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Sistemas mecánicos

Mecánica y sistemas mecánicos.

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Sistemas mecánicos

  1. 1. Sistemas mecánicos
  2. 2. Mecánica La mecánica es la rama de la física que estudia y analiza el movimiento y reposo de los cuerpos, y su evolución en el tiempo, bajo la acción de fuerzas. Energía mecánica La forma de energía asociada a las transformaciones de tipo mecánico se denomina energía mecánica y su transferencia de un cuerpo a otro recibe el nombre de trabajo. Ambos conceptos permiten estudiar el movimiento de los cuerpos de forma más sencilla que usando términos de fuerza y constituyen, por ello, elementos clave en la descripción de los sistemas físicos.
  3. 3. Mecánica La energía mecánica involucra dos tipos de energía, según el estado o condición en que se encuentre el cuerpo. Estas formas de energía son: Energía potencial: es la energía que tienen los cuerpos que están en reposo y depende de la posición del cuerpo en el espacio: a mayor altura, mayor será su energía potencial. Por ejemplo, una roca que está en la punta de un cerro posee energía potencial. También poseen esta forma de energía una maceta que está en el balcón de un edificio, un cuadro colgado en la pared, etcétera. Energía cinética: es la que posee todo cuerpo en movimiento. Por ejemplo, cuando se lanza una pelota, esta adquiere energía cinética. También poseen esta forma de energía una persona cuando corre, una cascada, un automóvil en marcha, etcétera.
  4. 4. Mecánica Relación Existe relación entre la energía cinética y potencial, ya que cuando un cuerpo está en reposo, su energía cinética es cero y la potencial es máxima. Esto significa que la energía potencial se puede transformar en cinética. Por ejemplo, la roca que está en la cima de un cerro posee energía potencial, pero si esta se desliza por la ladera del cerro, se transforma en energía cinética. De esto se deduce que cuando el cuerpo se desplaza, la energía potencial que está acumulada, va adquiriendo energía cinética. Por lo tanto, la energía mecánica es la suma de la energía potencial y la cinética.
  5. 5. Energía potencial ¿Cómo calcular la Energía Potencial? Si un cuerpo de masa m se sitúa a una altura h arriba de un nivel de referencia, este cuerpo posee una energía potencial gravitatoria con respecto a este nivel, la cual se expresa mediante la siguiente fórmula: m = masa g = constante de la fuerza de gravedad h = altura Ep = m · g · h
  6. 6. Energía potencial Energía Potencial: Ep = m · g · h Ej. 1: Masa = 1500 g H = 1,5 m Ej. 2: Masa = 2500 kg H = 9 m
  7. 7. Energía cinética Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo. Para que un cuerpo adquiera energía cinética o de movimiento; es decir, para ponerlo en movimiento, es necesario aplicarle una fuerza. Cuanto mayor sea el tiempo que esté actuando dicha fuerza, mayor será la velocidad del cuerpo y, por lo tanto, su energía cinética será también mayor.
  8. 8. Energía cinética La fórmula que representa la Energía Cinética es la siguiente: Ec = 1 / 2 · m · v2 E c = Energía cinética m = masa v = velocidad Cuando un cuerpo de masa m se mueve con una velocidad v posee una energía cinética que está dada por la fórmula escrita más arriba.
  9. 9. Energía cinética Energía Cinética: Ec = 1 / 2 · m · v2 Ej. 1: Velocidad = 10 m/s Masa = 1000 kg Ej. 2: Velocidad = 72 k/h Masa = 1000 kg
  10. 10. Sistemas mecánicos ¿Qué son los sistemas mecánicos? Los sistemas mecánicos son aquellos sistemas constituidos fundamentalmente por componentes, dispositivos o elementos que tienen como función específica convertir o transmitir el movimiento desde las fuentes que lo generan, al transformar distintos tipos de energía.
  11. 11. Sistemas mecánicos Los sistemas mecánicos de transformación del movimiento cambian el tipo de movimiento de una entrada a una salida de la máquina. Se llama entrada de la máquina al eje que aporta el movimiento, generalmente por un motor, y salida al eje que está al final de la máquina, que es al que se acopla el objeto que queremos mover.
  12. 12. Sistemas mecánicos Por ejemplo, en una agujereadora, la entrada de la misma será el eje del motor eléctrico que tiene un movimiento circular y la salida será la broca, que también tiene un movimiento circular, por tanto, los mecanismos que la componen son de transmisión del movimiento. Si, por el contrario, hay un cambio del tipo de movimiento entre la entrada y la salida de la máquina, los mecanismos que la componen serán de transformación del movimiento.
  13. 13. Sistemas mecánicos
  14. 14. Características de los sistemas mecánicos Se caracterizan por presentar elementos o piezas sólidos, con el objeto de realizar movimientos por acción o efecto de una fuerza. En ocasiones, pueden asociarse con sistemas eléctricos y producir movimiento a partir de un motor accionado por la energía eléctrica. En general la mayor cantidad de sistemas mecánicos usados actualmente son propulsados por motores eléctricos o de combustión interna. En los sistemas mecánicos se utilizan distintos elementos relacionados para transmitir un movimiento.
  15. 15. Características de los sistemas mecánicos Como el movimiento tiene una intensidad y una dirección, en ocasiones es necesario cambiar esa dirección y/o aumentar la intensidad, y para ello se utilizan mecanismos. En general el sentido de movimiento puede ser circular (movimiento de rotación) o lineal (movimiento de translación) los motores tienen un eje que genera un movimiento circular.
  16. 16. Clasificación de las máquinas 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.
  17. 17. Máquinas simples 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, etc.
  18. 18. Máquinas simples Las máquinas simples se pueden clasificar en seis grandes grupos • LA CUÑA • EL PLANO INCLINADO • TORNILLO • TORNO • LA PALANCA • LA RUEDA
  19. 19. Relación de transmisión Relación de transmisión La velocidad de giro de los mecanismos se llama velocidad angular y la medimos en revoluciones por minuto (rpm) que es el número de vueltas que da el mecanismo en un minuto. La relación de transmisión (i) es un número que nos indica cómo se transmite la velocidad de rotación de un mecanismo (sólo se utiliza para mecanismos de transmisión del movimiento circular).
  20. 20. Relación de transmisión Si la relación de transmisión es 2, el mecanismo duplica la velocidad. Si es 1 la mantiene. Y si es 0,5 la velocidad de salida es la mitad que la de entrada
  21. 21. Cálculo de relación de transmisión La relación de transmisión se puede calcular e dos maneras: a partir de la relación ente el número de dientes de los dos engranajes, o a través del estudio de sus velocidades. 1. A partir del número de dientes: Zm = Entrada (motor) 10 dientes Zs = Salida (engranaje de salida) 20 dientes 𝑖 = 𝑍𝑚 𝑍𝑠 = 10 20 = 0,5
  22. 22. Cálculo de relación de transmisión La relación de transmisión se puede calcular de dos maneras: a partir de la relación ente el número de dientes de los dos engranajes, o a través del estudio de sus velocidades. 2. A partir de la velocidad de giro: Nm = Entrada (motor) 24 rpm Ns = Salida (engranaje de salida) 12 rpm 𝑖 = 𝑁𝑠 𝑁𝑚 = 12 24 = 0,5
  23. 23. Cálculo de la velocidad en la transmisión de movimiento Podemos calcular fácilmente la velocidad de salida de diferentes sistemas de transmisión del movimiento circular conociendo las características de los elementos que forman estos mecanismos. 𝑍𝑚 × 𝑁𝑚 = 𝑍𝑠 × 𝑁𝑠 Zm = número de dientes del engranaje del motor Nm = velocidad del eje del motor Zs = número de dientes del engranaje conducido Ns = velocidad del eje conducido
  24. 24. Cálculo de la velocidad en la transmisión de movimiento Ejemplo: En el siguiente ejemplo tenemos un engranaje de 10 dientes en el eje del motor y gira a 24 rpm. El engranaje de salida tiene 20 dientes. Calcular la velocidad de salida. Usando la fórmula: 𝑍𝑚 × 𝑁𝑚 = 𝑍𝑠 × 𝑁𝑠 Reemplazamos: 10 × 24 = 20 × 𝑁𝑠 𝑁𝑠 = 10 × 24 20 = 12𝑟𝑝𝑚 Nota: Si usamos poleas, el número de Dientes se reemplaza por el Diámetro de las poleas. D𝑚 × 𝑁𝑚 = 𝐷𝑠 × 𝑁𝑠
  25. 25. Cálculo de la velocidad en la transmisión de movimiento Ejercicio 1: Calcule la velocidad de salida si: Zm = 100 Nm = 1500 rpm Zs = 150 Ns = Ejercicio 2: Calcule en número de dientes del engranaje de salida si: Zm = 75 Nm= 750 rpm Ns= 350 rpm Zs=

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