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• Wilder Ruiz Taype

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PIEZAS DE UN MOTOR BIELA: Es una especie de brazo que une al cigüeñal con el pistón. Transmite el movimiento entre el cigüeñal y pistón, su movimiento es muy similar a cuando pedaleamos en la bicicleta, Se trata de una pieza de suma importancia, tanto para la transmisión de potencia, como para la transformación del movimiento. Durante su funcionamiento está sometida a esfuerzos de tracción, compresión y flexión. Material de una biela: El material empleado en su fabricación es el acero al carbono aleado con Ni y Cr, con un tratamiento adecuado para obtener las elevadas características mecánicas que se precisan. Como se fabrican: Son forjadas. O sea: a una temperatura muy elevada se le da la forma y posteriormente se mecanizan las zonas que permiten el movimiento Condiciones: Las condiciones exigidas en la fabricación de las bielas para su correcto funcionamiento destacan: 

Igualdad de peso para cada grupo de bielas de un mismo motor.



Paralelismo entre ejes de simetría.



Precisión en la longitud o distancia entre centros.

Partes y características constructivas de una biela: Las características constructivas de la biela, en cuanto a forma y dimensiones, están en función del trabajo a desarrollar. En una biela hay que distinguir la siguiente parte:  Pie (donde va sujeto el pistón)  Cabeza de biela. (La parte que se coloca en el cigüeñal)  Cuerpo de la biela.

LA CABEZA: Es el agujero de mayor diámetro, y se suele componer de dos mitades, una solidaria al cuerpo y una segunda postiza denominada sombrero, que se une a la primera mediante tornillos. En su interior se sitúa el cigüeñal.

El Pie: La parte trasera de biela va en el eje del pistón, es la parte con el agujero de menor diámetro, y en la que se introduce el casquillo a presión, en el que luego se inserta el bulón, un cilindro o tubo metálico que une la biela con el pistón.

El cuerpo: Es la parte central, está sometido a esfuerzos de tracción-compresión en su eje longitudinal, y suele estar aligerado, presentando por lo general una sección en forma de doble T, y en algunos casos de cruz.

Funcionamiento de las bielas en un motor de 4 tiempos

TIPO DE MOVIMIENTO QUE REALIZA MOTOR BIELA: EL MECANISMO DE BIELA-MANIVELA ES UN MECANISMO QUE TRANSFORMA UN MOVIMIENTO CIRCULAR EN UN MOVIMIENTO DE TRASLACIÓN, O VICEVERSA.

PISTONES: Cuando giramos la llave del auto, para ponerlo en marcha, se le manda un impulso eléctrico a un motorcito, llamado burro de arranque, cuya acción provoca que arranque el motor del vehículo. El burro de arranque hace girar al cigüeñal (eje muy especial en el cual están sujetas las bielas (soportes de los pistones al cigüeñal) y en su giro hace que los pistones suban y bajen comprimiendo la mezcla de airecombustible que, con la chispa aportada por una bujía, se logra una especie de explosión que empuja nuevamente al pistón logrando se inicie el ciclo de funcionamiento. El pistón sube y baja dentro de lo que llamamos “cilindro”, agujeros predeterminados en el block del motor que, dependiendo del tipo de motor puede tener varios cilindros. La cámara de combustión es el espacio que queda entre la tapa de cilindros o culata y el pistón. Veremos cómo funciona un motor de cuatro tiempos.

PISTON Un pistón es como un vaso, pero con la boca hacia abajo que trabaja dentro de un tubo que llamamos cilindros dentro del block del motor. A primera vista puede parecer una pieza simple, pero ha sido y es, una de las que ha obligado a un mayor estudio. Debe ser ligero, de forma que sean mínimas las cargas de inercia, pero a su vez debe ser lo suficientemente rígido y resistente para soportar el calor y la presión desarrollados en el interior de la cámara de combustión. Además, debe resistir una gran resistencia mecánica. Materiales de fabricación de los pistones En general de aleación de aluminio, según el tipo y exigencia con: silicio, cobre, níquel, hierros. Fundidos o forjados

TIPO DE MOVIMIENTO DEL MOTOR PISTON: EN LA MAYORÍA DE LOS TIPOS, EL MOVIMIENTO LINEAL DEL PISTÓN SE CONVIERTE EN MOVIMIENTO DE ROTACIÓN A TRAVÉS DE UNA BIELA Y UN CIGÜEÑAL O POR UN PLATO OSCILANTE, EMPLEADO BASTANTE EN LOS MOTORES HIDRÁULICOS, U OTRO MECANISMO ADECUADO

MOTOR El presente artículo hablara sobre el cigüeñal y, antes que todo es necesario contextualizar este mecanismo. Las partes de movimiento de un motor diésel son aquellas unidades que convierten las fuerzas desarrolladas en los cilindros productos de la combustión del combustible, en energía mecánica que es llevada al cigüeñal, estas partes están distribuidas en forma tal que el movimiento lineal alternativo es transformado a movimiento circular uniforme. Dichas piezas están divididas en tres grupos principales que son las que tienen movimiento rotatorio (los cigüeñales y árbol de levas), las que tienen movimientos alternativos (los pistones, los pasadores del pistón y anillos) y las que tienen movimientos rotatorios y alternativos (las bielas). Cigüeñal

El Cigüeñal también puede ser llamado en forma compuesta como Eje Cigüeñal, Árbol de Manivelas o Eje Motor y es un eje acodado, con codos y contrapesos presente en los automóviles, cuyo principio es el mecanismo de biela-manivela, donde transforma el movimiento rectilíneo alternativo en circular uniforme y viceversa. El cigüeñal es una de las piezas más importante de un motor de combustión interna, tiene la función de convertir el movimiento lineal alternativo del pistón, producido por la presión de los gases de combustión y por intermedio de la biela en movimiento circular uniforme, como se aprecia en la Figura N°1.

PARTES DEL CIGÜEÑAL El cigüeñal está compuesto por:

Cada muñón de biela está formado por dos brazos llamados “manivela, brazo de cigüeñal o cigüeña” .Este muñón de biela y los muñones de bancada giran sobre los cojinetes principales de bancada, los cuales soportan al cigüeñal. La disposición de los apoyos de bancada obedece a razones de resistencia, repartición de fuerzas, ciclo de trabajo (según sea el motor de dos o de cuatro tiempos), y orden de encendido.

El número de descansos de bancada puede variar bastante, tal como se ilustra.

La elección depende de razones técnicas y económicas, la solución más económica es un cigüeñal con solo dos apoyos en los extremos o dos descansos principales de bancada (Figura N°4). TIPO DE MOVIENTO HACE EL MOTOR CIGÜEÑAL EL CIGÜEÑAL ES LA PIEZA DEL MOTOR ENCARGADA DE TRANSFORMAR EL MOVIMIENTO ALTERNATIVO DEL PISTÓN EN UN MOVIMIENTO CIRCULAR

MOTOR DE POLEAS CON CORREA El sistema de poleas con correa más simple consiste en dos poleas situadas a cierta distancia, que giran a la vez por efecto del rozamiento de una correa con ambas poleas. Las correas suelen ser cintas de cuero flexibles y resistentes. Es este un sistema de transmisión circular puesto que ambas poleas poseen movimiento circular. En base a esta definición distinguimos claramente los siguientes elementos:

Sistema de poleas con correa 1. La polea motriz: también llamada polea conductora: Es la polea ajustada al eje que tiene movimiento propio, causado por un motor, manivela. En definitiva, este eje conductor posee el movimiento que deseamos transmitir. 2. Polea conducida: Es la polea ajustada al eje que tenemos que mover. Así, por ejemplo: en una lavadora este eje será aquel ajustado al tambor que contiene la ropa. 3. La correa de transmisión: Es una cinta o tira cerrada de cuero, caucho u otro material flexible que permite la transmisión del movimiento entre ambas poleas. La correa debe mantenerse lo suficientemente tensa pues, de otro modo, no cumpliría su cometido satisfactoriamente.

Según el tamaño de las poleas tenemos dos tipos: 1. Sistema reductor de velocidad: En este caso, la velocidad de la polea conducida (o de salida) es menor que la velocidad de la polea motriz (o de salida). Esto se debe a que la polea conducida es mayor que la polea motriz. En el siguiente vídeo se puede apreciar un mecanismo reductor de poleas con correa. Observa como la polea motriz es menor que la polea conducida la cual gira a mayor velocidad. Con la correa cruzada se puede lograr que el sentido de giro de la polea conducida sea contrario al de la polea motriz. 2. Sistema multiplicador de velocidad: En este caso, la velocidad de la polea conducida es mayor que la velocidad de la polea motriz. Esto se debe a que la polea conducida es menor que la polea motriz. La velocidad de las ruedas se mide normalmente en revoluciones por minuto (rpm) o vueltas por minuto. Los sistemas de poleas con correa presentan una serie de ventajas que hacen que hoy en día sean de uso habitual. Veamos algunas de ellas: Posibilidad de transmitir un movimiento circular entre dos ejes situados a grandes distancias entre sí. Funcionamiento suave y silencioso. Diseño sencillo y costo de fabricación bajo. Si el mecanismo se atasca la correa puede desprenderse y, de este modo, se para. Este efecto contribuye a la seguridad probada de muchas máquinas que emplean este mecanismo como pueden ser taladros industriales. Sin embargo, también este sistema presenta algunos inconvenientes: La primera de las ventajas puede ser una desventaja, es decir, este mecanismo ocupa demasiado espacio. La correa puede patinar si la velocidad es muy alta con lo cual no se garantiza una transmisión efectiva. La potencia que se puede transmitir es limitada. Aplicaciones: Este mecanismo es esencial en los motores de los automóviles, pues la transmisión circular entre diferentes ejes de los mismos se hace con correas. Hemos oído hablar multitud de veces de la correa de transmisión (o de distribución) del coche. Pues bien, es esencial para el funcionamiento del ventilador de refrigeración, el alternador.

TIPO DE MOVIMIENTO: Es este un sistema de transmisión circular puesto que ambas poleas poseen movimiento circular.

MECANISMOS DE TRANSFORMACIÓN DEL MOVIMIENTO En estos mecanismos, el tipo de movimiento que tiene el elemento de entrada del mecanismo es diferente del tipo de movimiento que tenga el elemento de salida, es decir, el tipo de movimiento se transforma en otro distinto, de ahí el nombre de mecanismo de transformación. El mecanismo de transformación puede ser, a su vez, agrupados en dos grandes grupos:

1.Mecanismos de transformación circular-lineal: En este caso, el elemento de entrada tiene movimiento circular, mientras que el elemento de salida tiene movimiento lineal. Ejemplo: El mecanismo piñóncremallera. 2.Mecanismos de transformación circular-alternativo: En este caso, el elemento de entrada tiene movimiento circular, mientras que el elemento de salida tiene movimiento alternativo. Ejemplo: El mecanismo de biela-manivela. Veamos algunos de ellos:

La leva: En mecánica, una leva es un elemento mecánico hecho de algún material (madera, metal, plástico, etc.) que va sujeto a un eje y tiene un contorno con forma especial. De este modo, el giro del eje hace que el perfil o contorno de la leva toque, mueva, empuje o conecte una pieza conocida como seguidor. Permite obtener un movimiento alternativo, a partir de uno circular; pero no nos permite obtener el circular a partir de uno alternativo (o de uno oscilante). Es un mecanismo no reversible, es decir, el movimiento alternativo del seguidor no puede ser transformado en un movimiento circular para la leva. Si haces clic sobre el dibujo de la derecha, verás a la leva en acción.

En resumen: 

Tipo de mecanismo: Transformación circular a alternativo.



Elemento motriz: Leva, que describe un movimiento circular.



Elemento conducido: Seguidor, que describe un movimiento alternativo.

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), carretes de pesca (mecanismo de avance-retroceso del carrete), corta pelos, depiladoras, Un automóvil posee múltiples cilindros (normalmente cuatro) con sus respectivas válvulas. Éstas deben abrirse y cerrarse siguiendo una secuencia periódica muy precisa y perfectamente sincronizada con el resto de los elementos del motor.

Conjunto de leva, taqué, balancín y válvula Es por esto que todas las levas van montadas sobre un mismo elemento llamado árbol de levas. Por otra parte, cada una de las levas obliga a su correspondiente seguidor, llamado taqué, a un movimiento alternativo que se transmite hasta válvula a través de una palanca llamada balancín. Fíjate en la animación y comprenderás inmediatamente de qué hablo. También se puede apreciar en la siguiente animación la válvula de un cilindro de un motor de combustión accionada por una leva.

Piñón-cremallera

Mecanismo de piñón-cremallera Este mecanismo convierte el movimiento circular de un piñón en uno lineal continuo por parte de la cremallera, que no es más que una barra rígida dentada. Este mecanismo es reversible, es decir, el movimiento rectilíneo de la cremallera se puede convertir en un movimiento circular por parte del piñón. En el primer caso, el piñón al girar y estar engranado a la cremallera, empuja a ésta, provocando su desplazamiento lineal. Mecanismo de piñón cremallera Aunque el sistema es perfectamente reversible, su utilidad práctica suele centrarse solamente en la conversión de circular en lineal continuo, siendo muy apreciado para conseguir movimientos lineales de precisión (caso de microscopios u otros instrumentos ópticos como retroproyectores), desplazamiento del cabezal de los taladros sensitivos, movimiento de puertas automáticas de garaje, sacacorchos, regulación de altura de los trípodes, movimiento de estanterías móviles empleadas en archivos, farmacias o bibliotecas, cerraduras.



Tipo de mecanismo: Transformación circular a lineal

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Elemento motriz: Piñón, que describe un movimiento circular.

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Elemento conducido: Cremallera, que describe un movimiento lineal.

Biela Manivela Este mecanismo transforma el movimiento circular de la manivela en un movimiento alternativo del

Conjunto cigüeñal, biela y pistón pie de una biela, que es una barra rígida, cuyo extremo está articulado y unido a la manivela. Este sistema también funciona a la inversa, es decir, transforma el movimiento alternativo de la biela en un movimiento de rotación de la manivela. Este mecanismo es esencial, pues se utiliza en motores de combustión interna, máquinas de vapor, máquinas de coser, herramientas mecánicas, etc. En el caso de los motores de los coches, la manivela es sustituida por el cigüeñal, que arrastra los pistones del motor a través de las bielas. En la siguiente imagen se puede observar el mecanismo en acción en el que se aprecia la biela (de color gris) unida a la manivela (circular) por un extremo. El otro extremo de la biela tiene el movimiento alternativo ya citado en el que podría fijarse, por ejemplo, un pistón. Véase también Motores de combustión. En la imagen inferior puedes observar una analogía entre el mecanismo de biela manivela y el pedal de una bicicleta. En este caso, tus piernas actuarían como bielas que poseen movimiento alternativo, actuando a la vez como elemento motriz, mientras que los pedales hacen las veces de manivela y elemento conducido. En la siguiente imagen animada puedes apreciar el mecanismo con un ejemplo más realista. El cigüeñal

El cigüeñal es un árbol de transmisión que junto con las bielas transforma el movimiento alternativo en circular, o viceversa. En realidad, consiste en un conjunto de manivelas. Cada manivela consta de una parte llamada muñequilla y dos brazos que acaban en el eje giratorio del cigüeñal. Cada muñequilla se une una biela, la cual a su vez está unida por el otro extremo a un pistón. Observa la imagen y lo entenderás inmediatamente…

Los cigüeñales se utilizan extensamente en los motores de combustión de los automóviles, donde el movimiento lineal de los pistones dentro de los cilindros se trasmite a las bielas y se transforma en un movimiento rotatorio del cigüeñal que, a su vez, se transmite a las ruedas y otros elementos como un volante de inercia. El cigüeñal es un elemento estructural del motor. En la siguiente imagen puedes apreciar un cigüeñal real unido a sus respectivas bielas

Al observar esta imagen, nos viene a la cabeza la imagen del mecanismo de biela-manivela… y es que, al fin y al cabo, este conjunto de pistones, bielas y cigüeñal se puede considerar como una serie de mecanismos biela-manivela que funcionan de forma simultánea y sincronizada. Y, por último, os muestro un corto vídeo donde se aprecia el movimiento del conjunto pistón, biela y cigüeñal. Mecanismo de tornillo-tuerca El mecanismo tornillo-tuerca, conocido también como husillo-tuerca es un mecanismo de transformación de circular a lineal compuesto por una tuerca alojada en un eje roscado (tornillo). Si el tornillo gira y se mantiene fija lo orientación de la tuerca, el tornillo avanza con movimiento rectilíneo dentro de ella.

Por otra parte, si se hace girar la tuerca, manteniendo fija la orientación del tornillo, aquella avanzará por fuera de ésta. Este mecanismo es muy común en nuestro entorno, pues lo podemos encontrar en infinidad de máquinas y artilugios. Evidentemente, este mecanismo es irreversible, es decir, no se puede convertir el movimiento lineal de ninguno de los elementos en circular. El avance depende de dos factores: 

La velocidad de giro del elemento motriz.



El paso de la rosca del tornillo, es decir, la distancia que existe entre dos crestas de la rosca del tornillo. Cuando mayor sea el paso, mayor será la velocidad de avance.

Veamos algunos instrumentos que incorporan este mecanismo:

El sargento: Esta herramienta de sujeción de piezas que se van a mecanizar, muy común en cualquier aula de tecnología, tiene este mecanismo como elemento esencial. En este caso, el elemento motriz es el tornillo que, al girarlo manualmente, avanza dentro de la tuerca que posee el brazo de la corredera.

X|X La bigotera: Este instrumento, muy común en las clases de plástica, regula la abertura de sus brazos gracias al giro de un tornillo que mantiene su posición y que actúa como elemento motriz. Las tuercas se encuentran en los brazos del compás, las cuales avanzan dentro del tornillo.

El gato mecánico: En este caso, al girar la manivela, gira la tuerca, que actúa como elemento motriz y, a la vez, avanza por el tornillo linealmente de forma que se cierran las barras articuladas que levantan el automóvil.

El grifo de rosca: El elemento es el mando giratorio del grifo, acoplado a un tornillo (elemento motriz) que avanza linealmente y gira dentro de una tuerca. En el extremo del tornillo hay una zapata de caucho que termina cerrando el paso al agua.