OPERADORES MECANICOS Y OPERADORES ENERGETICOS
ESP. ROCIO ROJAS SERRANO
INTRODUCCION El ser humano siempre intenta realizar trabajos que sobrepasan su capacidad física o intelectual. Algunos ejemplos de esta actitud de superación pueden ser: mover rocas enormes, elevar coches para repararlos, transportar objetos o personas a grandes distancias, extraer sidra de la manzana, cortar árboles, resolver gran número de problemas en poco tiempo... Para solucionar estos grandes retos se inventaron las máquinas: una grúa o una excavadora son máquinas; pero también lo son una bicicleta, o los cohetes espaciales; sin olvidar tampoco al simple cuchillo, las imprescindibles pinzas de depilar, el adorado ordenador o las obligatorias escaleras. Todos ellos son máquinas y en común tienen, al menos, una cosa: son inventos humanos cuyo fin es reducir el esfuerzo necesario para realizar un trabajo1. Prácticamente cualquier objeto puede llegar a convertirse en una máquina sin más que darle la utilidad adecuada. Por ejemplo, una cuesta natural no es, en principio, una máquina, pero se convierte en ella cuando el ser humano la usa para elevar objetos con un menor esfuerzo (es más fácil subir objetos por una cuesta que elevarlos a pulso); lo mismo sucede con un simple palo que nos encontramos tirado en el suelo, si lo usamos para mover algún objeto a modo de palanca ya lo hemos convertido en una máquina. Las máquinas inventadas por el hombre se pueden clasificar atendiendo a tres puntos de vista: Según su complejidad , que se verá afectada por el número de operadores (piezas) que la componen. Según el número de pasos o encadenamientos que necesitan para realizar su trabajo. Según el número de tecnologías que la integran.
SEGÚN SU COMPLEJIDAD: Analizando nuestro entorno podemos encontrarnos con máquinas sencillas (como las pinzas de depilar, el balancín de un parque, un cuchillo, un cortaúñas o un motor de gomas).
Complejas (como el motor de un automóvil o una excavadora) o muy complejas (como un cohete espacial o un motor de reacción), todo ello dependiendo del número de piezas empleadas en su construcción. 1
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/index.htm
SEGÚN EL NUMERO DE PASOS: También nos podemos fijar en que el funcionamiento de algunas de ellas nos resulta muy fácil de explicar, mientras que el de otras solo está al alcance de expertos. La diferencia está en que algunas máquinas solamente emplean un paso para realizar su trabajo (máquinas simples), mientras que otras necesitan realizar varios trabajos encadenados para poder funcionar correctamente (máquinas compuestas). La mayoría de nosotros podemos describir el funcionamiento de una escalera (solo sirve para subir o bajar por ella) o de un cortaúñas (realiza su trabajo en dos pasos: una palanca le transmite la fuerza a otra que es la encargada de apretar los extremos en forma de cuña); pero nos resulta imposible explicar el funcionamiento de un ordenador, un motor de automóvil o un satélite espacial.
SEGÚN LAS TECNOLOGIAS QUE EMPLEA: Por último podemos ver que algunas de ellas son esencialmente mecánicas (como la bicicleta) o electrónicas (como el ordenador); pero la mayoría tienen mezcladas muchas tecnologías o tipos de energías (una excavadora dispone de elementos que pertenecen a las tecnologías eléctrica, mecánica, electrónica, hidráulica, neumática, térmica, química... todo para facilitar la extracción de tierras).
En clase estudiaremos solo algunos operadores mecánicos.
OPERADORES MECANICOS LA BIELA: Consiste en una barra rígida diseñada para establecer uniones articuladas en sus extremos. Permite la unión de dos operadores transformando el movimiento rotativo de uno (manivela, excéntrica, cigüeñal...) en el lineal alternativo del otro (émbolo...), o viceversa.
Desde el punto de vista técnico se distinguen tres partes básicas: cabeza, pie y cuerpo. La cabeza de biela es el extremo que realiza el movimiento rotativo. Está unida mediante una articulación a un operador excéntrico (excéntrica, manivela, cigüeñal...) dotado de movimiento giratorio. El pie de biela es el extremo que realiza el movimiento alternativo. El hecho de que suela estar unida a otros elementos (normalmente un émbolo) hace que también necesite de un sistema de unión articulado. El cuerpo de biela es la parte que une la cabeza con el pie. Está sometida a esfuerzos de tracción y compresión y su forma depende de las características de la máquina a la que pertenezca.
UTILIDAD: Desde el punto de vista tecnológico, una de las principales aplicaciones de la biela consiste en convertir un movimiento giratorio continuo en uno lineal alternativo, o viceversa. La amplitud del movimiento lineal alternativo depende de la excentricidad del operador al que esté unido. Este operador suele estar asociado siempre a una manivela (o también a una excéntrica o a un cigüeñal).
La biela se emplea en multitud de máquinas que precisan de la conversión entre movimiento giratorio continuo y lineal alternativo. Son ejemplos claros: trenes con máquina de vapor, motores de combustión interna (empleados en automóviles, motos o barcos); máquinas movidas mediante el pie (máquinas de coser, ruecas, piedras de afilar), bombas de agua...
EL EMBOLO El émbolo es una barra cuyos movimientos se encuentran limitados a una sola dirección como consecuencia emplea unas guías. Solamente está sometido a esfuerzos de tracción y compresión.
El émbolo se emplea en dos utilidades básicas: Si analizáramos el desplazamiento de la biela en un mecanismo bielamanivela observaríamos que su pie sigue un movimiento lineal alternativo, pero la orientación de su cuerpo varía constantemente dependiendo de la posición adoptada. Para conseguir un movimiento lineal alternativo más perfecto se recurre al émbolo.
El émbolo también se emplea en multitud de mecanismos que trabajan con fluidos a presión. Ejemplos simples pueden ser: las bombas manuales para hinchar balones o las jeringuillas.
LA EXCENTRICA Tanto la excéntrica como el resto de operadores similares a ella: manivela, pedal, cigüeñal... derivan de la rueda y se comportan como una palanca. Desde el punto de vista técnico la excéntrica es, básicamente, un disco (rueda) dotado de dos ejes: Eje de giro y el excéntrico. Por tanto, se distinguen en ella tres partes claramente diferenciadas: El disco, sobre el que se sitúan los dos ejes. El eje de giro, que está situado en el punto central del disco (o rueda) y es el que guía su movimiento giratorio. El eje excéntrico, que está situado paralelo al anterior pero a una cierta distancia (Radio) del mismo.
UTILIDAD Su utilidad práctica se puede resumir en tres posibilidades básicas:
Imprimir un movimiento giratorio a un objeto. Esto se consigue simplemente con una excéntrica en la que el eje excéntrico hace de agarradera (molinos de mano, sistemas de rehabilitación de los brazos, manivelas...) y se le hace girar sobre su eje central.
Imprimir un movimiento giratorio a un eje empleando las manos o los píes. En ambos casos se recurre más a la manivela que a la excéntrica. Pero una aplicación que no ha renunciado a la excéntrica es la conversión en giratorio del movimiento alternativo producido por un pie (máquinas de coser antiguas). Esto se consigue con el sistema excéntrica-palanca-biela.
Transformar un movimiento giratorio en lineal alternativo (sistema excéntrica-biela) Con la ayuda de una biela, transformar en lineal alternativo el movimiento giratorio de un eje (la conversión también puede hacerse a la inversa). Si se añade un émbolo se obtiene un movimiento lineal alternativo perfecto.
LA MANIVELA Desde el punto de vista técnico es un eje acodado, conceptualmente derivado de la palanca y la rueda. En ella se Empuñadura.
pueden
distinguir
tres
partes
principales: Eje,
Brazo y
El eje determina el centro de giro de la manivela. El brazo determina la distancia entre eje y empuñadura. Es similar al brazo de una palanca. La empuñadura es la parte adaptada para ser cogida con las manos (en el caso de los pedales esta se adapta a las características del pie).
Desde un punto de vista técnico la manivela y la excéntrica son la misma cosa. Esto se puede entender fácilmente si partimos de una rueda excéntrica a la que le quitamos todo el material excepto el radio que une los dos ejes.
UTILIDAD Además de las utilidades propias de la excéntrica (conversión de movimientos), la manivela es el operador manual más empleado para disminuir la fuerza necesaria para imprimir un movimiento rotativo a una eje (cuando se mueve empleando los pies recibe el nombre de pedal). Se emplea en multitud de objetos: pasapurés, tornos, gatos, ruedas de apoyo de auto caravanas, bicicletas, toldos enrollables, puertas elevables...
LA POLEA Dispositivo mecánico de tracción o elevación, formado por una rueda, montada en un eje, con una cuerda que rodea la circunferencia de la rueda.
Clases de poleas Según el sitio donde se encuentre la carga existen dos clases de poleas, polea fija y polea móvil. POLEA FIJA Es aquella que está unida a la viga, una polea fija no proporciona ninguna ventaja mecánica, es decir, ninguna ganancia en la transmisión de la fuerza: solo cambia la dirección o el sentido de la fuerza aplicada a través de la cuerda. Es decir que el esfuerzo que debemos realizar para levantar una carga es igual al peso de la carga.
POLEA MOVIL
La polea mรณvil no es otra cosa que una polea de gancho conectada a una cuerda que tiene uno de sus extremos anclado a un punto fijo y el otro (extremo mรณvil) conectado a un mecanismo de tracciรณn. Estas poleas disponen de un sistema armadura-eje que les permite permanecer unidas a la carga y arrastrarla en su movimiento (al tirar de la cuerda la polea se mueve arrastrando la carga).
POLEA COMPUESTA
Es una combinaciรณn de poleas fijas y mรณviles recorridas por una sola cuerda que tiene uno de sus extremos anclado a un punto fijo.
PROPUESTA DE TRABAJO DespuĂŠs de haber conocido estos operadores, se forman grupos de dos personas para elaborar en material de desecho un operador de los vistos en clase, y lo presentaran a sus compaĂąeros.