Fis maq comp

GIMNASIO NUEVO SUBA
FORMACIÓN INTEGRAL, LABORAL Y TRASCENDENTE
39 AÑOS DE EXCELENCIA
AÑO 2014
FÍSICA GRADO DECIMO
Docente: Héctor Vanegas Guerrero
Estudiante: _________________________________________________
Fecha: ________________ Tiempo: 4 semanas
Unidad Temática
MÁQUINAS COMPUESTAS
Logros Indicadores de logro
 Identificará las diferentes
clases de máquinas compuestas
determinando el uso de algunas
de ellas.
 Reconoce una máquina compuesta diferenciándola de
una simple.
 Determina claramente el uso de por lo menos cinco
máquinas compuestas, en la industria o las labores
diarias.
Núcleos Temáticos
 Máquinas compuestas.  Bicicleta.
 Máquinas y operadores.  Máquina de vapor.
 Máquina de escribir.  Máquina de coser.
Actividades en clase Recursos
 Definición de los conceptos físicos
estudiados.
 Guía de estudios y aplicación.
 Composición de textos a partir de
conceptos físicos.
 Física Recreativa. Permant.
 Lectura de temas relacionados con las
máquinas compuestas.
 Recursos físicos del estudiante y su
familia.
 Análisis de algunas máquinas compuestas
y sus partes.
 Fórmulas algebraicas sencillas.
 Proyectos pedagógicos.
Evaluación
 Proyecto, uso de recursos.  Quiz y talleres.
 Elaboración de gráficas y dibujos.  Evaluación de los talleres.
 Sustentación y lectura.  Utilización de materiales.
MÁQUINAS COMPUESTA
las máquinas simples son como las tijeras, un cascanueces, un abrelatas, unas
pinzas, una polea o las rampas que hay en las aceras, las máquinas Compuestas
que usamos son más complejas, están compuestas de varias o muchas máquinas
simples que trabajan de manera coordinada.
las máquinas y los operadores: Un robot es una máquina que controlamos
mediante un ordenador y que está programada para moverse, manipular objetos y
realizar trabajos diversos. Los robots son capaces de realizar tareas repetitivas
de forma más rápida, barata y precisa que los seres humanos.
Por ejemplo, en las cadenas de montaje de automóviles hay brazos robots que
levantan las piezas, las pulen y las pintan. Un robot es una máquina compuesta.
Una grúa, un automóvil o una bicicleta también son máquinas compuestas, y
todas ellas están formadas por otras máquinas simples, cada una con una tarea
determinada.
El tornillo y la cuña se consideran a veces máquinas simples, pero en realidad
son adaptaciones del plano inclinado. Dentro de una máquina, llamamos
operadores a cada uno de los elementos que cumple una función concreta en el
funcionamiento de la misma. Las máquinas simples, como la palanca o la polea,
tienen un solo operador, mientras que las compuestas tienen varios o muchos
operadores.

En una máquina hay, o puede haber, operadores de dos tipos:
@ Operadores mecánicos, que son los que se encargan de transmitir los
movimientos. Por ejemplo, en una bicicleta un operador mecánico es el
sistema de cambios de velocidades (con varios platos y piñones), otro es la
cadena y otro el sistema de frenos.
@ Operadores energéticos, que son los encargados de comunicarle energía a la
máquina para que pueda funcionar; por ejemplo, la batería de un automóvil o
de un teléfono móvil, las pilas de un juguete, el resorte de un reloj de cuerda o
el motor de cualquier vehículo son operadores de este tipo.
EJEMPLOS DE MÁQUINAS COMPUESTA
1. LA BICICLETA
La bicicleta: es una máquina compuesta, pues consta de los siguientes
operadores mecánicos:
@ El manillar, con el que orientamos la rueda delantera en la dirección que
queremos llevar.
@ Los frenos delantero y trasero, que constan de dos palancas, una a cada lado
del manillar, y de unas pastillas de goma que se cierran sobre las llantas de
las dos ruedas al apretar las palancas.
@ Las ruedas, que al hacerlas girar apoyadas contra el suelo hacen que la
bicicleta avance.
@ La cadena de transmisión, que une el plato con los piñones, transmitiendo la
fuerza con que pedaleamos a la rueda trasera.
@ Los pedales, sobre los que ejercemos la fuerza de nuestras piernas, haciendo
que la bicicleta se mueva.
@ La bicicleta no tiene operador energético, ya que somos nosotros los que le
proporcionamos la energía que necesita para moverse. En cambio, en una
motocicleta, la batería y el motor son los dos operadores que hacen que
arranque y se mueva.

@ Los cambios de velocidades, que son dos mecanismos que van sobre el
manillar, con los que podemos seleccionar el plato y el piñón. El plato grande
se usa en terreno llano, puesto que es con el que más metros se avanza al dar
una pedalada. En las cuestas metemos el plato pequeño, que es con el que
menos se avanza, pero con el que hay que hacer menos fuerza para moverse.
En ciclismo, a la combinación de cada uno de los platos y cada uno de los
piñones se le llama desarrollo, quizás hayas oído decir en una carrera que un
ciclista “lleva un desarrollo largo (o corto…)”.
2. ROBOTS INDUSTRIALES
Los robots sueldan piezas de un automóvil en la línea de producción
automatizada de una fábrica. A medida que han ido avanzando la tecnología
informática y la robótica, los robots han sido capaces de efectuar tareas cada vez
más complicadas.
3. MÁQUINA ANALÍTICA
máquina calculadora mecánica inventada por el
matemático y científico británico Charles Babbage en
1833, de la cual sólo se construyó una pequeña parte. La
máquina analítica, aunque concebida mucho tiempo
antes de que surgiese la tecnología electrónica, debía
ser capaz de almacenar instrucciones, realizar
operaciones matemáticas y utilizar tarjetas perforadas
como sistema de almacenamiento permanente. Véase
también Ordenador o Computadora.
4. MÁQUINA DE COSER
Las máquinas de coser sencillas se emplean para confeccionar o arreglar la ropa
en casa. Los modelos más avanzados se utilizan para la confección industrial.
Para coser dos piezas de tela, lo primero que hay que hacer es enhebrar el hilo.
Desde el carrete situado arriba a la derecha, el hilo se pasa por varias guías que
controlan su recorrido y tensión, antes de introducirse por un pequeño orificio
situado en la parte inferior de la aguja.

Otro hilo procede de un carrete (canilla) situado por debajo de la superficie de
costura, y se entrelaza con el hilo superior para formar las puntadas. Las piezas
de tela previamente hilvanadas se colocan junto a la aguja, y se baja el
prénsatelas para mantener la tela contra dos hileras de dientes metálicos que
hacen avanzar la tela a velocidad uniforme cuando se acciona el pedal de costura.
Máquina de coser: máquina diseñada para unir piezas de tela o piel mediante puntadas
cerradas o en cadena. La puntada cerrada, utilizada en la mayoría de las máquinas
modernas, consta de dos hilos y la puntada en cadena sólo de uno.
Historia: primera máquina de coser fue patentada en 1790 por el inventor
británico Thomas Saint. La máquina de Saint, que estaba diseñada para coser piel
y tela, usaba un único hilo y formaba una puntada en cadena. No se usaba aguja
sino una lezna para perforar el material que se estaba cosiendo. Otro mecanismo
colocaba el hilo a través del agujero, tras lo cual una vara parecida a una aguja
con un punto hendido llevaba el hilo a través de la parte inferior, donde un
gancho recogía el hilo y lo llevaba a la parte delantera para la siguiente puntada.
Cuando el ciclo se repetía se formaba un segundo bucle con el primero en la
parte inferior de la prenda, creando así una cadena y el cierre de la puntada. Sin
embargo, la máquina de Saint nunca pasó del prototipo.
La primera máquina práctica de coser fue la fabricada en 1829 por el sastre
francés Barthélemy Thimonnier. Éste empleaba una aguja en forma de gancho
que se movía hacia abajo mediante un pedal y volvía a su posición inicial
mediante un muelle. Al igual que la máquina de Saint, ésta producía una puntada
en cadena. Cuando Thimonnier instaló 80 de sus máquinas en una empresa de
confección, los sastres de París lo llevaron a la quiebra y terminó por morir
arruinado en Inglaterra.
La primera máquina de puntada cerrada fue creada por el inventor
estadounidense Walter Hunt hacia 1834. La máquina, que empleaba al mismo
tiempo una aguja con un ojo en la punta y una lanzadera oscilante, no se patentó
en el momento de su invención, de forma que cuando más tarde Hunt intentó
obtener una patente, su petición fue desatendida por motivos de abandono.
Trabajando de forma independiente el inventor estadounidense Elias Howe
desarrolló una máquina que contenía los mismos elementos básicos que la de
Hunt y la patentó en 1846. Otro inventor estadounidense, Isaac Merrit Singer,
patentó una máquina similar y Howe ganó la demanda que interpuso contra él por
usurpar su patente.

Singer, sin embargo, fue responsable de la combinación de varias patentes en el
campo de las máquinas de coser y de sentar las bases para la producción en
serie de estas máquinas.
Otros descubrimientos importantes en este campo fueron la bobina rotatoria, que
se incorporó en 1850 a una máquina patentada por el inventor estadounidense
Allen Benjamín Wilson, así como la alimentación intermitente de cuatro
movimientos para hacer avanzar la tela entre cada puntada, que formaba parte de
la misma patente. El pie de sujeción, un dispositivo con un muelle a presión para
sostener la tela contra la superficie de trabajo, fue desarrollado por Singer
después de patentar su primera máquina.
Las primeras máquinas de coser de gran aceptación se accionaban girando una
manivela. Más tarde se incorporaron un pedal y un dispositivo de manivela que
permitían al operario usar las dos manos para guiar el material bajo la aguja. Las
máquinas de coser modernas están equipadas con motores eléctricos que se
activan con un interruptor accionado con el pie o la rodilla.
Funcionamiento: En la costura doméstica se usa tanto la máquina de puntada
recta como la de puntada en zigzag. En las puntadas rectas, la aguja se mueve de
arriba a abajo, produciendo una línea recta de puntadas, mientras que en las de
zigzag la aguja se mueve de arriba a abajo y de un lado a otro, produciendo una
línea quebrada de puntadas. La máquina de zigzag se utiliza en la costura
decorativa y para monogramas, sobrehilado, pespuntes ciegos, ojales, zurcido y
pegado de botones.
La mayoría de las máquinas de coser modernas emplean dos hilos separados
para formar una puntada cerrada. El hilo superior se lleva a través de un ojo
situado cerca de la punta de la aguja. El hilo inferior se lleva desde una bobina o
canilla y se enlaza o se retuerce con el hilo superior mediante un movimiento
horizontal o rotatorio de la bobina. En una máquina normal que emplea una
bobina rotatoria la secuencia de operaciones es la siguiente. La aguja que
sostiene el hilo superior se mueve hacia abajo, a través del material que se está
cosiendo, y un gancho del borde de la bobina enlaza el hilo por encima del ojo de
la aguja. Cuando la bobina gira, tira del hilo superior para formar una lazada a
través de la cual se acopla el hilo inferior. El tamaño de la lazada se controla con
el dispositivo de muelle situado en la parte superior de la máquina. Al retirar la
aguja, la lazada cerrada formada por los dos hilos se aprieta tirando de una
palanca de elevación para formar una puntada. En las máquinas que utilizan
bobina horizontal sostenida en una lanzadera de movimiento libre, la puntada que
se forma es exactamente la misma. La lanzadera se mueve a través de la lazada
de hilo cuando la aguja baja y vuelve a su posición original cuando la aguja sube.
Además de los muy variados modelos de máquinas domésticas hay unos 2.000
tipos diferentes de máquinas de coser industriales para la fabricación de
sombreros, zapatos y medias, así como para la confección de muy variadas
prendas. Las máquinas modernas, tanto las domésticas como las industriales,
están equipadas con microprocesadores para llevar a cabo secuencias
automáticas de operaciones.
5. MÁQUINA DE ESCRIBIR
Aparato que sirve para imprimir tipos de letra sobre el papel, como sustituto
rápido y legible de la escritura a mano (véase Objetos de escritorio). Desde su
introducción en la década de 1870, las máquinas de escribir se han venido
utilizando en todo el mundo y han desempeñado un papel importante en el
desarrollo de los negocios modernos y en la propagación de la información
escrita e impresa que ha caracterizado al siglo XX.
Las primeras máquinas de escribir: El primer intento registrado de producir una
máquina de escribir fue realizado por el inventor Henry Mill, que obtuvo una
patente de la reina Ana de Gran Bretaña en 1714.

La siguiente patente expedida para una máquina de escribir fue concedida al
inventor estadounidense William Austin Burt en 1829 por una máquina con
caracteres colocados en una rueda semicircular que se giraba hasta la letra o
carácter deseado y luego se oprimía contra el papel.
Este anuncio de máquinas de escribir de
1894 describe las ventajas de las máquinas
Columbia, Densmore y Smith Premiere. En
esos modelos, las varillas que imprimían
las letras estaban situadas formando un
abanico, la forma más común durante más
de medio siglo. Las máquinas no permitían
variar el tamaño y tipo de las letras, y la
intensidad de las mismas dependía de la
fuerza de la pulsación.
Esta primera máquina se llamó
‘tipógrafo’, y era más lenta que la
escritura normal. En 1833 le fue
concedida una patente francesa al
inventor Xavier Progin por una máquina
que incorporaba por primera vez uno de
los principios utilizados en las
máquinas de escribir modernas: el uso,
para cada letra o símbolo, de líneas de linotipia separadas y accionadas por
palancas separadas.
El mecanismo utilizado para mover el papel entre caracteres y entre líneas es en
casi todas las máquinas de escribir modernas un rodillo cilíndrico, contra el que
se sujeta el papel con firmeza. El rodillo se mueve horizontalmente para producir
el espaciado entre las líneas.
La primera máquina que utilizó este método de espaciado fue construida en 1843
por el inventor estadounidense Charles Grover Thurber. La parte impresora de
esta máquina de escribir era un anillo de metal que giraba en sentido horizontal
sobre el rodillo y que estaba provisto de una serie de teclas o pistones con piezas
de caracteres en su parte inferior. La máquina funcionaba girando la rueda hasta
que la letra adecuada se centraba sobre la posición de impresión en el rodillo y
luego se oprimía la tecla.
Varios inventores intentaron crear máquinas diseñadas para hacer impresiones
grabadas en relieve que pudieran ser leídas por invidentes. Una de esas
máquinas, desarrollada en 1856, era semejante a la máquina de escribir moderna
en cuanto a la disposición de las teclas y líneas de linotipia, pero grababa las
letras en relieve en una tira de papel estrecha en lugar de en una hoja. Una
máquina similar, creada y patentada también en 1856, tenía las líneas de linotipia
dispuestas en sentido circular, un soporte de papel móvil, un timbre que sonaba
para indicar el final de una línea y una cinta con tinta. La disposición del teclado
de esta máquina era semejante a las teclas blancas y negras de un piano.
Máquina de escribir Remington: Durante las décadas de 1850 y 1860 muchos
inventores trataron de crear una máquina de escribir más práctica, pero ninguno
lo consiguió hasta 1868, cuando Cristopher Sholes patentó una. En 1873, E.
Remington and Sons, de Ilion, Nueva York, fabricaron el primer modelo industrial.
La primera máquina de escribir Remington, producida para los inventores
estadounidenses Sholes y Glidden, contenía casi todas las características
esenciales de la máquina moderna. El papel se sujetaba en un carro entre un
rodillo y un pequeño cilindro, ambos de caucho y paralelos entre sí. El carro se
movía de derecha a izquierda por medio de un muelle (resorte) al tiempo que se
oprimían las teclas; el movimiento estaba regulado por un mecanismo de escape,
de forma que el carro recorría la distancia de un espacio para cada letra.

El carro volvía a la derecha por medio de una palanca, que servía también para
girar el rodillo un espacio de una línea mediante una carraca y un trinquete. Las
líneas de linotipia estaban colocadas en círculo; cuando una de las teclas,
dispuestas en un teclado en hilera en la parte frontal, era oprimida, la línea de
linotipia correspondiente golpeaba contra la parte inferior del rodillo por acción
de la palanca. Una cinta entintada corría entre la línea de linotipia y el rodillo, y el
carácter, al golpear esta cinta, efectuaba una impresión en tinta en el papel que
estaba sujeto sobre el rodillo. La cinta se transportaba por un par de carretes y se
movía de forma automática después de cada impresión.
Las primeras Remington sólo escribían en letras mayúsculas, pero en 1878 se
hizo posible el cambio de carro debido a dos inventos. Uno era una tecla y una
palanca que bajaba el carro a una distancia corta para imprimir las letras
mayúsculas, mientras otra tecla y otra palanca regresaban el carro a su posición
original para imprimir las letras minúsculas. El otro invento fue la tecla doble, con
las letras mayúsculas y minúsculas montadas en las mismas líneas de linotipia.
La introducción del cambio y la tecla doble permitió la adición de números y otros
símbolos sin aumentar el tamaño del teclado. También abrió el camino hacia la
técnica conocida como mecanografía al tacto, que permitía a los operadores
conseguir una gran rapidez y precisión.
Las líneas de linotipia de las primeras máquinas de escribir comerciales
golpeaban el papel en la parte inferior del rodillo; de esta forma, la línea que se
estaba escribiendo no era visible para el operador. A principios de la década de
1880 esta desventaja fue resuelta por medio de las llamadas máquinas de escribir
visibles, en las que el carácter golpeaba enfrente del rodillo.
Después del éxito de la máquina Sholes-Glidden-Remington se inventaron
muchos nuevos modelos, pero pocos de ellos demostraron ser útiles y se
descartaron.
Durante las décadas de 1880 y 1890 se introdujeron en Estados Unidos dos tipos
de diseños distintos de máquinas de escribir que no utilizaban el sistema de línea
de linotipia. Uno fue la llamada máquina de escribir de rueda, tipificada por la
máquina Blickensderfer, en la que todos los caracteres estaban montados en la
parte exterior de un pequeño cilindro individual que giraba, subía y bajaba por
medio de teclas, colocando la letra adecuada en el espacio destinado para
mecanografiar.
La máquina de escribir Hammond, introducida en 1880, se basaba en un principio
similar y sus caracteres estaban colocados en lanzaderas intercambiables y
curvadas, fijas en la parte exterior de un anillo de metal. En ninguna de esas
máquinas se usaban rodillos y el carácter no golpeaba contra el papel para
efectuar la impresión. En lugar de eso, el papel se mantenía por medio de un
rodillo en posición vertical y sin apoyo, y la impresión se producía gracias a un
martillo que golpeaba la parte posterior del papel, empujándolo contra la cinta y el
carácter. La ventaja de la máquina Hammond era la posibilidad de intercambiar
las lanzaderas, lo que posibilitaba el uso de diversos tipos de letra en la misma
máquina.
Las máquinas de escribir pequeñas y portátiles que funcionaron con el principio
de línea de linotipia fueron introducidas en 1912. La más pequeña tenía el tamaño
de un diccionario grande y ofrecía la mayoría de la características de las
máquinas de oficina de tamaño común. Las máquinas de escribir silenciosas, que
entraron en uso después de la I Guerra Mundial, empleaban un sistema de
palancas para accionar las líneas de linotipia, pero ese sistema utilizaba la
presión, en lugar de un golpe, para efectuar la impresión del carácter, reduciendo
así el ruido de la operación.
Máquinas de escribir eléctricas: Las máquinas de escribir eléctricas se
utilizan desde 1925, e International Business Machines Corporation (IBM) ha
desempeñado un papel muy importante en este campo.

En estas máquinas, el trabajo de levantar la línea de linotipia y golpearla contra la
cinta se realiza por un mecanismo accionado a motor, así como el retorno del
carro a la derecha y el desplazamiento del rodillo al final de la línea. Puesto que
las teclas se utilizan sólo para poner en marcha el mecanismo eléctrico, la
presión empleada por el operador es mucho menor que en las máquinas de
escribir convencionales y, como resultado, el operador puede escribir más
rápidamente y con menos fatiga. Otra ventaja importante es que la impresión, o
presión, de cada letra es completamente uniforme.
Hay máquinas de escribir eléctricas que permiten la corrección de errores y el
justificado automático o alineación uniforme del margen derecho, que
suministran caracteres de idiomas y alfabetos extranjeros, que mecanografían
ciertas palabras con una sola tecla, que tienen cintas con rendimiento uniforme y
letras imborrables y que están provistas de esferas de caracteres intercambiables
que suministran diversos tipos de letra, como itálicas o cursivas.
Desarrollos recientes: La aplicación de controles electrónicos, posible gracias
al microprocesador y el almacenamiento informático, tiene múltiples usos en la
máquina de escribir moderna, transformándola en un procesador de datos. El
acoplamiento del teclado de una máquina de escribir electrónica especialmente
diseñada a una lógica de ordenador y a unos circuitos de memoria, permite al
sistema ensamblado llevar a cabo ciertas funciones automáticas, como producir
varias copias de una carta dirigida a personas diferentes con las pertinentes
alteraciones en el texto.
Las máquinas componedoras que funcionan como terminales de ordenadores
preparan copias para impresión, espacian proporcionalmente los caracteres y
justifican los márgenes de modo automático.
La información mecanografiada puede ser editada en una pantalla de rayos
catódicos. En las décadas de 1970 y 1980 muchos periódicos y otros medios de
impresión equiparon a sus redactores y editores con dichas máquinas. Éstas y
otras máquinas de impresión a alta velocidad y de procesamiento de datos
utilizan el teclado de la máquina de escribir —todavía en la forma diseñada por
Cristopher Sholes—, aunque en realidad se trata más de extensiones de
ordenador que de máquinas de escribir. Véase Microordenador.
6. MÁQUINA DE VAPOR
Dispositivo mecánico que convierte la energía del vapor de agua en energía
mecánica y que tiene varias aplicaciones en propulsión y generación de
electricidad. El principio básico de la máquina de vapor es la transformación de la
energía calorífica del vapor de agua en energía mecánica, haciendo que el vapor
se expanda y se enfríe en un cilindro equipado con un pistón móvil. El vapor
utilizado en la generación de energía o para calefacción suele producirse dentro
de una caldera. La caldera más simple es un depósito cerrado que contiene agua
y que se calienta con una llama hasta que el agua se convierte en vapor saturado.
Los sistemas domésticos de calefacción cuentan con una caldera de este tipo,
pero las plantas de generación de energía utilizan sistemas de diseño más
complejo que cuentan con varios dispositivos auxiliares. La eficiencia de los
motores de vapor es baja por lo general, lo que hace que en la mayoría de las
aplicaciones de generación de energía se utilicen turbinas de vapor en lugar de
máquinas de vapor.
Historia: James Watt: James Watt aportó grandes mejoras
a la máquina de vapor, e hizo posible su uso práctico en la
industria. En 1764 se le encargó la reparación de una
máquina de vapor de Newcomen. Mientras la arreglaba,
Watt se dio cuenta de que la máquina desperdiciaba energía
e introdujo una serie de modificaciones, entre ellas una
cámara separada para enfriar el vapor, que aumentaba
mucho la eficiencia.

El primer motor de pistón fue desarrollado por el físico e inventor francés Denis
Papin y se utilizó para bombear agua. El motor de Papin, poco más que una
curiosidad, era una máquina que aprovechaba el movimiento del aire más que la
presión del vapor. La máquina contaba con un único cilindro que servía también
como caldera. Se colocaba una pequeña cantidad de agua en la parte inferior del
cilindro y se calentaba hasta que producía vapor. La presión del vapor empujaba
un pistón acoplado al cilindro, tras lo cual se eliminaba la fuente de calor de la
parte inferior. A medida que el cilindro se enfriaba, el vapor se condensaba y la
presión del aire en el exterior del pistón lo empujaba de nuevo hacia abajo.
En 1698 el ingeniero inglés Thomas Savery diseñó una máquina que utilizaba dos
cámaras de cobre que se llenaban de forma alternativa con vapor producido en
una caldera. Esta máquina se utilizó también para bombear agua, igual que la
máquina llamada motor atmosférico desarrollada por el inventor británico
Thomas Newcomen en 1705. Este dispositivo contaba con un cilindro vertical y
un pistón con un contrapeso. En la parte inferior del cilindro el vapor actuaba
sobre el contrapeso, moviendo el pistón hacia la parte superior del cilindro.
Cuando el pistón llegaba al final del recorrido, se abría automáticamente una
válvula que inyectaba un chorro de agua fría en el interior del cilindro.
El agua condensaba el vapor y la presión atmosférica hacía que el pistón
descendiera de nuevo a la parte baja del cilindro. Una biela, conectada al eje
articulado que unía el pistón con el contrapeso, permitía accionar una bomba. El
motor de Newcomen no era muy eficiente, pero era lo bastante práctico como
para ser utilizado con frecuencia para extraer agua en minas de carbón.
Durante sus trabajos de mejora de la máquina de Newcomen el ingeniero e
inventor escocés James Watt desarrolló una serie de ideas que permitieron la
fabricación de la máquina de vapor que hoy conocemos. El primer invento de
Watt fue el diseño de un motor que contaba con una cámara separada para la
condensación del vapor. Esta máquina, patentada en 1769, redujo los costos de la
máquina de Newcomen evitando la pérdida de vapor producida por el
calentamiento y enfriamiento cíclicos del cilindro. Watt aisló el cilindro para que
permaneciera a la temperatura del vapor. La cámara de condensación separada,
refrigerada por aire, contaba con una bomba para hacer un vacío que permitía
absorber el vapor del cilindro hacia el condensador. La bomba se utilizaba
también para eliminar el agua de la cámara de condensación.
Partes de una máquina de vapor: Otro concepto fundamental de las
primeras máquinas de Watt era el uso de la presión del vapor en lugar de la
presión atmosférica para obtener el movimiento. Diseñó también un sistema por
el cual los movimientos de vaivén de los pistones movían un volante giratorio.
Esto se consiguió al principio con un sistema de engranajes y luego con un
cigüeñal, como en los motores modernos. Entre las demás ideas de Watt se
encontraba la utilización del principio de doble acción, por el cual el vapor era
inyectado cada vez a un lado del pistón para mover éste hacia adelante y hacia
atrás. También instaló válvulas de mariposa en sus máquinas para limitar la
velocidad, además de reguladores que mantenían de forma automática una
velocidad de funcionamiento estable.
Partes de una máquina de vapor: El aprovechamiento
de la fuerza del vapor supuso un paso muy
importante en la tecnología. La introducción de la
máquina de vapor llevó a numerosas invenciones en
el transporte y la industria. Las máquinas de vapor
convierten la energía térmica en mecánica, a menudo
haciendo que el vapor se expanda en un cilindro con
un pistón móvil. El movimiento alternativo del pistón
se convierte en giratorio mediante una biela. Los
primeros modelos se desarrollaron en 1690, aunque
James Watt no diseñó la máquina de vapor moderna
hasta 70 años después.

El siguiente avance importante en el desarrollo de máquinas de vapor fue la
aparición de motores sin condensación prácticos. Si bien Watt conocía el
principio de los motores sin condensación, no fue capaz de perfeccionar
máquinas de este tipo, quizá porque utilizaba vapor a muy baja presión. A
principios del siglo XIX el ingeniero e inventor británico Richard Trevithick y el
estadounidense Oliver Evans construyeron motores sin condensación con
buenos resultados, utilizando vapor a alta presión. Trevithick utilizó este modelo
de máquina de vapor para mover la primera locomotora de tren de todos los
tiempos. Tanto Trevithick como Evans desarrollaron también carruajes con motor
para carretera.
Por esta época el ingeniero e inventor británico Arthur Woolf desarrolló las
primeras máquinas de vapor compuestas. En estas máquinas se utiliza vapor a
alta presión en un cilindro y cuando se ha expandido y perdido presión es
conducido a otro cilindro donde se expande aún más.
Los primeros motores de Woolf eran del tipo de dos fases, pero algunos modelos
posteriores de motores compuestos contaban con tres o cuatro fases de
expansión. La ventaja de utilizar en combinación dos o tres cilindros es que se
pierde menos energía al calentar las paredes de los cilindros, lo que hace que la
máquina sea más eficiente.
Máquinas de vapor modernas: El funcionamiento de una máquina de vapor
moderna convencional se muestra en las figuras 1a-d, que muestran el ciclo de
funcionamiento de una máquina de este tipo. En la figura 1a, cuando el pistón se
encuentra en el extremo izquierdo del cilindro, el vapor de agua entra por el
cabezal de la válvula y a través del orificio hacia la parte izquierda del cilindro. La
posición de la válvula deslizante de corredera permite que el vapor ya utilizado en
la parte derecha del pistón escape a través del orificio de expulsión o conducto
de salida. El movimiento del pistón acciona un volante, que a su vez mueve una
biela que controla la válvula deslizante. Las posiciones relativas del pistón y la
válvula son reguladas por las posiciones relativas de los puntos en que están
acoplados el cigüeñal y la biela de la válvula de corredera al volante.
Máquina de vapor: figuras 1a-1d En una máquina de vapor, la válvula de corredera o
deslizamiento envía alternativamente el vapor a los dos extremos del cilindro para mover
el pistón. A la derecha pueden verse algunos componentes de una máquina de vapor; las
figuras 1a - 1d muestran el ciclo de funcionamiento de la máquina.
En la segunda posición, que se muestra en la figura 1b, el vapor que se encuentra
en la parte izquierda del cilindro se ha expandido y ha desplazado el pistón hacia
el punto central del cilindro. Al mismo tiempo, la válvula se ha movido a su
posición de cierre de forma que el cilindro queda estanco y no pueden escapar ni
el vapor del cilindro ni el de la caja de válvulas. Según se mueve el pistón hacia la
derecha a causa de la presión del vapor en expansión, como se muestra en la
figura 1c, la caja de válvulas, que contiene vapor, se conecta al extremo derecho
del cilindro.

En esta posición la máquina está preparada para iniciar el segundo tiempo del
ciclo de doble acción. Por último, en la cuarta posición (figura 1d), la válvula
cubre de nuevo los orificios de ambos extremos del cilindro y el pistón se
desplaza hacia la izquierda, empujado por la expansión del vapor en la parte
derecha del cilindro.
El tipo de válvula que aparece en la figura es la válvula simple de deslizamiento,
la base de la mayoría de las válvulas de deslizamiento utilizadas en las máquinas
de vapor actuales. Este tipo de válvulas tienen la ventaja de ser reversibles, o sea,
que su posición relativa al pistón se puede variar cambiando la porción de la
excéntrica que las mueve, tal y como se muestra en la figura 2. Cuando se mueve
la excéntrica 180 grados, se puede invertir la dirección de rotación de la máquina.
La válvula de deslizamiento tiene no obstante un buen número de desventajas.
Una de las más importantes es la fricción, causada por la presión del vapor en la
parte posterior de la válvula. Para evitar el desgaste que causa esta presión, las
válvulas de las máquinas de vapor se suelen fabricar en forma de un cilindro que
encierra el pistón, con lo que la presión es igual en toda la válvula y se reduce la
fricción. El desarrollo de este tipo de válvula se atribuye al inventor y fabricante
estadounidense George Henry Corliss. En otros tipos de válvulas, su parte móvil
está diseñada de forma que el vapor no presione directamente la parte posterior.
La unión entre el pistón y la válvula que suministra el vapor es muy importante,
ya que influye en la potencia y la eficiencia de la máquina. Cambiando el
momento del ciclo en que se admite vapor en el cilindro puede modificarse la
magnitud de la compresión y la expansión, consiguiéndose así variar la potencia
de salida de la máquina. Se han desarrollado varios tipos de mecanismos de
distribución que unen el pistón a la válvula, y que no sólo permiten invertir el
ciclo sino también un cierto grado de control del tiempo de admisión y corte de
entrada del vapor. Los mecanismos de distribución por válvulas son muy
importantes en locomotoras de vapor, donde la potencia que se requiere de la
máquina cambia con frecuencia. El esfuerzo alcanza su punto máximo cuando la
locomotora está arrancando y es menor cuando circula a toda velocidad.
Un componente importante de todos los tipos de máquinas de vapor de vaivén es
el volante accionado por el cigüeñal del pistón. El volante, una pieza por lo
general pesada de metal fundido, convierte los distintos empujes del vapor del
cilindro en un movimiento continuo, debido a su inercia. Esto permite obtener un
flujo constante de potencia.
En las máquinas de vapor de un solo cilindro la máquina se puede detener
cuando el pistón se encuentra en uno de los extremos del cilindro. Si el cilindro
se encuentra en esta situación, se dice que el motor está en punto muerto y no se
puede arrancar. Para eliminar los puntos muertos, las máquinas cuentan con dos
o más cilindros acoplados, dispuestos de tal forma que la máquina puede
arrancar con independencia de la posición de los pistones. La manera más simple
de acoplar dos cilindros de una máquina es unir los dos cigüeñales con el volante
de la forma que se muestra en la figura 3. Para conseguir un equilibrio mayor se
puede utilizar una máquina de tres cilindros en la que las manivelas de los
cilindros se colocan en ángulos de 120 grados. El acoplamiento de los cilindros
no sólo elimina las dificultades de arranque sino que permite diseñar plantas de
generación con un funcionamiento más fiable.
Los cilindros de una máquina compuesta, al contrario que el de una de un solo
cilindro, se pueden mantener próximos a una temperatura uniforme, lo que
aumenta la eficiencia de la máquina.
Un avance en el diseño de las máquinas de vapor fue la máquina de flujo
unidireccional, que utiliza el pistón como válvula y en la que todas las partes del
cilindro permanecen aproximadamente a la misma temperatura cuando la
máquina está en funcionamiento.

En estas máquinas el vapor se mueve solamente en una dirección mientras entra
en el cilindro, se expande y abandona el cilindro. Este flujo unidireccional se
consigue utilizando dos conjuntos de orificios de entrada en cada extremo del
cilindro, junto con un único conjunto de orificios de salida en la parte central de la
pared del cilindro. La corriente de vapor que entra por los dos conjuntos de
orificios de entrada se controla con válvulas separadas. Las ventajas inherentes a
este sistema son muy considerables por lo que este tipo de máquina se utiliza en
grandes instalaciones, si bien su coste inicial es mucho mayor que el de las
máquinas convencionales. Una virtud de la máquina de flujo unidireccional es
que permite un uso eficiente del vapor a altas presiones dentro de un único
cilindro, en lugar de requerir un cilindro compuesto.
MAPA CONCEPTUAL
EJERCICIOS Y ACTIVIDADES
1) Lea cuidadosamente la siguiente biografía y haga un resumen de lo
más importante que se destaque dentro de la vida de este físico.
GALILEO GALILEI: Al astrónomo y físico italiano Galileo se le considera uno de los padres de la
ciencia moderna. Realizó importantes descubrimientos sobre la caída de los cuerpos y construyó
un potente telescopio que le permitió hacer numerosas y precisas observaciones.
SU VIDA: Nació cerca de Pisa (Italia) el 15 de febrero de 1564, en una familia de siete hijos. A los
17 años, y siguiendo el consejo de su padre, un hombre culto y un músico de gran talento,
empezó a estudiar medicina en la Universidad de Pisa. Pero pronto se interesó más por la filosofía
y las matemáticas, y abandonó la universidad en 1585, sin llegar a obtener el título en medicina.
En 1589 trabajó como profesor de matemáticas en Pisa, donde se dice que demostró ante sus
alumnos el error de Aristóteles, que afirmaba que la velocidad de caída de los cuerpos era
proporcional a su peso, dejando caer desde la torre inclinada de esta ciudad dos objetos de pesos
diferentes. En 1592 dejó de trabajar allí como profesor y fue admitido en la cátedra de matemáticas
de la Universidad de Padua, donde permaneció hasta 1610.
SUS DESCUBRIMIENTOS: Descubrió las leyes de la caída de los cuerpos y de la trayectoria
parabólica de los proyectiles, estudió el movimiento del péndulo e investigó la mecánica y la
resistencia de los materiales. Apenas mostró interés por la astronomía hasta 1595, cuando se
inclinó por la teoría de Copérnico, que sostenía que la Tierra giraba alrededor del Sol (llamada
teoría heliocéntrica), desechando el modelo de Aristóteles y Tolomeo (llamado modelo
geocéntrico), según el cual, los planetas giraban alrededor de la Tierra, que estaba quieta en el
centro del Universo, mientras que las estrellas permanecían inmóviles en una gran bóveda
celeste. Galileo sostenía que las mareas se debían al movimiento de rotación de la Tierra, y solo
la teoría de Copérnico apoyaba esta idea. En agosto de 1609 presentó al duque de Venecia un
telescopio de una potencia similar a la de los modernos gemelos o binoculares. El uso de este
nuevo aparato en las operaciones navales y marítimas le supuso a Galileo duplicar sus ingresos y
mantener el cargo de profesor de por vida. En diciembre de 1609 Galileo acabó de construir un
potente telescopio, con el que descubrió que la Luna no era llana, sino que tenía montañas y
cráteres. También observó que la Vía Láctea estaba compuesta por estrellas, que el Sol
presentaba sobre su disco ciertas manchas que, por su desplazamiento, indicaban que el Sol
giraba sobre sí mismo, y descubrió los cuatro satélites mayores de Júpiter.
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En marzo de 1610 publicó estos descubrimientos en su obra titulada El mensajero de los astros.
Su fama le valió para que lo nombraran matemático de la corte de Florencia, donde se dedicó a
investigar y escribir. En diciembre de 1610 pudo observar las fases de Venus, que demostraban
que este planeta giraba alrededor del Sol, tal y como proponía Copérnico.
GALILEO Y LA INQUISICIÓN: En 1623 publicó Diálogo sobre los dos principales sistemas del
mundo, obra en la que, además de defender el sistema heliocéntrico, arremetía contra sus
enemigos. A pesar del apoyo del papa Urbano VIII, el libro fue prohibido en 1632 y Galileo citado
ante el tribunal de la Inquisición, con el fin de procesarle bajo la acusación de “sospecha grave de
herejía”.
Tras ser encarcelado, en 1633 fue sometido a un juicio severísimo en el que, temiendo ser
torturado y condenado a la hoguera, se retractó (abjuró) de sus ideas. Lo hizo de rodillas, aunque
al levantarse murmuró su famosa frase: “E pur si muove” (Y sin embargo —la Tierra— se mueve
—alrededor del Sol). Fue condenado a prisión perpetua, aunque debido a su enorme prestigio, se
le conmutó la pena por la de vivir el resto de su vida recluido en su casa. Los ejemplares del
Diálogo fueron quemados y la sentencia se leyó públicamente en todas las universidades de Italia.
Vivió recluido en una villa de Florencia hasta su muerte, en 1642. En su última obra, Diálogo sobre
dos nuevas ciencias, resumió todas sus investigaciones sobre el movimiento y la mecánica
(física); consiguió enviar el libro a Holanda, donde fue publicado en 1638, aunque él no lo llegó a
ver, pues quedó ciego ese mismo año. Cuando murió, la Inquisición no permitió que se le hiciera
un funeral público. En 1979, el papa Juan Pablo II abrió una investigación sobre la condena
eclesiástica del astrónomo para su posible revisión. En octubre de 1992, una comisión papal
reconoció el error cometido por la Iglesia católica.
2) Investigue sobre dos Máquinas Compuesta que no hayan sido
estudiadas en está unidad, haga un trabajo escrito de
aproximadamente siete hojas incluyendo las portadas, el índice, la
introducción y las conclusiones.
PROYECTO
Objetivo: Dibujar una Máquina Compuesta en un pliego de cartulina o
Papel Periódico.
Procedimientos: Dibuje una Máquina Compuesta que usted desee, en
la cual se puedan ver claramente cada una de las partes más
importantes y una explicación breve de su funcionamiento .
Galileo: El físico y astrónomo italiano Galileo
sostenía que la Tierra giraba alrededor del Sol,
lo que contradecía la creencia de que la Tierra
era el centro del Universo. Se negó a obedecer
las órdenes de la Iglesia católica para que
dejara de exponer sus teorías, y fue condenado
a reclusión perpetua. En 1992 una comisión
papal reconoció el error de la Iglesia.
Presente su proyecto para el 07 de
Noviembre.
Muchos éxitos en el desarrollo de su proyecto y se espera qu lo
presente a tiempo y con excelencia.
HEVAGUE 2.006

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