Explicamos qué son los sistemas mecánicos, sus características y varios ejemplos
¿Qué son los sistemas mecánicos?
Los sistemas mecánicos son un conjunto de componentes, elementos o dispositivos físicos cuya función específica es convertir o transmitir el movimiento y la fuerza de entrada generada por alguna fuente de energía, al movimiento y la fuerza de salida que se desea producir. Por tanto, son sistemas que tienen partes móviles.
Es decir, todo sistema que posea varias partes móviles que se mueven de tal manera que en su conjunto producen ventajas mecánicas o de otro tipo puede considerarse como sistema mecánico.
Por ejemplo, cuando se abre o se cierra una persiana con una manivela, se saca la punta de un lápiz con un sacapuntas o se maneja un vehículo, se están utilizando sistemas mecánicos que sirven para ayudar a realizar esas acciones.
El automóvil utilizado diariamente tiene cuatro ruedas con movimiento circular. El motor en su interior tiene un pistón moviéndose hacia arriba y hacia abajo. La leva da vueltas y vueltas. El auto como tal se mueve. Todo el sistema tiene muchas cosas en movimiento para obtener una ventaja mecánica.
Características de los sistemas mecánicos
Tienen una fuente de energía
La energía podría provenir de la electricidad, de la gasolina o de la energía solar, pero a menudo la energía proviene de los humanos. Estructuras como las pirámides se construyeron únicamente con la energía humana.
Por ejemplo, la energía necesaria para mover una bicicleta proviene de un ser humano que pedalea.
Tipos de movimiento
Los elementos motrices y los movimientos transferidos pueden ser tres tipos diferentes de movimiento:
- Rotatorio o circular: Como el que posee una rueda.
- Alterno: Es un movimiento de vaivén, de ida y vuelta, como el de un péndulo.
- Lineal: Es el movimiento hecho de forma continua y en línea recta.
Grupos de mecanismos
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Mecanismos de transmisión del movimiento
Son los mecanismos donde el elemento de entrada y el elemento de salida poseen la misma clase de movimiento.
Por ejemplo, el mecanismo de la bicicleta, porque su elemento motriz (pedales) tiene un movimiento circular y el sistema de salida (rueda trasera) también tiene un movimiento circular.
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Mecanismos de transformación del movimiento
Son los mecanismos donde el elemento de entrada y el elemento de salida poseen distintas clases de movimiento.
Por ejemplo, el mecanismo que hace subir una persiana mediante una manivela, porque su elemento motriz (manivela) posee un movimiento circular, y el sistema de salida (persiana) posee un movimiento lineal.
Relación de transmisión
Se refiere a la relación de la velocidad de giro existente entre el eje de salida con respecto a la del eje de entrada del sistema mecánico. Es un valor esencial, porque indica de qué manera se modifica la velocidad del movimiento en el sistema mecánico:
– Relación de Transmisión= velocidad de salida / velocidad de entrada.
Si la relación es menor que 1, significa que el mecanismo disminuye la velocidad, siendo un mecanismo reductor. Si es mayor que 1, entonces el mecanismo incrementa la velocidad, siendo un mecanismo multiplicador.
Finalmente, si es igual a 1, entonces el mecanismo no disminuye ni incrementa la velocidad, si no solo transmite el movimiento, siendo un mecanismo igualador.
Elementos de un sistema mecánico
Los sistemas mecánicos y los mecanismos están formados al menos por los siguientes tres grandes bloques de elementos:
Bloque de entrada o bloque motriz
La parte correspondiente a la entrada del sistema es cualquier tipo de movimiento y fuerza que sirva para poner en marcha el movimiento del sistema mecánico.
El movimiento y la fuerza motriz de entrada puede provenir de cualquier fuente de energía, tales como el esfuerzo humano, la energía del viento, el agua, el calor, etc. También puede provenir de una reacción química o de un dispositivo eléctrico, mecánico, neumático o hidráulico.
Mecanismo o bloque transmisor
La parte correspondiente al bloque transmisor del sistema es donde se utilizan los mecanismos que sirven para poder convertir el movimiento y la fuerza de entrada en un movimiento y fuerza de salida.
Es decir, recoge, transfiere y altera las fuerzas y el movimiento que le son suministradas por los dispositivos del bloque motriz, conduciéndolos hasta el sistema de salida.
Sistema de salida o sistema receptor
La salida se refiere al cambio producido por el bloque transmisor en el movimiento y la fuerza de entrada aplicados.
Por tanto, este sistema es el conjunto de elementos que reciben las fuerzas y el movimiento del mecanismo como tal, realizando en la salida el trabajo para el cual fue concebido el sistema mecánico.
Ejemplos de sistemas mecánicos
Bicicleta
El elemento de entrada o motriz de la bicicleta son los pedales, que gracias a las piernas del ciclista reciben una fuerza motriz. El elemento de salida o receptor es la rueda trasera, porque es la que finalmente recibe el movimiento.
Su bloque transmisor es un sistema de cadenas y ruedas dentadas, que permite transferir la fuerza motriz suministrada por el ciclista con los pedales hasta la rueda trasera.
Sistema tornillo-tuerca
Este sistema muestra una ventaja bastante importante en relación a otros sistemas que sirven para convertir el movimiento giratorio en longitudinal.
Esto es porque por cada vuelta realizada al tornillo, la tuerca solo adelanta la distancia de separación existente entre filetes o paso de rosca, por lo cual es muy grande la fuerza longitudinal o de apretado.
Sistema polea-correa
El sistema lo forman dos ejes (de entrada y de salida), dos poleas (de entrada y de salida) y una correa.
Sirve para transmitir un movimiento rotatorio de un eje a otro, pudiendo cambiar sus características de sentido y velocidad. Por ejemplo, la transmisión de una segadora de césped mediante correas de cuña y poleas
Engranaje
Sirve para transmitir fuerza de un módulo a otro dentro de un equipo. Se compone de dos ruedas dentadas, llamándose corona la mayor y piñón la menor. Transmite un movimiento giratorio por medio del contacto de las ruedas dentadas.
Una aplicación muy importante es transmitir el movimiento desde el eje de una fuente energética, tal como un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta un eje ubicado a cierto trecho, que es el que debe realizar el trabajo.
Sistema biela-manivela
Está compuesto por un elemento giratorio, llamado manivela, conectado a una barra rígida, denominada biela, de tal manera que cuando la manivela gira, la biela se ve obligada a retroceder y avanzar alternativamente. Así, este sistema transforma el movimiento giratorio en un movimiento longitudinal alterno.
El sistema es reversible, porque puede funcionar también para convertir un movimiento rectilíneo alterno en otro giratorio, como sucede en el motor de un automóvil con un pistón dentro del cilindro, donde la manivela se ve forzada a rotar.
Referencias
- Multimedia Design and Technology Education (2021). Mechanical Systems. Tomado de: notesandsketches.co.uk.
- María José Molina (2021). Sistemas Mecánicos. Tomado de: mariajosemolina.weebly.com.
- Quora (2021). What are mechanical systems? How do they work? Tomado de: quora.com.
- Escuela de Postgrado Industrial (2021). Elementos mecánicos: qué son y cómo se clasifican. Tomado de: postgradoindustrial.com.
- Sistemas Mecánicos (2012). Definición de Sistemas Mecánicos. Tomado de: sistemasmecanicosiws.blogspot.com.