Mecanismos y motores: palancas, engranajes, poleas, levas y ciclo de 4 tiempos

Resumen

El documento explica los principios básicos de los mecanismos de transmisión y transformación del movimiento. Incluye la ley de la palanca y su clasificación, la relación entre engranajes y poleas, y los mecanismos de biela-manivela y leva. Termina con los motores térmicos y las cuatro fases del ciclo de un motor de 4 tiempos.

Puntos clave

Ley de la palanca: F · BF = R · BR, donde F es la fuerza, R la resistencia, BF el brazo de fuerza y BR el brazo de resistencia.
Las palancas se clasifican en tres grados según la posición del punto de apoyo, la resistencia o la fuerza.
En engranajes y poleas se cumple Z1 · W1 = Z2 · W2 y O1 · W1 = O2 · W2 respectivamente.
El mecanismo biela-manivela es reversible, mientras que la leva no lo es.
Los motores térmicos transforman energía térmica en mecánica; pueden ser de combustión interna o externa.
El ciclo de 4 tiempos consta de admisión, compresión, explosión-expansión y escape, siendo la expansión la única fase que produce trabajo.

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Ley de la Palanca

La fórmula fundamental es: F · BF = R · BR

F: Fuerza aplicada.
R: Resistencia.
BF: Brazo de fuerza (distancia entre la fuerza y el punto de apoyo).
BR: Brazo de resistencia (distancia entre la resistencia y el punto de apoyo).

Clasificación de Palancas

1.er grado: El punto de apoyo se encuentra en medio (ej. alicates).
2.º grado: La resistencia se encuentra en medio (ej. abrebotellas).
3.er grado: El brazo de fuerza se encuentra en medio.

Engranajes

Los engranajes son ruedas con dientes en todo su perímetro externo que, al engranar entre sí, permiten la transmisión de movimiento de giro.

Fórmula: Z1 · W1 = Z2 · W2

Z: Número de dientes.
W: Velocidad de giro.
1: Rueda conductora (motor).
2: Rueda conducida (eje de salida).

Poleas

Las poleas son ruedas con una acanaladura por donde se introduce una cuerda. Permiten levantar cargas de manera más cómoda, con menor rozamiento o transmitir movimientos giratorios.

Fórmula: O1 · W1 = O2 · W2

O: Diámetro de la polea.
W: Velocidad de giro.
1: Polea conductora.
2: Polea conducida.

Mecanismos de Transformación de Movimiento

Biela-Manivela

La manivela gira y el pistón describe un movimiento de vaivén; la biela es la encargada de realizar esta conversión. Este mecanismo es reversible: puede girar la manivela produciendo movimiento de vaivén en el pistón y viceversa.

Leva

Al girar la leva, cada vez que la parte saliente coincide con el seguidor, este se desplaza de manera lineal, describiendo un movimiento de vaivén. Este mecanismo no es reversible; la leva produce el movimiento, pero no al revés.

Motores Térmicos

Son aquellos que transforman energía térmica en energía mecánica (movimiento).

Combustión interna: El combustible se quema dentro del motor (ej. motor de 4 tiempos).
Combustión externa: El combustible se quema fuera del motor (ej. máquina de vapor).

Ciclo del Motor de 4 Tiempos

Admisión: La válvula de admisión está abierta y el pistón desciende, produciendo un efecto de succión que favorece la entrada de la mezcla de combustible y aire.
Compresión: Las dos válvulas están cerradas y el pistón sube, comprimiendo la mezcla de combustible y aire.
Explosión-Expansión: Con las válvulas cerradas y la mezcla muy comprimida, la bujía produce una chispa que da lugar a la explosión. La expansión de los gases empuja el pistón hacia abajo; es la única fase que produce trabajo.
Escape: La válvula de escape se abre, dejando salir los gases de combustión empujados por el pistón, reiniciando el ciclo.

Preguntas frecuentes

¿Qué dice la ley de la palanca?

La fuerza aplicada multiplicada por su brazo de fuerza es igual a la resistencia multiplicada por su brazo de resistencia: F · BF = R · BR. Los brazos se miden desde el punto de apoyo.

¿Cuál es la diferencia entre combustión interna y externa?

En la combustión interna el combustible se quema dentro del motor, como en un motor de 4 tiempos. En la externa se quema fuera, como en una máquina de vapor.

¿Por qué la leva no es reversible?

Porque la leva produce el movimiento de vaivén del seguidor, pero el seguidor no puede producir el giro de la leva.

¿Qué fase del motor de 4 tiempos produce trabajo?

Solo la fase de explosión-expansión, cuando los gases empujan el pistón hacia abajo.