Máquinas y mecanismos

Una máquina es un dispositivo destinado a transmitir y transformar fuerzas y movimientos y que, en ocasiones, nos permite disminuir el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. En la actualidad esta definición se ha ampliado para incluir conceptos relacionados con las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) puesto que de acuerdo con el concepto "clásico" de máquina, un ordenador, por ejemplo, no sería una máquina. De acuerdo con esto, una máquina sería todo aquello destinado a transformar los factores de material, energía e información. Pero lo que nos interesa aquí es el concepto clásico, el antañón, según el cual son ejemplos de máquinas la grúa, la excavadora, la bicicleta, el cuchillo, las pinzas de depilar, los montacargas, las tejedoras, los ordenadores, los robots, etc. 

En general, y de forma simplificada, se puede decir que toda máquina está formada por tres elementos principales:

1. Elemento motriz: dispositivo que introduce la fuerza o el movimiento en la máquina. Suele tratarse de un motor (de gasolina o eléctrico), de esfuerzo muscular (de una persona o un animal), una fuerza natural (viento, corriente de agua de un río), etc.
2. Mecanismo: dispositivo que traslada el movimiento del elemento motriz al elemento receptor.
3. Elemento receptor: recibe el movimiento o la fuerza para realizar la función de la máquina (un ejemplo de elementos receptores son las ruedas).

Toda máquina contiene uno o varios mecanismos que le sirven para controlar o transformar el movimiento producido por el elemento motriz. Los mecanismos son las partes de las máquinas encargadas de transmitir o transformar la energía recibida del elemento motriz (una fuerza o un movimiento), para que pueda ser utilizada por los elementos receptores que hacen que las máquinas funcionen. Todo mecanismo de cualquier máquina estará compuesto internamente por uno o varios dispositivos denominadas operadores (palancas, engranajes, ruedas, tornillos, etc.). Por ejemplo, el mecanismo de una bicicleta está formado por varios operadores, como son la cadena y los engranajes que conecta (platos y piñones).

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. Las máquinas simples se pueden clasificar en tres grandes grupos que se corresponden con el principal operador del que derivan: palanca, plano inclinado y rueda. Las máquinas compuestas, por consiguiente, realizarán el trabajo en más de un paso y estarán compuestas por varias máquinas simples.

Te dejo una lista de enlaces a diferentes operadores que constituyen las máquinas para que puedas ver su descripción, su uso y utilidad, sus características, etc. El material corresponde a la página de MECANESO y espero que te sea de utilidad:

1. Biela-manivela / Excéntrica-biela
2. Biela-manivela-émbolo
3. Cadena-piñón
4. Cigüeñal-biela
5. Cremallera-piñón
6. Multiplicador de velocidad
7. Tren de engranajes
8. Excéntrica-biela-palanca
9. Gatillo
10. Sistema de levas
11. Caja de velocidades
12. Multiplicador de velocidad (poleas)
13. Tren de poleas
14. Polea fija de cable
15. Polea móvil
16. Polipasto
17. Ruedas de fricción
18. Tren de rodadura
19. Rueda dentada-linterna
20. Sinfín-piñón
21. Sistema de palancas
22. Tornillo-tuerca
23. Torno
24. Trinquete

Biela-manivela. Sistemas de transformación del movimiento

El mecanismo de biela - manivela es un mecanismo que transforma un movimiento circular en un movimiento de traslación, o viceversa. Ejemplos de utilización podemos encontrarlos en las antiguas locomotoras de vapor (ver figura), máquinas de coser y, más actualemente, en el motor de combustión interna de un automóvil, en el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina se trasmite a la biela y se convierte en movimiento circular en el cigüeñal.

El sistema consta de dos elementos principales:

1. Biela: Se trata de un elemento rígido y alargado que permite la unión articulada entre la manivela y el émbolo.
2. Manivela: Es una palanca con un punto al eje de rotación y la otra en la cabeza de la biela. Cuando el biela se mueve alternativamente, adelante y atrás, se consigue hacer girar la manivela gracias al movimiento general de la biela. Y al revés, cuando gira la manivela, se consigue mover alternativamente adelante y atrás la biela y el émbolo.  

Torno y manivela

Se llama manivela a la pieza normalmente de hierro (una barra rígida, una palanca acodada), compuesta de dos ramas, una de las cuales se fija por un extremo en el eje de una máquina, de una rueda, etc. y la otra forma el mango que sirve para mover al brazo, la máquina o la rueda. Puede servir también para efectuar la transformación inversa del movimiento circular (el giro de la manivela) en movimiento rectilíneo (el cubo de la figura, que sube o baja). Cuando se incorporan varias manivelas a un eje, éste se denomina cigüeñal (ver vídeo, más abajo).

La ecuación de equilibrio de una manivela es la que se corresponde con el momento de una fuerza:

M = F.d

El torno consiste simplemente en un cilindro que lleva acoplado en uno de sus extremos la manivela que sirve para dotarlo de un movimiento circular. Gracias a esta asociación podemos obtener ventaja mecánica ya que en el mecanismo torno-manivela se cumple la ley de la palanca en la que los brazos de la fuerza y de la resistencia son, respectivamente, la longitud de la manivela y el radio del torno (ver figura).