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Presentacion Ud3 Tercero
1. Tecnologías de 3º E.S.O.
UNIDAD DIDÁCTICA 3
MECANISMOS Y MÁQUINAS
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 1
2. 1 Conceptos previos
Una máquina es un conjunto de elementos que
intectúan entre sí y que es capaz de realizar un
trabajo o aplicar una fuerza.
Definición alternativa: conjunto de dispositivos
sencillos que realizan trabajo.
Un mecanismo es cualquier elemento que
constituye o forma parte de una máquina.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 2
3. 2 Palancas
Una máquina simple es aquella que está formada por pocos
elementos.
La palanca es una máquina simple, ya que es capaz de
multiplicar la fuerza (puedo levantar mucho peso haciendo
poca fuerza) y está formada por 2 elementos: una barra y
un punto de apoyo.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 3
4. Ley de la palanca
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 4
5. Ejemplo de aplicación de la ley de la
palanca
Indi y Lara tienen
cada uno una masa
de 40 kg. ¿Podrán
levantar a Hipo?
Hay que comprobar si
se cumple la
siguiente igualdad:
F · BF= R · B R
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 5
6. Tipos de palancas
Según la posición relativa de la fuerza, de la
resistencia y del punto de apoyo, las
palancas se clasifican en tres tipos:
Palanca de primer grado o primer género.
Palanca de segundo grado o segundo género.
Palanca de tercer grado o tercer género.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 6
7. Palanca de primer grado
El punto de apoyo
está entre la fuerza y
la resistencia.
Dependiendo de la
longitud de los
brazos, la fuerza será
mayor, menor o igual
que la resistencia.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 7
8. Palanca de segundo grado
La resistencia está
entre el punto de
apoyo y la fuerza.
Estas palancas tienen
ventaja mecánica:
aplicando poca fuerza
se vence una gran
resistencia.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 8
9. Palanca de tercer grado
La fuerza está entre
el punto de apoyo y la
resistencia.
Estas palancas tienen
desventaja mecánica:
es necesario aplicar
mucha fuerza para
vencer poca
resistencia.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 9
10. Ejemplos de palancas de primer
grado
Remos, tijeras, grúa,
balanza, tenazas,
balancín, alicates...
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 10
11. Ejemplos de palancas de segundo
grado
Carretilla,
sacacorchos,
cascanueces...
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 11
12. Ejemplos de palancas de tercer
grado
Brazo humano,
quitagrapas...
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 12
13. Palancas articuladas
Es un mecanismo complejo formado
por la unión de varias palancas con
uniones móviles.
Ejemplos: vehículo elevador, cuerpo
humano (los huesos son las barras,
los músculos ejercen fuerza y las
articulaciones son las uniones
móviles).
Vehículo articulado: el cierre de
las 2 palancas articuladas de la
base obliga a que el resto de
palancas se cierren. Esto produce el
desplazamiento en vertical del
conjunto, que alcanza gran altura.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 13
14. 3 Poleas y polipastos
La polea es una rueda con una
hendidura en la llanta por donde
se introduce una cuerda o una
correa.
Las poleas sirven para elevar
cargas con más comodidad
porque cambian la dirección
de la fuerza.
Polea fija: la polea gira pero sin
moverse de su sitio. Para elevar
la carga, la fuerza que se ejerza
tiene que ser mayor o igual que
la resistencia.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 14
15. Polea móvil y polipastos I
Un polipasto es un conjunto de
poleas combinadas de tal forma
que se puede elevar un gran peso
haciendo muy poca fuerza.
Está compuesto de una polea fija y
una polea móvil. La fija solo gira
cuando se tira de la cuerda y la
móvil gira a la vez que se
desplaza.
En el dibujo, el peso cuelga de la
polea móvil, y se reparte entre las
dos cuerdas: la mitad del peso lo
soporta el tronco y la otra mitad el
hipopótamo.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 15
16. Polea móvil y polipastos II
Empleando un
polipasto de 8 poleas
móviles, cada una
soporta 1000 N, de
manera que el tronco
aguanta 7500 N y ellos
solo tienen que hacer
500 N de fuerza (que
es como levantar 50
kg).
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 16
17. Torno
Un torno es un cilindro
que consta de una
manivela que lo hace
girar, de forma que es
capaz de levantar
pesos con menos
esfuerzo.
Se puede considerar
como una palanca de
primer grado cuyos
brazos giran 360º.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 17
18. Torno: aplicación de la ley de la
palanca al torno
Con la mano giramos la manivela aplicando una
fuerza F, el torno gira y la cuerda se enrolla en el
cilindro a la vez que eleva la carga. Es una palanca
cuyo punto de apoyo es el eje del cilindro y los brazos
son la barra de la manivela y el radio del cilindro.
F · B F =R · B R
Como la longitud de la barra de la manivela es mayor
que el radio del torno (cilindro), la fuerza que
hacemos con la manivela siempre será menor que la
resistencia que levantamos.
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19. Ejemplos de aplicación de la ley de
la palanca
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 19
20. 4 Plano inclinado, cuña y tornillo
Plano inclinado
El plano inclinado es
una rampa que sirve
para elevar cargas
realizando menos
esfuerzos.
a
F · b= R· a F= R ·
b
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21. Cuña
La cuña es un plano
inclinado doble, donde la
fuerza que se aplica
perpendicular a la base
se transmite multiplicada
a las caras de la cuña.
La fuerza aumenta más
cuanto mayor longitud
tienen las caras y menor
longitud tiene la base.
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22. Tornillo
El tornillo es un plano
inclinado, pero enrollado
sobre un cilindro.
Cuando se aplica
presión y se enrosca, se
multiplica la fuerza
aplicada.
Cada filete de la rosca
hace de cuña,
introduciéndose en el
material con poco
esfuerzo.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 22
23. 5 Mecanismos de transmisión
Mecanismos de transmisión: son aquellos que
comunican o transmiten el movimiento a otros
mecanismos, además de reducir o multiplicar la
fuerza.
Transmisión por engranajes.
Transmisión por correa.
Transmisión por cadena y catalina.
Tornillo sin fin y corona.
Trenes de mecanismos.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 23
24. Transmisión por engranajes
Los engranajes son ruedas que
tienen dientes en todo su
perímetro externo y engarzan
unas con otras.
El tamaño de de los dientes de
cada una deben ser iguales para
que encajen.
Los engranajes transmiten
movimientos de giro entre ejes
muy próximos y son adecuados
cuando también es necesario
transmitir grandes fuerzas,
porque los dientes de los
engranajes no deslizan entre sí.
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25. Relación de transmisión entre
engranajes
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26. Transmisión por correa
Es un mecanismo compuesto de
una correa que conduce el
movimiento de una polea a otra.
Las hendiduras de ambas
poleas tienen el mismo tamaño
y la correa entre ambas debe
tener la tensión adecuada para
que se transmita el movimiento.
La transmisión por correas es
más silenciosa, pero puede
patinar cuando se pretende
transmitir mucho esfuerzo. Esto
sirve para absorber las frenadas
o acelerones de un motor, por
ejemplo.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 26
28. Ejemplo resuelto de transmisión
entre poleas
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 28
29. Transmisión por cadena
Es un mecanismo
compuesto de una
cadena y de ruedas
dentadas.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 29
30. Tornillo sin fin y corona
Es una forma de transmisión
de movimientos entre ejes que
son perpendiculares entre sí.
La rosca del tornillo engrana
con los dientes del engranaje.
Cada vuelta de tornillo la
rueda dentada avanza un
diente.
Para que la rueda dentada de
una vuelta completa, el tornillo
tiene que girar tantas veces
como dientes tiene el
engranaje.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 30
31. Relación de transmisión I
Cuando se transmite un movimiento, también se transmite energía.
La velocidad motriz es la del elemento que acciona el mecanismo
La velocidad conducida es la del elemento que recibe el
movimiento.
Por ejemplo, en el caso del tornillo sin fin y rueda, el tornillo es el
elemento motriz, y la rueda, el conducido.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 31
32. Relación de transmisión II
Multiplicador de velocidad: mecanismo de transmisión en
que la velocidad conducida es mayor que la velocidad motriz.
Reductor de velocidad: mecanismo de transmisión en que la
velocidad conducida es menor que la motriz.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 32
33. Trenes de mecanismos
Los trenes de mecanismos son la unión
de varios mecanismos simples.
Por ejemplo, los relojes analógicos tienen
muchos engranajes, unos acoplados a
otros.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 33
34. Sistema de transmisión reductor
Para unir un sistema de poleas a un sistema de
engranajes, es necesario que una polea y un
engranaje estén en el mismo eje y giren a la misma
velocidad, i.e., que sean solidarios.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 34
35. Tren de poleas
Cuando queremos reducir la velocidad de un motor se puede
hacer con varias poleas unidas con correa.
En este proceso la energía transmitida a cada elemento es la
misma, i.e., que al reducir la velocidad aumenta la fuerza.
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36. Tren de engranajes
Si queremos aumentar la velocidad de un
mecanismo se utilizan varios engranajes o poleas
acoplados, pasando de mayor a menor tamaño.
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37. Mecanismos de transformación
Son los que cambian el tipo de movimiento, de lineal
a circular, o a la inversa, y de alternativo a circular, o
inversa. Los más importantes son:
Piñón cremallera y husillo tuerca: para
transformaciones de movimiento circular en lineal o
lineal a circular.
Biela-manivela, excéntrica, cigüeñal y leva: para
transformaciones de movimiento circular en
alternativo.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 37
38. Piñón cremallera
Es un sistema compuesto por un engranaje, llamado
piñón, y una barra dentada.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 38
39. Elevalunas (piñón cremallera)
Al girar la manivela del
elevalunas, se mueve el
piñon, la cremallera se
desplaza y produce el
ascenso de la luna.
Cuando se gira la
manivela al revés, la
cremallera se mueve en
sentido contrario y el
cristal baja.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 39
40. Dirección de un coche (piñón cremallera)
Al girar el volante, se
produce un
desplazamiento lineal
de la cremallera que
mueve las palancas y
obliga a girar a las
ruedas en el mismo
sentido.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 40
41. Husillo-tuerca
Está compuesto de un eje roscado
(husillo) y una tuerca con la misma rosca
que el eje. Si se gira la tuerca, esta se
desplaza linealmente sobre el husillo; y
al revés, si gira el husillo, también se
desplaza la tuerca.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 41
42. Gato a manivela (husillo-tuerca)
Al girar la manivela del
gato, gira la tuerca y
avanza por el husillo
linealmente de forma
que se cierran las barras
articuladas.
Al girar en sentido
contrario, se abren las
barras.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 42
43. Mecanismos de transformación de movimiento circular a alternativo
Biela-manivela
Es un mecanismo
compuesto de dos
barras articuladas, de
forma que una gira y la
otra se desplaza por una
guía.
La barra que gira se
llama manivela, y la
otra, biela.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 43
48. Mecanismo biela-manivela en las
ruedas de un tren de vapor
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 48
49. Excéntrica
La excéntrica es una
rueda que tiene una
barra rígida unida en
un punto de su
perímetro.
Convierte el
movimiento circular
en alternativo y
viceversa.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 49
50. El cigüeñal
El cigüeñal es un
sistema compuesto por
la unión de múltiples
manivelas acopladas a
sus correspondientes
bielas.
Transforma
simultáneamente un
movimiento de giro en
varios movimientos
alternativos.
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51. Leva y seguidor
La leva es un dispositivo
que al girar es capaz de
accionar un elemento al
que no está unido y
moverlo de forma
alternativa.
Transforma un movimiento
de giro en un movimiento
lineal alternativo.
El seguidor solo transmitirá
el movimiento lineal cuando
la parte saliente de la leva
entre en contacto con el
mismo.
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52. ¿CÓMO HACER UNA PALANCA?
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53. ¿CÓMO HACER UNA POLEA?
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54. ¿CÓMO HACER UN TORNILLO SIN
FIN?
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57. ¿CÓMO CONSTRUIR UN PIÑÓN
CREMALLERA?
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 57
58. ¿CÓMO HACER UNA BIELA
MANIVELA?
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 58
59. ¿CÓMO HACER UN CIGÜEÑAL?
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 59
60. 6. Las máquinas térmicas
Máquinas térmicas: transforman la energía
térmica en energía mecánica (movimiento).
Según la forma de realizar la combustión del
combustible, pueden ser de dos tipos:
➢ De combustión externa: el combustible se
quema fuera del motor, como es el caso de la
máquina de vapor.
➢ De combustión interna: el combustible se
quema dentro de la máquina, como en el motor
de un coche.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 60
61. Combustión externa: la máquina de
vapor
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 61
62. Fases de la combustión externa
La Revolución Industrial
La máquina de vapor se usó en trenes, barcos a vapor y multitud
de máquinas que sustituyeron al trabajo manual.
Aparecieron nuevas profesiones: mineros, mecánicos, etc.
Surgió una nueva clase social: la clase obrera.
Se produjo la Revolución Industrial.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 62
63. Combustión interna
El motor de combustión
interna es más eficiente,
ya que el calor se
produce dentro de la
máquina: hay menos
pérdidas.
Tipos:
✗ Motor de cuatro tiempos.
✗ Motor de dos tiempos.
✗ Motores diésel.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 63
64. El motor de cuatro tiempos
Es el motor de
combustión interna más
usado.
Necesita de combustible
y de aire (que contiene
oxígeno).
Posee 4 fases bien
diferenciadas.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 64
65. Fase de admisión
La válvula A se abre;
entran el aire y el
combustible (gasolina
pulverizada) en el
cilindro. Baja el
pistón. Al bajar el
pistón, se hace el
vacío y ayuda a que
entre mejor la
mezcla.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 65
66. Fase de compresión
Al subir el pistón, se
cierran las válvulas A y E
y se comprime la mezcla
(gasolina y aire). Para
que suba el pistón la
primera vez, hay que
ayudarse con un motor
de arranque alimentado
por la batería del coche.
Después, ya sube por el
propio giro del cigüeñal.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 66
67. Fase de explosión
Cuando la mezcla
está muy comprimida,
la bujía lanza una
chispa que hace
explotar la mezcla.
Los gases muy
calientes se
expanden y hacen
bajar el pistón.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 67
68. Fase de escape
Se abre la válvula E
(escape) y, al subir el
pistón, expulsa los gases
producidos en la
combustión a través de
dicha válvula. Los gases
pasan al tubo de escape,
que los envía al exterior.
Se vuelve a empezar el
ciclo admisión-
compresión-explosión-
escape y, así
sucesivamente.
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69. El motor de dos tiempos
Es un motor más sencillo que se utiliza mucho en las
motos, cortadoras de césped, etc.
Al igual que el motor de cuatro tiempos, tiene que
admitir combustible, comprimirlo, explotar y expulsar
los gases, pero lo hace en solo dos fases en un solo
cilindro:
✔ Compresión-explosión.
✔ Escape-compresión.
● El aceite lubricante elimina rozamientos.
● Las rejillas de ventilación sirven para refrigerar el
motor debido al calentamiento.
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70. 1. COMPRESIÓN-EXPLOSIÓN
El pistón sube y
comprime la mezcla.
Cuando está arriba del
todo, se enciende la
bujía provocando la
explosión de la mezcla.
Los gases calentados a
alta temperatura se
expanden y hacen
descender el pistón con
mucha energía.
Empieza el escape de
los gases al llegar a la
lumbrera E.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 70
71. 2. ESCAPE-COMPRESIÓN
Cuando el pistón está
abajo, salen por el
escape los gases
procedentes de la
anterior combustión y, al
mismo tiempo, entra por
la lumbrera A (gracias a
la bomba de soplado) la
mezcla de aire y
gasolina. Por último, el
pistón sube y comienza
otra vez la compresión-
explosión.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 71
72. Los motores diésel. Cilindrada
Usan como combustible
el gasóil o gasóleo.
No usan bujía.
La mezcla de aire y
combustible se
comprime tanto que
alcanza los 600ºC, a la
cual explota la mezcla
sin necesidad de chispa
de una bujía.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 72
73. 7. Motores para volar
Hace 200 años los
hermanos Montgolfier
construyeron el primer
globo aerostático, que
vuela gracias a que el
aire caliente lo hace
ascender.
El primer avión con
motor fue el de los
hermanos Wright, en el
año 1903.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 73
74. Principio de acción y reacción
El Arianne 5 es un
cohete que lleva dos
tanques, uno de
hidrógeno (combustible)
y otro de oxígeno
(comburente). La
reacción química entre
ambos es muy violenta,
produce mucha energía
para subir el cohete.
Como producto de la
reacción se genera
vapor de agua.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 74
75. Cohete
Un cohete es un reactor que lleva en un tanque el
combustible y en el otro el comburente (sustancia que
reacciona con el combustible para provocar la
combustión), normalmente oxígeno.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 75
76. ENSAYO: Principio de acción y
reacción
La jeringuilla pequeña
sale disparada hacia
arriba. Aplicando el
principio de acción y
reacción, observamos
que el agua que estaba
dentro de la jeringuilla
sale con una
determinada velocidad lo
que hace que el cohete
suba.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 76
77. Motores de aviones
Hay 2 tipos principales de motores de aviones:
✔ Los que tienen turbina compresora y se utilizan
fundamentalmente en aviones comerciales:
turborreactor, turbofan y turbohélice.
✔ Los que no llevan turbina y se utilizan sobre todo en
aviones experimentales no comerciales: estatorreactor
y pulsorreactor.
● El combustible utilizado por los aviones es el
queroseno, porque no se congela a temperaturas muy
bajas, cosa que sí le ocurre al gasóleo.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 77
78. Turborreactor
El aire entra aspirado por las hélices de un compresor. En la
cámara de combustión, el oxígeno del aire (comburente) que
entra comprimido reacciona con el queroseno (combustible).
Los gases a altísimas temperaturas de combustión, se
expanden y salen por la parte posterior a gran velocidad,
impulsando al avión hacia adelante.
Al salir hacen girar una turbina que, a su vez, hace girar el
compresor delantero (para que entre más aire del exterior).
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 78
80. Turbofan (ventilador)
Es el motor más usado por los aviones comerciales.
Es más silencioso que el turborreactor.
Al estar el ventilador (fan) dentro del tubo, se suman dos efectos:
uno, el ventilador refrigera el turborreactor, y dos, el flujo del aire
es mayor. El avance del avión se debe al empuje del ventilador
(fan) y al de los gases que salen por la tobera final.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 80
81. Ejemplo de turbofan (ventilador)
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 81
82. Turbopropulsor (o turbohélice)
Se diferencia del turborreactor en que la turbina de la parte
posterior hace girar no solo al compresor, sino a una hélice
delantera exterior.
La propulsión se debe a dos causas: a los gases que salen por
la parte posterior (con poca velocidad, ya que la mayor parte de
la energía la gastan en mover la turbina) y al empuje de la
hélice.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 82
84. Estatorreactor I
Consiste en un tubo abierto por los dos extremos. El
oxígeno del aire entra por la parte delantera a altas
velocidades, y reacciona con el combustible.
Los gases se expanden debido al enorme calor
generado en la combustión iniciada por la chispa de la
bujía, de esta forma salen por la parte posterior a gran
velocidad, por lo que el motor es empujado hacia
adelante.
Ventajas: tiene poco peso, es sencillo, es
básicamente un tubo. Se utiliza sobre todo en los
aviones espía que vuelan a cotas muy altas y a
grandes velocidades.
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86. Pulsorreactor I
Evita el retroceso de aire hacia la entrada,
mediante unas válvulas que permiten la
entrada de aire y se cierran cuando explota la
mezcla.
La combustión se produce a pulsos (abriendo y
cerrando la entrada de aire).
Se instalan en aviones que soportan poco peso
y suelen volar a baja cota.
Unidad didáctica 3: Mecanismos y máquinas Página 86