las máquinas compuestas
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LAS MÁQUINAS SIMPLES LAS MÁQUINAS COMPUESTAS Y LOS OPERADORES Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/imagenes/maq_juanello. gif El ser humano siempre intenta realizar trabajos que sobrepasan su capacidad física o intelectual. Algunos ejemplos de esta actitud de superación pueden ser: mover rocas enormes, elevar coches para repararlos, transportar objetos o personas a grandes distancias, extraer sidra de la manzana, cortar árboles, resolver gran número de problemas en poco tiempo... Para solucionar estos grandes retos se inventaron las máquinas: una grúa o una escavadora son máquinas; pero también lo son una bicicleta, o los cohetes espaciales; sin olvidar tampoco al simple cuchillo, las imprescindibles pinzas de depilar, el adorado ordenador o las obligatorias escaleras. Todos ellos son máquinas y en común tienen, al menos, una cosa: son inventos humanos cuyo fin es reducir el esfuerzo necesario para realizar un trabajo. Prácticamente cualquier objeto puede llegar a convertirse en una máquina sin más que darle la utilidad adecuada. Por ejemplo, una cuesta natural no es, en principio, una máquina, pero se convierte en ella cuando el ser humano la usa para elevar objetos con un menor esfuerzo (es más fácil subir objetos por una cuesta que elevarlos a pulso); lo mismo sucede con un simple palo que nos encontramos tirado en el suelo, si lo usamos para mover algún objeto a modo de palanca ya lo hemos convertido en una máquina. Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/maq_maquinas.htm Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/imagenes/maq_molinopi edra.gif Las máquinas inventadas por el hombre se pueden clasificar atendiendo a tres puntos de vista: Según su complejidad , que se verá afectada por el número de operadores (piezas) que la componen. Según el número de pasos o encadenamientos que necesitan para realizar su trabajo. Según el número de tecnologías que la integran. Según la complejidad Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/imagenes/maq_cortauna s.gif 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. Según el número de pasos Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/imagenes/maq_molino rabil.gif 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 algunas máquinas solamente emplean un paso para realizar su trabajo (máquinas simples), mientras que otras necesitan realizar varios 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 un ordenador, un motor de automóvil o un satélite espacial. Según las tecnologías que emplea Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/imagenes/maq_escava dora1.jpg 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). Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/maq_tipos.htm 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... Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/imagenes/maq_batan_ simple.gif 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. Fuente: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/maquinas/maq_simple.htm LAS MÁQUINAS SIMPLES LA PALANCA LAS POLEAS EL PLANO INCLINADO EL TORNILLO Partes de un tornillo Identificación Todo tornillo se identifica mediante 5 características básicas: cabeza, diámetro, longitud, perfil de rosca y paso de rosca. istema tornillo-tuerca (Utilidad) Toda tuerca se identifica, básicamente, por 4 características: nº de caras, grosor, diámetro y tipo de rosca. Como unión desmontable El husillo es un tornillo sin cabeza, muy largo en relación a su diámetro. El tirafondo es un tornillo afilado dotado de una cabeza diseñada para imprimirle un giro con la ayuda de un útil (llave fija, destornillador, llave Allen...). LAS MÁQUINAS COMPUESTAS Cuando no es posible resolver un problema técnico en una sola etapa hay que recurrir al empleo de una máquina compuesta, que no es otra cosa que 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 fases necesarias. Las máquinas simples, por su parte, se agrupan dando lugar a los mecanismos, cada uno encargado de hacer un trabajo determinado. Si analizamos un taladro de sobremesa podremos ver que es una máquina compuesta formada por varios mecanismos: uno se encarga de crear un movimiento giratorio, otro de llevar ese movimiento del eje del motor al del taladro, otro de mover el eje del taladro en dirección longitudinal, otro de sujetar la broca, otro... En la práctica la totalidad de las máquinas empleadas en la actualidad son compuestas, y ejemplos de ellas pueden ser: polipasto, motor de explosión interna (diesel o gasolina), impresora de ordenador, bicicleta, cerradura, lavadora, video... Toda máquina compuesta es una combinación de mecanismos; y un mecanismo es una combinación de operadores cuya función es producir, transformar o controlar un movimiento. Los mecanismos se construyen encadenando varios operadores mecánicos entre si, de tal forma que la salida de uno se convierte en la entrada del siguiente. Por ejemplo, en el taladro de sobremesa se emplean varios mecanismos, analicemos dos de ellos directamente relacionados con los movimientos de la broca (giro y avance): Mecanismos para la transformación de movimientos Para diseñar mecanismos para nuestros proyectos de tecnología necesitamos conocer el movimiento que tenemos (movimiento de entrada) y el que queremos (movimiento de salida) para después elegir la combinación de operadores (mecanismo) más adecuada. En el cuadro siguiente se ofrece una clasificación útil para abordar los proyectos de Tecnología. Movimiento Entrada Movimiento Salida Mecanismo que podemos emplear Ruedas de fricción Transmisión por correa (Polea-correa) Transmisión por cadena (Cadena-piñón) Giratorio Rueda dentada-Linterna Engranajes Sinfín-piñón Leva-palanca Giratorio Oscilante Excéntrica-biela-palanca Cigüeñal-biela Lineal alternativo Excéntrica-biela-émbolo (biela-manivela) Leva-émbolo Cremallera-piñón Lineal continuo Tornillo-tuerca Torno-cuerda Giratorio Oscilante Excéntrica-biela-palanca Oscilante Sistema de palancas Lineal alternativo Cremallera-Piñón o Cadena-Piñón Aparejos de poleas Lineal continuo Giratorio Rueda Torno Giratorio alternativo Cremallera-piñón Lineal alternativo Giratorio continuo Biela-manivela (excéntrica-biela; cigüeñal-biela) Lineal alternativo Sistema de palancas Otros mecanismos Además de lo anterior, para nuestros proyectos mecánicos de Tecnología necesitaremos hacer uso de otros mecanismos que no se dedican a transformar movimientos, sino más bien a controlarlos o facilitarlos. Algunos de los más útiles son: Mecanismo/operador Utilidad práctica Cable o cuerda Transmitir fuerzas entre dos puntos variando la dirección de estas Cuña Evita el movimiento de objetos rodantes. Multiplica la fuerza. Gatillo Permite liberar una energía fácilmente. Palanca Permite mover masas más fácilmente. Polea fija de cable Reduce el rozamiento en los cambios de dirección de una cuerda. Polipasto Permite mover masas más fácilmente. Rampa Guía el desplazamiento de objetos rodantes Tren de rodadura Facilita el desplazamiento de objetos sobre una superficie. Trinquete Evita que un eje gire en un sentido no deseado. LOS OPERADORES En Tecnología se entiende por operador cualquier objeto (o conjunto de objetos) capaz de realizar una función tecnológica dentro de un conjunto. Por ejemplo: FUNCIÓN TECNOLÓGICA POSIBLES OPERADORES Abrir o cerrar el paso de una corriente eléctrica interruptor, pulsador, conmutador... Unir dos trozos de madera tornillo, clavo, tirafondo... Convertir en alternativo un movimiento giratorio excéntrica, manivela, leva... Producir calor resistencia eléctrica, vela, antorcha... Conseguir ganancia mecánica polipasto, palanca, manivela... Entre los POSIBLES OPERADORES tenemos elementos individuales (clavo, tirafondo, manivela...) y agrupaciones de ellos (interruptor, palanca, polipasto...), pues lo que identifica a un operador no es el conjunto de elementos que lo forman sino su capacidad para realizar una función dentro de un conjunto. Aunque no sea una clasificación muy precisa, se puede hablar de operadores según la tecnología a la que pertenecen, pudiendo encontrar operadores: eléctricos (lámpara, cable, fusible, enchufe...), electrónicos (diodo, transistor, placa de circuito impreso...), mecánicos (eje, biela, polea, cuerda...), térmicos (cerillas, teas, piezoeléctrico...), químicos (grasa, cera, fósforo...), estructurales (barra, cartela, remache...), hidráulicos (grifo, bomba de agua, turbina...), etc. Cuando empleamos operadores mecánicos, su unión (o interconexión) da lugar a un mecanismo, que a su vez puede ser considerado como otro operador si se une con otros mecanismos para formar una máquina. Eso mismo sucede con el resto de operadores. Veamos dos ejemplos cotidianos: Para la construcción de una balanza romana tenemos que recurrir a la interconexión de varios operadores mecánicos y estructurales: barra, argolla, plato, tirantes, gancho... que en conjunto dan lugar a una palanca que se emplea para medir la masa de los objetos. Para construir un circuito eléctrico elemental necesitamos interconectar, como mínimo, los operadores siguientes: pila eléctrica, cable, interruptor y lámpara. En este caso el cable es un operador que tiene por misión permitir el paso de la corriente eléctrica por su interior evitando las fugas hacia el exterior, pero está formado por 2 operadores más básicos: un conductor (cobre por el interior) y un aislante (PVC en el exterior). Lo mismo sucede con el interruptor, cuya función tecnológica es controlar el paso de la corriente eléctrica de forma fácil y segura, y está compuesto por otros operadores más elementales (una carcasa aislante exterior, varios tornillos y tuercas, un muelle, una palanca y un accionador basculante). Con la lámpara y la pila eléctrica sucede lo mismo. Operadores para la transformación de movimientos Para la elaboración de nuestros proyectos tecnológicos necesitamos emplear mecanismos que a su vez están construidos con operadores. La mayoría de los operadores mécanicos derivan de una máquina simple (o de una combinación de ellas), por lo que, aunque no sea una agrupación muy usual, se puede relacionar cada operador mecánico con la máquina simple de la que deriva. En la siguiente tabla aparecen relacionados, por orden alfabético, los operadores que necesitaremos para nuestros proyectos de Tecnología. OPERADOR mecánico MÁQUINA SIMPLE Palanca Plano inclinado Rueda Biela Cigüeñal * * Cremallera * Cuña * * Émbolo Excéntrica * * Husillo * * Leva * * Manivela * Palanca * Plano inclinado * * Polea * Rampa * Rodillo * Rueda * Rueda dentada * * * Sinfín * * Tirafondo * * Tornillo * * Tuerca * En el cuadro vemos que la biela y el émbolo no tienen relación con las 3 máquinas simples consideradas; ello es debido a que derivan de la barra, que es un operador estructural que trabaja solamente a compresión o tracción.