Sistemas Biela-Manivela, Cigüeñales y Máquinas Térmicas: Funcionamiento y Aplicaciones

El Sistema Biela-Manivela

El sistema biela-manivela transforma el giro en movimiento rectilíneo de vaivén, pero también sirve en sentido contrario. Está formado por una manivela y una barra que se llama biela, que se articula en un extremo con la manivela y en el otro extremo con un elemento que hace el movimiento alternativo. Es un mecanismo reversible. Se puede encontrar en muchas máquinas industriales y también en las máquinas de coser.

El Cigüeñal

El cigüeñal está formado por varios sistemas de biela-manivela en un eje común. Del mismo modo, transforma el giro en movimiento de vaivén o viceversa. Es uno de los mecanismos más importantes de los motores de combustión, pero también se utiliza en los caballitos de un tiovivo.

Elementos de Guía y Regulación

Los mecanismos que producen el movimiento tienen que estar montados en la estructura de las máquinas. Para eso se utilizan elementos como los ejes, los soportes, las articulaciones y las guías.

Ejes y Soportes

Los mecanismos giratorios necesitan un eje que gire apoyado en un soporte. Los soportes pueden ser huecos en la estructura de la máquina, o piezas que se fijan en el lugar apropiado.

Tipos de Ejes y Soportes

• Ejes: pasador-eje simple de giro, eje de transmisión por engranajes, eje árbol de levas de un motor.
• Soportes: simple, con rodamientos.

Guías y Articulaciones

Son elementos destinados a dirigir la trayectoria de piezas móviles. Para esto sirven las guías que son las que controlan el desplazamiento del seguidor en los mecanismos de las levas, y las articulaciones que son las que se encuentran en el punto de apoyo de las palancas. Tipos de guías y articulaciones: (guías lineales, articulaciones simples, articulación esférica, articulación junta universal)

Las Máquinas Térmicas

Son dispositivos fabricados para convertir en energía mecánica, la energía térmica liberada al quemar combustibles. Se clasifican en:

• Máquinas de combustión externa: (máquina de vapor, turbina de vapor) el combustible se quema en una caldera fuera de la máquina, y es un fluido recalentado el que transporta la energía a la máquina.
• Máquinas de combustión interna: (motor de combustión interna (gasolina y diésel), turbina de gas) el combustible se quema en una cámara dentro de la máquina. Los gases de la combustión mueven la máquina.

Máquinas de Combustión Externa

La Máquina de Vapor

Utiliza la energía del combustible como carbón o leña, que se queman en la caldera y trasmiten 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 en un cilindro. Dos válvulas controlan la salida y la entrada del vapor. Diferentes piezas mecánicas transforman el movimiento de vaivén en movimiento giratorio y continuo de una rueda motriz. El vapor cuando se enfría se condensa y vuelve como líquido a la caldera para volver a ser calentado.

La Turbina de Vapor

El vapor de agua se encuentra en las calderas, donde está a una temperatura muy elevada lo que aumenta muchísimo la presión del vapor. Los gases calientes, que están sometidos a presión, acumulan una gran cantidad de energía que se libera cuando salen del recipiente que los contiene (globo inflado). Las turbinas reciben el vapor a presión y pasan por una serie de ruedas con aspas. Al circular el vapor, las ruedas giran y también el eje. El eje suele estar unido a un alternador y se utiliza para producir energía eléctrica. El vapor se condensa cuando se enfría y vuelve a la caldera para volver a ser calentado.