FUNDAMENTOS DE MAQUINAS I

TIPOS DE MÁQUINAS.

Las máquinas inventadas por el hombre se pueden clasificar atendiendo a tres puntos de vista:

• Número de operadores (piezas) que la componen.

• Número de pasos que necesitan para realizar su trabajo.

• Tecnologías que la integran.

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.

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 algunos de ellos solo emplean un paso para realizar su trabajo (máquinas simples), ientras que otros necesitan realizar gran cantidad de 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 u

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 escavadora dispone de elementos que pertenecen a las tecnologías eléctrica, mecánica, electrónica, hidráulica, neumática, térmica, química... todo para facilitar la extracción de tierras).

MÁQUINAS SIMPLES Y COMPUESTAS.

•  MÁQUINAS SIMPLES.

Cuando la máquina es sencilla y realiza su trabajo en un solo paso nos encontramos ante una máquina simple. Muchas de estas máquinas son conocidas desde la prehistoria o la antigüedad y han ido evolucionando incansablemente (en cuanto a forma y materiales) hasta nuestros días.

Algunas inventos que cumplen las condiciones anteriores son: cuchillo, pinzas, rampa, cuña, polea simple, rodillo, rueda, manivela, torno, hacha, pata de cabra, balancín, tijeras, alicates, llave fija...

Las máquinas simples se pueden clasificar en tres grandes grupos que se corresponden con la principal aplicación de la que derivan: rueda, palanca y plano inclinado.

 PALANCA.

Es un operador compuesto de una barra rígida que oscila sobre un eje. Según los puntos en los que se aplique la potencia (fuerza que provoca el movimiento) y las posiciones relativas de eje y barra, se pueden conseguir tres tipos diferentes de palancas a los que se denomina: de primero, segundo y tercer género (o grado). El esqueleto humano está formado por un conjunto de palancas cuyo punto de apoyo (fulcro) se encuentra en las articulaciones y la potencia en el punto de unión de los tendones con los huesos; es por tanto un operador presente en la naturaleza. De este operador derivan multitud de máquinas muy empleadas por el ser humano:casca nueces, alicates, tijeras, pata de cabra, carretilla, remo, pinzas...

 PLANO INCLINADO

 Es un operador formado por una superficie plana que forma un ángulo oblicuo con la horizontal. Las rampas que forman montañas y colinas son planos inclinados, por tanto este operador también se encuentra presente en la naturaleza. De este operador derivan máquinas de gran utilidad práctica como: cuña, hacha, sierra,cuchillo, rampa, escalera, tornillo-tuerca, tirafondos. ETC

 RUEDA

 Es un operador formado por un cuerpo redondo que gira respecto de un punto fijo denominado eje de giro. Normalmente la rueda siempre tiene que ir acompañada de un eje cilíndrico (que guía su movimiento giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posición). Aunque en la naturaleza también existen cuerpos redondeados (troncos de árbol, cantos rodados, huevos...), ninguno de ellos cumple la función de la rueda en las máquinas, por tanto se puede considerar que esta es una máquina totalmente artificial. De la rueda se derivan multitud de máquinas de las que cabe destacar: rodillo, tren de rodadura, noria, polea simple,polea móvil,polipasto, rodamiento, engranajes, sistema correa-polea.

•  MÁQUINAS COMPUESTAS 

Cuando no es posible resolver un problema técnico en una sola etapa hay que recurrir al empleo de una máquina compuesta. Estas máquinas son, en realidad, una sabia combinación de diversas máquinas simples, de forma que la salida de cada una de ellas se aplica directamente a la entrada de la siguiente hasta conseguir cubrir todas las etapas necesarias. La práctica totalidad de las máquinas empleadas en la actualidad son compuestas, y ejemplos de ellas pueden ser: polipasto, motor explosión interna (diesel o gasolina), impresora de ordenador,bicicleta, cerradura, candado, video, etc.

 ESQUEMA SOBRE MÁQUINAS SIMPLES.

MOVIMIENTO EN MÁQUINAS.

• TIPOS DE MOVIMIENTOS.

Si analizamos la mayoría de las máquinas que el ser humano ha construido a lo largo de la historia: norias movidas por agua (usadas en molinos, batanes, martillos pilones...), molinos de viento (empleados para moler granos o elevar agua de los pozos), motores eléctricos (empleados en electrodomésticos, juguetes, máquinas herramientas...), motores de combustión interna (usados en automóviles, motocicletas, barcos...); podremos ver que todas tienen en común el hecho de que transforman un determinado tipo de energía (eólica, hidráulica, eléctrica, química...) en energía de tipo mecánico que aparece en forma de movimiento giratorio en un eje. 

Por tanto, el movimiento giratorio (rotativo o rotatorio) es el más corriente de los que pueden encontrarse en las máquinas, pero esto no quiere decir que sea el único.

Si analizamos el funcionamiento de una cinta transportadora vemos que todo objeto que se coloque sobre ella adquiere un movimiento lineal en un sentido determinado, lo mismo sucede si nos colocamos en un peldaño de una escalera mecánica; Este mismo tipo de movimiento lo encontramos en las lijadoras de banda o las sierras de cinta. Es el denominado movimiento lineal continuo.

Si analizamos el funcionamiento de una máquina de coser vemos que la aguja sube y baja siguiendo un movimiento lineal; lo mismo sucede con las perforadoras o el émbolo de las máquinas de vapor. A ese movimiento de vaivén que sigue un trazado rectilíneo se le denomina movimiento lineal alternativo.

Si nos sentamos en el columpio de un parque y nos balaceamos, podremos observar que llevamos un movimiento de avance y retroceso describiendo un arco de circunferencia. Lo mismo le sucede al péndulo de un reloj, a los niños que juegan en el balancín de un parque, al palo de golf o a la mano mientras caminamos. Este movimiento aparece cuando una palanca gira sobre su fulcro con movimiento oscilante (giratorio alternativo).

De todo lo anterior deducimos que existen 2 tipos básicos de movimientos: lineal y giratorio; que a su vez pueden presentarse de dos formas: continua y alternativa.

Nota: Cuando hablamos de movimiento giratorio nos estamos refiriendo, normalmente, al movimiento de un eje; mientras que cuando hablamos de movimiento circular solemos referirnos a cuerpos solidarios con el eje (ventiladores, péndulos, aspas, devanados de motores, pedales, palas de una rueda)

 MECANISMOS PARA LA TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTOS.

En muchas máquinas, el movimiento giratorio que proporcionan en el eje ha de ser modificado para poder emplearlo adecuadamente. Las modificaciones más comunes son:

• Llevar el movimiento giratorio del eje del motor hasta otro eje diferente.

• Obtener en este segundo eje mayor, menor o igual velocidad que la obtenida en el eje motor (incluso invertir el sentido del movimiento).

• Transformar el movimiento giratorio en otro diferente (lineal, lineal alternativo, angular...).

Para llevar a cabo estas transformaciones se recurre a una adecuada conexión en cadena de varios operadores (o máquinas simples), de forma que las características del movimiento de entrada se modifiquen de acuerdo a las necesidades del movimiento de salida.

Las modificaciones más habituales, así como una posible solución al problema, se presentan en la tabla siguiente:

En un estudio más detallado podríamos ver que todos ellos se pueden obtener mediante una adecuada combinación de las tres máquinas simples:

•  rueda, palanca y cuña.
•  Excéntrica, manivela y cigüeñal.
•  Leva.
•  Rueda dentada, engranaje, piñón y cremallera
•  Biela y émbolo.
•  Palanca.
•  Tornillo y tuerca.

En un estudio más detallado podríamos ver que todos ellos se pueden obtener mediante una adecuada combinación de las tres máquinas simples: rueda, palanca y cuña.