Este documento describe los componentes básicos de un motor de combustión interna, incluida la biela y la manivela. La biela transmite el movimiento del pistón al cigüeñal, convirtiendo el movimiento lineal en rotatorio. La manivela une el cigüeñal al pistón a través de la biela. Juntos, la biela y la manivela transforman la explosión en el cilindro en el movimiento rotatorio del cigüeñal que impulsa el vehículo.
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Biela y Manivela
Juan José González Naranjo, Samuel David León Hormaza, Gina Paola Mazo Ordoñez y
Laura Sofía Torres Murillas
Departamento de Tecnología e Informática, Institución Educativa Liceo Departamental
Grado 9-1
A12: Tecnología e Informática
Guillermo Mondragón
20 de junio del 2020
2. 2
Tabla de contenido:
1. Introducción al tema:
1.1. Operadores mecánicos………………………………………………………....….3
1.2. Biela……………………………...…………………………………....….………4
1.3. ¿De qué material está hecha?..............................................................................4, 5
1.4. Tipos de bielas………………………………………………………..…………...5
1.5. ¿De qué factores depende su tamaño?.....................................................................5
1.6. Función de la biela en un motor de combustión…………………………......5, 6, 7
1.7. Manivela………………………………………....…………………………...…7,8
1.8. De qué está compuesta…………………………………………………….……7,8
2. Mecanismo biela-manivela………………………………………………........……8, 9
3. Mapas conceptuales………………………………………………………......10, 11, 12
4. Conclusiones…………………………………………………………………..……..13
5. Evidencias de trabajo……………………………………..14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21
6. Fuentes de consulta…………………………………………………………...……...22
7. Blogs del curso……………………………………………………..………………...22
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1. Introducción al tema:
1.1. Operadores mecánicos.
En el área de la tecnología, el concepto de operadores mecánicos, hace referencia al
objeto o conjunto de objetos que tienen la capacidad de realizar una función tecnológic,
permitiéndole así al ser humano, producir, transformar un movimiento, o convertir una fuerza
en movimiento sin que suponga mucho esfuerzo.
Al unir varios operadores mecánicos, se forman mecanismos y engranajes, los cuales
dan origen a las máquinas. Los principales operadores mecánicos curiosamente son el resultado
de una máquina simple o una combinación de ellas, como:
La palanca
La rueda
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1.2. Biela
La biela se puede denominar como un elemento mecánico, que dependiendo el esfuerzo
al que es sometido (tracción o compresión) transmite el movimiento articulado a otras partes
de la máquina. La biela es un elemento que físicamente aparenta ser simple, más, sin embargo,
esta cumple un papel primordial en el engranaje de un motor de combustión. Se puede
ejemplificar tomando como referencia el cuerpo de un pedal de bicicleta, el cual va fijado al
eje de los platos e incorpora el pedal por el otro. Por lo cual, permite que la fuerza ejercida
sobre el pedal sea transmitida al eje y sus engranajes, haciendo posible el movimiento de las
ruedas.
1.3. ¿De qué material está hecha?
Debido a que la biela tiene que ser un instrumento resistente a las tensiones y a las altas
temperaturas, como también ligera para ser un elemento móvil dentro del motor, generalmente
son hechas con aleaciones a base de acero, titanio o aluminio, utilizando casi en todos los casos
la técnica de la forja, y en menor medida, el mecanizado para su elaboración.
Partes de la biela:
Cabeza: Es la parte con el orificio de mayor tamaño y abraza la muñequilla del cigüeñal,
la cual actúa como abrazadera con dos mitades. Una está unida al cuerpo y la otra llamada
sombrerete, se une a la mitad sobrante. Dicha abrazadera sujeta un casquillo metálico o
rodamiento, el cual abraza la muñequilla del cigüeñal.
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Cuerpo: Es la parte central alargada, la cual debe de aguantar las mayores tensiones.
Esta sección puede tener forma de “H”, de cruz o de “I”.
Pie: Es la pieza que abraza el eje del pistón, y cuenta con un tamaño inferior al de la
cabeza. En él se introduce un casquillo a presión, que aloja un cilindro metálico, que une a la
biela con el pistón.
1.4. Tipos de bielas:
La cabeza y el sombrerete de la biela pueden variar, por lo que permite clasificarlas en:
Biela aligerada: El ángulo de este tipo de biela se acomoda de tal manera que forma las
dos mitades de la cabeza no quedan perpendiculares al eje de longitud del cuerpo.
Biela enteriza: En este tipo de biela la cabeza no incluye un sombrerete desmontable,
por lo que forma un todo sólido con el cigüeñal (puede separarse con ayuda de muñequillas
desmontables).
1.5. ¿De qué factores depende su tamaño?
Todo depende del tamaño del cigüeñal del motor. Se determina por el régimen de
rotación máximo, cuanto más elevado sea, menor será su diámetro con unas muñequillas de
mayor tamaño. De igual manera, a mayor número de cilindros y de longitud del cigüeñal, hacen
necesaria una mayor rigidez y un incremento en el diámetro de las muñequitas.
1.6. Función de la biela en un motor de combustión
Motor de cuatro tiempos.
El proceso de combustión de un motor de cuatro tiempos inicia con la etapa de
admisión, que es cuando el pistón se encuentra en el punto muerto superior, y termina cuando
llega hasta al punto muerto inferior. Durante esta fase, la válvula de admisión se encuentra
abierta, mientras que la de escape está cerrada. Gracias a que el movimiento que genera es
descendente, crea un efecto de succión que permite a la mezcla entrar a la cámara de
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combustión. Mientras tanto, el cigüeñal hace una rotación de 180° y el árbol de levas uno de
90°, permitiendo así que la biela baje al pistón hasta el punto muerto inferior.
Sigue la compresión, la cual inicia cuando el pistón llega al punto muerto inferior.
Durante esta fase, la válvula de admisión se cierra, ascendiendo al pistón por la acción de la
biela y reduce el volumen de la cámara de combustión, y en consecuencia la mezcla se
comprime. Durante este proceso el cigüeñal ya ha dado una vuelta completa y el árbol de levas
ha completado un giro de 180°.
La explosión inicia al comprimir por completo la mezcla, mientras las válvulas de
admisión y escape permanecen cerradas, y la bujía crea una chispa que quema la mezcla. La
explosión generada hace que el pistón junto con la biela, sean empujados hacia abajo. Para este
punto el cigüeñal ya ha dado un giro total de 540°, mientras que el árbol de levas ha rotado 270
grados.
La etapa final es la de escape, la cual inicia cuando el pistón vuelve a posicionarse en
el punto muerto inferior, y la válvula de escape se abre, haciendo que esta vuelva a ascender y
expulse los gases restantes de la explosión. El ciclo vuelve a iniciar. Para este momento el
cigüeñal ha dado dos vueltas completas y el árbol de levas una.
Motor de dos tiempos:
En un motor de dos tiempos, durante todo el proceso el cigüeñal solo da una vuelta
completa. En el primer tiempo se llevan a cabo las etapas de compresión y aspiración, donde
el pistón asciende y comprime la mezcla de aire, combustible y aceite. Al mezclar estos dichos
componentes, se crea un vacío en el cárter, que, al finalizar su recorrido, el pistón deja libre un
orificio de aspiración, que le permite al cárter llenarse nuevamente con la mezcla.
El segundo tiempo consta de una fase de explosión y escape. La bujía crea una chispa
que prende la mezcla comprimida, lo cual crea una explosión que permitirá al pistón y la biela
rotar hacia la parte de abajo. La biela, eleva al pistón, el cual libera el canal de escape para el
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cilindro, saliendo así los gases resultantes. A través de la lumbrera que conecta con el cilindro,
la mezcla que se encuentra pre comprimida lo llena y libera el resto de los gases, iniciándose
así el ciclo nuevamente.
1.7. Manivela
La manivela es un mecanismo para la transmisión de movimiento, el cual es capaz de
convertir un movimiento rectilíneo a uno circular o de rotación. En un motor de combustión
interno se conecta el pistón al cigüeñal. Actualmente la manivela es el conjunto de cigüeñal-
biela-pistón, que son piezas básicas en los motores de combustión interna y los compresores
alternativos.
1.8 Estructura
Es una pieza que está compuesta por dos ramas, con una se fija al extremo del eje de la
máquina y la otra se utiliza a modo de mango, el cual sirve para hacer girar el eje, máquina o
rueda. También puede servir para realizar la transformación inversa del movimiento circular
en un movimiento rectilíneo. Cuando se han juntado varias manivelas a un eje, se le denomina
cigüeñal.
1.9. Tipos de manivelas
Están las manivelas de estructura rígida, articulada y doblemente articulada.
Dependiendo de la forma de rodamiento en los puntos de apoyo pueden ser: Planos (bujes),
rodamientos esféricos o bolas y rodamientos cilíndricos o rolletes.
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1.10. Construcción
Las manivelas de los motores alternativos de combustión interna por lo general, están
elaborados a base de acero templado mediante la técnica de forja, aunque hay otras que están
hechas de madera, hierro y otros materiales alternativos.
2. Mecanismo biela-manivela:
El mecanismo biela-manivela es un mecanismo que transforma un movimiento circular
en uno de traslación, o viceversa. El ejemplo que se va a emplear es el más común y con el que
hemos venido trabajando a lo largo del texto: El motor de combustión interna de un carro, en
el cual el movimiento lineal del pistón producido por la explosión de la gasolina, es transmitido
hacia biela y se convierte en un movimiento circular en el cigüeñal.
En la imagen podemos observar la manivela, la cual al ser accionada genera un
movimiento circular en un elemento de forma circular. Por otro lado, se observa una barra la
cual oscila con movimiento de traslación, es decir, de arriba hacia abajo o de derecha a
izquierda. Y por último la biela, la cual, es el elemento que una a la rueda con la barra, en otras
palabras, transforma el movimiento circular en uno de traslación.
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Matemáticamente el movimiento alternativo es aproximadamente un movimiento
armónico simple sinusoidal, como el que se usa en las locomotoras de los trenes o en los
motores de combustión interna de los automóviles.
Mecanismo biela manivela en locomotoras de vapor.
3. Mapas conceptuales
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4. Conclusiones
En conclusión, la biela es un elemento mecánico que transmite el movimiento
articulado a otras partes de la máquina y es utilizado actualmente en motores de combustión
interna como motores de cuatro tiempos y dos tiempos, siendo así una parte primordial en los
engranajes de los motores de combustión mejorando su efectividad.
La manivela es una pieza compuesta por dos ramas que hace parte de mecanismo de
transmisión de movimiento de línea recta a uno circular o de rotación, forma parte de piezas
básicas en los motores de combustión interna y los compresores.
La biela y manivela es un mecanismo que produce un movimiento circular en uno de
traslación, que es utilizado en actuales motores de combustión coexistiendo para el avance de
la tecnología y la vida cotidiana en busca de mejorar la vida humana.
5. Evidencias de trabajo
