BUJIA

La bujía es el elemento que produce el encendido de la mezcla de combustible y aire en el (o los) cilindros, mediante una chispa, en un motor de combustión interna de encendido provocado (MEP) , tanto alternativo de ciclo Otto como Wankel. Su correcto funcionamiento es crucial para el buen desarrollo del proceso de combustión/expansión del ciclo Otto, ya sea de 2 tiempos (2T) como de cuatro (4T) y pertenece al sistema de encendido del motor.

La bujía tiene dos funciones primarias:

1) Inflamar la mezcla aire/combustible.
2) Disipar el calor generado en la cámara de combustión hacia el sistema de refrigeración del motor (rango térmico).

transmisión del calor de la bujía a la culata: izquierda bujía de grado térmico elevado, derecha grado térmico bajo.
La bujía participa en el inicio de la tercera fase (combustión-expansión) del ciclo de cuatro tiempos.Una bujía debe tener las siguientes características:
a) Estanca a la presión; a pesar de las distintas condiciones de funcionamiento no debe permitir el paso de gases desde el interior del cilindro al exterior del mismo.
b) Resistencia del material aislante a los esfuerzos térmicos, mecánicos y eléctricos. No debe ser atacado por los hidrocarburos y los ácidos que se forman durante la combustión. Debe mantenerse sus propiedades de aislamiento eléctrico sin partirse por las exigencias mecánicas.
c) Adecuada graduación térmica; para asegurar a la bujía un funcionamiento correcto, la temperatura de la misma parte situada debe oscilar entre 500 y 600 °C. La forma de la bujía y más concretamente la longitud del aislante central cerámico, darán la capacidad de transmisión de calor a la culata, lo cual determinará la temperatura estable de funcionamiento.

Las bujías convierten la energía eléctrica generada por la bobina del encendido en un arco eléctrico, el cual a su vez permite que la mezcla aire/combustible se expanda rápidamente generando trabajo mecánico que se transmite al pistón o émbolo rotatorio (Wankel). Para ello hay que suministrar un voltaje suficientemente elevado a la bujía, por parte del sistema de encendido del motor para que se produzca la chispa, al menos de 5.000 V. Esta función de elevación del voltaje se hace por autoinducción en la bobina de alta tensión.

La temperatura de la punta de encendido de la bujía debe de encontrarse lo suficientemente baja como para prevenir la pre-ignición o detonación, pero lo suficientemente alta como para prevenir la carbonización. Esto es llamado “Rendimiento térmico”, y es determinado por el rango térmico de la bujía. Es importante tener esto presente, porque según el tipo de motor, especialmente el número de veces que se produce la chispa en la unidad de tiempo (régimen motor) nos va a determinar la temperatura de funcionamiento. . La bujía trabaja como un intercambiador de calor sacando energía térmica de la cámara de combustión, y transfiriendo el calor fuera de la cámara de combustión hacia la culata, y de ahí al sistema de refrigeración del motor. El rango térmico está definido como la capacidad de una bujía para disipar el calor.

La tasa de transferencia de calor se determina por:

La profundidad del aislador.
Flujo de gases frescos alrededor de la bujía
La construcción/materiales del electrodo central y el aislante de porcelana.

Anillos de piston

Los anillos o aros son piezas circulares de sección generalmente rectangular, que se adaptan en el émbolo o pistón a una ranura practicada en él y que sirve para hacer estanca o hermética o aislada la cámara del pistón o émbolo sobre las paredes del cilindro.

Los anillos están fabricados con aleaciones de hierro dúctil (X) cromo (KC) y molibdeno (K) con estas letras podrán identificar de que material están fabricados los juegos, esto es importante para la adecuada selección de los anillos a utilizar en motores reanillados o rectificados.

El anillo o aro de aceite de acero inoxidable SS-50U se considera el mejor diseñado de la industria para el control de aceite, es de construcción robusta en forma de caja para eliminar la vibración y la deformación en motores de altas RPM. Los expansores SS-50U se fabrican en acero inoxidable electropulido para obtener una superficie suave y resistente a la corrosión. Este diseño único permite, a los anillos o aros, mantener una presión constante en condiciones de alta temperatura y también ajustarse a las paredes de los cilindros o émbolos aún cuando estos estén gastados y deformados. Los rieles de aceite cromado son pre-asentados en la fabrica permitiendo la distribución de aceite tan pronto se enciende el motor, provee un control de aceite máximo y permite una ruta de retorno excelente en el barrido del aceite.

PISTON

Se denomina pistón a uno de los elementos básicos del motor de combustión interna.

Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos o anillos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio de presión y volumen del fluido.

A través de la articulación de biela y cigüeñal, su movimiento alternativo se transforma en rotativo en este último.


Esquema simplificado del movimiento pistón/bielaPuede formar parte de bombas, compresores y motores. Se construye normalmente en aleación de aluminio.

Los pistones de motores de combustión interna tienen que soportar grandes temperaturas y presiones, además de velocidades y aceleraciones muy altas. Debido a estos se escogen aleaciones que tengan un peso especifico bajo para disminuir la energía cinética que se genera en los desplazamientos. También tienen que soportar los esfuerzos producidos por las velocidades y dilataciones. El material más elegido para la fabricación de pistones es el aluminio y suelen utilizarse aleantes como: cobre, silicio, magnesio y manganeso entre otros.

cigüeñal

Un cigüeñal es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en ciertas máquinas que, aplicando el principio del mecanismo de biela - manivela, transforma el movimiento rectilíneo alternativo en rotatorio y viceversa. El extremo de la biela opuesta al bulón del pistón (cabeza de biela) conecta con la muñequilla, la cual junto con la fuerza ejercida por el pistón sobre el otro extremo (pie de biela) genera el par motor instantáneo. El cigüeñal va sujeto en los apoyos, siendo el eje que une los apoyos el eje del motor.

Normalmente se fabrican de aleaciones capaces de soportar los esfuerzos a los que se ven sometidos y pueden tener perforaciones y conductos para el paso de lubricante. Hay diferentes tipos de cigüeñales; Los hay que tienen un apoyo cada dos muñequillas y los hay con un apoyo entre cada muñequilla.


Cigüeñal de un motor de barco con 6 cilindros en línea, con 7 apoyos Por ejemplo para el motor de automóvil más usual, el de cuatro cilindros en línea, los hay de tres apoyos,(hoy ya en desuso) y de cinco apoyos,(lo más corriente).

En otras disposiciones como motores en V o bien horizontales opuestos (boxer) puede variar esta regla, dependiendo del número de cilindros que tenga el motor. El cigüeñal es también el eje del motor con el funcionamiento del pistón

ÁRBOL DE LEVAS

Un árbol de levas es un mecanismo formado por un eje en el que se colocan distintas levas, que pueden tener distintas formas y tamaños y estar orientadas de diferente manera,para activar diferentes mecanismos a intervalos repetitivos, como por ejemplo unas válvulas, es decir constituye un temporizador mecánico cíclico.

Los usos de los árboles de levas son muy variados, como en molinos, telares, sistemas de distribución de agua o martillos hidráulicos, aunque su aplicación más desarrollada es la relacionada con el motor de combustión interna alternativo, en los que se encarga de regular tanto la carrera de apertura y el cierre de las válvulas, como la duración de esta fase de apertura, permitiendo renovación de la carga en las fases de admisión y escape de gases en los cilindros.

Se fabrican siempre mediante un proceso de forja, y luego suelen someterse a acabados superficiales como cementados, para endurecer la superficie del árbol, pero no su núcleo.

Dependiendo de la colocación del árbol de levas y la distribución de estas, accionarán directamente las válvulas a través de una varilla como en el la primera época de los motores Otto, sistema SV o lo harán mediante un sistema de varillas, taqués y balancines, es el sistema OHV . Posteriormente , sobre todo desde la aparición de los motores diesel, el árbol de levas ha pasado a la culata , es el llamado sistema SOHC . En el pasado, cuando los motores no eran tan fiables como hoy, esto resultaba problemático, pero en los modernos motores de 4 tiempos diesel o gasolina, el sistema de levas "elevado", donde el árbol de levas está en la culata , es lo más común. Algunos motores usan un árbol de levas por cada válvula de admisión y de escape ; esto es conocido como double o dual overhead camshaft DOHC. Así, los motores en V pueden tener 4 árboles de levas. El sistema DOHC permite entre otras cosas montar 2 válvulas de escape y 2 de admisión, en los 4 cilindros es lo que se llama "16 válvulas".

LEVAS

Este mecanismo también transforma el movimiento rotatorio en lineal. Una leva es un trozo de metal con una forma especial que se sujeta en un eje.

Un rodillo de leva es un mecanismo diseñado para subir y bajar mientras sigue la forma o perfil de la leva. Se puede mantener firmemente por medio de la gravedad o por medio de la accion de un muelle. El perfil de una leva determina la distancia recorrida por su rodillo.

Punto muerto

El punto muerto en mecánica se da cuando una transmisión deja de tener movimiento.

Motor de combustión interna

Un motor de combustión interna es un tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se emplean motores de combustión interna de cuatro tipos:

• El motor de explosión ciclo Otto, cuyo nombre proviene del técnico alemán que lo inventó, Nikolaus August Otto, es el motor convencional de gasolina que se emplea en automoción y aeronáutica.

• El motor diesel, llamado así en honor del ingeniero alemán nacido en Francia Rudolf Diesel, funciona con un principio diferente y suele consumir gasóleo. Se emplea en instalaciones generadoras de energía eléctrica, en sistemas de propulsión naval, en camiones, autobuses y automóviles. Tanto los motores Otto como los diesel se fabrican en modelos de dos y cuatro tiempos.

• El motor rotatorio.

• La turbina de combustión.

Motor de combustión

Se denomina motor de combustión a un motor capaz de transformar en movimiento la energía proveniente de la combustión de sustancias adecuadas, denominadas combustibles.

Cuando la combustión se produce dentro de un recinto cerrado se denominan motores de combustión interna, normalmente utilizados en automóviles.

También existen motores de combustión externa, en los cuales la combustión se realiza en una camara exterior al motor llamada Caldera, como las maquinas de vapor.

Paginas de interes

http://www.youtube.com/watch?v=N1I_l9i9ihw&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=hyhGJDs6Onk

Biela

Se denomina biela a un elemento mecánico que sometido a esfuerzos de tracción o compresión, transmite el movimiento articulando a otras partes de la maquina. En un motor de combustión interna conectan el pistón al cigüeñal,
Actualmente las bielas son un elemento básico en los motores de combustión interna y en los compresores alternativos. Se diseñan con una forma específica para conectarse entre las dos piezas, el pistón y el cigüeñal. Su sección transversal o perfil puede tener forma de H, I o + . El material del que están hechas es de una aleación de acero, titanio o aluminio. En la industria automotor todas son producidas por forjamiento, pero algunos fabricantes de piezas las hacen mediante maquinado
Se pueden distinguir tres partes en una biela.
• La parte trasera de biela en el eje del piston, es la parte con el agujero de menor diámetro, y en la que se introduce el casquillo a presión, en el que luego se inserta el bulón, un cilindro o tubo metálico que une la biela con el pistón.
• El cuerpo de la biela es la parte central, está sometido a esfuerzos de tracción-compresión en su eje longitudinal, y suele estar aligerado, presentando por lo general una sección en forma de doble T, y en algunos casos de cruz.
• La cabeza es la parte con el agujero de mayor diámetro, y se suele componer de dos mitades, una solidaria al cuerpo y una segunda postiza denominada sombrerete, que se une a la primera mediante tornillos.
o Entre estas dos mitades se aloja un casquillo, cojinete o rodamiento, que es el que abraza a la correspondiente muñequilla ó muñón en el cigüeñal.

Deterioro y fallo de los engranajes

Como todo elemento técnico el primer fallo que puede tener un engranaje es que no haya sido calculado con los parámetros dimensionales y de resistencia adecuada, con lo cual no es capaz de soportar el esfuerzo al que está sometido y se deteriora o rompe con rapidez.
El segundo fallo que puede tener un engranaje es que el material con el que ha sido fabricado no reúne las especificaciones técnicas adecuadas principalmente las de resistencia y tenacidad.
También puede ser causa de deterioro o rotura si el engranaje no se ha fabricado con las cotas y tolerancias requeridas o no ha sido montado y ajustado en la forma adecuada.
Igualmente se puede originar el deterioro prematuro de un engranaje es que no se le haya efectuado el mantenimiento adecuado con los lubricantes que le sean propios de acuerdo a las condiciones de funcionamiento que tenga
Otra causa de deterioro es que por un sobresfuerzo del mecanismo se superen los límites de resistencia del engranaje
La capacidad de transmisión de un engranaje viene limitada:
• Por el calor generado, (calentamiento)
• Fallo de los dientes por rotura ( sobreesfuerzo súbito y seco
• Fallo por fatiga en la superficie de los dientes (lubricación deficiente y dureza inadecuada)
• Ruido como resultante de vibraciones a altas velocidades y cargas fuertes.
Los deterioros o fallas que surgen en los engranajes están relacionados con problemas existentes en los dientes, en el eje, o una combinación de ambos. Las fallas relacionadas con los dientes pueden tener su origen en sobrecargas, desgaste y grietas, y las fallas relacionadas con el eje pueden deberse a la desalineación o desequilibrado del mismo produciendo vibraciones y ruidos.

Verificación de engranajes

La verificación de engranajes consiste en poder controlar los distintos parámetros que lo definen. Para medir el espesor cordal se utilizan pie de rey de doble nonio y micrómetros de platillo.
La medición del espesor de los dientes mediante pie de rey de doble nonio, sólo se utiliza por lo general cuando se trata engranajes de módulo grande y mecanizado de desbaste.
Para medir el espesor de engranajes de precisión se utiliza un micrómetro de platillo y se selecciona el número de dientes a abrazar para que el contacto entre los flancos de los dientes y los platillos se produzca en la circunferencia primitiva.
La medición mediante comparadores se utiliza con patrones de puesta a punto para cada operación de control.
La verificación en proyector de perfiles se utiliza para medir sobre la imagen amplificada o verificar utilizando plantillas adecuadas todas las características del engranaje.
La medición de la excentricidad de un engranaje que es el descentramiento del diámetro primitivo respecto al eje de referencia de la pieza, se puede verificar:
• Con comparador y varilla calibrada
• Por rodadura contra un perfil patrón.
Los engranajes maestros se clasifican en varias calidades de acuerdo con DIN3790 y 58420. Sus dientes una vez mecanizados pasan por un proceso de súper acabado. Durante la medición según este principio los engranajes a controlar se hacen engranar con engranajes maestros.

Tratamiento térmico de los engranajes

Los engranajes están sometidos a grandes presiones tanto en la superficie de contacto y por eso el tratamiento que la mayoría de ellos recibe consiste en un tratamiento térmico de cementación o nitruración con lo cual se obtiene una gran dureza en la zona de contacto de los dientes y una tenacidad en el núcleo que evite su rotura por un sobreesfuerzo.
La cementación consiste en efectuar un calentamiento prolongado en un horno de atmósfera controlada y suministrarle carbono hasta que se introduzca en la superficie de las piezas a la profundidad que se desee. Una vez cementada la pieza se la somete a temple, con lo cual se obtiene gran dureza en la capa exterior, ideal para soportar los esfuerzos de fricción a que se someten los engranajes.
Los engranajes que se someten a cementación están fabricados de aceros especiales adecuados para la cementación.
Otra veces el tratamiento térmico que se aplica a los engranajes es el de nitruración, que está basado en la acción que ejercen sobre la superficie exterior de las piezas la acción del carbono y del nitrógeno. La nitruración reduce la velocidad crítica de enfriamiento del acero, alcanzando un mayor grado de dureza una pieza nitrurada y templada que cementada y templada, aun para un mismo tipo de material.
En la actualidad, y particularmente en la industria de la automoción, se están supliendo aceros aleados por aceros más sencillos dadas las grandes ventajas técnicas que ofrece la nitruración (elevadas durezas, regularidades de temple, menos deformaciones...). En los procesos de nitruración se puede obtener capas entre 0.1-0.6mm., siendo las durezas en la periferia del orden de los 60-66 HRC.
La nitruración es un proceso para endurecimiento superficial que consiste en penetrar el nitrógeno en la capa superficial. La dureza y la gran resistencia al desgaste proceden de la formación de los nitruros que forman el nitrógeno y los elementos presentes en los aceros sometido a tratamiento.
A veces hay engranajes que se les aplica un temple por inducción donde el calentamiento es limitado a la zona a tratar y es producido por corrientes alternativas inducidas. Cuando se coloca un cuerpo conductor dentro del campo de una bobina o de un solenoide con corrientes de media o alta frecuencia, el cuerpo es envuelto por una corriente inducida, la cual produce el calentamiento. Para ello se emplea inductores que tienen la forma apropiada de la dentadura que queremos tratar.
La ausencia de todo contacto entre el inductor y la pieza sometida a calentamiento permite la obtención de concentraciones del orden de los 25.000 W cm-2. La velocidad de calentamiento es casi unas 15 veces más rápida que por soplete. Para templar una pieza por inducción será necesario que tenga un espesor por lo menos unas diez veces superior al espesor que se desea templar. El éxito de un buen temple reside en acertar con la frecuencia de corriente de calentamiento, para que ésta produzca una concentración suficiente de corriente inducida en la zona a templar.
El sistema que se emplea en el calentamiento es en dos ciclos. 10.000 ciclos para el calentamiento de la base de los dientes y 375.000 para el calentamiento de la periferia. Después de efectuados los dos calentamientos el engrane es sumergido en agua o aceite en función del tipo de acero que sea.
Una posibilidad que existe para solucionar los problemas que aparecen en los engranajes ha sido el níquel químico. Los depósitos de níquel le confieren a la pieza tratada una buena resistencia a la corrosión, una gran resistencia a la fricción y una gran dureza con ayuda de unos precipitados concretos. El niquelado químico se consigue que las capas sean uniformes, siempre y cuando todas las partes de la pieza estén en contacto con la solución y la composición de esta se mantenga constante, y el espesor de esta capa varía según el tiempo de tratamiento y la composición. Las piezas antes de ser tratadas deben de pasar por otras fases como pueden ser el decapado, ataque, para garantizar su adhesión, y otra cosa a tener en cuenta es que el niquelado químico reproduce en la superficie la rugosidad de la pieza tratada.

Engranaje helicoidal y Engranajes helicoidales dobles

Engranaje helicoidal

Los engranajes cilíndricos de dentado helicoidal están caracterizados por su dentado oblicuo con relación al eje de rotación. En estos engranajes el movimiento se transmite de modo igual que en los cilíndricos de dentado recto, pero con mayores ventajas. Los ejes de los engranajes helicoidales pueden ser paralelos o cruzarse, generalmente a 90º. Para eliminar el empuje axial el dentado puede hacerse doble helicoidal.
Los engranajes helicoidales tienen la ventaja que transmiten más potencia que los rectos, y también pueden transmitir más velocidad, son más silenciosos y más duraderos; además, pueden transmitir el movimiento de ejes que se corten. De sus inconvenientes se puede decir que se desgastan más que los rectos, son más caros de fabricar y necesitan generalmente más engrase que los rectos.
Lo más característico de un engranaje cilíndrico helicoidal es la hélice que forma, siendo considerada la hélice como el avance de una vuelta completa del diámetro primitivo del engranaje. De esta hélice deriva el ángulo β que forma el dentado con el eje axial. Este ángulo tiene que ser igual para las dos ruedas que engranan pero de orientación contraria, o sea: uno a derechas y el otro a izquierda. Su valor se establece a priori de acuerdo con la velocidad que tenga la transmisión, los datos orientativos de este ángulo son los siguientes:
Velocidad lenta: β = (5º - 10º)
Velocidad normal: β = (15º - 25º)
Velocidad elevada: β = 30º
Las relaciones de transmisión que se aconsejan son más o menos parecidas a las de los engranajes rectos.

Engranajes helicoidales dobles
Este tipo de engranajes fueron inventados por el fabricante de automóviles francés André Citroën, y el objetivo que consiguen es eliminar el empuje axial que tienen los engranajes helicoidales simples. Los dientes de los dos engranajes forman una especie de V.
Los engranajes dobles son una combinación de hélice derecha e izquierda. El empuje axial que absorben los apoyos o cojinetes de los engranajes helicoidales es una desventaja de ellos y ésta se elimina por la reacción del empuje igual y opuesto de una rama simétrica de un engrane helicoidal doble.
Un engrane de doble hélice sufre únicamente la mitad del error de deslizamiento que el de una sola hélice o del engranaje recto. Toda discusión relacionada a los engranes helicoidales sencillos (de ejes paralelos) es aplicable a los engranajes helicoidales dobles, exceptuando que el ángulo de la hélice es generalmente mayor para los helicoidales dobles, puesto que no hay empuje axial.
Con el método inicial de fabricación, los engranajes dobles, conocidos como engranajes de espina, tenían un canal central para separar los dientes opuestos, lo que facilitaba su mecanizado. El desarrollo de las máquinas talladoras mortajadoras por generación, tipo Sykes, hace posible tener dientes continuos, sin el hueco central. Como curiosidad, la empresa Citroën ha adaptado en su logotipo la huella que produce la rodadura de los engranajes helicoidales dobles.

Tipos de engranajes

La principal clasificación de los engranajes se efectúa según la disposición de sus ejes de rotación y según los tipos de dentado. Según estos criterios existen los siguientes tipos de engranajes:

Ejes paralelos

Engranajes especiales.
• Cilíndricos de dientes rectos
• Cilíndricos de dientes helicoidales
• Doble helicoidales
Ejes perpendiculares
• Helicoidales cruzados
• Cónicos de dientes rectos
• Cónicos de dientes helicoidales
• Cónicos hipoides
Por aplicaciones especiales se pueden citar
• Planetarios
• Interiores
• De cremallera
Por la forma de transmitir el movimiento se pueden citar
• Transmisión simple
• Transmisión con engranaje loco
• Transmisión compuesta. Tren de engranajes
Transmisión mediante cadena o polea dentada
• Mecanismo piñón cadena
• Polea dentada

Engranaje

Se denomina engranaje o ruedas dentadas al mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina 'corona' y la menor 'piñón'. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina 'tren.

EFECTO DE CORIOLIS

Este efecto consiste en la existencia de una aceleración relativa del cuerpo en dicho el sistema en rotación. Esta aceleración es siempre perpendicular al eje de rotación del sistema y a la velocidad del cuerpo.

El efecto Coriolis hace que un objeto que se mueve sobre el radio de un disco en rotación tienda a acelerarse con respecto a ese disco según si el movimiento es hacia el eje de giro o alejándose de éste. Por el mismo principio, en el caso de una esfera en rotación, el movimiento de un objeto sobre los meridianos también presenta este efecto, ya que dicho movimiento reduce o incrementa la distancia respecto al eje de giro de la esfera.

Debido a que el objeto sufre una aceleración desde el punto de vista del observador en rotación, es como si para éste existiera una fuerza sobre el objeto que lo acelera. A esta fuerza se la llama fuerza de Coriolis, y no es una fuerza real en el sentido de que no hay nada que la produzca. Se trata pues de una fuerza inercial o ficticia, que se introduce para explicar, desde el punto de vista del sistema en rotación, la aceleración del cuerpo, cuyo origen está en realidad, en el hecho de que el sistema de observación está rotando.

Un ejemplo canónico de efecto Coriolis es el experimento imaginario en el que disparamos un obús desde el Ecuador en dirección norte. El cañón está girando con la tierra hacia el este y, por tanto, imprime al obús esa velocidad (además de la velocidad hacia adelante de la carga de impulsión). Al viajar el obús hacia el norte, sobrevuela puntos de la tierra cuya velocidad líneal hacia el este va disminuyendo con la latitud creciente. La inercia del obús hacia el este hace que su velocidad angular aumente y que, por tanto, adelante a los puntos que sobrevuela. Si el vuelo es suficientemente largo (ver cálculos al final del artículo), el obús caerá en un meridiano situado al este de aquél desde el cual se disparó, a pesar de que la dirección del disparo fue exactamente hacia el norte. Análogamente, una masa de aire que se desplace hacia el este sobre el ecuador aumentará su velocidad de giro con respecto al suelo en caso de que su latitud disminuya. Finalmente, el efecto Coriolis, al actuar sobre masas de aire (o agua) en latitudes intermedias, induce un giro al desviar hacia el este o hacia el oeste las partes de esa masa que ganen o pierdan latitud de forma parecida a como gira la bolita del ejemplo.

Una de las raras ocasiones en la cual una persona puede sentir la fuerza de Coriolis es cuando trata de caminar siguiendo una trayectoria radial en un tiovivo (o carrusel). Cuando la persona se aleja del eje de rotación, sentirá una fuerza que la empuja en el sentido contrario a la rotación: es la fuerza de Coriolis.

Cuando una persona se aleja o se acerca del eje de rotación a una velocidad de 1 m/s en un tiovivo que gira a 10 vueltas por minuto, la aceleración de Coriolis es:

Se trata, por consiguiente, de una aceleración lateral 46 veces más pequeña que el peso de la persona. Para una persona de 70 kg, eso corresponde a una fuerza lateral igual al peso de 1,5 kg. No es mucho pero, poniendo atención, puede sentirse.

CENTROS INSTANTANEOS DE ROTACION (C.I.R.)

Los eslabones en un mecanismo se pueden considerar que en cada instante realizan un giro alrededor de un centro. Dicho centro se llama centro instantáneo de rotación o polo de velocidades. Cuando un eslabón está efectuando una traslación en un momento dado, su centro instantáneo de rotación se encuentra en el infinito y en una dirección perpendicular al movimiento del eslabón. Esto se denota fácilmente porque las velocidades de todos sus puntos son iguales y sus vectores paralelos.

Imagínese un cuadrilátero articulado ABCD (figura 3.4), donde se han determinado las velocidades VB y VC, tal como se describió en la sección anterior.

El eslabón 1 tiene un punto A fijo, luego el centro instantáneo de rotación del eslabón 1, con relación al eslabón fijo 4 se indicará por la notación P14 y se confunde con el punto A. Análogamente ocurre con el eslabón 3, y será P3D.

Por su parte, el punto B es la articulación de los eslabones 2 y 1; luego P12 ≡ B. Por la misma razón P23 coincide con el punto C.

Debe observarse que, cuando se determina el centro instantáneo de rotación con relación al eslabón fijo 4, las velocidades de sus puntos son normales a los radios considerados. Así VB es normal a BA y VC lo es a CD.

Para hallar el centro instantáneo de rotación del eslabón 2 con relación al eslabón fijo 4, bastará trazar por B y C sendas rectas perpendiculares a las velocidades en tales puntos y su intersección proporcionará el punto P24. El eslabón 2 es como si en la posición mostrada en la Fig. 3.4 estuviera girando alrededor del punto P24.

Si por el punto C se llevan las velocidades VC y VB se tiene un triángulo CFE que es semejante al P24BC (por tener sus lados homólogos ortogonales) y, por lo tanto, se puede escribir que: BPCPCECF2424= BCBCrrVV= (3.11)

de donde resulta que las velocidades (de los puntos B y C, en este caso) son proporcionales a sus distancias respectivas al centro instantáneo de rotación (polo P24). De aquí se deduce que el eslabón 2 está rotando alrededor de P24 con velocidad
angular rC2BBCrVV==ω (3.12)

El punto P24 centro instantáneo de rotación del eslabón 2 con relación al eslabón 4, tiene la misma velocidad por ambos eslabones y por lo tanto, por ser fijo el eslabón 4, resulta que el punto

P24 no se mueve. Lo mismo ocurre respecto a coincidencia de velocidades con los restantes centros encontrados y siempre estos puntos representan la superposición de otros dos, uno de cada eslabón. Tales puntos tienen gran utilidad para la localización de velocidades de otros puntos, pero ha de tenerse en cuenta que tales polos de velocidades solo pueden emplearse en una concreta posición del mecanismo, ya que un instante después estos puntos pueden ser sustituidos por otros distintos, y de hecho generalmente lo son.

Por último, resta encontrar el centro de rotación del eslabón 3 con relación al eslabón 1. Para determinarlo se supondrá realizada una inversión del mecanismo de la Fig. 3.4, admitiéndose que el eslabón 1 es fijo; esto es, los puntos A y B son las articulaciones unidas al bastidor del mecanismo.

Si B y A fuesen fijos, los puntos C y D tendrían velocidades normales, respectivamente, a BC y AD, y sus rectas perpendiculares CB y AD se cortarían en el punto P31 que es el centro instantáneo de rotación buscado.

El número de centros instantáneo existentes en un mecanismo con n barras o eslabones vendrá dado por la expresión 2)1(−=nnN (3.13) que representaría las combinaciones binarias posibles entre eslabones.

Hay una regla práctica para la localización de centros instantáneos. Obsérvese en la Fig. 3.4que están alineados los cuatro grupos siguientes de puntos para un cuadrilátero articulado:

1) P31 P14 P34
2) P31 P21 P23
3) P24 P23 P34
4) P24 P21 P14

Conocidos 2 de los tres puntos de una alineación es posible encontrar al tercero, ya que ha de estar alineado con los dos anteriores. Esta propiedad se denomina regla de los tres centros o Teorema de Aronhold-Kennedy que dice:

“Cuando tres cuerpos cualesquiera tienen movimiento relativos plano sus tres centros instantáneos (o centros de rotación relativa), están en línea recta”.

De otra forma podemos decir que en todo mecanismo cada grupo de tres eslabones con tres centros con "parentesco" entre sí están situados sobre una misma recta.

ANÁLISIS DE LA VELOCIDAD

Para explicar como debe ser el analisis de la velocidad de utilizara un ejemplo. Se realizará un análisis del vector velocidad observando las propiedades de sus componentes. Sea un cuadrilátero articulado ABCD, mostrado en la Fig. 3.2, tal que la manivela de entrada o impulsora AB (eslabón 1) gira con velocidad angular ω1. El punto B tendrá una velocidad tangencial dad por
VB = ω1r1 (3.6)
y que será perpendicular al eslabón AB. Esta velocidad puede descomponerse en V’BC y V“BC, de modo que tales componentes sean respectivamente de la dirección del acoplador BC (eslabón 2) y normal a éste. Es decir:
VB = V’BC + V“BC (3.7)
4
Como el punto B pertenece también al eslabón 2, que al igual que los restantes es rígido, todos los puntos del segmento BC de esta barra tendrán la misma componente de la velocidad según la dirección BC. En particular, el punto C gozará de tal propiedad. Ahora bien, el punto C también pertenece al eslabón 3 y ha de girar en torno al punto D, con velocidad absoluta normal a CD. Por tanto, llevando V’CB = V’BC y trazando por el extremo de V’CB una perpendicular a BC, se obtiene VC.

La determinación de la velocidad del punto E del acoplador puede hallarse de forma parecida. Descompóngase VB en dos componentes: una de la dirección BE y la otra normal a ella. La componente V ’BE se traslada a E, ya que V’EB = V’BE, por ser BE indeformable (el mismo eslabón 2).
De igual manera, de la velocidad VC se encuentra la componente V’CE paralela a la dirección CE y se traslada al punto E. La velocidad absoluta del punto, VE, se encontrará en la intersección de las dos perpendiculares por los extremos de los vectores V’EC y V’EB, respectivamente a EC y EB. Como práctica podemos intentar averiguar la a velocidad del punto E (figura 3.2).
Según las construcciones realizadas en los diversos eslabones, se llegará a la conclusión que en una misma barra la velocidad de un punto cualquiera (por ejemplo, el C) relativa a otro punto de su propio eslabones (por ejemplo, el B) es siempre perpendicular al segmento que une dichos puntos (en este caso, normal a BC).
Aislando el eslabón BC con las velocidades obtenidas anteriormente VB y VC (figura 3.3) se transporta a C el vector VB. Como la proyección sobre BC de ambas velocidades ha de ser la misma, se llega al resultado que la diferencia de estos dos vectores ha de ser normal a la recta que une los dos puntos. Si se denomina velocidad de B respecto a C mediante la notación VBC, se tiene
VBC = VB – VC (3.8)
Esta velocidad relativa, como se ve en la Fig. 3.3 es normal a BC. El giro de la barra BC está originado por la existencia de velocidad relativa no nula de un punto con relación a otro del mismo eslabón. Si se hubiese hallado la velocidad relativa VCB, ésta sería de sentido opuesto a la encontrada VBC.
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La velocidad angular ω2, con que el eslabón 2 está girando con relación al fijo 4, se obtiene siempre dividiendo el módulo de la velocidad relativa de un punto extremo de la barra con relación al del otro extremo, por las distancia entre ambos puntos.
Tal como se observa en la figura 3.3, ω2 es del sentido de la agujas del reloj tal como se desprende de los sentidos de las velocidades relativas VBC ó VCB y, por lo dicho, su módulo es BC 22rVVCBCB==ω (3.9)
Si, de forma análoga, se desea determinar la velocidad angular del eslabón 3, al ser VC la velocidad absoluta de C y siendo VD = 0, VC es también la velocidad relativa de C con respecto a D; esto es, VC = VCD. En consecuencia, la velocidad angular ω3 (figura 3.2) resulta ser CD 33rVVCCD==ω (3.10)
De igual modo se puede deducir la velocidad angular de cualquier eslabón del mecanismo.

VELOCIDAD

Dado que el movimiento es inherente a las máquinas, las velocidades y aceleraciones son muy importantes tanto en el diseño como en el análisis de los componentes de las máquinas.
Velocidad es la relación entre el cambio de posición de un punto y el tiempo invertido en tal cambio. Dado su carácter de magnitud dirigida, resulta tener las propiedades inherentes a un vector.
Cuando se trata de un cambio discreto de posición, donde el tiempo no es muy reducido, se denomina velocidad media. En cambio, si la medición se realiza en un intervalo muy corto de tiempo tendiendo a cero, la velocidad resulta entonces instantánea. En este curso la velocidad que se empleará será siempre esta última.
La velocidad de un punto puede ser absoluta o relativa, según que se refiera a un punto o sistema fijo, en el primer caso; o a un punto o sistema móvil, en el segundo. No es necesario que los sistemas de referencia estén completamente en reposo, ya que esto ocurrirá muy pocas veces para determinar una velocidad absoluta. Si los puntos que se suponen fijos de un mecanismo, generalmente unidos a una estructura o armazón, se mueve porque la estructura lo hace, pueden considerarse absolutas las velocidades de los puntos móviles del mecanismo con relación a sus puntos fijos. Las velocidades, como ha quedado dicho, son magnitudes vectoriales, y por ello, sometidas a sus conocidas reglas de adición y sustracción.
Supóngase un punto A con un movimiento plano en el plano XY, Figura 3.1 que en el instante inicial se encuentra en A, cuando t = t1 y pasará ocupar la posición A’, cuando t = t2. Los vectores r y r’ que definen ambas posiciones, tiene de módulos r y r’.
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ACELERACION ANGULAR

Se define la aceleración angular como el cambio que experimenta la velocidad angular por unidad de tiempo. Se denota por la letra griega alfa α. Al igual que la velocidad angular, la aceleración angular tiene carácter vectorial.

Se expresa en radianes por segundo al cuadrado, o s-2, ya que el radián es adimensional.

En la figura
Aceleración angular. En el caso general, cuando el eje de rotación no manteniene una dirección constante en el espació, la aceleración angular no tiene la dirección del eje de rotación

VELOCIDAD ANGULAR

La velocidad angular es una medida de la velocidad de rotación. Se la define como el ángulo girado por unidad de tiempo y se la designa mediante la letra griega . Su unidad en el S.I. es el radian por segundo (rad/s).

La introducción del concepto es de importancia por la simplificación que supone en la descripción del movimiento de rotación del sólido, ya que, en un instante dado, todos los puntos del sólido poseen la misma velocidad angular, en tanto que a cada uno de ellos le corresponde una velocidad tangencial que es función de su distancia al eje de rotación. Así pues, la velocidad angular caracteriza al movimiento de rotación del sólido rígido en torno a un eje fijo.

Aunque se la define para el movimiento de rotación del sólido rígido, también se la emplea en la cinemática de la partícula o punto material, especialmente cuando ésta se mueve sobre una trayectoria cerrada (circular, elíptica,etc).

RODADURA PURA

La rodadura implica que el cuerpo que rueda sobre una superficie lo hace sin resbalar o deslizarse con respecto a ésta, de modo que el punto o puntos del cuerpo que se hallan instantáneamente en contacto con la superficie se encuentran instantáneamente en reposo (velocidad nula con respecto a la superficie).

La condición de rodadura significa que, en un instante cualquiera, los puntos de un cuerpo que están en contacto con una superficie se encuentran momentáneamente en reposo. Dichos puntos determinan el eje instantáneo de rotación pura del cuerpo. Los demás puntos del cuerpo tendrán en ese instante una cierta velocidad, perpendicular al eje instantáneo de rotación y a la línea que une dicha partícula con dicho eje y de módulo proporcional a dicha distancia. Esto equivale a decir que el cuerpo está girando en cada instante alrededor de la generatriz de dicho cuerpo que está en contacto con la superficie, con una cierta velocidad angular ω.

TIPOS DE MECANISMOS

TIPOS DE MECANISMOS

• Engranajes
• Pistón biela
• Levas
• Mecanismos de poleas y correa
• Mecanismos de barras articuladas
• Mecanismos de biela y manivela
• Mecanismo de Tornillo/tuerca

El análisis de un mecanismo se debería hacer en el siguiente orden:

• Análisis de posición de un mecanismo.
• Análisis de velocidad de un mecanismo.
• Análisis de aceleración de un mecanismo.
• Análisis dinámica de un mecanismo.
• Análisis de esfuerzos de un mecanismo.

MECANISMO

Se llama mecanismo a

un conjunto de sólidos resistentes, móviles unos respecto de otros, unidos entre sí mediante diferentes tipos de uniones, llamadas pares cinemáticos (pernos, uniones de contacto, pasadores, etc.), cuyo propósito es la transmisión de movimientos y fuerz

as. También se usa el término mecanismo para designar a las abstracciones teóricas que modelizan el funcionamiento de las máquinas reales, y de su estudio se ocupa la Teoría de mecanismos.
Basándose en principios del álgebra lineal y física, se crean esqueletos vectoriales, con los cuales se forman sistemas de ecuaciones. A diferencia de un problema de cinemática o dinámica básico, un mecanismo no se considera como una masa puntual y, debido a que los elementos que conforman a un mecanismo presentan combinaciones de movimientos relativos de rotación y traslación, es necesario tomar en cuenta conceptos como centro de gravedad, momento de inercia, velocidad angular, etc.
La mayoría de veces un mecanismo puede ser analizado utilizando un enfoque bidimensional, lo que reduce el mecanismo a un plano.
En mecanismos más complejos y, por lo tanto, más realistas, es necesario utilizar un análisis espacial. Un ejemplo de esto es una rótula esférica, la cual puede realizar rotaciones tridimensionales.