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Índice
1. Proyecto………………………………………………………………….…3
2. Objetivos………………………………………………………...…….……3
2.1. Objetivo General………………………………………………….……3
2.2. Objetivos Específicos…………………………………………….……3
3. Marco Teórico………………………………………………………….…...3
3.1. Mecanismo biela- manivela…………………………………………...3
3.2. Sistema biela-manivela-émbolo………………………………………4
3.3. Transformación de giratorio en oscilante……………………………6
3.4. Motorreductores………………………………………………………..8
4. Cálculos……………………………………………………………………..8
5. Conclusiones………………………………………………………………11
6. Recomendaciones……………………………………………………...…11
7. Bibliografía………………………………………………………………….11
8. Anexos………………………………………………………………………11
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1. Proyecto
“Construir un compactador de latas empleando un sistema de movimiento
Biela-Manivela-Émbolo”
2. Objetivos
2.1 Objetivo General
Construir un mecanismo capaz de compactar latas de refresco para facilitar el
reciclaje de las mismas.
2.2 Objetivos Específicos
Comprender el funcionamiento del mecanismo biela manivela.
Calcular las velocidades presentes en las diferentes partes del
mecanismo.
Interpretar el principio fundamental de transformación del movimiento
circular en movimiento lineal producido en un mecanismo biela-
manivela.
3. Marco Teórico
3.1 MECANISMO BIELA- MANIVELA
Ambos sistemas (biela-manivela y excéntrica-biela) permiten convertir el
movimiento giratorio continuo de un eje en uno lineal alternativo en el pie de
la biela. También permite el proceso contrario: transformar un movimiento
lineal alternativo del pie de biela en uno en giratorio continuo en el eje al que
está conectada la excéntrica o la manivela (aunque para esto tienen que
introducirse ligeras modificaciones que permitan aumentar la inercia de giro).
Este mecanismo es el punto de partida de los sistemas que aprovechan el
movimiento giratorio de un eje o de un árbol para obtener movimientos lineales
alternativos o angulares; pero también es imprescindible para lo contrario:
producir giros a partir de movimientos lineales alternativos u oscilantes.
En la realidad no se usan mecanismos que empleen solamente la manivela (o
la excéntrica) y la biela, pues la utilidad práctica exige añadirle algún operador
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más como la palanca o el émbolo, siendo estas añadiduras las que permiten
funcionar correctamente a máquinas tan cotidianas como: motor de automóvil,
limpiaparabrisas, rueda de afilar, máquina de coser, compresor de pistón,
sierras automáticas
FIGURA 1 SISTEMA BIELA-MANIBELA
3.2 SISTEMA BIELA-MANIVELA-ÉMBOLO
Permite obtener un movimiento lineal alternativo perfecto a partir de uno
giratorio continuo, o viceversa.
DESCRIPCIÓN
Básicamente consiste en conectar la cabeza de una biela con el mango de una
manivela (o con la muñequilla de un cigüeñal o el eje excéntrico de una
excéntrica) y el pie de biela con un émbolo. Manivela Biela Émbolo Guía El giro
de la manivela provoca el movimiento de la biela y, consecuentemente, el
desplazamiento lineal alternativo del émbolo.
Figura 2 SISTEMA BIELA- MANIVELA -EMBOLO
CARACTERÍSTICAS
1. Carrera del pistón.
La amplitud del movimiento del pistón se denomina Carrera y viene
determinado por el diámetro de giro del eje excéntrico al que está conectada la
cabeza de la biela.
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Figura 3 SISTEMA MANIBELA CON PISTON
2. Puntos muertos.
El pistón está dotado de un movimiento lineal de vaivén cuyo ciclo es:
retroceso, paro, avance, paro, nuevo retroceso, paro. En este movimiento lineal
alternativo existen dos puntos en los que el émbolo se queda completamente
parado para poder invertir el sentido de la marcha; a esos puntos se les
denomina puntos muertos. Al que se produce al final del retroceso se le
denomina punto muerto inferior y al que se produce al final del avance punto
muerto superior.
Figura 4 DIAGRAMA DE PUNTOS MUERTOS
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3.3 TRANSFORMACIÓN DE GIRATORIO EN OSCILANTE
Sistema Excéntrica-Biela-Palanca (Pedal)
Permite obtener un movimiento giratorio continuo a partir de uno oscilante, o
también, obtener un movimiento oscilante a partir de uno giratorio continuo.
Este mecanismo está formado por una excéntrica (o manivela), una biela y una
palanca. Desde el punto de vista de la palanca se nos pueden presentar dos
casos:
- Cuando transformamos giratorio en oscilante, la potencia es
suministrada por la biela a la palanca (el pie de biela será el punto de
aplicación de la potencia).
- Cuando transformamos oscilante en giratorio, el mecanismo biela-
manivela es la resistencia y el pie de biela es el punto de aplicación de la
resistencia.
Figura 5 SISTEMA GIRATORIO OSCILANTE
CARACTERÍSTICAS
Elección de la palanca adecuada. La palanca puede ser de cualquier orden (1º,
2º ó 3º) y su elección estará en función de la utilidad que le queramos dar a la
máquina.
- Cuando la máquina produce movimiento giratorio a partir de uno
oscilante es frecuente emplear una palanca de tercer grado así el
movimiento de la potencia (normalmente el pie) es pequeño en relación
al de la resistencia (pie de biela) y se pueden alcanzar mayores
velocidades de giro.
- Cuando se emplea para producir un movimiento oscilante a partir de uno
giratorio, la elección de la palanca dependerá de factores tales como
sentido del movimiento, fuerza que tiene que crear y amplitud de la
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oscilación (ver el apartado referido a palancas para analizar cuál sería la
elección más adecuada).
Figura 6 SISTEMA BIELA-PALANCA
Aplicaciones actuales.
En la actualidad este mecanismo se emplea en los limpiaparabrisas de los
automóviles, las máquinas de coser manuales (aunque ahora todas suelen
funcionar con motor eléctrico).
SISTEMA DE LEVAS
Permite obtener un movimiento lineal alternativo, o uno oscilante, a partir de
uno giratorio; pero no nos permite obtener el giratorio a partir de uno lineal
alternativo (o de uno oscilante). Es un mecanismo no reversible.
Figura 7 SISTEMA DE LEVAS
DESCRIPCIÓN
Básicamente el sistema está formado por una leva y un seguidor de leva que
puede ser:
- Émbolo. Si queremos que el movimiento de salida sea lineal alternativo.
- Palanca, si queremos que el movimiento de salida sea oscilante.
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En los mecanismos de levas, el diseño del perfil de leva siempre estará en
función del movimiento que queramos que realice el seguidor de leva; por
tanto, antes de construir la leva tenemos que saber cuál es el movimiento que
queremos realizar.
Este mecanismo se emplea en: motores de automóviles (para la apertura y
cierre de las válvulas); programadores de lavadoras (para la apertura y cierre
de los circuitos que gobiernan su funcionamiento); cerraduras.
3.4 MOTORREDUCTORES
Los reductores y motorreductores mecánicos de velocidad se pueden contar
entre los inventos más antiguos de la humanidad y aún en estos tiempos del
siglo XXI se siguen utilizando prácticamente en cada máquina que tengamos a
la vista, desde el más pequeño reductor o motorreductor capaz de cambiar y
combinar velocidades de giro en un reloj de pulsera, cambiar velocidades en un
automóvil, hasta enormes motorreductores capaces de dar tracción en buques
de carga, molinos de cemento, grandes máquinas cavadoras de túneles o bien
en molinos de caña para la fabricación de azúcar.
Un motorreductor tiene un motor acoplado directamente, el reductor no tiene un
motor acoplado directamente.
La sencillez del principio de funcionamiento y su grado de utilidad en una gran
variedad de aplicaciones es lo que ha construido la trascendencia de este
invento al través de los siglos.
4. Cálculos
En el sistema la rueda motriz A gira en sentido de las manecillas del reloj a una
velocidad angular constante de WA= 30 rev/min = 3.1416 rad/s. Ademas se
tiene las medidas de los radios y la longuitud del eslabon BC como se muestra
en la figura.
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Para este sistema se podría empezar a calcular la velocidad del punto B, con la
siguiente formula:
W A=V B
ROB
V B=W A∗ROB
V B=3.1416
rads
∗70
1000m
V B=0.22m /s
Luego, como la velocidad VB es paralela a la velocidad VC, entonces estas
serán de igual magnitud:
V B=V c=0.22m /s haciala derecha
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Conociendo la velocidad del pistón, se puede determinar la velocidad del
eslabón BC:
W BC=V CRCB
W BC=0.22m/ s0.245m
W BC=0.22m/ s0.245m
W BC=0.8979radsen sentidoantihorario
No se podría utilizar la ecuación de las velocidades relativas ya que la
velocidad angular del eslabón se hace cero, debido a que VB es paralela a la
velocidad VC, como se demuestra a continuación:
V B=V C+V B/C
V Bi=V C i+W 3∗RB /C
0.22 i=0.22 i+W 3 k∗(−0.245cos 46 °i+0.245 Sen46 ° j)
0.22 i=0.22 i−W 3 (0.245cos 46 ° ) j−W 3 (0.245Sen 46 ° ) i
Al separar las ecuaciones quedaran de la siguiente manera:
0.22=0.22−W 3 (0.245 Sen46 ° )
0=−W 3 (0.245cos 46 ° )
Como se muestra en ambas ecuaciones esta velocidad se hace cero, entonces
se concluye que el método anterior es el adecuado para este caso.
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5. Conclusiones
Se ha construido un mecanismo biela – manivela capaz de compactar
latas de refresco utilizando un motor de 30 rpm y una potencia de 1HP.
El mecanismo biela – manivela transforma el movimiento giratorio del eje
del motor en movimiento lineal de el pistón que compacta la lata.
El mecanismo biela- manivela principalmente transforma el
movimiento circular en lineal, conservando la energía cinética del
sistema, aprovechando esa fuerza para la compactación de latas.
6. Recomendaciones
Instalar el mecanismo sobre una bancada firme que no sea afectada por
las vibraciones del motor.
Utilizar un motorreductor de bajas revoluciones y potencia suficiente
para mover el mecanismo y compactar la lata
Considerar las medidas de seguridad al momento de operar la
maquina compactadora ya que ésta debido a las vibraciones
producidas, existe la posibilidad que las latas compactadas puedan
presentar bordes con los cuales los operarios pueden lastimarse.
7. Bibliografía
- Hibbeler R. Ingeniería Mecánica – Dinámica. 12 ed.
- Beer Johnston. Mecánica vectorial para ingenieros – Dinámica. 10 ed.
Linkografia
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2006/material107/imprenta/Textos/
tx_mecanismos.pdf
8. Anexos
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