Fundamentos de Máquinas: Tipos, Mecanismos y Motores de Combustión

Características y Tipos de Máquinas

Características Generales

• Funcionan con aporte de energía.
• Transforman y transmiten la energía que reciben para conseguir el funcionamiento deseado.
• Producen efectos diversos: moverse, calentar, emitir imágenes, etc.

Clasificación Según sus Efectos

• Máquinas de trabajo mecánico: Modifican la forma y ubicación de los materiales.
• Máquinas de transporte: Permiten el desplazamiento.
• Máquinas de temperatura y ambiente: Estufas, lámparas, ventiladores.
• Máquinas de información, sonido e imagen: Tratamiento de la información o registro y emisión audiovisual.

Componentes Principales de las Máquinas

En general, las máquinas se pueden dividir en varias partes:

• Estructura: Formada por las partes fijas de la máquina sobre las que se apoyan el resto de piezas (ej. carcasa o chasis).
• Amortiguadores: Absorben movimientos o vibraciones.
• Mecanismos: Son las partes móviles de las máquinas, responsables de transmitir y transformar el movimiento y la fuerza. Incluyen elementos como engranajes, palancas, articulaciones, etc.
• Circuitos: Controlan el flujo de energía o de fluidos a presión. Los circuitos pueden ser:
  • Eléctricos
  • De fluido (hidráulicos o neumáticos)

Mecanismos que Cambian el Tipo de Movimiento

Existen muchos mecanismos capaces de transformar un movimiento circular en uno lineal o alternativo (y viceversa).

El Tornillo

Ejemplo: el gato que usamos para cambiar la rueda del coche. Al girar la manivela, el tornillo acerca o aleja las tuercas (o soportes) y el coche se eleva o desciende.

Sistema Piñón-Cremallera

Consta de una rueda con dientes (piñón) que engrana con una barra dentada (cremallera). El motor hace girar el piñón sobre la cremallera, obligando a uno de los dos elementos a desplazarse linealmente. Ejemplo: dirección de automóviles, movimiento de puertas automáticas.

La Leva

Al girar la leva (una pieza con un perfil irregular), su resalte empuja una pieza guiada (seguidor) que se mueve arriba y abajo (o hacia adelante y atrás) durante el tramo con resalte, y permanece quieta o retorna durante el tramo sin resalte.

La Excéntrica

Es un disco o leva circular que gira alrededor de un eje descentrado. Transforma el movimiento de rotación de la rueda en un movimiento alternativo de la varilla seguidora.

Sistema Biela-Manivela

Transforma el giro (movimiento circular) en movimiento rectilíneo de vaivén, pero también funciona en sentido inverso. Está formado por una manivela (elemento que gira) y una barra llamada biela, articulada en un extremo con la manivela y en el otro con un elemento que describe un movimiento alternativo (como un pistón).

Cigüeñal

Está formado por varios sistemas de biela-manivela montados en un eje común. De la misma forma, transforma el giro en movimiento de vaivén o viceversa para múltiples bielas. El cigüeñal es uno de los mecanismos más importantes de los motores de combustión interna.

Máquinas de Combustión Externa

La combustión del combustible tiene lugar en una caldera, fuera de la máquina principal que realiza el trabajo.

Máquina de Vapor

Utiliza la energía del combustible que se quema y transmite su calor a un circuito cerrado de agua hasta conseguir vapor de agua a presión. El vapor produce un movimiento de vaivén en un émbolo que se mueve dentro de un cilindro. Diferentes piezas mecánicas (como el sistema biela-manivela-cigüeñal) transforman el movimiento de vaivén en movimiento giratorio continuo en una rueda motriz. El vapor se condensa y vuelve a la caldera para ser nuevamente calentado.

Turbina de Vapor

El vapor de agua se consigue en calderas a mayor presión que en la máquina de vapor tradicional. Las turbinas reciben este vapor a presión y lo obligan a pasar por una serie de ruedas con álabes o aspas. La circulación del vapor provoca el giro de las ruedas y, por tanto, del eje al que se encuentran unidas. El vapor posteriormente se condensa y vuelve a la caldera para ser calentado.

Máquinas de Combustión Interna

La combustión del combustible ocurre dentro de la propia máquina (generalmente en cilindros).

Motor de 4 Tiempos (Ciclo Otto o Diésel)

Funciona del siguiente modo (ejemplo ciclo Otto):

1. Admisión: El pistón baja, entrando en el cilindro la mezcla de aire más combustible por la válvula de admisión abierta.
2. Compresión: Se cierra la válvula de admisión, sube el pistón y comprime la mezcla al disminuir su volumen.
3. Explosión/Expansión: Una chispa de la bujía inflama la mezcla (en motores Otto), generando una explosión que lanza el pistón hacia abajo (tiempo de trabajo). En motores Diésel, la ignición ocurre por la alta compresión.
4. Escape: Al subir de nuevo el pistón, empuja los gases quemados hacia el exterior por la válvula de escape abierta.

Turbina de Gas

(Nota: El texto original solo menciona este tipo, sin descripción.) Es otro tipo de motor de combustión interna donde la expansión de los gases calientes mueve directamente una turbina.