a que la fuerza que genera el fluido hace que se desplace en sentido contrario al de la salida de los gases impulsores. Se trata de una máquina que, según puedes observar en la figura inferior, absorbe aire por su parte anterior y lo comprime mediante una turbina, cuyo eje es solidario a un compresor en su etapa final de expulsión. En su parte intermedia, el combustible se mezcla a alta presión con el aire comprimido, enviando al exterior el chorro de gases de propulsión.
Comprende, piensa, investiga... 18 Para hacerte una idea de cómo
Sentido del desplazamiento de la nave
Ventilador
Inyección de combustible
funciona un motor de reacción, hincha un globo y suéltalo. Podrás observar que el sentido de su marcha será contrario al del flujo de aire que sale de la boquilla.
Cámara de combustión
19 Busca las diferencias entre el
Entrada de aire
motor de reacción y los motores turbohélice.
20 ¿Qué combustible emplea un Gases de propulsión
Turbina
Eje Compresor
motor de reacción? ¿Y un cohete espacial?
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¿Qué pasaría si…? ¿Qué sucedería si se montara un motor de reacción en un automóvil? ¿Qué problemas crees que podría tener un vehículo de ese tipo? ¿Cómo los solucionarías?
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ología
Taller de tecn
cargador manual de baterías Presentación del proyecto
Este sencillo proyecto tiene el objetivo de fabricar un dispositivo que permita cargar baterías recargables de forma manual. Materiales y herramientas Para ello, tendrás que conseguir los siguientes materiales:
➜➜ Motor eléctrico de pequeño tamaño. ➜➜ Diodo semiconductor. ➜➜ Portabaterías para pilas de diferentes tamaños. ➜➜ Hilos de conexión eléctrica. ➜➜ Madera de contrachapado. ➜➜ Tuercas y arandelas. ➜➜ Junta para unir ejes. ➜➜ Eje de metal roscado de 5 mm de diámetro.
Pasos para realizar el proyecto
1 Construye una caja de madera que pueda alojar los componentes que forman el circuito de recarga. Ten en cuenta que la manivela ha de situarse fuera de la caja, por lo que el panel donde se instale debe tener un agujero por el que pasará el eje de la manivela.
2 El esquema que has de seguir tiene que ser similar al expuesto en la ilustración. El componente que no conoces es el diodo semiconductor, que se emplea para evitar que la carga de la batería haga girar el eje del motor eléctrico. De esta forma, el motor se utilizará como dinamo, o generador eléctrico. Didodo semiconductor Cátodo Ánodo
Motor eléctrico
+ – Portabaterías
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Junta para ejes
Manivela casera Eje roscado
l de r el materia selecciona Recuerda . lio fo rt ra tu po unidad pa
trabaja con
esta trabajo de
Unidad 4
lo aprendido
4 ¿Por qué es necesario que dos ruedas dentadas
Movimientos en mecanismos Los mecanismos rotatorios
tengan el mismo módulo para poderse engranar?
1 El eje de la rueda pequeña del sistema de poleas de
5 En el sistema de poleas de la figura, se han conec-
la figura gira a una velocidad de 100 revoluciones por minuto. ¿Cuál será la velocidad en r. p. m en el eje de la rueda grande? Calcula su relación de transformación. D2 = 30 cm D1 = 15 cm
tado mediante dos correas tres ruedas. La primera rueda, a la izquierda de la figura, tiene un radio de 10 centímetros, la rueda intermedia posee una rueda mayor de 40 centímetros y una rueda interior de menor radio (10 centímetros), girando ambas de forma solidaria. Finalmente, la rueda de la derecha es de 40 centímetros de radio. Si la rueda de la izquierda recibe en su eje una velocidad angular de 250 revoluciones por minuto, ¿cuál será la velocidad angular de la rueda de la derecha?
2 Un sistema de engranajes se compone de dos ruedas dentadas (A y B) cuyos dientes engranan perfectamente. La rueda A, o rueda motriz, recibe en su eje una velocidad angular de 125 revoluciones por minuto y dispone de 72 dientes en su perímetro; mientras que la rueda B, o rueda dirigida, tiene 12 dientes. Contesta a las siguientes preguntas: a) ¿Cuál es su relación de transformación?
6 En un sistema de engranajes como el de la figura, se
A
b) Considerando la rueda A como rueda motriz, ¿es un sistema multiplicador o reductor?
B
han utilizado ruedas con módulo 2. La rueda motriz es de 48 centímetros y la rueda dirigida es de 72 centímetros. Responde a las siguientes preguntas: a) Si la rueda intermedia tiene 15 centímetros de diámetro, ¿cuántos dientes debería tener para que engranase en el sistema?
c) ¿Cuál será la velocidad en el eje de la rueda dirigida?
3 En el sistema de la figura, se han dispuesto tres ruedas de engrane perfecto, conectadas entre sí. La rueda A, o rueda motriz, tiene un diámetro de 30 centímetros, mientras que las ruedas B y C tienen un diámetro de 10 centímetros. ¿Cuál será la velocidad de la rueda C si la rueda A gira a 300 revoluciones por minuto? ¿Qué función tiene la rueda B?
b) ¿Cuántos dientes tendrán la rueda motriz y la rueda dirigida, respectivamente? c) ¿Cuál será la velocidad de la rueda dirigida si el eje de la rueda motriz está girando a 1 500 revoluciones por minuto? Rueda motriz
Rueda dirigida
A C B
anayaeducacion.es Repasa lo aprendido en la unidad con el mapa conceptual interactivo y con las actividades de «¡Ponte a prueba!».
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7 Copia en tu cuaderno la siguiente tabla y calcula,
10 Indica si los engranajes de la figura son meca-
etapa a etapa, las velocidades de un tren de engranajes como el de la figura:
nismos multiplicadores o reductores, así como el sentido de giro de cada rueda. ¿Cómo podríamos conseguir que giraran en el mismo sentido?
Etapa 1
Etapa 2
Rueda 1
Rueda 2a
Rueda 2b
Rueda 3
Diámetro (cm)
34
68
15
45
N.º de dientes
68
136
30
90
Módulo
?
?
?
?
Rueda 3 Rueda 2a Rueda 1
11 Observa el mecanismo de la figura. Lo forman dos componentes: la corona y el tornillo. Teniendo en cuenta que ambos componentes solo pueden girar respecto a sus correspondientes ejes y no pueden desplazarse, explica cuál es la función del conjunto. ¿Cuál crees que es el elemento motriz? Eje de giro de la corona
Rueda 2b
¿Has comprobado que las ruedas son compatibles? ¿Se trata de un sistema multiplicador o reductor?
Corona
8 Calcula la velocidad de rotación de la rueda dirigida de los dos sistemas de poleas que se describen a continuación: a) Rueda motriz: vm = 500 r. p. m; Dm = 10 cm Rueda dirigida: Dd = 25 cm b) Rueda motriz: vm = 1 500 r. p. m; Dm = 60 cm Rueda dirigida: Dd = 12 cm ¿Cuál de ellos es reductor y cuál multiplicador?
9 Los engranajes de la figura tienen, además de la rotación de sus ejes, movimientos adicionales. Trata de interpretar cómo funcionan, dale un nombre a cada rueda y explica su funcionamiento. ¿Puedes imaginar alguna utilidad práctica para estos engranajes? ¿Cómo se denominan?
Eje de giro del tornillo sin fin Tornillo sin fin
Los mecanismos transformadores de movimiento 12 Se pretende utilizar una rueda excéntrica de 45 centímetros de diámetro, cuyo centro de giro está a una distancia de 15 centímetros respecto a su centro geométrico. ¿Cuál será el máximo desplazamiento del palpador en contacto con la rueda? ¿Y cuál será el mínimo desplazamiento? Haz un dibujo esquemático para comprobar el desplazamiento de la rueda excéntrica y el palpador en ambas circunstancias.
13 Utilizando cartón y palos de helado, construye un mecanismo de biela-manivela y comprueba cómo el giro en la rueda provoca que el pistón realice movimientos de avance y retroceso. Fíjate en los elementos del esquema de la página siguiente:
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Unidad 3
Unión móvil Guías superpuestas de cartón
Madera corta de palo de helado Unión móvil
Pieza de cartón que simula el pistón
una máquina de vapor?
18 En una máquina de vapor, ¿cómo se hace posible que el agua se encuentre en estado líquido y en estado gaseoso? ¿Cuáles son los componentes que hacen que pase de un estado a otro, y viceversa?
Base hecha de cartón Círculo hecho con cartón
17 ¿Cómo se denominan los elementos móviles de
19 Como ya sabrás, la presión del vapor dentro de la cáUnión móvil
14 Copia esquemáticamente en tu cuaderno la siguiente leva. Trata de dibujarla en 8 de las posiciones por las que pasa en su giro. Para ello, dibuja un eje horizontal y ocho líneas verticales suficientemente separadas. Para cada posición, haz coincidir el centro de giro de la leva con el cruce de la línea horizontal con una de las verticales, y marca en esta última la altura que alcanza el seguidor. Palpador
mara de combustión de una máquina de vapor hace que un pistón se mueva de forma alternativa y este a su vez impulse un vástago con igual movimiento. En una locomotora de vapor, ¿cuál es el sistema que hace que sus ruedas se muevan por la acción del vástago? ¿Qué mecanismo permite la transformación de movimientos para que la locomotora se mueva?
20 Investiga por tu cuenta en revistas especializadas en vehículos a motor, cuántos cilindros tienen los vehículos llamados «utilitarios». ¿Qué diferencia hay con el número de cilindros de los vehículos de «gama alta»?
21 ¿Qué es el cigüeñal y cuál es su función en un mo-
Leva
tor de explosión?
15 Copia y completa en tu cuaderno la cuadrícula que hay junto a la leva de la figura. Mide las distancias desde el eje de la leva hasta los números del 1 al 8 que representan distintos puntos de contacto con el seguidor en sucesivas posiciones durante el giro. Traslada a la cuadrícula las distancias medidas, uniéndolas con curvas suaves. Cuando acabes, podrás observar la trayectoria cíclica que describirá el seguidor a medida que gire la leva.
22 ¿A qué se refieren los fabricantes de vehículos de combustión interna cuando hablan de motores de 16 válvulas?
23 Investiga cuál es la función principal de un árbol de levas en un vehículo de combustión interna. ¿Qué relación tiene con las válvulas de las cámaras de combustión?
24 ¿En cuál de las configuraciones de motores híbridos el motor térmico actúa únicamente como central de generación de electricidad? ¿Cuál es la más sencilla de adaptar en vehículos de combustión interna?
25 Haz un diagrama de bloques con los elementos que componen un sistema híbrido combinado. 1
26 ¿Cuál es la principal función de un turbocompre-
8
2
1
2
7
8
1
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4 5
Las máquinas y los motores 16
Cadena de secuencias. Utiliza el organizador gráfico «Cadena de secuencias» para explicar qué ocurre en cada uno de los tiempos del ciclo del motor de combustión de cuatro tiempos.
sor en un motor de explosión?
27 Si te has fijado en un avión comercial, sus motores reciben el aire por la parte frontal y expulsan los gases por la parte posterior. ¿Qué relación tienen esta admisión y este escape de gases con el movimiento del avión?
28 Busca información sobre el sistema de impulsión que utilizan los cohetes y los vehículos espaciales para abandonar la atmósfera hacia el espacio exterior. ¿Qué tienen en común estos sistemas de propulsión con los motores de reacción de los aviones?
Recuerda que en el banco de recursos de anayaeducacion.es encontrarás documentos que te explican cómo utilizar las técnicas y las llaves indicadas en algunas actividades.
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