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

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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