TALLER DE PROYECTOS MAQUNICOS Y MECNICOS

TALLER DE PROYECTOS MAQUNICOS Y MECNICOS

CARLOS MARIO AGUDELO ESPAA D.IEspecialista en ErgonomaUniversidad de Antioquia

FACULTAD DE ARTES Y HUMANIDADESPROGRAMA DE TECNOLOGA E INGENIERA EN DISEO INDUSTRIAL

2015

INTRODUCCINPelcula Modern time de Charlie Chaplin

DEFINICIONESLa Fsica (del lat. physica, y este del gr. , neutro plural de , "naturaleza") es la ciencia natural que estudia las propiedades y el comportamiento de la energa y la materia (como tambin cualquier cambio en ella que no altere la naturaleza de la misma), as como al tiempo, el espacio y las interacciones de estos cuatro conceptos entre s.

CLASIFICACIN DE LA FSICALa forma en que se ha clasificado la fsica ha cambiado a medida que se ha obtenido ms conocimiento de esta.En un principio solo se hablan de unas reas muy especificas hoy se ha llegado tanto al detalle que se a podido subdividir hasta lo minino.

CLASIFICACIN DE LA FSICA

MECNICA CLSICATERMODINMICAMECNICA CUNTICALEYES DE LA TERMODINMICAELECTROMAGNETISMOTERMOMETRAONDAFSICA ESTADSTICATEORA DE LA RELATIVIDADFSICA TERICAFSICA DE PARTICULASFSICA EXPERIMENTALFSICA ATMICAFSICA DEL ESTADO SLIDOFSICA NUCLEARFSICA DE LA MATERIA CONDENSADAFSICA MOLECULARBIOFSICA

MECNICA CLSICALa mecnica clsica es una formulacin de la mecnica para describir el movimiento de sistemas de partculas fsicas de sistemas macroscpicos a velocidades pequeas comparadas con la velocidad de la luz. Existen varias formulaciones diferentes, atendiendo a los principios que utilizan, de la mecnica clsica que describen un mismo fenmeno natural.Independientemente de aspectos formales y metodolgicos, llegan a la misma conclusin. Dentro de la mecnica clsica encontramos:

MECNICA CLSICA1 Mecnica Newtoniana: La mecnica newtoniana o mecnica vectorial es una formulacin especfica de la mecnica clsica que estudia el movimiento de partculas y slidos en un espacio euclde o tridimensional.Mecnica newtoniana dio origen a las dems disciplinas y se divide en varias de ellas: la cinemtica: estudio del movimiento en s, sin atender a las causas que lo originan; la esttica: que estudia el equilibrio entre fuerzasla dinmica: estudia los movimientos y las causas que los producen (fuerza y energa).

MECNICA CLSICA2 Mecnica Analtica: es una formulacin abstracta y general de la mecnica, que permite el uso en igualdad de condiciones de sistemas inerciales o no inerciales sin que, a diferencia de las leyes de Newton, la forma bsica de las ecuaciones de movimiento cambie. Algunos autores identifican la mecnica analtica con la tericaLa mecnica analtica tiene, bsicamente dos formulaciones: la formulacin Lagrangiana y la formulacin Hamiltoniana. Las dos llegan bsicamente a los mismo resultados fsicos, aunque la eleccin del enfoque puede depender del tipo de problema.

Segunda ley de NewtonCuando una fuerza acta sobre un objeto, ste se pone en movimiento, acelera, desacelera o vara su trayectoria. Cuanto mayor es la fuerza, tanto mayor es la variacin del movimiento.

Primera ley de NewtonEl salto de una rana sobre una hoja de nenfarIlustra las leyes del movimiento. La primera leyestablece que, si ninguna fuerza empuja o tirade un objeto, este se mantiene en reposo o semueve en lnea recta con velocidad constante.

Tercera ley de Newtonal empujar un objeto oal tirar de l, ste empujao tira con igual fuerza endireccin contraria.Para cada accin existeuna reaccin igual y Opuesta.

MECNICA CLSICALa esttica es la rama de la mecnica clsica que analiza las cargas (fuerza, par / momento) y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas fsicos en equilibrio esttico, es decir, en un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varan con el tiempo.

MECNICA CLSICALa dinmica es la parte de la fsica que describe la evolucin en el tiempo de un sistema fsico en relacin con las causas que provocan los cambios de estado fsico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinmica es describir los factores capaces de producir alteraciones de un sistema fsico, cuantificarlos y plantear ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolucin para dicho sistema de operacin.

MECNICA CLSICALa 'cinemtica' (del griego , kineo, movimiento) es una rama de la fsica que estudia las leyes del movimiento (cambios de posicin) de los cuerpos, sin tomar en cuenta las causas (fuerzas) que lo producen, limitndose esencialmente, al estudio de la trayectoria en funcin del tiempo.

MECNICA CLSICADefinicionesTorque vocablo ingles y an no ha sido contemplado por la Real Academia Espaola (RAE). Puede, ser traducido como esfuerzo de torsin y emplearse con base a esa definicin en diversos mbitos.

El torque es la fuerza aplicada en una palanca para producir un movimiento de rotacin en un cuerpo. Por ejemplo, la fuerza que se hace sobre el destornillador para ajustar un tornillo multiplicada por el brazo de palanca que es el radio del destornillador, da como resultado el torque aplicado al tornillo. Su unidad en el SI es Newton*metro [Nm].

MECNICA CLSICAFuerza : es cualquier accin o influencia capaz de modificar el estado de movimiento o de reposo de un cuerpo, es decir, de imprimirle una aceleracin modificando su velocidad.

MECNICA CLSICAInercia: es la propiedad de los cuerpos de no modificar su estado de reposo o movimiento uniforme, si sobre ellos no influyen otros cuerpos o si la accin de otros cuerpos se compensa. En fsica se dice que un sistema tiene ms inercia cuando resulta ms difcil lograr un cambio en el estado fsico del mismo.

MECNICA CLSICAPotencia: La fsica ha establecido una magnitud para medir la rapidez con la que se realiza un trabajo: la potencia mecnica (P).Se llama potencia mecnica, o simplemente potencia (P), al resultado de dividir el trabajo realizado (W) entre el tiempo empleado para realizarlo (t).P = W t La unidad de potencia en el Sistema Internacional (SI) es el vatio (W), que se define como la potencia de un motor que es capaz de realizar un trabajo de 1 julio en 1 segundo. Un mltiplo es el kilovatio (kW).1 W = 1 J/1 s1 kW = 1.000 W

MECNICA CLSICAEnerga: Capacidad de un sistema fsico para producir un trabajo. Esta definicin, aunque es la ms extendida, puede inducir a error debido a la vaguedad del trmino "capacidad", y, por tanto, es mejor definir la energa como lo que, al producirse un trabajo, disminuye en una cantidad igual al trabajo producido. La energa, pues, es medida en las mismas unidades que el trabajo.

MECNICA CLSICATrabajo: Producto de la fuerza ejercida sobre un cuerpo por su desplazamiento

MECNICA CLSICAVelocidad: es la una fuerza que acta sobre una masa, cuantificndose dicho trabajo en el tiempo que tarda recorrer la masa una distancia determinada.

MECNICA CLSICAMQUINA: es un conjunto de elementos mviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular o transformar energa o realizar un trabajo con un fin determinado.

MECNICA CLSICAMECANISMO: El concepto de mecanismo tiene su origen en el trmino latino mechanisma y se refiere a la totalidad que forman los diversos componentes de una maquinaria y que se hallan en la disposicin propicia para su adecuado funcionamiento. En las mquinas, se llama mecanismo a la agrupacin de sus componentes que son mviles y se encuentran vinculados entre s a travs de diversas clases de uniones; esto hace que dicha estructura pueda transmitir fuerzas y movimiento.

MECNICA CLSICAHERRAMIENTA: Una herramienta es un objeto elaborado a fin de facilitar la realizacin de una tarea mecnica que requiere de una aplicacin correcta de energa.

MECNICA CLSICAMQUINAS SIMPLES:

RUEDA CUAPALANCAPLANO INCLINADOTUERCA HUSILLO

MECNICA CLSICARUEDA: es una pieza mecnica circular que gira alrededor de un eje cilndrico (que gua su movimiento giratorio) y de un soporte (que mantiene al eje en su posicin). Puede ser considerada una mquina simple, y forma parte del conjunto denominado elementos de mquinas.

MECNICA CLSICAAunque en la naturaleza tambin existen cuerpos redondeados (troncos de rbol, cantos rodados, huevos...), ninguno de ellos cumple la funcin de la rueda en las mquinas, por tanto se puede considerar que esta es una mquina totalmente artificial.El conocimiento de su origen se pierde en el tiempo, y sus mltiples usos han sido esenciales en el desarrollo del progreso humano.

MECNICA CLSICALa rueda es uno de los inventos fundamentales en la Historia de la humanidad, por su gran utilidad en la elaboracin de alfarera, en el transporte terrestre, y como componente fundamental de diversas mquinas.

MECNICA CLSICAEn la Edad Media y el Renacimiento se idearon mejoras tcnicas que se emplearon en ingenios de hidrulica y militares. Con la Revolucin industrial, la rueda comenz a utilizarse para la transmisin de pares motrices, siendo el principal elemento de la civilizacin de las mquinas.

MECNICA CLSICARuedas dentadas o engranaje: mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una mquina. Los engranajes estn formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona' y la menor 'pin'. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas.

MECNICA CLSICASi el sistema est compuesto de ms de un par de ruedas dentadas, se denomina 'tren.La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisin por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relacin de transmisin.

MECNICA CLSICARUEDAS DE PALAS: tambin llamadas ruedas hidrulicas; a partir del movimiento de un fluido agua, aire, aceite, etc, se obtiene un movimiento giratorio.Este tipo de rueda est constituida por una serie de palas alrededor de una rueda; el fluido al caer, choca contra las palas y hacen que estas se impulsen consiguiendo el movimiento de la rueda. Existen muchos tipos de ruedas hidrulicas, pero en cualquier caso el funcionamiento es siempre el mismo.

MECNICA CLSICARUEDAS DE TRANSPORTE: La palabra rueda proviene del trmino latino rota, que procede del proto-indo-europeo rot-, una forma de la raz ret- que significa "para rodar, girar. Los estudiosos han sugerido que la palabra rueda encuentra su raz en las lenguas de los pueblos orientales ms antiguos, y que de all pas a los idiomas mediterrneos (griego y latn) con la migracin de los indoeuropeos desde Asia a Europa.

MECNICA CLSICALa invencin de la rueda corresponde a la poca final del neoltico, y puede ser visto en relacin con los dems avances tecnolgicos que dieron lugar a inicio de la Edad de Bronce. En Mesopotamia se cree que fue inventada en el quinto milenio a. C., durante el perodo de El Obeid, (alfarera).En el Viejo Mundo Usada en la construccin de carros tirados por animales, en el cuarto milenio a. C.Valle del Indo hacia el tercer milenio a. C. Barbieri-Baja (2000 a. C.) China vehculos de ruedas cerca de 2000 a. C., aunque su referencia ms antigua data 1200 a. C. Las culturas americanas no prosper, probablemente por la ausencia de grandes bestias que pudieran tirar de los vehculos, y porque las civilizaciones ms avanzadas ocupaban terrenos escarpados. Han sido encontradas ruedas en objetos olmecas identificados como juguetes que se datan alrededor de 1500 a. C.

MECNICA CLSICACultura de Andrnovo (2000-1200a.C.), al norte de Asia Central. invencin de la rueda con radios permiti la construccin de vehculos ms rpidos y ligeros.Celtas 1er siglo a. C. inclusin de una cinta de hierro alrededor de las ruedas, adems, fueron los primeros en usar un tipo rodamiento rudimentario en el eje consistente de unos discos de madera muy dura.Romanos utilizaron anillos de bronce como rodamiento a modo de buje. Daneses desarrollaron un sistema de cojinetes con rodillos de madera que hacan girar la rueda con menor friccin.

MECNICA CLSICANo hubo grandes modificaciones hasta el siglo XIX, cuando se generaliz el uso de metales en la elaboracin de maquinarias. 1880 se inventaron los neumticos para ruedas SigloXX se construyen ruedas de las ms variadas aleaciones. 1959 El problema de las pinchaduras, se resolvi con la aparicin de las primeras cubiertas sin cmara.En la actualidad, la evolucin de la rueda va a la par del desarrollo del automvil, que exige mayor resistencia, mayor adherencia al suelo y menor desgaste.

MECNICA CLSICAPOLEA : se trata de una rueda que puede girar alrededor de un eje que pasa por su centro. Dicha rueda posee una acanaladura o garganta a su alrededor. Por dicha garganta pasa una cuerda o cadena en cuyos extremos se aplican la fuerza potente y la fuerza resistente.Sirve para elevar pesos a una cierta altura. Su funcin es cambiar la direccin de la fuerza y/o disminuir la fuerza potente. Se usa, por ejemplo, para subir objetos a los edificios o sacar agua de los pozos.Hay de dos tipos:Poleas FijasPoleas Mviles

MECNICA CLSICAPOLEA FIJA: La manera ms sencilla de utilizar una polea es anclarla en un soporte, colgar un peso en un extremo de la cuerda, y tirar del otro extremo para levantar el peso. A esta configuracin se le llama polea simple fija.Una polea simple fija no produce una ventaja mecnica la fuerza que debe aplicarse es la misma que se habra requerido para levantar el objeto sin la polea. La polea fija, sin embargo, permite aplicar la fuerza en una direccin ms conveniente.

FRMULA: P = R

MECNICA CLSICAPOLEA MVIL: Una forma alternativa de utilizar la polea es fijarla a la carga, fijar un extremo de la cuerda al soporte, y tirar del otro extremo para levantar a la polea y la carga. A esta configuracin se le llama "polea mvil".La polea mvil produce una ventaja mecnica: la fuerza necesaria para levantar la carga es justamente la mitad de la fuerza que habra sido requerida para levantar la carga sin la polea. Por el contrario, la longitud de la cuerda de la que debe tirarse es el doble de la distancia que se desea hacer subir a la carga.

FRMULA: P = R : 2

MECNICA CLSICAAPAREJOS: es un mecanismo que se utiliza para levantar o mover una carga aplicando un esfuerzo mucho menor que el peso que hay que levantar. Se utilizan en los talleres o industrias para manipulacin, elevacin y colocacin de piezas pesadas, as como cargarlas y descargarlas de los camiones que las transportan. Suelen estar sujetos a un brazo giratorio que hay acoplado a una mquina, o pueden ser mviles guiados por rieles colocados en los techos de las naves industriales. Hay de dos tipos:

Aparejo FactorialAparejo Potencial

MECNICA CLSICAAPAREJO FACTORIAL: Cuando se combinan dos o ms poleas mviles en una misma armadura, con igual cantidad de poleas fijas, tambin con una sola armadura tenemos un aparejo factorial.

FRMULA: La tensin de equilibrio es igual al peso dividido 2n siendo n la cantidad de poleas mviles.T= P/ 2n

T = TensinP = Peson = Nmero de poleas mviles

MECNICA CLSICAAPAREJO POTENCIAL: Cuando se combinan dos o ms poleas mviles con una polea fija tenemos un aparejo potencial.

FRMULA: a tensin de equilibrio se calcula como:

T = P/ 2n

T = TensinP = Peson = Nmero de poleas mviles

MECNICA CLSICAPALANCA: es una mquina simple que tiene como funcin transmitir una fuerza y un desplazamiento. Est compuesta por una barra rgida que puede girar libremente alrededor de un punto de apoyo llamado fulcro.Puede utilizarse para amplificar la fuerza mecnica que se aplica a un objeto, para incrementar su velocidad o la distancia recorrida, en respuesta a la aplicacin de una fuerza.

MECNICA CLSICALa potencia; P: es la fuerza que aplicamos voluntariamente con el fin de obtener un resultado; ya sea manualmente o por medio de motores u otros mecanismos.La resistencia; R: es la fuerza que vencemos, ejercida sobre la palanca por el cuerpo a mover. Su valor ser equivalente, por el principio de accin y reaccin, a la fuerza transmitida por la palanca a dicho cuerpo.La fuerza de apoyo: es la ejercida por el fulcro sobre la palanca. Si no se considera el peso de la barra, ser siempre igual y opuesta a la suma de las anteriores, de tal forma de mantener la palanca sin desplazarse del punto de apoyo, sobre el que rota libremente.Brazo de potencia; Bp: la distancia entre el punto de aplicacin de la fuerza de potencia y el punto de apoyo.Brazo de resistencia; Br: distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo.

MECNICA CLSICA

FRTipos de PalancasMECNICA CLSICA

La fsica nos ensea que existen palancas de tres tipos u orden:Palancas de primer ordenPalancas de segundo orden Palancas de tercer orden (16) 16- Dr. Miguel Acevedo lvarez

MECNICA CLSICA

Tomado de LAROUSSE multimedia enciclopdico 2000

Palancas de primer ordenMECNICA CLSICA

Palanca de primer ordenFulcro en el medio (punto de apoyo de la palanca)se tiene un ptimo control de posicinventajosa relacin, FA>RAej.: balancn (17)17- Dr. Miguel Acevedo lvarez

MECNICA CLSICA

MECNICA CLSICA

Tomado de LAROUSSE multimedia enciclopdico 2000

Palancas de segundo ordenMECNICA CLSICA

Palanca de segundo ordenFulcro al finalMecnicamente ventajosaFA>RAej.: carretilla de mano (18) 18-- Dr. Miguel Acevedo lvarezMECNICA CLSICA

MECNICA CLSICA

Tomado de LAROUSSE multimedia enciclopdico 2000

Palancas de tercer ordenMECNICA CLSICA

Palanca de tercer ordenFulcro al finalmecnicamente desventajosaRA>FAej.: pinzas (19)19- Dr. Miguel Acevedo lvarez

MECNICA CLSICA

Palanca de tercer ordenNo es la ptima para realizar esfuerzosrequiere:buenas posturas de trabajobuen diseo de la tarea (20)20- Dr. Miguel Acevedo lvarezMECNICA CLSICA

La palanca de tercer orden nos permite:

la mxima velocidadel ms amplio rango de movimientostrabajar en espacios reducidos (22)22- Dr. Miguel Acevedo lvarezMECNICA CLSICA

MECNICA CLSICA

MECNICA CLSICAPLANO INCLINADO: El plano inclinado es una mquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ngulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura. Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.

MECNICA CLSICA

En el ejemplo vemos que el cuerpo se va a deslizar por el plano inclinado debido a la componente F1 del peso del cuerpo G. Si queremos elevar este cuerpo mediante el plano inclinado debemos hacer una fuerza levemente superior a F1 y no la equivalente al peso del cuerpo G.F1 se calcula mediante la expresin:F1= G. sen a

MECNICA CLSICAAl igual que las demsmquinas simplescambian fuerza por distancias. Elplano inclinadose descubre por accidente ya que se encuentra en forma natural, elplano inclinadoes bsicamente un tringulo donde su utiliza la hipotenusa, la funcin principal delplano inclinado es levantar objetos por encima de la Horizontal.

MECNICA CLSICACUA : es una mquina simple que consiste en una pieza de madera o de metal terminada en ngulo diedro muy agudo. Tcnicamente es un doble plano inclinado porttil. Sirve para hender o dividir cuerpos slidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o hueco.

MECNICA CLSICAEl funcionamiento de la cua responde al mismo principio que el del plano inclinado. Al moverse en la direccin de su extremo afilado, la cua genera grandes fuerzas en sentido perpendicular a la direccin del movimiento. Modificar la direccin de una fuerza. convierte una fuerza longitudinal en dos fuerzas perpendiculares a los planos que forman el ngulo agudo. Esta utilidad es la empleada para abrir o separar cuerpos: Ejemplos: hachas, cinceles, clavos, cremallera, cuchillo o el filo de las tijeras, puede actuar como una cua. la formula es: F= P*H /L P= potenciaL= longitudH= altura

MECNICA CLSICATORNILLO: Plano inclinado enrollado, su funcin es la misma del plano inclinado pero utilizando un menor espacio.

MECNICA CLSICATUERCA HUSILLO: convierte el movimiento de rotacin en movimiento lineal, y un par de torsin (fuerza de rotacin) a una fuerza lineal. La forma ms comn consiste en un eje cilndrico con ranuras helicoidales o rosca. El husillo pasa a travs de la tuerca que rosca en el husillo. Cuando el husillo gira avanza en una proporcin del paso de la rosca por vuelta de husillo.

MECNICA CLSICANIVEL O TORNO: Mquina simple constituida por un cilindro y una manivela, que permite levantar un cuerpo pesado haciendo menos fuerza; en el cilindro se enreda una cuerda o cadena, la cual se hace girar por medio de una barra rgida doblada en dos ngulos rectos opuestos. Como todas lasmquinas simplesel torno cambia fuerza por distancia, se har un menor esfuerzo entre ms grande sea el dimetro del cilindro. Ejemplos: gra, fongrafo, pedal de bicicleta, perilla, arranque de un auto antiguo, gra, ancla, taladro manual.

La fuerza que equilibra el torno se calcula como:

r = Radio del tornoR = Radio de la palancaP = PesoF = Fuerza de equilibrio

MECNICA CLSICACONCLUSIN: las mquinas simples son usadas para multiplicar la fuerza o cambiar su direccin, para que el trabajo resulte ms sencillo, conveniente y seguro.