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22/3/2010

TECNOLOGÍA EXPOSICIÓN- D

| Santiago López Gómez


Acumuladores de energía. Los acumuladores de energía son aquellos elementos capaces de almacenar energía de un tipo determinado para poder utilizarla más adelante. Entre ellos se pueden citar los volantes de inercia y los elementos elásticos. Un volante de inercia en mecánica, es un elemento totalmente pasivo, que únicamente aporta al sistema una resistencia al cambio de movimiento adicional de modo que le permite almacenar energía cinética. Su principal característica frente a otros sistemas es la capacidad de absorber y ceder energía en poco tiempo, lo que permite evitar los cambios bruscos de sentido y velocidad. Es adecuado para sistemas mecánicos de ciclo energético discontinuo donde el periodo de tiempo sea muy corto, por lo que, tradicionalmente, se ha utilizado en motores y compresores alternativos, prensas, etc. Algunos ejemplos de dichos usos son: • •

Absorber la energía de frenado de un vehículo, de modo que se reutilice posteriormente en su aceleración.(KERS) Como dispositivos para suavizar el funcionamiento de instalaciones generadoras de energía eléctrica mediante energía eólica y energía fotovoltaica, así como de diversas aplicaciones eléctricas industriales. En los ferrocarriles eléctricos que usan desde hace mucho tiempo un sistema de freno regenerativo que alimenta la energía extraída del frenado nuevamente a las líneas de potencia; con los nuevos materiales y diseños se logran mayores rendimientos en tales fines.

Diseño Por lo general el volante consiste en una rueda o un disco, de fundición o de acero, calado en el árbol motor, y cuyas dimensiones están calculadas de acuerdo con las características generales del sistema del que forma parte.


En los motores de avión, la misma hélice hace las veces de volante de inercia.

Aplicaciones • • • •

Plato de tocadiscos por motor de corriente continúa en tracción directa. Algunos tipos de sistema de alimentación ininterrumpida utilizan el volante de inercia para almacenar energía. Juguetes: Por su simplicidad del mecanismo, suele ser utilizado como parte motor de los coches de juguete Prensa mecánica

ELEMENTOS ELASTICOS Estos poseen la propiedad de deformarse cuando están sometidos a alguna fuerza, y de recuperar su forma inicial cuando la fuerza deja de actuar. Los elementos elásticos se usan en algunas maquinas para, mediante estas deformaciones, absorber las oscilaciones o las fuerzas a las que se ven sometidos los sistemas mecánicos y de esta forma protegerlos. O también se pueden emplear para tener almacenada una energía mecánica y utilizarla cuando sea necesario. Los elementos elásticos se pueden ver sometidos a esfuerzos de: Compresión: los muelles de compresión están formados por una varilla enrollada en forma helicoidal y se utilizan para amortiguar o absorber esfuerzos de compresión. Las fuerzas que actúan sobre ellos producen un acortamiento en su longitud inicial. Al cesar la fuerza deformadora, recuperan su forma (chasis de automóviles, topes de ferrocarril).

Tracción: Los muelles de extensión también están constituidos por la varilla helicoidal. Los esfuerzos de tracción que soportan hacen alargar su longitud inicial. Una vez cesa el esfuerzo deformante, recuperan su longitud primitiva. Como los muelles que mantienen las zapatas en un freno separadas del tambor.


Flexión: como las ballestas utilizadas como elementos de suspensión en vehículos pesados y que están constituidas por una serie de láminas de acero que se someten a esfuerzos de flexión para absorber las vibraciones que se producen con consecuencia de las irregularidad des del terreno.

Torsión: también están formados por una varilla enrollada en hélice. Los esfuerzos de torsión a los que se ve sometida deforman la espiral, al cesar la fuerza deformadora, el muelle recupera su forma inicial. Algún ejemplo son los juguetes que se les da cuerda o los mecanismos de relojería.

ÁRBOLES DE TRANSMISIÓN Los ejes o árboles de transmisión se utilizan cuando se tiene que trasmitir un movimientos de rotación entre dos ejes sin necesidad de varia su velocidad ni el tipo de movimiento. Están diseñados para que aguanten el máximo de revoluciones sin deformarse. Se fabrican en tubo de acero elástico, con su sección longitudinal


en forma de uso (más grueso en el medio que en los extremos) y perfectamente equilibrados para no favorecer los esfuerzos en ningún punto determinado. Además del esfuerzo de torsión, el árbol de transmisión está sometido a otro de oscilación alrededor de su centro fijo de rotación. Debido a este movimiento de oscilación se modifican continuamente las longitudes de las uniones, dando como resultado un movimiento axial del árbol de transmisión. Los ejes de transmisión pueden ser de acoplamiento rígido o móvil. Los ejes de acoplamiento rígido están constituidos por elementos rígidos. En este caso los ejes entre los que se quiere transmitir los movimientos e conectan mediante una unión fijada por tornillos o elementos similares. Este tipo presenta el problema de la posible desalineación u oscilación entre los puntos conectados que por ser rígida la unión la acabaría destruyendo. Para solventar esta dificultad se utilizan los ejes de acoplamiento móvil, que pueden absorber estas oscilaciones o desalineaciones. Dependiendo del grado de oscilación que se permita entre los ejes de entrada y salida, se tienen: Juntas elásticas: En ellas la unión entre los ejes de entrada y salida se realiza interponiendo una pieza de caucho o goma, que absorbe las vibraciones y desalineaciones entre los ejes. El modelo más simple de junta elástica consiste en un anillo de caucho acoplado entre el eje de salida de la caja de cambios y el árbol de transmisión, llamado flector. Con este tipo de junta elástica evita las vibraciones y es capaz de seguir transmitiendo el par cuando la desalineación de la transmisión con respecto al eje de la caja de cambios no supere los 10º de inclinación. Debido a que este tipo de junta permite poca movilidad del árbol de transmisión. Juntas cardán: Se utilizan para realizar la transmisión entre ejes desalineados; se emplean siempre por pares. Están formadas por una cruceta a cuyos brazos se ensamblan las horquillas de los ejes del árbol de transmisión con intercesión de unos cojinetes de agujas por cada extremo de la cruceta. La gran ventaja de este tipo de juntas flexibles consiste en que son capaces de transferir amplios esfuerzos de giro. Pero tienen la desventaja de que cuando los ejes unidos a esta junta cardan giran desalineados, el eje de salida modificará periódicamente su velocidad con respecto al eje de entrada.


Juntas homocinéticas: Desarrollan la misma función que las cardán pero en este caso se pueden emplear aisladamente. La junta homocinética es una pieza compleja, que unida al eje de transmisión tiene como finalidad conectar dos ejes dispuestos longitudinalmente, no continuos, de modo que la velocidad entre ellos sea igual en todo momento. El palier de transmisión de las ruedas, se conecta por uno de sus extremos con el diferencial y por el otro con el buje de la rueda. Esta transmisión está sometida a los movimientos oscilatorios de la suspensión y los movimientos giratorios de la dirección, y por lo tanto debe ser articulada. La junta homocinética es una unión articulada, un especie de rótula compleja, que permite estos movimientos sin que por ello las ruedas pierdan tracción ni sufran las transmisiones.

Hay diferentes tipos de juntas homocinéticas: Junta homocinética Glaencer-Spicer: Consiste en dos juntas cardan unidas por una pieza de doble horquilla, de forma que el giro alterado por una de ellas es rectificado por la otra, transmitiéndose así un movimiento uniforme a las ruedas. Esta junta se puede decir que se compone de dos juntas cardan simples que se acoplan entre sí mediante un árbol muy corto. Además posee un dispositivo de centrado constituido por una rótula y una pequeña esfera, de manera que pueden deslizar a lo largo del árbol conducido.


Junta homocinética Rzeppa: La junta del tipo Rzeppa o más conocida por "junta homocinética de bolas" es la más utilizada hoy en día. La junta Rzeppa consta de seis bolas que se alojan en una jaula especial o caja de bolas (7). A su vez, las bolas son solidarias del árbol conductor y del conducido; este

acoplamiento se produce debido a que las bolas también se alojan en unas gargantas roticas, que están espaciadas uniformemente a lo largo de dos piezas interior y exterior. La pieza exterior (3), en forma de campana, está unida al árbol conducido, en el lado rueda. La pieza interior (8) es el núcleo del eje conductor, eje que, a su vez, se une a la junta homocinética que sale de la caja de cambios.


Junta homocinética tracta: Desarrollada en los años 20 del siglo pasado, se trata de una junta sencilla y relativamente fácil de fabricar. Los árboles de entrada y salida incorporan unas horquillas que se acoplan a dos piezas centrales, que hacen el efecto del árbol intermedio de las juntas. Estas dos piezas centrales, que denominaremos "nueces" por su enorme parecido con este alimento. Las nueces son macho y hembra, y se acoplan entre sí de manera que los elementos que transmiten el movimiento están siempre en el plano bisector. Los ángulos a los que puede trabajar esta junta son importantes; no obstante, cuando alcanzan valores del orden de 45º no permiten la transmisión de pares de elevado valor. La angularidad de la junta viene limitada por la geometría y la resistencia.

Junta homocinética Bendix-Weiss Esta junta como la Rzeppa utiliza bolas que proporcionan las puntos de contacto propulsores, en está no hay jaula que controle las bolas, las cuales van perfectamente ajustadas en sus pistas entre las dos mitades del acoplamiento. Las cuatro bolas deslizantes son fijadas por una bola interior taladrada que gira sobre un pasador alojado


en el semieje exterior. El plano de los puntos de contacto se mantiene en la bisectriz del ángulo de los dos semiejes, pero la posición de las bolas se consigue por el "roce del rodamiento" entre las cuatro bolas y sus pistas.

LUBRICACION Consiste en interponer una fina capa o película de aceite entre dos superficies que se desplazan entre sí para evitar el desgaste de las mismas. A las superficies que tienen que deslizarse una con respecto a la otra se les da un acabado fino, pero si las observamos al microscópico, veremos que están formadas por rugosidades. Al moverse una sobre la otra se enganchan los salientes provocando, seguidamente, la ruptura del material. A esto se le denomina desgaste. Además trae consigo el calentamiento de la pieza y por consiguiente su dilatación, disminuyendo el juego de montaje, con el peligro de que queden ambas piezas agarrotadas. Para evitarlo se realiza una lubricación o engrase interponiendo una película de aceite capaz de resistir las fuerzas de compresión sin romperla, evitando el choque entre las dos piezas y, por tanto, el desgaste. Además el aceite sirve para evacuar el calor. La única forma de disminuirlo es por medio de mecanizado y acabado superficial de alta calidad, además de


emplear materiales muy duros. Evidentemente, este procedimiento resulta caro y para solucionarlo se emplean los cojinetes y la lubricación.

La lubricación consiste en interponer una capa o película de un líquido, denominado lubricante, entre dos superficies que se desplazan entre sí, o entre órganos activos de cualquier máquina que trabajen moviéndose una respecto al otro. La lubricación no solo es importante en órganos de máquinas en movimiento, sino que tiene especial trascendencia en los útiles o herramientas de corte, con objeto de refrigerar el útil e impedir que durante el trabajo alcancen temperaturas inadecuadas.

Para lograr que el lubricante se interponga entre las dos superficies es preciso que se produzca el “efecto cuña”. . En la siguiente fotografía se puede observar una superficie muy aumentada en forma de cuña que en la posición A está en reposo. Cuando comienza a moverse, el lubricante es obligado a introducirse entre las dos superficies, posición B, formando una delgada película y por último, cuando alcanza la velocidad de régimen en C, se produce la lubricación correcta..

Los objetivos de la lubricación son: 1) Impedir el contacto entre dos metales. 2) Refrigerar las partes lubricadas. 3) Ayudar a la estanqueidad del sistema.


Los factores principales que influyen sobre la lubricación, además de las características de los lubricantes son: A) Acabado de las superficies de contacto. B) Naturaleza y dureza de los materiales que componen las partes. C) Espacio o huelgo entre las partes.

Aparatos Para vencer la resistencia de las tuberías se necesita una determinada presión de aceite, la cual se produce por medio de una bomba y se regula mediante una válvula, habiendo otros aparatos que retienen las materias extrañas y regulan la temperatura del aceite.

Bomba de aceite: El tubo de aspiración de la bomba de aceite tiene que estar colocado en el punto más bajo del cárter y se impulsa desde el árbol de levas, para lo cual se llenan los huecos de los dientes con aceite de engrase y lo impulsan a otro sitio.

Manómetro: La presión se extiende uniformemente en un sistema de tubos cerrados, pudiéndose medir la presión en cada sitio y reconocer la circulación del aceite.

Filtro de aceite: El aceite de engrase absorbe materias extrañas durante su circulación, las cuales forman con el aceite una pasta análoga al esmeril y que poco a poco puede destruir las superficies de deslizamiento. Los residuos taponan también las tuberías y ya no dejan pasar suficiente aceite, por lo que en cada circulación debe limpiarse el aceite de lubricación.


Para la limpieza se utilizan diferentes filtros, que separan los cuerpos extraños y mantienen el poder lubricante del aceite. Los que mas se utilizan son: filtros de ranuras, filtros cambiables y filtros centrífugos

Enfriador de aceite: Las elevadas temperaturas en los motores calientan también el aceite de engrase, con lo cual se vuelve más ligero, pero pierde viscosidad y ya no forma película sólida de engrase.

Naturaleza química de los lubricantes: Existen tres tipos de aceites: a) Minerales b) Grasos o fijos (origen animal y vegetal) c) Sintéticos Los aceites minerales químicamente difieren por la presencia de oxígeno de los aceites grasos también llamados fijos porque no pueden ser destilados y se descomponen. Los aceites fijos al intentar destilarlos se descomponen, los aceites minerales comienzan a evaporizar a 400°C y los sintéticos a mayor temperatura. Dos condiciones definen la calidad de un aceite: a) Estabilidad física b) Estabilidad química a) Se define por medio de la variación de su viscosidad absoluta al variar la presión y la temperatura. Cuanto mayor sean estas variaciones y conserve la viscosidad absoluta mayor será la estabilidad física.


Los aceites minerales tienen menos estabilidad física que los grasos, pero estos últimos tienen el inconveniente que se solidifican a bajar demasiado la temperatura o si aumenta la presión. La estabilidad física tiene gran importancia porque si al calentarse el motor disminuye demasiado la viscosidad del aceite existe el peligro de agarre. b) La estabilidad química está dada por la resistencia de los aceites a la descomposición química debida a la alta temperatura. La estabilidad química es grande en los aceites minerales y sintéticos y menor en los grasos, y se pueden mejorar mediante el agregado de aditivos. El envejecimiento de los aceites lubricantes es muy grande en los motores nuevos debido a la acción catalítica de los motores y la presencia de limaduras que se incorporan a la masa del aceite, a medida que el aceite se incorpora a la superficie metálica debido al uso del motor la acción catalítica disminuye y la vida útil aumenta.

SOPORTES. Es una pieza o dispositivo destinado a sostener o apoyar algún otro elemento fijo o móvil de la máquina. Todo elemento móvil necesita uno o varios puntos de apoyo sobre una superficie fija, estos le permiten desplazarse o girar en la dirección requerida para cumplir su misión, pero se lo impiden en las demás. En el caso de los ejes que transmiten movimiento, es preciso que los soportes le permitan el movimiento de giro y le impidan el movimiento axial (en la dirección del eje). En algunos casos disponen de un pequeño desplazamiento axial, pero con el fin de cumplir un objetivo previsto. Para conseguir lo anterior y que las perdidas por rozamiento entre eje y soporte sean mínimas, se colocan entre ambos unas piezas denominadas cojinetes. Un eje por norma general está apoyado en dos soportes como mínimo, en los que se colocan los cojinetes que se permiten el giro y evitan el desplazamiento axial y radial del mismo. En la siguiente figura se puede observar un esquema de la disposición más usual. En todos los soportes se colocan cojinetes radiales y en uno de ellos, uno o dos cojinetes axiales para impedir el desplazamiento en los dos sentidos del eje.


Soporte o bastidor de un vehículo Todo terreno. Sobre él se apoyan la carroceRía y los demás elementos móviles.

Soportes de un eje con sus cojinetes

El soporte de transmisión dispone del cojinete o rodamiento de apoyo, de la cámara de lubricante y de los dispositivos de protección y fijación necesarios. Los soportes de dotados de cojinetes de fricción han caído en desuso o bien son de empleo limitado. Son más importantes los destinados a recibir rodamientos, con toda una amplia gama de posibilidades, tanto constructivas como de capacidad de carga.



EXPOSICION D