martes, 7 de abril de 2020

SISTEMAS MECÁNICOS - 7° Año Electro (prof. Hugo Pietropaoli


Hola: 
Soy el Prof. Hugo Pietropaoli de Sistemas Mecanicos de 7º año de Electromecanica.
Lean este material y luego evaluaremos.

Abrazo.

SISTEMAS MECANICOS

El ser humano construye objetos para satisfacer sus necesidades y las de la sociedad en la que vive, así como para mejorar la calidad de vida. Si observas a tu alrededor puedes comprobar en muchos de los objetos cotidianos que te rodean que se produce algún tipo de movimiento (un reloj de pared, un exprimidor, una bicicleta, un ascensor…). El movimiento que observas en estos objetos es necesario para que realicen correctamente su función: la lavadora gira para que la ropa se lave, el exprimidor para poder extraer jugo, el reloj hace girar sus agujas para variar su hora…

Máquina

Una máquina es un conjunto de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energía o realizar un trabajo con un fin determinado. Se denomina maquinaria (del latín machinarĭus) al conjunto de máquinas que se aplican para un mismo fin y al mecanismo que da movimiento a un dispositivo.
Mecanismo

Los mecanismos son elementos destinados a transmitir y/o transformar fuerzas y/o movimientos desde un elemento motriz (motor) a un elemento conducido (receptor), con la misión de permitir al ser humano realizar determinados trabajos con mayor comodidad y menor esfuerzo.
Un mecanismo sería entonces un conjunto de elementos que forman parte de una máquina conectados entre sí y cuya misión es:
Transformar una velocidad en otra velocidad.
Transformar una fuerza en otra fuerza.
Transformar una trayectoria en otra diferente.
Transformar un tipo de energía en otro tipo distinto.
Un último concepto habitual cuando hablamos de mecanismos es el de sistema mecánico. Normalmente el término “máquina” lo empleamos cuando nos referimos a un aparato que produce energía a partir de otra fuente de energía no manual.
Un sistema mecánico sería entonces una combinación de mecanismos que transforma velocidades, trayectorias, fuerzas o energías mediante una serie de pasos intermedios.


Máquinas simples
La maquinaria simple es un implemento muy útil para una gran cantidad de labores por su gran efectividad. Pero ¿para que sirve? El objetivo de ella es transmitir e incrementar el efecto de una fuerza al mover un objeto y así disminuir el esfuerzo con que se realiza.
En una máquina simple se cumple la ley de la conservación de la energía: «la energía ni se crea ni se destruye; solamente se transforma»
Todas las máquinas simples convierten una fuerza pequeña en una grande, o viceversa. Algunas convierten también la dirección de la fuerza. La relación entre la intensidad de la fuerza de entrada y la de salida es la ventaja mecánica.
Ventaja mecánica

Se define como ventaja mecánica (VM) de una maquina simple a la relación que existe entre la fuerza resistente (R) y la fuerza actuante(F).(as adelante veremos en profundidad)
Esta relación mide la eficiencia de la maquina simple, en el sentido de que cuanto mayor sea, mejor resultado nos dará la máquina. Así por ejemplo, una VM = 2, significa que una maquina permite realizar un determinado trabajo con la mitad del esfuerzo requerido si se fuese hacer sin la maquina.  (F será la mitad de R). Si el resultado de la ventaja es menor que uno, entonces la maquina no es eficiente, ya que realiza un mayor esfuerzo para realizar el trabajo. (R es mayor que F).

MAQUINA SIMPLE

1-    Plano inclinado
El plano inclinado es una superficie plana que forma con otra un ángulo agudo (menor de 90º). Permite que elevar cargas de forma más cómoda que en vertical, aunque para ello tengamos que realizar un mayor recorrido. En la naturaleza aparece en forma de rampa, pero el ser humano lo ha adaptado a sus necesidades haciéndolo también movil, como en el caso del hacha o del cuchillo.
2-    Tornillo
Elemento de fijación o de unión de materiales formado por una cabeza y un cuerpo cilíndrico o cónico con una hélice helicoidal. Realmente es una aplicación del principio de funcionamiento del plano inclinado: El tornillo se va girando mediante una herramienta adecuada que se adapta a su cabeza, y la hélice va penetrando en el material. Normalmente son de metal.
3-    Rueda
La 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.

4-    PALANCA
Consiste en una barra recta que puede moverse alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro. El objetivo de la palanca es incrementar el efecto de una fuerza o cambiar su dirección.

5-    POLEA
Las poleas son ruedas que tienen el perímetro exterior diseñado especialmente para facilitar el contacto con cuerdas o correas. La polea es una máquina simple que nos puede ayudar a subir pesos ahorrando esfuerzo.

PALANCA

Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecánica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o distancia recorrida, en respuesta a la aplicación de una fuerza.
En la siguiente imagen puedes ver los parámetros característicos presentes en cualquier palanca:
Parámetros característicos de las palancas.
Parámetros característicos de las palancas. De Manuel Torres Búa. Licencia CC-BY-SA
R: Fuerza resistenteF: Fuerza actuante. dR: Distancia de R al punto de apoyodF: Distancia de F al punto de apoyo.
(A la fuerza actuante también se la denomina Potencia y, a vces, se representa con la letra P.)
Ley de la palanca
Una palanca estará en equilibrio cuando el producto de la fuerza actuante F, por su distancia al punto de apoyo dF, es igual al producto de la fuerza resistencia R, por su distancia dR al punto de apoyo. Expresado en forma matemática:
F.dF = R.Dr
De esta forma, como norma general, cuanto mayor sea la distancia al punto de apoyo con la que aplicamos la fuerza actuante F, mayor ventaja tendremos respecto a la fuerza resistente R. Este principio se cumplirá siempre y para ello, debemos suponer que la barra que hace de palanca es rígida y resistente.
Las palancas están presentes, no solo formando parte de las máquinas, sino en multitud de objetos de la vida cotidiana. Podemos clasificarlas en función de la posición de la fuerza actuante F y de la resistente R en tres clases, grados o géneros
Palancas de primer grado (género o clase).
Son aquellas en las que el punto de apoyo está entre la fuerza aplicada y la fuerza resistente.
El efecto de la fuerza aplicada puede verse aumentado o disminuído en función de las distancias al punto de apoyo.

Palancas de segundo grado (género o clase).
La fuerza resistente se aplica entre el punto de apoyo y la fuerza aplicada.

Palancas de tercer grado ( género o clase).
La fuerza aplicada está entre el punto de apoyo y la fuerza resistente.
A continuación tienes una tabla resumen con los parámetros característicos de cada tipo de palanca, y su aplicación a un ejemplocotidiano:

POLEA

Una polea es una máquina simple, un dispositivo mecánico de tracción, que sirve para transmitir una fuerza. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.

La polea es el punto de apoyo de una cuerda que moviéndose se arrolla sobre ella sin dar una vuelta completa, actuando en uno de sus extremos la resistencia (R) y en otro la fuerza actuante (F) o potencia..
Las poleas simples no son más que una palanca de primer grado, en la que la fuerza F, y la resistencia R se aplican a la misma distancia del eje, que coincide con el radio de la polea. És decir:

 F.r = R.r

Simplificando tenemos que:

 F = R

Que nos indica que en una polea simple la fuerza que tenemos que aplicar es igual a la resistencia que tenemos que vencer. La ventaja viene del uso de la propia polea que me permite utilizar el cuerpo para ejercer la fuerza F.



 
Tipos de poleas
Polea fija
Polea móvil
Polipastos
En este caso tenemos una sola polea fija sobre la que se enrolla la cuerda (o cadena) de la que suspende por un lado la carga, que ejerce una fuerza de resistencia R, y del otro lado por donde aplicamos la fuerza F para elevar la carga.
La polea móvil es un conjunto formado por dos poleas. Una de ellas está fija, mientras la otra puede desplazarse linealmente al subir y bajar la carga. Este tipo de poleas permite elevar cargas con un menor esfuerzo, (con una fuerza aplicada F menor).
El polipasto es un tipo especial de montaje de poleas fijas y móviles . Consta de un número par de poleas de las que la mitad son fijas, y la otra mitad móviles. Permiten elevar grandes cargas con la aplicación de fuerzas limitadas, por lo que son de gran aplicación en la elevación de grandes cargas (grúas, ascensores,...).
Polea simple fija. Licencia CC-BY-SA. Elaboración propia a partir de:
Polea simple fija. De César Rincón, en Wikipedia Commons. Licencia CC BY-SA 3.0.
Polea móvilLicencia CC-BY-SAElaboración propia a partir de:
Polea simple móvil. De César Rincón, en Wikipedia Commons. Licencia CC BY-SA 3.0.
Polipasto. Licencia CC-BY-SA. Elaboración propia a partir de:
Four pulleys. De Prolineserver en Wikimedia Commons. Licencia CC-BY-SA-3.0.
Una polea fija está en equilibrio cuando la fuerza aplicada F es igual a la resistente R que presenta la carga, es decir:


 F = R
F = RUna polea móvil estará en equilibrio cuando se cumple la siguiente igualdad:

F = R/2 

De esta forma, la fuerza que tenemos que aplicar para elevar la carga es la mitad de la fuerza resistente de esa carga. Si combinamos varias polea móviles, la fuerza que necesitamos aplicar disminuirá proporcionalmente al número de poleas móviles del sistema.
El polipasto se encuentra en equilibrio cuando se cumple que:




Donde n es el número de poleas móviles

Varias poleas por eje.
En muchas ocasiones se emplean sistemas donde para un mismo eje se disponen varias ruedas de polea; o bien una solea con más de una acanaladura que le permite pasar la cuerda o la cadena dos, tres, o más veces.





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