¿CÓMO SE UTILIZA ESTE LIBRO?

¿CÓMO SE UTILIZA ESTE LIBRO?
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PRESENTACIÓN
DE LA UNIDAD
De manera didáctica y amena,
se definen brevemente los
conceptos que vamos a
estudiar, además se presentan
unas cuestiones iniciales que
establecen los conocimientos
básicos para afrontar el
desarrollo y aprendizaje de
la materia y un esquema de
los contenidos de la unidad.
Se parte de conocimientos
generales para alcanzar los
más complejos.
¿Recuerdas qué es…?
• ¿Sabrías identificar una
excéntrica y una leva?
• ¿Qué se entiende por aparejos
y polipastos?
• ¿Podrías citar tres operadores
mecánicos que transformen
el movimiento circular en
rectilíneo?
1. Manivelas.
2. Cigüeñales y bielas.
3. Excéntricas y levas.
4. Poleas.
5. Otros sistemas de transmisión y
transformación de movimiento.
5
A
6 cm
6
0
18
12
CÓMO SE USA
EL CD
Material de apoyo al estudio
y conocimiento de la materia.
Contiene entre otros:
animaciones, actividades
relacionadas con los contenidos
del libro, presentaciones,
resúmenes que sirven de guía
para el desarrollo de la materia
y software relacionado con la
materia (Crocodile 3D).
Muchos de los operadores mecánicos
utilizados por el ser humano son capaces
de transmitir y transformar el movimiento
de forma simultánea, como ocurre con
los cigüeñales y bielas, levas, piñones y
cremalleras, etc. Del mismo modo, algunas
de estas máquinas se han diseñado con
objeto de multiplicar el esfuerzo que sobre
ellas se realiza, como es el caso de las
poleas, aparejos, etcétera.
Los contenidos de esta Unidad son:
DESARROLLO
DE LA UNIDAD
Las unidades desarrollan
los contenidos a través de
las imágenes, prácticas y
experiencias. Se utilizan
diagramas de flujo, recuadros
de «Recuerda» y «Sabías
que...», consejos, normas
de comportamiento en el
aula y en el taller, lecturas
complementarias, prácticas,
actividades y resúmenes que
facilitan la asimilación de la
materia.
MECANISMO DE TRANSMISIÓN
Y TRANSFORMACIÓN
DE MOVIMIENTO
01
5
4
6 cm
6 cm
Fig. 5.13
Sistema de transmisión simple por
correas.
ECUACIONES DE EQUILIBRIO EN SISTEMAS
DE TRANSMISIÓN ENTRE POLEAS
Si observas detenidamente la Figura 5.13 y la comparas con las ruedas de
fricción anteriores, comprobarás cómo ambos sistemas se pueden considerar idénticos. Lo único que los diferencia es que, en este caso, las poleas, al
encontrarse alejadas, se unen mediante una correa de transmisión, de esta
forma, al ser los diámetros de las poleas idénticos a los de sus tambores
asociados, cada vez que la polea motriz de una vuelta, la polea receptora
dará 1/4 de vuelta. Esta situación provoca que la correa de transmisión y
ambos contrapesos, situados en los extremos de las cuerdas arrolladas en
los distintos tambores, se desplacen 6 cm.
Con esta experiencia se demuestra que ambas poleas poseen la misma
velocidad lineal; es decir, cada una de ellas recorre linealmente la misma distancia. Esto hace que las longitudes recorridas por ambas poleas se puedan
igualar, obteniéndose nuevamente la ecuación de equilibrio del sistema,
cuya expresión y consideraciones son idénticas a la que conseguimos antes
para las ruedas de fricción.
π · d1 · n1 = π · d2 · n2
n2
d1
d1
Simplificando obtenemos: ]
=]
o lo que es lo mismo n2 = ]
· n1
n1
d2
d2
Caso práctico
En una transmisión simple se desea conocer el número de vueltas por
minuto de la polea receptora conocidos los diámetros de sus poleas
(motrices y receptora), así como las revoluciones del motor.
Si aplicamos la ecuación de equilibrio del sistema y seguimos los pasos
descritos obtenemos el resultado de 20 rpm (revoluciones por minuto).
d1 = 2 mm
n1 = 1 000 vueltas / minuto
Fig. 5.14
n2 = ¿?
d2 = 100 mm
Transmisión simple de reducción.
Este sistema de transmisión simple tiene como limitación el que en aquellos casos en los que se desea conseguir una fuerte reducción, ésta no se
puede lograr en una sola etapa, ya que el tamaño, peso y precio desproporcionado que una transmisión de estas características podría alcanzar,
la hacen totalmente inviable. Por este motivo en la industria (o nosotros
mismos a la hora de realizar nuestras construcciones) se utilizan, con
cierta frecuencia, transmisiones de movimiento en varias etapas.
La transmisión propuesta tiene una relación de transmisión:
66
2
n2 = —
—
— · 1 000
100
Aquéllas formadas por la unión de varias transmisiones simples; de esta forma se consigue en poco espacio fuertes reducciones de velocidad, al tiempo que se aumenta la potencia
transmitida.
d2 = 50 mm
4
2
En la Figura 5.15 se ha representado la transmisión de un movimiento en dos etapas, en ella se aprecia cómo el mecanismo
está constituido en realidad por la asociación de dos transmisiones simples.
n1 = 1000 rpm
d1 = 5 mm
d4 = 48 mm
¿n4?
3
d3 = 12 mm
En la primera transmisión formada por las poleas de diámetros d1 y d2 se puede observar cómo la polea motriz de
diámetro d1 = 5 mm gira a 1 000 rpm, movimiento que,
a través de la correa, es transmitido a la polea número 2
de diámetro d2 = 50 mm, imprimiendo en esta última una
velocidad de giro n2 que en el ejemplo propuesto toma el
valor de 100 rpm. Observa cómo el valor obtenido cumple
la ecuación general de equilibrio de una transmisión simple.
Segunda transmisión
(poleas 3 y 4)
1
n2 = n3 = 100 rpm
Primera transmisión
(poleas 1 y 2)
Fig. 5.15
Sistema de transmisión del movimiento por correas en dos etapas.
n2
d1
d1
=]
A n2 = ]
· n1
]
n1
d2
d2
En la segunda transmisión nos encontramos con las poleas
de diámetros d3 y d4, siendo la polea n.º 3 la motriz (polea de
la que parte el movimiento), mientras que la polea receptora es la n.º 4. Por otro lado, y debido a que las poleas n.º 2 y
n.º 3 se encuentran unidas solidariamente en el mismo eje,
se cumple que ambas giran a la misma velocidad; es decir:
n2 = n3 (en nuestro ejemplo n2 = n3 = 100 rpm)
Tercera transmisión
(poleas 5 y 6)
Segunda transmisión
(poleas 3 y 4)
Primera transmisión
(poleas 1 y 2)
d5
Aplicando la ecuación de equilibrio se obtiene una expresión
idéntica a la primera, pero con los subíndices de las poleas que
intervienen en este caso (comprueba cómo, en el ejemplo de
la figura, si se sustituyen éstos por los valores propuestos se
obtiene un resultado de 25 rpm).
Eje n.º 2
d3
Eje n.º 1
n11
dd11
d
d4
3 ·n
n4 = ]
2
Fig. 5.16
Empleando el mismo motorcillo es posible elevar cargas
cada vez mayores, siempre que se sitúen en ejes que
posean una reducción apropiada.
Si en esta ecuación se sustituye n2 por la expresión resultante en la
primera transmisión, se obtiene la relación de transmisión del sistema propuesto.
d
d4
d
d4
Eje n.º 3
d6
d4
d2
d ·d
d2 · d4
d
d2
1
3
3
3
1
n4 = ]
· n2 = ]
·]
· n1 A ordenando A n4 = ]
· n1
d1 n2
d1
2
—
—
—=—
—
—‰—
—
—=—
—
—
d2 n 1
d2 100
De esta forma, y generalizando para cualquier transmisión de movimiento en varias etapas, se
obtiene la expresión:
Despejando y sustituyendo los valores tendremos:
d1
n2 = —
—
— · n1
d2
Para saber más
TRANSMISIÓN DEL MOVIMIENTO EN VARIAS ETAPAS
d ·d …d
d2 · d 4 … dn
n2 = 20 vueltas/minuto
Empleando la relación de transmisión anterior se puede observar cómo
la polea motriz ha de tener un diámetro muy pequeño, mientras que
la polea receptora ha de adoptar dimensiones gigantescas, ya que la
relación entre sus diámetros es de 2/100, es decir, de 1/50.
1
3
(n–1)
nn = ]]
· n1
n2 = 20 vueltas / minuto
Una de las características que presentan las relaciones de transmisión de movimiento por etapas, es la posibilidad de aumentar la potencia que es capaz de transmitir un sistema.
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8
EXPERIENCIAS
Prácticas desarrolladas
En los siguientes apartados se proponen varios ejemplos desarrollados para
que, a través de su análisis, puedas familiarizarte con el programa, a la vez
que practicas con las funciones básicas de este tipo de aplicaciones. El método de trabajo que se plantea consiste en que reproduzcas los ejemplos
propuestos, los cuales te permitirán, simultáneamente, profundizar en el bloque de Técnicas de expresión y comunicación y Electricidad. Posteriormente, y una vez concluidas las
actividades planteadas, deberás elaborar los ejercicios propuestos, especialmente los planteados en el cuaderno de
trabajo, y aquellos que tu profesor te proponga. Finalmente,
ya estarás preparado para resolver y comprobar, a través de
sencillas simulaciones, cuantos diseños quieras incorporar
en tus maquetas y prototipos.
Recuerda que vamos a utilizar el programa, Crocodile Clips,
pero podríamos haber utilizado cualquier otro programa, ya
que los principios en los que se basan suelen ser comunes
a todos ellos.
8
Selecciona de la Barra principal, el botón Salidas de luz
9
Haz clic sobre el botón Luz de señal y, por arrastre, sitúa el
operador en lugar del Área de trabajo que desees.
.
8
Ya tenemos los operadores. Ahora nos queda unirlos con los conductores apropiados, para ello deberás:
10
9
Con el botón izquierdo del ratón, haz clic sobre el extremo del
operador en el que desees conectar el conductor. En ese momento surge una bobina de hilo que, al desplazarte por el área
de trabajo, irá «extendiendo» un conductor, hasta que llegues
al otro extremo del operador que deseas conectar. Sólo tendrás que hacer clic y tendrás ambos operadores conectados.
Se componen de prácticas a
realizar para la asimilación
de conocimientos teóricos
adquiridos en cada unidad.
10
Nota: Cada vez que quieras efectuar un cambio de dirección, deberás hacer clic
con el botón izquierdo del ratón.
Simulación del circuito
11
Para simular y comprobar el funcionamiento de nuestro circuito únicamente deberemos accionar el operador de maniobra
que, en este caso, es el interruptor. Podrás comprobar cómo se
enciende la lámpara de nuestro circuito.
12
Finalmente, salva este ejercicio con el nombre de Elect-1.
A. Simulación de circuitos eléctricos
1
Experiencia 1
2
11
Lampara gobernada a través de un interruptor,
(continuación).
Fig. 8.6
• Lámpara gobernada a través de un interruptor
Siguiendo los pasos descritos en el apartado anterior:
4
Entra en el programa de aplicación Crocodile
.
Clips
2
Selecciona de la Barra principal, el botón
Suministros de Energía .
3
Haz clic sobre el botón Pila
y, arrastrando,
sitúa el operador en lugar del Área de trabajo
que desees.
Para eso deberás:
1
Abrir el menú Archivo.
4
Pulsa el botón Volver a la barra principal
regresa a la barra principal.
2
Seleccionar Guardar como.
3
5
Selecciona, de la Barra principal, el botón
Interruptores .
Indicar el lugar donde quieres
guardar el archivo.
4
Especificar el nombre del archivo
(en este caso Elect-1).
5
Hacer clic en Aceptar.
3
5
7
6
6
Fig. 8.5
7
Lámpara gobernada a través de un interruptor.
Cómo guardar ejercicios realizados con Crocodile Clips
El proceso para salvar un ejercicio con este programa es similar al que debemos realizar con cualquier otro programa que trabaje bajo Windows. De
esta forma podrás asignar a tus diseños el nombre y la dirección que mejor
se adapten a tus necesidades, facilitándote así su identificación o, simplemente, para visualizarlos si así lo deseas.
1
y
Haz clic sobre el botón Interruptor unipolar de
una vía . Ahora, por arrastre, sitúa el operador en el lugar deseado.
1
2
5
4
Pulsa nuevamente el botón Volver a la barra
principal y regresa a la barra principal.
98
Fig. 8.7
13
3
99
Guardar ejercicios realizados con Crocodile Clips.
PROYECTOS
PROYECTOS CON OPERADORES MECÁNICOS.
AMPLIACIÓN
IV
PROYECTOS PARA CONSTRUIR
En este apartado se proponen distintos proyectos para construir, así como
los procedimientos, las técnicas y los detalles más importantes para facilitarte
su construcción. No es necesario que construyas todos los proyectos
propuestos. Tu profesor será quien seleccione y establezca el orden en el
que debes realizarlos.
PROYECTOS CON OPERADORES MECÁNICOS DE
TRANSMISIÓN Y TRANSFORMACIÓN DE MOVIMIENTOS
• PROPUESTA I. PROYECTO CON BIELAS, CIGÜEÑALES Y RUEDAS
EXCÉNTRICAS. PARQUE INFANTIL
Teniendo en cuenta los detalles constructivos propuestos en esta Unidad y con un poco de imaginación,
paciencia, habilidad y combinando adecuadamente distintos operadores (bielas, excéntricas, balancines,
cigüeñales...), podrás diseñar, construir y automatizar fácilmente un parque infantil.
Observa que en el diseño propuesto hemos utilizado principalmente el alambre y el contrachapado para
construir los distintos operadores, si bien, por la dificultad que entraña el proyecto, tal vez sea interesante que
en algunos casos utilices operadores comerciales. Consulta esta posibilidad con tu profesor.
• PROPUESTAS 1 Y 2. PROYECTOS CON BIELA Y CORREDERA
Ensamblamos todos los
conocimientos adquiridos
en todas las unidades,
trasladándolos en la
realización de un proyecto
real donde se ve la utilidad
global del estudio de todo lo
aprendido en cada una de las
unidades.
Bielas de
alambre
Con un poco de imaginación y combinando adecuadamente el operador biela con otros dispositivos podrás diseñar y construir divertidos mecanismos.
Biela
Hilo
Muelle
Hembrilla
Interruptor de clic-clac
Corredera oscilante
• PROPUESTAS 3 Y 4. PROYECTOS CON BIELA Y LEVA
• PROPUESTA II. PROYECTO CON REDUCTORA. PUENTE LEVADIZO
El análisis del proyecto te permitirá obtener los detalles necesarios para que, una vez adaptados a tus necesidades, puedas realizar la construcción de un puente levadizo similar al modelo que te presentamos.
Biela
Leva
Esquema eléctrico
Interruptor de marcha
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El análisis detallado de cada una de las propuestas te permitirá
obtener los datos necesarios para realizar su construcción.
173
ACTIVIDADES
Del cuaderno de trabajo
Realiza las actividades correspondientes a esta Unidad
denominadas «Simuladores» propuestas en tu cuaderno de trabajo.
ACTIVIDADES
FINALES
8
De grupo
01
Realizad una ficha técnica explicando los distintos operadores que surgen al pulsar el botón Interrupsituado en la Barra principal. Clasificadas por
tores
categorías y por la función que realizan.
Búsqueda de información
Busca información y realiza un trabajo sobre algún programa industrial empleado actualmente para efectuar
la simulación de circuitos a través del ordenador.
02
Pulsad el botón Componentes de entrada situados en la Barra principal y proceded a identificar los operadores que muestra el sistema, a través de sus botones,
al ejecutar esta acción.
Al final de la unidad, se
dispone de preguntas
ordenadas por grado de
dificultad, de cara a conocer
la asimilación de contenidos,
tanto de forma teórica
como práctica; individual o
colectiva.
Diseño y simulación de circuitos y prototipos con Crocodile Clips
Utilizando un ordenador y el programa Crocodile Clips,
realiza el diseño de los circuitos y prototipos siguientes:
01
Se desea dotar de movimiento giratorio alternativo a una noria. El sistema dispondrá de un interruptor general de parada, un interruptor inversor de giro y
dos pulsadores de marcha, uno para el sentido de giro a
izquierdas y el otro para el giro a derechas.
02
Unos alumnos han construido el prototipo de
un semáforo que funciona manualmente y desean comprobar si pueden simular el automatismo de encendido
empleando dos conmutadores.
03
Identifica y describe, en cada uno de los casos,
cómo se encuentran asociados y el comportamiento
previsible de los distintos receptores al actuar sobre
los elementos de maniobra representados. Finalmente,
emplea el programa Crocodile Clips para reproducirlos
y comprobar si tus hipótesis son correctas.
a)
b)
d)
c)
e)
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