¿Qué son operadores mecánicos?

En Tecnología se entiende por operador mecánico cualquier objeto o conjunto de objetos que sean capaces de realizar una función tecnológica permitiendo al ser humano producir, transformar o controlar un movimiento o convertir una fuerza en un movimiento realizando el menor esfuerzo.

La unión de operadores mecánicos permite que se formen mecanismos y engranajes. La unión de éstos da origen a las máquinas. Los principales operadores mecánicos resultan de una máquina simple o una combinación de ellas, veamos cuales son:

Las poleas son ruedas que tienen el perímetro exterior diseñado especialmente para facilitar el contacto con cuerdas o correas.

Las ruedas: que pueden ser lisas o dentadas.

Los ejes: que se acoplan a las ruedas o a un motor y giran en el mismo sentido que ellos.

Las correas o cadenas: que transmiten el movimiento de una rueda a otra.

Las palancas: que transmiten una fuerza a la vez que la aumentan o la reducen.

Los muelles y los resortes: que acumulan energía.

Las manivelas: que se emplean en algunas máquinas manuales para iniciar el movimiento.

Las cremalleras: que son piezas alargadas con dientes en los que pueden encajarse ruedas dentadas u otros operadores

OPERADORES MECÁNICOS

Son operadores y van conectados entre sí para permitir el funcionamiento de una maquina; teniendo en cuenta la fuerza que ejerce sobre ellos. Los operadores mecánicos convierten la fuerza en movimiento.

Se divide en:

• Mecanismo de transmisión lineal

• Mecanismo que transmite movimiento

• Operadores que acumulan energía

Mecanismo de transmisión lineal: Tanto como el movimiento de entrada y la de salida son lineales, tienen como objeto cambiar el sentido de la fuerza (palanca polipasto) para cambiar el sentido de la fuerza (polea) y varias el punto de la aplicación (palanca).

OPERADORES QUE TRANSMITEN MOVIMIENTO como los ejes, las ruedas, las correas, las cadenas, las bielas, etc.

La rueda es un elemento cilíndrico, redondeado y de poco espesor, que gira alrededor de un eje (real o virtual) o solidariamente con él.

OPERADORES QUE ACUMULAN ENERGÍA: como los muelles, las gomas o los resortes. Un muelle está formado por un alambre enrollado de forma helicoidal.

Transmisión de movimiento giratorio

Para transmitir movimiento a distintos ejes nos podemos encontrar diferentes métodos mecánicos. Todos los elementos mecánicos están formados por un conductor y un conducido llamados también árbol motor y árbol resistente respectivamente.
El diseño del mecanismo es el que tendrá en cuenta que método utilizar en cada caso para conseguir los valores deseados en velocidad de giro, momento de torsión, sentido de giro, ya que estos valores pueden variar dependiendo de la relación de transmisión y el sistema de transmisión.
Los diferentes tipos que nos podemos encontrar los detallo a continuación:

Tornillo sin Fin – Corona: Está formado por un tornillo sin Fin y una corona, que al realizar un giro el tornillo sin Fin la corona avanza un diente. En este caso el árbol motor y árbol resistente están cruzados.

Engranaje Cilíndrico Recto: Son dos ruedas dentadas cilíndricas cuyos ejes de rotación están en paralelo, las dos ruedas que están asociadas para transmitir movimiento tienen que tener el mismo paso aun siendo ruedas de distinto diámetro de circunferencia variando el número de dientes de cada rueda pudiendo reducir o ampliar la velocidad en el árbol resistente. El cilindro es denominado recto al ser los dientes rectos respecto del eje rotación del engranaje.

Engranaje cilíndrico Helicoidal: Los engranajes cilíndricos helicoidales transmiten movimiento entre engranajes cuyos ejes pueden tener cualquier ángulo entre ellos, incluyendo poder estar en paralelo como los engranajes cilíndricos rectos. Esto es posible a la que tienen inclinados los dientes de la rueda dentada respecto al eje de rotación.

Engranaje cónico: Son ruedas dentadas que tienen que tener las mismas características para dentar entre ellas y son usadas normalmente para transmitir movimiento en ejes perpendiculares aunque también pueden tener los ejes diferentes ángulos entre ellos. Para conseguir este engranaje la rueda dentada tiene los dientes cónicos.

Transmisión Cardánica: Es usado en la transmisión de movimiento en ejes que están alineados o cerca a la alineación absorbiendo las fuerzas de torsión de esta desalineación la junta de cardan. El cardan es llamado también articulación universal o Junta de Cardan y funciona muy bien en la transmisión de potencias altas. El sistema está formado por una pieza con forma de cruz que une las horquillas de los dos ejes que forma la transmisión.

QUE SON OPERADORES MECANICOS

Los operadores mecánicos convierten la fuerza y el movimiento. El conjunto de varios operadores se denomina mecanismo. Una máquina es un conjunto de varios mecanismos interrelacionados. Estos operadores sirven para transmitir el movimiento desde el lugar en que se produce hasta la pieza que se desea mover.

Se caracterizan por presentar elementos o piezas sólidos, con el objeto de realizar movimientos por acción o efecto de una fuerza.

¿QUÉ SON MÁQUINAS SIMPLES?

Son aquellas que realizan su trabajo en un solo paso. Ejemplo: cuchillo, polea, rodillo, hacha, tijeras, machete, martillo, etc.

Video de ejemplos de máquinas simples.

¿QUÉ SON MÁQUINAS COMPLEJAS?

Son máquinas que están conformadas por dos o más maquinas simples. Cuando no es posible resolver un problema técnico en una sola etapa hay que recurrir al empleo de una máquina compuesta. Estas máquinas son, en realidad, una sabia combinación de diversas máquinas simples, de forma que la salida de cada una de ellas se aplica directamente a la entrada de la siguiente hasta conseguir cubrir todas las etapas necesarias, o el efecto deseado.
La práctica totalidad de las máquinas empleadas en la actualidad son compuestas, y ejemplos de ellas pueden ser: polipasto, motor explosión interna (diesel o gasolina), impresora de ordenador, bicicleta, cerradura, candado, video, etc.).

1- Una bicicleta es una máquina compuesta formada sólo por componentes mecánicos que utiliza como energía la fuerza humana.
Las piezas de una bicicleta trasmiten el movimiento de unas a otras para avanzar en cualquier dirección y frenar. Podemos identificar en ella distintas máquinas simples y elementos de transmisión:
El manillar: Es una palanca que permite cambiar la orientación de la rueda delantera. Así podemos modificar la dirección en la que se desplaza la bicicleta.
Las manetas de los frenos: Están en las empuñaduras del manillar. También son palancas. De ellas salen los cables de frenos que transmiten el movimiento a las pinzas de los frenos.
Los frenos: Son palancas que presionan unas piezas de goma, las zapatas, que frenan el movimiento de la rueda.
Los pedales: Son manivelas que giran una rueda dentada, el plato, que mediante un engranaje, mueve la cadena. Se mueven gracias a nuestros pies, que hacen fuerza sobre ellos .mediante otro engranaje hasta otra rueda dentada, el piñón, que mueve la rueda trasera.
La cadena: Transmite su movimiento mediante otro engranaje hasta otra rueda dentada, el piñón, que mueve la rueda trasera.

CLASIFICACIÓN DE MÁQUINAS SIMPLES

Palanca
Plano inclinado
Cuña
Rueda
Mecanismo de manivela
Polea
Tuerca husillo
PALANCA
La palanca es un sistema de transmisión lineal que consiste en una barra rígida que gira en torno a un punto de apoyo o articulación. en un punto de la barra se aplica una fuerza F (también llamada potencia) con el fin de vencer una resistencia R.
Podemos encontrar palancas allá donde miremos y siempre han estado entre nosotros desde que el ser humano tiene conciencia. Así, un simple palillo de dientes se puede considerar una palanca, al igual que una cuchara. En principio, el objetivo de la palanca es el de reducir el esfuerzo que una persona o máquina debe hacer para cumplir con un objetivo, aunque no todas las palancas nos ayudan a reducir tal esfuerzo.
Basándonos en la definición de palanca, podemos distinguir los siguientes elementos en la misma:

Potencia (F): o fuerza que aplicamos en un punto de la palanca para obtener un resultado. La fuerza la podemos aplicar manualmente con nuestra propia fuerza, o través de un motor o cualquier otro mecanismo.
Según la posición que ocupe la fuerza, la resistencia y el punto de apoyo en la palanca, existen tres tipos de palanca.

Resistencia (R): fuerza que tenemos que vencer; es la que hace la palanca como consecuencia de haber aplicado nosotros la potencia.
Brazo de potencia (BP), distancia entre el punto en el que aplicamos la potencia y el punto de apoyo.
Brazo de resistencia; Br: distancia entre la fuerza de resistencia y el punto de apoyo.
Video de palancas

Palanca de primer grado:
El punto de apoyo se encuentra entre la resistencia y la potencia.
Ejemplos
Martillo sacando un clavo
Tijeras
Balancín
Balanzas (de dos platos y romana)
Alicates
Freno de la bicicleta: las manetas y la mayoría de los frenos
La pala, cuando saca la palada de la tierra funciona como palanca de primer genero (punto de apoyo en el medio).

Palanca de segundo grado:

El punto de apoyo se encuentra en un extremo, la potencia en el extremo opuesto y la resistencia entre ambas.

Ejemplos
Los frenos de bicicleta en V
Cascanueces
Guillotina para papel
Bomba manual para sacar agua
Gatillo de los extintores
Abridor de botellas
Algunos pedales

Palanca de tercer grado:

El punto de apoyo está en un extremo, la resistencia está en el extremo opuesto y es la potencia la que se sitúa en medio.

Ejemplos
Caña de pescar
Pinza de cejas
En el cuerpo humano, el conjunto codo - bíceps braquial - antebrazo, y la articulación temporomandibular.

PLANO INCLINADO

El plano inclinado es una máquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura, ejemplo las rampas y el hacha. Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.

LA RUEDA

La rueda es una pieza mecánica circular que gira alrededor de un eje. Puede ser considerada una máquina simple, y forma parte del conjunto denominado elementos de máquinas. Es uno de los inventos fundamentales en la Historia de la humanidad, por su gran utilidad en la elaboración de alfarería, en el transporte terrestre, y como componente fundamental de diversas máquinas. El conocimiento de su origen se pierde en el tiempo, y sus múltiples usos han sido esenciales en el desarrollo del progreso humano.

LA CUÑA

La cuña consiste en una pieza de madera o de metal terminada en ángulo diedro muy agudo. Técnicamente es un doble plano inclinado portátil. Sirve para hender o dividir cuerpos sólidos, para ajustar o apretar uno con otro, para calzarlos o para llenar alguna raja o círculo. El funcionamiento de la cuñas responden al mismo principio del plano inclinado. Al moverse en la dirección de su extremo afilado, la cuña genera grandes fuerzas en sentido perpendicular a la dirección del movimiento. Podemos encontrar innumerables objetos de uso diario empleados para cortar en los que se emplea la cuña: cuchillos, todo tipo de cuchillas, cortauñas, abrelatas, dientes de sierras.... En otros casos se emplean para apretar, sujetar, mantener unidos, o levantar objetos (topes de puerta, punta destornilladores planos, tenedor, clavos, cuñas de seguridad de camiones...) o para separar objetos (formón, cremallera, arado, hacha, cincel, corta fierro, borde de las palas....), o abrirse camino (la proa de los barcos, las cuchillas de los quitanieves...).

BIELA-MANIVELA

Este mecanismo transforma el movimiento circular en movimiento rectilíneo alternativo. El sistema está constituido por un elemento giratorio denominado manivela, conectado a una barra rígida llamada biela, de modo que cuando gira la manivela, la biela está forzada a avanzar y retroceder sucesivamente. Es un sistema reversible, lo que quiere decir que también puede funcionar para convertir un movimiento lineal alternativo en otro de giro, como en el caso de un pistón dentro del cilindro en el motor de un automóvil, donde la manivela se ve obligada a girar.

TUERCA-HUSILLO

Mecanismo constituido por un tornillo (también llamado husillo) y una tuerca. Su funcionamiento se basa en que si se mantiene fija la tuerca, el movimiento giratorio del tornillo produce el desplazamiento longitudinal del tornillo y viceversa.
Mediante este sistema se consigue convertir el movimiento circular del tornillo en movimiento rectilíneo de la tuerca.
El movimiento circular no tiene por qué ser suministrado por un motor, sino que se puede producir manualmente mediante una manivela como sucede en el tornillo de banco, o en la tajadera del cauce de un riego o en un gato a manivela.

POLEA

Una polea, es una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Se trata de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el curso de una cuerda o cable que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos aparejos o polipastos sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso.